ВПЛИВ МІДІ ТА СВИНЦЮ НА ЗРОСТАННЯ І РОЗВИТОК РОСЛИН НА ПРИКЛАДІ ANETHUM GRAVEOLENS L.
1 ДАНУ Інститут регіональних ісcледованій
2 Сібайскій інститут (філія) ФГБОУ ВПО «Башкирський державний університет»
В умовах мікроделяночного досвіду на чорноземі звичайному важкого механічного складу вивчено вплив різних концентрацій важких металів (Pb і Cu) в грунтах на ріст і розвиток кропу городнього Anethum graveolens L. Досвід закладали в триразовою повторності в наступних варіантах: 1) контроль (без внесення в грунти важких металів), 2) внесення Cu в кількості 1, 5 і 10 ГДК, 3) внесення Pb в кількості 1, 5 і 10 ГДК, 4) спільне внесення Cu і Pb в кількості 1, 5 і 10 ГДК. Вимірювання показників Anethum graveolens L. (висота рослини, довжина найбільш великих листя, кількість листя, довжина осьового кореня, суха біомаса) проводилося 5 разів за вегетацію з інтервалом 10 днів, починаючи з 24-го дня. Ступінь впливу вивчених важких металів на кріп городній визначалася їх властивостями і концентрацією в грунті, а також залежала від вегетаційного періоду рослини. На 54-й день росту на рослинах, що ростуть на грунтах з внесенням важких металів, з'явилися невеликі ознаки хлорозу. Свинець в порівнянні з міддю володів більш вираженим фітотоксичної ефектом. Рослини на ділянці, що містить 10 ГДК Pb, після 54-го дня вегетації практично припиняли своє зростання. Внесення в грунту Cu в кількості 1 ГДК збільшувало біомасу рослин. Присутність міді трохи знижувало токсичний ефект Pb щодо довжини листя і біомаси.
Anethum graveolens L.
1. Алексєєв Ю.В. Важкі метали в грунтах і рослинах. - Л. Агропромиздат, 1987. - 170 с.
2. Гармаш Г.А. Поширення важких металів в грунтах в зоні впливу металлургіческх підприємств // Ґрунтознавство. - 1985. - №2. - С. 27-32.
5. Кабата-Пендіас А. Пендіас Х. Мікроелементи в грунтах і рослинах. - М. Мир, 1989. - 439 с.
7. Школяр М.Я. Мікроелементи в житті рослин. - М. Наука, 1974. - 324 с.
В останні роки ведуться широкі дослідження з вивчення впливу важких металів (ТМ) на окремі фізіологічні процеси рослин. Багато з ТМ відносяться до есенціальним хімічних елементів, які в невеликій кількості необхідні для метаболізму, росту і розвитку рослин, що є складовою частиною різних ферментів. Вони беруть активну участь у метаболізмі, але при надлишку в середовищі можуть проявляти сильну токсичну дію [1,4,5,10]. Зокрема, мідь (Cu), будучи найбільш токсичним ТМ, в рослинах входить до складу пластоціанін, який бере участь у фотосинтезі, і деяких інших медьсодержащих білків і окислювальних ферментів. Вона підвищує посухо-, морозо- і жаростійкість рослин [7]. Однак інтервал концентрацій Cu, при яких цей метал не проявляє свого токсичної дії, дуже невеликий. Навіть дворазове перевищення оптимальних концентрацій Cu може викликати негативну дію. Так, токсична дія міді в підвищених концентраціях проявлялося в зниженні накопичення фітомаси, зменшенні оводненности тканин і вмісту хлорофілу, інгібуванні поглинання іонів деяких інших металів і їх транслокації по рослині ріпаку [3]. Високі концентрації цього металу призводять до розвитку металлотоксікозов (хлорози, некрози, інгібування росту коренів і пагонів), аж до повної загибелі рослин. Механізми адаптації рослин до токсичної дії Cu засновані на функціонуванні загальних (низькомолекулярні органічні стрес-протекторні сполуки, захисні макромолекули і антиоксидантні системи) і спеціалізованих механізмів стійкості (хелатування, секвестерізація і компартментація ТМ) [8, 9].
