CC BY
19
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Биологические науки / Biological Science Оригинальная статья / Original Article УДК 57.044
10.31161/1995-0675-2021-15-3-17-21
Влияние некоторых тяжелых металлов на прорастание семян огурцов сорта «Феникс»
© 2021 Гаджиева Г. М., Даудова Р. Д.
Дагестанский государственный педагогический университет Махачкала, Россия; e-mail: afm_dgpu@mail.ru; daudova1@mail.ru
РЕЗЮМЕ. Цель исследования - изучение особенностей действия тяжелых металлов на прорастание семян, на ростовые процессы и различные показатели водообмена растений огурцов, которые очень чувствительны к стрессовым факторам среды. Методы. Был использован метод замачивания семян в растворах тяжелых металлов. Этот метод имеет свои преимущества по сравнению с опрыскиванием или опылением. Результат. В результате настоящей работы определены физиологические показатели действия солей тяжелых металлов. Определено влияние различных тяжелых металлов на скорость, всхожесть семян, на рост корней проростков, на водоудерживающую способность и на интенсивность транспирации листьев огурцов сорта «Феникс». Вывод. Из проведенных исследований видно, что тяжелые металлы ингибируют прорастание и ростовые процессы проростков огурцов сорта «Феникс». Отрицательное действие хлоридов более выражено, чем действие сульфатов и нитратов.
Ключевые слова: тяжелые металлы, хлориды, сульфаты, нитраты прорастание семян.
Формат цитирования: Гаджиева Г. М., Даудова Р. Д. Влияние некоторых тяжелых металлов на прорастание семян огурцов сорта «Феникс» // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2021. Т. 15. № 3. С. 17-21. DOI: 10.31161/1995-06752021-15-3-17-21_
The Influence of Some Heavy Metals on the Seeds Germination of Phoenix Cucumber Varieties
© 2021 Guleybat M. Gadzhieva, Rabiyat D. Daudova,
Dagestan State Pedagogical University Makhachkala, Russia; e-mail: afm_dgpu@mail.ru; daudova1@mail.ru
ABSTRACT. The aim of the article is to study the features of the heavy metals effect on the seed germination, growth processes and various indicators of water exchange in cucumber plants, which are very sensitive to environmental stress factors. Methods. It is used the method of soaking seeds in heavy metals solutions. This method has its advantages over spraying or pollination. Result. As a result of this work, the physiological indicators of the heavy metals salts action were determined. The influence of various heavy metals on the speed, seeds germination, on the growth of seedling roots, on the water-holding capacity and on the intensity of transpiration for the cucumbers leaves of the Phoenix variety was determined. Conclusion. As we can see from the study, the heavy metals inhibit the germination and growth processes for seedlings of Phoenix cucumber varieties. The negative effect of chlorides is more pronounced than the effect of sulfates and nitrates.
Keywords: heavy metals, chlorides, sulfates, nitrates seed germination.
••• Известия ДГПУ. Т. 15. № 3. 2021
••• DSPU JOURNAL. Vol. 15. No. 3. 2021
For citation: Gadzhieva G. M., Daudova R. D. The Influence of Some Heavy Metals on the Seeds Germination of Phoenix Cucumber Varieties. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2021. Vol. 15. No. 3. Pp. 17-21. DOI: 10.31161/1995-0675-2021-15-3-17-21 (In Russian)
Введение
Многие тяжелые металлы (ТМ) при концентрациях, превышающих физиологические потребности растений, проявляют токсические свойства и рассматриваются как стрессовый фактор.
Во всем мире усиливается загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. Возрастает их содержание в почве, атмосфере и воде, и это становится серьезной экологической проблемой. Тяжелые металлы входят в круговорот органического вещества, усиливают естественные геохимические аномалии [2].
В связи с выбросами в окружающую среду огромного количество солей тяжелых металлов нарушается экологическое равновесие. К тяжелым металлам относятся более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных единиц. Эта группа элементов активно участвует в биологических процессах, входя в состав многих ферментов [1]. Группа «тяжелых металлов» во многом совпадает с понятием «микроэлементы». Отсюда свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, хром, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, ванадий являются тяжелыми металлами [9].
В почвах тяжелые металлы находятся в разной степени доступности для растений. Водорастворимые формы тяжелых металлов, как правило, представлены хлоридами, сульфатами, нитратами и органическими комплексными соединениями.
Большая масса работ посвящена изучению действия тяжелых металлов на различные физиологические процессы. Между тем до сих пор не изучена специфика действия тяжелых металлов на ростовые процессы прорастания семян и растений.
В связи с этим основной целью работы явилось изучение особенностей действия тяжелых металлов на прорастание семян, на ростовые процессы и различные показатели водообмена растений огурцов, которые очень чувствительны к стрессовым факторам среды.
