CC BY
53
ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «APRIORI. ^РИЯ: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ»
№ 3 2015
УДК 57.044
ОТВЕТНЫЕ МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ РАСТЕНИЙ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ СРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
Петухов Александр Сергеевич
студент
Петухова Галина Александровна
д-р биол. наук Тюменский государственный университет, Тюмень
аи^ог@аргюг1-]оигпа!. ги
Аннотация. В статье отмечается негативное влияние присутствия ионов и Zn2+ в органогенной и минеральной почве на всхожесть и морфометрические показатели овса посевного. Эффект был различен в зависимости от типа почвы. Наиболее чувствительным органом растений оказался корень.
Ключевые слова: тяжелые металлы; овес посевной; всхожесть; морфометрические показатели.
MORPHOPHYSIOLOGICAL RESPONSE OF PLANTS TO ENVIRONMENTAL POLLUTION BY HEAVY METALS
Petukhov Aleksandr Sergeevich
student
Petukhova Galina Aleksandrovna
doctor of biological sciences Tyumen State University, Tyumen
Abstract. The article considers negative influence of presence of ions Cu2+ and Zn2+ in organogenic and mineral soil on germination and morpho-metric indexes of oat. The effect depended on type of soil. The most sensitive part of plants was a root.
Key words: heavy metals; oat; germination; morphometric indexes.
1
К настоящему моменту в биосфере зафиксировано высокое содержание техногенной меди и цинка, что связано с работой предприятий химической и металлургической промышленности. Пути поступления тяжелых металлов в окружающую среду различны, но часто они связаны с накоплением в почве [1].
Уровень содержания металлов в почвах зависит от химического состава почвообразующих пород. Известно, что гумусовые структуры органогенной почвы прочно закрепляют ионы тяжелых металлов в комплексные соединения, что делает их малоподвижными. В условиях минеральной матрицы металлы обладают большей подвижностью по профилю почвы [2].
Накопление тяжелых металлов в почвах приводит к их поглощению растениями. В результате интоксикации наблюдается угнетение роста, опадение листьев и гибель растений [3].
Целью работы стало изучение всхожести и морфометрических показателей растений при загрязнении почвы тяжелыми металлами.
Материалом для исследований стали проростки овса посевного. Среди разнообразия тяжелых металлов было решено выбрать медь и цинк из-за их двойственной роли в жизни растений: биогенной функции и токсического воздействия. Использовались сульфаты этих металлов, как наиболее инертные анионы.
Уровень загрязнения был выбран на отметке в 2 ПДК по валовому содержанию соответствующих металлов в почве.
Соответствующие сульфаты, находившиеся в виде порошка, перемешивали с почвой, а затем помещали в нее семена овса. Было поставлено 4 варианта эксперимента:
1) Контроль - семена овса были посажены в почву без внесения тяжелых металлов;
2) О1 - овес находился в почве, загрязненной Сив04 в концентрации, соответствующей 2 ПДК (110 мг/кг);
3) О2 - овес находился в почве, загрязненной 7пБ04 в концентрации, соответствующей 2 ПДК (200 мг/кг);
4) О3 - овес находился в почве, загрязненной Сив04 (110 мг/кг) и 2 ПДК 7пБ04 (200 мг/кг).
Растения росли в равных условиях освещенности и температуры. Эксперимент длился две недели. Каждые два дня проростки поливали отстоянной водой. В конце эксперимента у растений были измерены всхожесть и морфометрические показатели: количество корней, длина корней, гипокотиля, листа и растения. Полученные результаты были подвергнуты стандартной статистической обработке [4].
На всхожесть семян овса в органогенной почве большое влияние оказывало присутствие ионов Си2+: в варианте О1 она была снижена почти на 50 % по сравнению с контрольным вариантом (рис. 1). Действие цинка оказалось менее токсичным по сравнению с медью, но относительно контроля всхожесть была тоже значительно снижена. В случае комбинированного действия двух металлов наблюдался отрицательный синергетический эффект (антагонизм) по сравнению с моноопытами: всхожесть семян угнеталась в меньшей степени. Отрицательное воздействие металлов на прорастание семян может быть связано с тем, что попадая в органогенную почву, они связываются в труднорастворимые комплексные соединения с гумусовыми кислотами, блокируя тем самым питательные элементы для растений.
В аналогичном опыте с минеральной почвой наблюдалась другая картина (рис. 2). На первых сроках эксперимента (3 и 5 день) совместное действие Си и 7п повышало всхожесть по сравнению с контролем. Однако к концу эксперимента данный эффект исчез.
Как известно из литературы, Си и 7п являются важными микроэлементами для растений. Поэтому можно предположить, что на первых этапах эксперимента содержание металлов в растениях было небольшим, и оно стимулировало жизнедеятельность растений. Однако к концу
эксперимента содержание тяжелых металлов увеличилось, и стимуляция исчезла.
Условные обозначения: * - статистически достоверные различия между контролем и вариантом опыта (при Р < 0,05).
Рис. 1. Всхожесть семян овса в органогенной почве, загрязненной тяжелыми металлами
Рис. 2. Всхожесть семян овса в загрязненной минеральной почве
Раздельное присутствие Си и в почве приводило к уменьшению всхожести по сравнению с контролем в конце эксперимента. Комбинированное воздействие двух металлов в данном случае является антагонистическим, потому что эффект выражен слабее, чем простая суммация вариантов опыта О1 и О2.
В целом, уменьшение морфометрических показателей от присутствия тяжелых металлов в почве выражено слабо (рис. 3). Однако корневая система растений претерпевает угнетение: количество корней и длина корней снижены в вариантах О2 и О3; О1 и О3 соответственно. Большое токсическое воздействие металлов на корневую систему легко объясняется тем, что корни находятся в непосредственном контакте с поллютантом и обладают высокой аккумулятивной способностью. О высокой чувствительности корней в ответ на антропогенное загрязнение сообщается в работе [5].
Рис. 3. Морфометрические показатели овса, выросшего в загрязненной минеральной почве
Длина надземной части растений при действии тяжелых металлов практически не отличалась от контрольного варианта и находилась в пределах погрешности опыта.
Слабый токсический эффект можно объяснить большой подвижностью тяжелых металлов в минеральной почве, и как следствие, их более равномерным распределением по растению.
Таким образом, присутствие тяжелых металлов в концентрации 2 ПДК в виде ионов Си2+ и 7п2+ в двухнедельном эксперименте приводило к уменьшению всхожести семян овса посевного в органогенной почве и минеральной почве, а также к уменьшению количества и длины корней в минеральной почве.
Список использованных источников
1. Каббата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 440 с.
2. Башкин В.Н., Касимов Н.С. Биогеохимия. М.: Научный мир, 2004. 648 с.
3. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 152 с.
4. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Просвещение, 1980. 213 с.
5. Петухова Г.А. Механизмы устойчивости организмов к нефтяному загрязнению среды. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2008. 172 с.