Токсична дія свинцю (Pb) на рослини пов'язано, головним чином, з порушенням фотосинтезу, а також росту рослин. В основному свинець накопичується в коренях рослин [1,4,5]. Однак слід зазначити, що фітотоксичність цього металу менш виражена в порівнянні з багатьма іншими ТМ. Це пояснюється тим, що в грунті катіони металу швидко зв'язуються з утворенням малорозчинних сполук, а також досить міцно утримуються грунтовими колоїдами. Внаслідок цього Pb стає малорухливим і втрачає свою доступність для рослин [1]. Ще одним поясненням зниженою фітотоксичності Pb є наявність в рослинах діючої системи інактивації [2]. Разом з тим в присутності високих концентрацій Pb у грунті відбувається виражене інгібування процесів росту і розвитку рослини [4, 6].
Метою даного дослідження було вивчення впливу різних концентрацій важких металів (Pb і Cu) в грунтах на ріст і розвиток кропу городнього Anethum graveolens L.
Дослідження проводилися в рамках стаціонарного мікрополевого досвіду на території експериментального комплексу лабораторії екології та раціонального природокористування Державного автономного наукової установи «Інститут регіональних досліджень Республіки Башкортостан». Досвід закладали в триразовою повторності в наступних варіантах: 1) контроль (без внесення в грунт ТМ), 2) внесення Cu в кількості 1, 5 і 10 ГДК, 3) внесення Pb в кількості 1, 5 і 10 ГДК, 4) спільне внесення Cu і Pb в кількості 1, 5 і 10 ГДК. Ґрунти дослідної ділянки представлені чорноземами звичайними важкого механічного складу. Закладка досвіду проводилася на мікроделянках розміром 100 х 100 см, розділених між собою поліетиленовою плівкою до глибини 40 см з метою запобігання міграції ТМ. Перед закладанням грунт розпушували, очищали від залишків рослин і вирівнювали. Cu і Pb в грунту вносилися в формі розчинних солей - ацетатов. Посів насіння Anethum graveolens L. був проведений рядовим способом. Норма висіву становила 100-150 штук насіння на 1 м2.
На 24-й день вегетації висота рослин Anethum graveolens L. була приблизно однаковою на всіх пробних майданчиках, як забруднених солями металів, так і контрольної, що може свідчити про відсутність вираженого негативного впливу на досліджувані рослини на даному етапі їх зростання з боку внесених в грунт ТМ (рис. 1).
Мал. 1. Вплив різних концентрацій Cu (А) і Pb (Б) в грунті на динаміку зростання Anethum graveolens L.
Приблизно через 40 днів вегетації починали проявлятися відмінності в висоті Anethum graveolens L. посилюються в міру зростання рослини. На 54-й день росту на рослинах, що ростуть на грунтах з внесенням ТМ, з'явилися невеликі ознаки хлорозу. Висота рослини на ділянках, забруднених міддю була вище в порівнянні з рослинами, що виросли на грунтах зі свинцем. Цей результат, очевидно, свідчить про більшу фітотоксичності свинцю в порівнянні з міддю.
Як було зазначено вище, свинець в порівнянні з міддю володів більш вираженим токсичною дією. Рослини на ділянці, що містить 10ПДК Pb, виявилися найбільш слабкими і низькорослими, володіли ознаками хлорозу. Їх зростання після 54-го дня вегетації практично припинився.
Спільне внесення Cu і Pb також негативно позначилося на збільшенні довжини рослин. При цьому висота рослин на всіх пробних майданчиках (1, 5, 10 ГДК Pb + Cu) була приблизно однаковою при кожному вимірі, а в кінці вегетаційного періоду відставання в рості в порівнянні з контролем склало 1,5 рази.