Материал и методы исследования
В качестве объектов исследования использовали семена огурцов сорта «Фе-
никс». Исследования проводили в лабораторных условиях. Семена огурцов отбирали по средним размерам. Одним из перспективных для овощных культур считается метод предпосевного замачивания семян в растворах тяжелых металлов с концентрацией С=0,01 % [8].
При замачивании семян обычно соотношение веса семян к раствору 1:2. Таким образом, при применении этого метода на семена действуют два фактора: минеральные элементы и большое количество воды, в результате этого происходит одновременно поглощение семенами тяжелых металлов из раствора и набухание семян в результате поглощения воды.
Следует учесть, что предпосевная обработка семян удовлетворяет потребность растений в минеральных элементах во время прорастания и первоначального роста и вызывает ряд таких изменений зародыша, которые передаются взрослому растению [3]. Во время проведения опыта использовали различные растворы тяжелых металлов. В качестве контроля взяли дистиллированную воду. Семена тщательно промывали дистиллированной водой, затем семена в течение суток перемещались в чашки Петри в раствор тяжелых металлов с концентрацией С=0,01 %, проращивание семян проводилось в дистиллированной воде. В течение опыта учитывали особенности роста побегов и корней проростков огурца. Повторность опытов трехкратная. Полученные экспериментальные данные обработаны с помощью методов математической статистики.
Результаты и их обсуждение
Проведенные экспериментальные данные (табл. 1) показали, что тяжелые металлы в целом оказывали ингибирующее действие на прорастание семян огурцов сорта «Феникс». Отрицательное действие хлоридов кадмия железа и ртути (CdCh, FeCh, Ща2) на прорастание семян более выражено, чем действие нитрата свинца, ртути и сульфата железа (PbNOз)2, FeSO4.
В отличие от ионов хлора, нитрат-ионы и сульфат ионы относятся к питательным
ионам и, в первую очередь, они используются в синтезе белков и аминокислот [5; 7].
Следует отметить, что сульфаты и нитраты стимулируют прорастание семян огурцов сорта «Феникс». По этому варианту на 15-й день опыта проросло 80 % семян. Хотя нитраты Бе, Н и Си повлияли на прорастание семян, но процент проросших семян был незначителен. Так, на 15-й день опыта проросло 13; 20-й - 10 % семян, соответственно.
Таким образом, по нашим данным тяжелые металлы ингибируют прорастание семян проростков огурцов сорта «Феникс».
Наиболее отрицательные действия на ростовые процессы корней и проростков огурца оказывал CdCl2, БеСЬ и Н§СЬ
(табл. 2). Согласно данным литературы, кадмий (Cd) является ядовитым элементом, попадающим в окружающую среду главным образом в результате производственных процессов и использования фосфорных удобрений. Он может достигать высоких концентраций в почве и легко ассимилироваться растениями [6; 9].
Токсичность Cd также связана с развитием окислительного стресса в результате повышенного образования активных форм кислорода (АФК) и изменением функционирования ряда антиоксидант-ных ферментов, особенно супероксидис-мутазы (СОД), малонового диальдегида, фитохелатинов. Эти ферменты являются индикаторами повышенного содержания тяжелых металлов [8].
Таблица 1
Влияние тяжелых металлов на прорастание семян огурцов сорта «Феникс»
№ Варианты опыта % проросших семян Даты наблюдения
20.10 24.10 27.10 30.10 7.11
Вода (контроль) 20±1,3 40±1,2 53±2,5 60±1,5 85±3,4
1 РЬ^ОзЬ нитрат свинца 7±0,01 7±0,01 7±0,01 13±4,1 13±1,1
2 Со(МОз)2 нитрат кобальта - 5±0,01 40±1,2 40±1,2 80±3,4
3 Н§(МОз)2 нитрат ртути - 20±1,3 33±2,0 40±1,2 40±1,2
4 Си(МОз)2 нитрат меди - 7±0,05 13±1,1 20±1,3 20±1,3
5 СdСl2 хлорид кадмия - - - - -
6 БеСЬ хлорид железа - - - - -
7 СиС12 хлорид меди - - 7±0,01 13±1,1 20±1,3
8 СоС12 хлорид кобальта 7±0,01 13±1,1 27±2,3 27±2,3 40±1,2
9 ЩСЬ хлорид ртути - - - - -
10 СиБО4 сульфат меди 7±0,01 13±1,1 20±1,3 33±2,0 80±3,4
11 СоБО4 сульфат кобальта 7±0,01 13±1,1 20±1,3 40±1,2 76±2,1
