Рост и развитие овса посевного в урбанизированной почве - Влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанозема и фитоэкстракция тяжелых металлов

ТМ способны вызывать изменения на клеточном уровне, их мишенями являются многие химические вещества и органоиды клетки, наиболее опасны для живой клетки Cd, Pb, Hg, Cu, Zn (Плешакова, 2010). При накоплении метаталлы в почве способны привести к изменению ее свойств, как биологических, оказывая влияние на почвенные микроорганизмы и ферменты, так и физических, приводя к изменению гумусного состава почвы, кислотности, ее общей структуры (Неклюдов, 2007). Помимо этого, они попадают из почвы в растительные организмы, что приводит не только к снижению урожайности, но и к включению металлов в цепи питания, оказывая токсическое действие на животных и человека (Гичев, 2003).

Избыток Pb в растениях, связанный с высокой его концентрацией в почве, ингибирует дыхание и подавляет процесс фотосинтеза, иногда приводит к увеличению содержания Cd и снижению поступления Zn, Ca, P, S. Вследствие этого, снижается урожайность растений и резко ухудшается качество производимой продукции. Внешние симптомы негативного действия Pb - появление темно-зеленых листьев, скручивание старых листьев, чахлая листва. Устойчивость растений к его избытку неодинаковая: менее устойчивы злаки, более устойчивы бобовые. Поэтому симптомы токсичности у различных культур могут возникнуть при разном валовом содержании Pb в почве от 100 до 500 мг/кг (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ильин, Сысо, 2001). Концентрация металла в растениях выше 10 мг/кг сухого вещества является токсичной для большинства культурных растений (Рэуце, Кырстя, 1986).

Замечен интересный факт, что различные растения способны по-разному накапливать концентрации Pb в разных своих частях. К примеру, растения салат и сельдерей накапливает в надземной части намного больше Pb, нежели в корнях, противоположные салату - морковь и одуванчик (Лепнева, Обухов, 1987; Волошин, 2003).

В нашем модельном опыте у растений, посаженных в загрязненной Pb почве, наблюдается торможение в росте. Проявляются внешние симптомы, такие как: изменение окраски листьев до темно-зеленого состояния с последующим их скручиванием и выпадением (рис. 9).

рост и развитие овса посевного в урбанизированной почве, загрязненной свинцом (справа налево

Рис. 9 Рост и развитие овса посевного в урбанизированной почве, загрязненной свинцом (справа налево: Pb-контроль, Pb-40 мг/кг, Pb-60 мг/кг)

Поступление Cd в растения имеет ограниченные масштабы, вследствие того, что он легко присоединяет значительное количество обменных позиций, которые находятся на клеточных стенках (Налимова и др., 2005). Считается, что Cd - токсичный элемент для растений. Главная причина токсичности связана с нарушением ферментативной активности, задерживается образование хлорофилловых пигментов у растений. Обработанные кадмием растения проявляют следующие виды заражения: хлороз листьев, повреждение корневой системы, задержка роста, красно-бурая окраска их краев или прожилков. Фитотоксичность Cd обнаруживается изменением проницаемости клеточных мембран, тормозящим действием на фотосинтез, нарушением транспирации и фиксации, (Битюцкий, 2005; Пляскина, Ладонин, 2009).

В наших образцах загрязненных кадмием под посевами овса посевного существенного различия в росте растения между контролем не выявлено, при 40 мг/кг почвы загрязнителя. Только при концентрации 60 мг/кг почвы отмечен медленный рост. Однако при внесении 40 и 60 мг/кг почвы Cd отразилось краевым ожогом на листьях в виде бурой окраски; растения вначале роста начали желтеть у кончика ростка (Рис. 10).

рост и развитие овса посевного в урбанизированной почве загрязненной кадмием (справа налево

Рис. 10. Рост и развитие овса посевного в урбанизированной почве загрязненной кадмием (справа налево: Cd-контроль, Cd-40 мг/кг, Cd-60 мг/кг)

Фитотоксичность Cd проявляется в тормозящем действии на фотосинтез, нарушение транспирации и фиксации, изменении проницаемости клеточных мембран. В частности, в присутствии Cd у овса посевного также наблюдается уменьшение числа листьев на главном побеге и количество сформированных боковых побегов.

При этом наиболее сильное воздействие на размеры листа оказывает Cd, в меньшей степени - Pb.

Необходимо также отметить, что изменение площади листовой пластинки под действием ТМ выражено в гораздо меньшей степени, чем изменение биомассы корня и побега, что отражается в сухой биомассе овса посевного (рис. 11-12).

вес сухой биомассы овса посевного загрязненного различными концентрациями свинца под посевами овса посевного

Рис. 11 Вес сухой биомассы овса посевного загрязненного различными концентрациями свинца под посевами овса посевного

вес сухой биомассы овса посевного загрязненного различными концентрациями кадмия под посевами овса посевного

Рис. 12 Вес сухой биомассы овса посевного загрязненного различными концентрациями кадмия под посевами овса посевного

Таким образом, из рис. 11-12 видно, что ТМ в дозах 40-60 мг/кг почвы ухудшают параметры корня и стебля растения - овса посевного. В присутствии Cd у растения слабо развивается корневая система, однако не оказывает сильного негативного влияния на побегообразование овса посевного при поступлении той же концентрации Pb в урбанизированной почве.

Отмеченное в наших опытах уменьшение роста корней под влиянием Pb и Cd, по-видимому, является результатом замедления клеточного деления под влиянием ионов Cd, тогда как ионы Pb оказывают направленное воздействие на микротрубочки (Ваулина и др., 1978; Мельничук, 1990).

Кроме угнетения клеточного деления возможными причинами замедления роста корней в присутствии избытка Pb и Cd могут быть: нарушение ТМ процессов растяжения клеток, изменение гормонального баланса, ингибирование клеточного метаболизма (Кабата Пендиас, Пендиас, 1989; Таланова и др., 2001б). По литературным данным увеличение концентрации Cd (800 и 1000 мг/кг) приводит к гибели корневой системы растения (Казнина, 2003). Однако при действии отмеченных концентраций Pb и Cd в растениях овса посевного сохраняется согласованность основных метаболических процессов, что обеспечивает возможность их роста и развития в условиях повышенного, содержания ТМ в урбанизированной почве. Наряду с токсическим действием ТМ существуют механизмы детоксикации, отражающие взаимодействие частей и органов в системе целого растения. К числу таких механизмов относятся:

    1) задержка поглощения ТМ корнями; 2) способность растения регулировать их транспорт из корней в побег; 3) функционирование ряда барьеров (корень - стебель, стебель - соцветие) на пути транспорта металлов к наиболее важным для жизнедеятельности растений органам; 4) участие трихом в их выведении из клеток (Полевой, Саламатова, 1991; Clemens et al., 2002).

Похожие статьи




Рост и развитие овса посевного в урбанизированной почве - Влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанозема и фитоэкстракция тяжелых металлов

Предыдущая | Следующая