Періодичні вимірювання довжини найбільш великих листя показали, що роздільне забруднення грунтів міддю і свинцем, так само як і їх спільне внесення, негативно впливає на цей показник. При цьому в грунті з солями свинцю рослини були пригнічені в більшій мірі в порівнянні з контролем. Так, на ділянках, що містять 5 і 10 ГДК Pb, листя виявилися коротше в 2 рази (рис. 2). Спільне внесення солей свинцю і міді трохи знижувало токсичний ефект Pb щодо довжини листя.
Мал. 2. Залежність довжини листя Anethum graveolens L. від концентрації Cu (А) і Pb (Б) в грунті
В кінці вегетаційного періоду було підраховано кількість листя на кожній рослині. Внесення в грунт Cu в кількості 1 ГДК призвело до невеликого підвищення цього показника, подальше збільшення концентрації металу сприяло його незначного зниження в порівнянні з контролем. У дослідах зі свинцем, а також при сумісному внесенні Cu і Pb спостерігалося зниження кількості листя в залежності від концентрації металу в грунті (рис. 3).
Мал. 3. Залежність кількості листя Anethum graveolens L. від концентрації Cu і Pb у грунті
Після збору рослин була виміряна довжина їх осьового кореня. Штучне забруднення грунтів ТМ гнітило зростання осьового кореня рослин в довжину. Свинець в даному випадку також виявився більш токсичним. У меншій мірі постраждали рослини на ділянках, забруднених одночасно Cu і Pb. Так, при 5 ГДК Cu + Pb довжина коренів нічим не відрізнялася від контрольного варіанту, а при 1 і 10 ГДК її значення були трохи нижче в порівнянні з контролем (рис. 4).
Мал. 4. Залежність довжини осьового кореня Anethum graveolens L. від концентрації Cu і Pb у грунті
Наступним вивченим показником рослин Anethum graveolens L. з'явилася їх суха біомаса. Внесення в грунту солей міді в кількості 1 ГДК позитивно позначилося на цьому показнику. У порівнянні з контрольним варіантом (6,12 мг / кг) біомаса трохи підвищилася і склала 6,61 мг / кг (рис. 5).
Мал. 5. Залежність сухої біомаси Anethum graveolens L. від концентрації Cu і Pb у грунті
При підвищенні концентрації міді в грунтах до 5ПДК і 10ПДК суха фитомасса знижувалася до 5,50 мг / кг і 5,24 мг / кг, відповідно. Присутність солей свинцю в грунті в кількості 1ПДК призводило до зниження біомаси рослин Anethum graveolens L. в два рази (3,12 мг / кг), а при збільшенні концентрації цього металу в грунті до 5 і 10 ГДК спостерігалося зниження досліджуваного показника до 4 разів по порівняно з контролем. При спільному внесенні Cu і Pb мідь надавала стимулюючий вплив на розвиток рослин, що відбилося і на їх біомасі. При цьому токсичний ефект свинцю знижувався в 2 рази на ділянці з 10ПДК і в 3,5 рази - з 5 ГДК.
Таким чином, проведені дослідження доводять негативний вплив високих концентрацій міді і, особливо, свинцю в грунтах на ріст і розвиток рослин. Дія ТМ на рослину може відрізнятися на різних стадіях його розвитку. При цьому можуть спостерігатися морфологічні зміни, які проявляється в укороченности стебел, листя і коріння, зменшенні кількості листя і загальної біомаси рослин, появі хлорозів і некрозів. При цьому присутність одного металу може знижувати фитотоксичность іншого.
Суюндук Я.Т. д.б.н. професор, директор ДАНУ Інститут регіональних досліджень, м Сибай;
Янтурін С.І. д.б.н. професор, професор кафедри екології Сибайского інституту (філії) Башгосуніверсітета, м Сибай.
Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»
(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)
Сучасні проблеми науки та освіти
Електронний науковий журнал | ISSN 2070-7428 | Ел. № ФС77-34132
Служба технічної підтримки - [email protected]
Відповідальний секретар журналу Бізенкова М.Н. - [email protected]
Матеріали журналу доступні на умовах ліцензії Creative Commons «Attribution» ( «Атрибуція») 4.0 Всесвітня.