12 Бе8О4 сульфат железа - 7±0,01 19±1,1 20±1,3 20±1,3
Таблица 2
№ Варианты опыта Длина проростка на 15-й день опыта, см Длина корня на 15-й день опыта, см
Вода(контроль) 7,0 ± 0,67 5,8 ± 0,11
1 Pb(NO3)2 1,2 ± 0,03 1,4 ± 0,06
2 Co(NO3)2 1,6 ± 0,11 0,9 ± 0,01
3 Hg(NO3)2 2,5 ± 0,11 4,1 ± 0,03
4 Cu(NO3)2 1,5 ± 0,17 0,9 ± 0,11
5 CdCl2 - -
6 FeCl2 - -
7 CuCl2 1,5 ± 0,03 2,2 ± 0,33
8 C0CI2 1,2 ± 0,03 0,7 ± 0,03
9 HgCl2 - -
10 CUSO4 1,7 ± 0,03 0,8 ± 0,03
11 C0SO4 1,8 ± 0,06 1,0 ± 0,17
12 FeSO4 2,8 ± 0,06 7,0 ± 0,17
••• Известия ДГПУ. Т. 15. № 3. 2021
••• ОЭРи JOURNAL. Уо!. 15. N0. 3. 2021
Таблица 3
Влияние солей тяжелых металлов на интенсивность транспирации
Варианты опыта Интенсивность транспирации, г/м2ч
Вода(контроль) 25 ± 0,01
1 РЬ^ОзЬ нитрат свинца 8 ± 0,11
2 Со^ОзЬ нитрат кобальта 8,0 ± 0,17
3 ^(N03)2 нитрат ртути 20,6 (21,9) ± 1,6
4 Си^ОзЬ нитрат меди 20,6 ± 0,24
5 СdСh хлорид кадмия -
6 FeCh хлорид железа -
7 СиСЬ хлорид меди 11,6 ± 0,01
8 СоСЬ хлорид кобальта 12,0 ± 0,17
9 ^СЬ хлорид ртути -
10 С^04 сульфат меди 65,6 ± 5,8
11 СоS04 сульфат кобальта 21,9 ± 2,8
12 FeS04 сульфат железа 42,8 ± 2,6
Ингибировал ростовые процессы корня и проростков огурца также ^СЬ, FeCh. Токсическое влияние Fe на растения определяется тем, что он, подобно другим тяжелым металлам, вызывает окислительный стресс. Ингибирующее действие ЩСЬ связано с тем, что эта соль является блокатором водных каналов. Как известно, аквапорины представляют собой белки, формирующие водные каналы в мембранах [5].
Исследования указывают на наличие связи между ростом клеток, растяжением и присутствием в их мембранах аквапо-ринов на плазмалеммы и тонопласта, чем и объясняют ингибирующее действие ЩСЬ на рост растяжением [4].
Отрицательное действие сульфатов и нитратов на всхожесть семян выражено в меньшей степени.
Некоторые растворы сульфатов металлов и нитратов оказывают положительное влияние на рост проростков и корней (табл. 2). При этом из сульфатов наибольшая стимуляция роста проростков огурцов наблюдалась в растворах сульфата железа, кобальта (2,8 и 1,8 см соответственно). Причем влияние железа на рост корня сильнее, чем на рост проростка (7,0 см соответственно). А из нитратов наиболее благоприятно влияют на рост проростков нитрат ртути и кобальта (2,5 и 1,6 см соответственно).
Согласно полученным данным нами установлено отрицательное влияние на ростовые процессы корней и проростков огурцов в вариантах по обработке CdCl, FeCl, и положительное влияние
сульфатов и нитратов.
В таблице 3 представлены данные по интенсивности транспирации в листьях огурца при предобработке семян различными тяжелыми металлами.
Высокая интенсивность транспирации отмечена в варианте по обработке сульфатами Си, Fe и Со (65,6; 42,8 и 21,9 мг соответственно). Самая низкая интенсивность транспирации отмечена нитратами, вариант с нитратами РЬ и Со (8,7 и 8,0 мг соответственно).
Проведенные исследования показали, что под влиянием растворов солей тяжелых металлов интенсивность транспира-ции увеличивается у сульфатов и уменьшается у нитратов и хлоридов. Механизм влияния тяжелых металлов приводит к уменьшению размеров листьев, которые являются основными транспирирующими органами, они уменьшают тургор, а также уменьшение водного потенциала и может явиться причиной ингибирования роста растений.
Заключение
В результате проведенного нами исследования определено влияние различных растворов тяжелых металлов на прорастание и на всхожесть семян, на рост корней и на интенсивность транспирации листьев огурцов сорта «Феникс».
Таким образом, тяжелые металлы ин-гибируют прорастание и ростовые процессы проростов огурца. При сравнительном анализе тяжелых металлов наиболее положительное действие на прорастание проростов и корней оказывают сульфаты, и наиболее отрицательное действие - хлориды.
Литература
1. Абаев С. С. Микроэлементы в сельском 6. Ващенко И. М., Ланге К. П., Меркулов М. П.
хозяйстве и медицине. Рига: ЛРИ, 1982. 138 с.
2. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987. 142 с.
3. Артамонов В. И. Растения и чистота природной среды. М.: Наука, 1986. 173 с.
4. Батов А.Ю., Максимов Г. В. Регуляция транспорта катионов через плазмолемму клеток корней кукурузы // Физиология и биохимия культурных растений. 1995. Т. 25. № 1. С. 3-7.
5. Башмаков Д. И., Пыненкова Н. А., Саза-нова П. А., Лукаткин А. С. Влияние синтетического регулятора роста цитодеф и тяжелых металлов на окислительный статус огурца // Физиология растений. 2012. Т. 59. № 1. С. 67-73.
1. Abaev S. S. Mikroelementy v sel'skom kho-zyaystve i meditsine [Trace Elements in Agriculture and Medicine]. Riga, LRI Publ., 1982. 138 p. (In Russian)
2. Alekseev Yu. V. Tyazhelye metally v poch-vakh i rasteniyakh [Heavy Metals in Soils and Plants]. Leningrad, Agropromizdat Publ., 1987. 142 p. (In Russian)
3. Artamonov V. I. Rasteniya i chistota prirod-noy sredy [Plants and Cleanliness in the Natural Environment]. Moscow, Nauka Publ., 1986. 173 p. (In Russian)
4. Batov A.Yu., Maksimov G. V. Regulation of cation transport through the plasmolemma of maize root cells. Fiziologiya i biokhimiya kul'turnykh rasteniy [Physiology and Biochemistry of Cultivated Plants]. 1995. Vol. 25. No. 1. Pp. 37. (In Russian)
5. Bashmakov D. I., Pynenkova N. A., Saza-nova P. A., Lukatkin A. S. Influence of the synthetic growth regulator cytodef and heavy metals on the oxidative status of cucumber. Fiziologiya rasteniy [Plant Physiology]. 2012. Vol. 59. No. 1. Pp. 67-73. (In Russian)
Практикум по основам сельского хозяйства. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Просвещение, 1991. 430 с.
7. Викторов Д. П. Малый практикум по физиологии растений. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Просвещение. 1983. 135 с.
8. Гаджиева Г. М. Влияние сульфатов металлов и морской воды на прорастание семян подсолнечника сорта «Пионер» // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2018. Т. 12. № 2. С. 10-14.
9. Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов / под ред. Н. В. Алексеевой-Поповой. Л.: БИН, 1991. 214 с.
6. Vashchenko I. M., Lange K. P., Merkulov M. P. Praktikum po osnovam sel'skogo kho-zyaystva. 2-e izd., pererab. i dop [Workshop on the Basics of Agriculture. 2nd ed., revised and enlarged]. Moscow, Prosveshchenie Publ., 1991. 430 p. (In Russian)
7. Viktorov D. P. Malyy praktikum po fiziologii rasteniy [Small Workshop on Plant Physiology. 3rd ed., revised and enlarged]. Moscow, Prosveshchenie Publ., 1983. 135 p. (In Russian)
8. Gadzhieva G. M. Effects of metal sulphates and seawater on the seeds germination of the Pioneer sunflower cultivar. Izvestiya Dage-stanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki [Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences]. 2018. Vol. 12. No. 2. Pp. 10-14. (In Russian)
9. Ustoychivost' k tyazhelym metallam dikor-astushchikh vidov [Resistance to Heavy Metals of Wild Species]. N. V. Alekseeva-Popova (ed.) Leningrad, BIN Publ., 1991. 214 p. (In Russian)
References
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ THE AUTHORS INFORMATION
Принадлежность к организации Affiliations
Гаджиева Гулейбат Магомедовна, канди- Guleybat M. Gadzhieva, Ph.D. (Bilology),
дат биологических наук, доцент кафедры ана- Associate Professor, Department of Anatomy, томии, физиологии и медицины, факультет Physiology and Medicine, Faculty of Biology,
биологии, географии и химии, Дагестанский Geography and Chemistry, Dagestan State Ped-
государственный педагогический универси- agogical University, Makhachkala, Russia; e-
тет, Махачкала, Россия; e-mail: mail: afm_dgpu@mail.ru rasuloval975@mail.ru Rabiyat D. Daudova, Ph.D. (Bilology), As-Даудова Рабият Далгатовна, кандидат sociate Professor, Head of the Department of
биологических наук, доцент, заведующий Anatomy, Physiology and Medicine, Faculty of
кафедрой анатомии, физиологии и медици- Biology, Geography and Chemistry, Dagestan
ны, факультет биологии, географии и химии, State Pedagogical University, Makhachkala,
Дагестанский государственный педагогиче- Russia; e-mail: daudova1@mail.ru ский университет, Махачкала, Россия; e-mail: daudova1@mail.ru
Принята в печать 31.08.2021 г.
Received 31.08.2021
