CC BY
18CHEMISTRY SCIENCES
УСТАНОВЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ НА БИОМАССУ ПРОРОСТКОВ КРЕСС-САЛАТА В УСЛОВИЯХ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Герцен М.М.
Тульский государственный университет, кафедра химии, аспирант
ESTABLISHMENT OF THE INFLUENCE OF HUMIC ACIDS ON THE BIOMASS OF COCKWEED
UNDER OIL POLLUTION CONDITIONS
Gertsen M.
Tula State University, Department of Chemistry, postgraduate student
Аннотация
Методом биотестирования установлено, что гуминовые кислоты торфов различного происхождения Тульской области оказывают положительное влияние на рост биомассы проростков тест-объекта - кресс-салата. Выявлено, что максимальное стимулирующее действие на биомассу оказывают гуминовые кислоты черноольхового низинного торфа. Внесение модельных токсикантов приводит к резкому снижению биомассы проростков: гексадекан, являющийся легкой фракцией нефти оказывает минимальный токсический эффект, в отличие от нефти. При добавлении гуминовых кислот в нефтезагрязненный субстрат независимо от их происхождения происходит увеличение биомассы семян: гуминовые кислоты оказывают стимулирующее действие на тест-объект: максимальное детоксицирующее действие проявляют гумино-вые кислоты, выделенных из низинных торфов.
Abstract
It was found that humic acids of peats of different origins of the Tula region have a positive effect on the growth of the biomass of seedlings of the test object - cockweed by the method of biotesting. It was revealed that humic acids of black alder fen peat have the maximum stimulating effect on the biomass. The introduction of model toxicants leads to a sharp decrease in the biomass of seedlings: hexadecane, which is a light fraction of oil, has a minimal toxic effect, in contrast to oil. When humic acids are added to an oil-contaminated substrate, regardless of their origin, the biomass of seeds increases: humic acids have a stimulating effect on the test object: humic acids isolated from low-lying peat have a maximum detoxifying effect.
Ключевые слова: гуминовые кислоты, нефть, нефтепродукты, гексадекан, детоксикация, стимулирующее действие.
Keywords: humic acids, oil, oil products, hexadecane, detoxification, stimulating effect.
Гуминовые кислоты (ГК) способны связывать различные типы органических экотоксикантов [7]. На основе гуминовых кислот возможна разработка детоксицирующих агентов, использование которой не влечет за собой опасности вторичного загрязнения [6]. Снижение действия токсикантов возможно из-за химического связывания их с гуминовыми кислотами, что приводит к изменению форм существования органических загрязниетлей и их миграционной способности, токсичности. Наличие в макромолекулах гуминовых кислот гидрофобного ароматического каркаса, обуславливает их высокую реакционную способность к нефтяным углеводородам, определяя формы существования их в окружающей среде. Причем по мере возрастания вклада ароматического каркаса в структуру ГК увеличивается их сродство к гидрофобным органическим соединениям [6].
Биологическая активность гуминовых кислот проявляется в благоприятном влиянии на рост и развитие растений, так как ГК включаются в биохимические и биофизические процессы в почве. ГК обладают следующими свойствами: способность облегчать транспорт питательных макро и микро-
элементов; участие в окислительно-восстановительных процессах, влиянием на синтез белка и нуклеиновый обмен, за счет активации процессов окислительного и фотосинтетического фосфорили-рования [1]. Гуминовые кислоты могут выступать в качестве питательных веществ для растений, или же играть роль физиологически активных веществ, которая эффективнее проявляется в условиях загрязнения токсикантами. Защитные действие ГК по отношению к живым организмам в условиях различных стрессов в почвенных средах заключаются в способности ГК образовывать нетоксичные комплексы и в способности адаптации живых организмов к разнообразным стрессовым факторам.
Целью данной работы является установление влияние гуминовы кислот торфов различного происхождения Тульской области по отношению к тест-объекту - кресс-салату в условиях нефтеза-грязнения почв.
Объекты исследования - гуминовые кислоты торфов различного генезиса: тростникового низинного торфа (ТНТ), черноольхового низинного торфа (ЧНТ), сфагнового верхового торфа (СВТ) и сфагнового переходного торфа (СПТ) [2]. Модель-
ные загрязнители: гексадекан, нефть с нефтеперерабатывающего завода АО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-МНПЗ». Тест-объект - кресс-салат «Забава». Тест-отклик - биомасса проростков кресс-салата. Эксперимент проводили по методике, описанной в работе [5].
200
Прежде всего, было изучено влияние ГК отдельно и совместно с углеводородами нефти на биомассу проростков семян кресс-салата (рис. 1).
s к
о с
к а
ю с
ср £
150
100
50
ГК ЧНТ ГК СПТ ГК ТНТ ГК СВТ
Рис. 1 - Влияние гуминовых кислот на биомассу проростков кресс-салата
Установлено, что при обработке модельного субстрата раствором гуминовых кислот отмечается увеличение биомассы проростков кресс-салата. При этом биомасса семян превышала контроль для всех видов ГК на 51-84% соответственно. Эксперимент показал, что наибольший положительный эффект на биомассу семян оказывает внесение в грунт тростникового низинного торфа [5]: прирост биомассы относительно контроля составил 84%. При внесении ГК в модельный субстрат обеспечивается стимулирование роста и развития проростков, повышение всхожести, энергии прорастания [4]. По
величине положительного эффекта на биомассу семян кресс-салата анализируемые гуминовые кислот располагаются в следующий ряд: ГК ТНТ> ГК ЧНТ> ГК СВТ> ГК СПТ.
Установлено влияние модельных токсикантов на биомассу семян кресс-салата: присутствие в модельном грунте нефти и дизельного топлива приводило к снижению биомассы семян. Наименьшее ин-гибирующее действие на исследуемые параметры отмечено в среде с гексадеканом (рис.2).
1
о 0,8
& В и 0,6
S Ö й 5
t rt d 0,4
о о
cd
^ С S 0,2
1-е
0
Контроль Гексадекан Нефть
Рисунок 6.2 - Влияние внесения углеводородных загрязнителей на биомассу семян кресс-салата
0
Полученные значения коррелируют с экспериментальными данными по определению влияния углеводородов нефти на посевные качества семян кресс-салата [4]. Выявленный высокий уровень деградации тест-объекта под действием нефтезагряз-нения субстрата зависит от относительного содержания тяжелых и легкий фракций в нефти: степень токсичности лёгкой фракции нефти снижается с уменьшением её содержания, но увеличивается токсичность ароматических соединений с возрастанием относительного их содержания. Большая
часть лёгкой фракции нефти -гексадекана, в загрязнённой почве, улетучивается, при этом тяжелая фракция- гексадекан, остается в основном слое почвы. проникает в ризосферу, взывая высокой губительное действие на всю корневую систему.
При внесении гуминовых кислот в грунт, загрязненный гексадеканом, максимальный прирост биомассы относительно контроля наблюдался у гу-миновых кислот сфагнового верхового торфа: в 2 раза выше по сравнению с показателями, полученными на субстрате с гексадеканом, не обработанным гуминовых кислот (рис.3).
180 Гексадекан 0 70 Нефть
^160 ~ * 60 _ oíl 40 ■■ 3 | м
§ Ü120 ШШ Щ ¡fr 50 Щ
1 1 40 ■
II j III! í 1 !■■!
° ГК ЧНТ + ГК СПТ + ГК ТНТ + ГК СВТ + 0 —^-^-^-^—
гексадекан гексадекан гексадекан гексадекан ГК ЧНТ + ГК СПТ + ГК ТНТ + ГК СВТ +
нефть нефть нефть нефть
Рисунок 3 - Влияние внесения гуминовых кислот на прирост биомассы семян кресс-салата в присутствии углеводородных загрязнителей
Наибольший стимулирующий эффект был получен при внесении гуминовых кислот в грунт, загрязненный нефтью. Так, на 14 день учета биомасса была в 3 раза выше по сравнению с теми же показателями, полученными на субстрате с нефтью, не обработанным ГК. Максимальный стимулирующий эффект наблюдался в присутствии ГК ЧНТ.
Под воздействием гуминовых кислот растительные организмы приобретают повышенную способность к репарационным процессам на уровне клетки, чем и объясняется повышение неспецифической резистентности растений в целом. Угнетение роста растений в целом (торможение белкового синтеза, увеличение концентрации фито-гормонов ингибирующего характера, подавление деления и растяжения клеток) является следствием первичных нарушений при стрессе, среди которых одним из важнейших является изменения в биоэнергетических процессах. Основываясь на способности гуминовых кислот участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, могут оказывать влияние на биоэнергетические процессы. Так как окислительно-восстановительный потенциал гуминовых кислот изменяется при изменении рН среды, они могут включаться в транспорт электронов на различных участках цепи. При блокировании (в условиях экстремальных воздействий) различных участков электрон-транспортной цепи гу-миновые кислоты снимают вызванное экстремальным воздействием ингибирование энергетических процессов.
Связывание растворенными гуминовыми кислотами нефтяных углеводородов аналогично процессу выведения их из свободно растворенного состояния. Данный процесс может приводить к увеличению водной растворимости нефтяных углеводородов, ускорению фотолиза [1]. Причиной наблюдаемого снижения действия нефти на живые организмы является образование аддуктов «ГК -нефтепродукт». Экологические последствия такого связывания - изменение форм существования эко-токсикантов и их миграционной способности,
уменьшение биодоступности и токсичности [3]. Последнее обстоятельство весьма важно и связано с тем, что максимальной активностью обладает свободная форма токсиканта. Связанное вещество свою токсичность теряет. Поэтому, гуминовые кислоты рассматриваются как природные детокси-канты.
Список литературы
1. Бобырь, Л.Ф. Интенсивность фотосинтеза, состояние электрон-транспортной цепи и активность фосфорилирующей системы под воздействием гуминовых веществ / Л.Ф. Бобырь // Гуми-новые удобрения. Теория и практика их применения. - Днепропетровск, 1980. - Т. 7. - С. 54-63.
2. Волкова Е.М. Редкие болота северо-востока Среднерусской возвышенности: растительность и генезис // Ботанический журнал. 2011. Т.96. .№12. С. 1575-1590.
3. Дмитриева Е.Д. Химический состав и биологическая активность сапропеля Белгородской области: дис. канд. хим. наук. СПб., 2003. 233с.
4. Дмитриева Е.Д., Герцен М.М., Горелова С.В. Влияние гуминовых кислот на посевные качества кресс-салата в условиях нефтяного загрязнения // Химия растительного сырья. 2019. №4. С. 349-357.
5. Дмитриева, Е.Д., Леонтьева М.М., Сюндюкова К.В. Молекулярно-массовое распределение гуминовых веществ и гиматомелановых кислот торфов различного генезиса Тульской области // Химия растительного сырья. 2017. №4. С. 187-194.
6. Перминова И.В., Жилин Д.М 2004: Гуминовые вещества в контексте зеленой химии. В: Зеленая химия в России, В.В. Лунин, П. Тундо, Е.С. Локтева (Ред.), Изд -во Моск. Ун-та, с. 146-162.
7. Постникова М.А. Использование гуминовых кислот почвенными бактериями автореф. дисс.канд. биол. наук / М.А. Постникова // М., МГУ. 2007. 27с.
