УДК 631.95
ГУМАТ ПОВЫШАЕТ УСТОЙЧИВОСТЬ ELODEA CANADENSIS К ВЫСОКИМ КОНЦЕНТРАЦИЯМ МЕДИ
Т. А. Кирдей, доцент,
ФГБОУ ВПО Ивановская государственная
сельскохозяйственная академия
имени академика Д. К. Беляева,
Т.A.Kirdey@mail.ru
Рост антропогенного загрязнения привел к значительному увеличению содержания тяжелых металлов в экосистемах. Высокие концентрации тяжелых металлов в водоемах оказывают токсическое воздействие на гидрофиты. В то же время известно, что снизить фитотоксичность тяжелых металлов можно с помощью гуминовых соединений. В связи с этим изучали влияние гумата из торфа на устойчивость элодеи канадской (Elodea canadensis Michx) к различным концентрациям меди (0,025—1 мг/л). Установлено, что высокие концентрации меди — 0,5 и 1 мг/л оказывают сильное токсическое воздействие на растения. Обнаружена протекторная роль гумата, который повышает устойчивость элодеи при всех изученных концентрациях меди. При невысокой концентрации металла (0,025 мг/л) гу-мат снижает накопление меди в растениях, при более высоких концентрациях — повышает.
The growth of antropogenic pollution leads to marked increase in heavy metal content in ecosystems. High concentrations of heavy metals in water bodies produce toxic effect on hydrophytes. At the same time, it is known that heavy metals phytotoxicity can be reduced with the help of huminic compounds. In this regard, the influence of peat humate on the resistance of Elodea canadensis to different concentrations of copper (0,025—1 mg/l) was studied. It was stated that high concentrations of copper 0,5 and 1 mg/l produce strong toxic influence on plants. The protective role of humate, increasing the resistance of Elodea canadensis under all the studied concentrations of copper, was found. Under moderate concentrations of the metal (0,025 mg/l), humate decreases the accumulation of copper in plants, while under higher ones it increases them.
Ключевые слова: гумат, тяжелые металлы, медь, элодея.
Keywords: humat, heavy metals, copper, Elodea canadensis.
Растущее антропогенное воздействие на окружающую среду привело к значительному загрязнению водных экосистем. Особую опасность представляют тяжелые металлы, которые поступают в водоемы с промышленными и бытовыми сточными водами, из загрязненных почв, с атмосферными осадками. Высокие концентрации тяжелых металлов не только снижают качество воды, но и оказывают токсическое воздействие на живые организмы [1], в том числе — высшие водные растения, которые выполняют важнейшие функции в водных экосистемах — синтезируют первичную продукцию и образуют кислород в процессе фотосинтеза, поглощают биогенные элементы, накапливают токсические вещества [2].
В устойчивости экосистем значительная роль принадлежит гуминовым соединениям. Хорошо известно, что гуминовые кислоты образуют прочные комплексы с тяжелыми металлами, снижая тем самым их токсичность [3—5]. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования влияния гуматов на устойчивость гидрофитов к высоким концентрациям тяжелых металлов.
Объектом исследования были растения элодеи канадской (Elodea canadensis Michx). Побеги длиной 10 см помещали в 1 л сосуды с 5 %-ным раствором Хогланда по 10 шт. в трехкратной повторности. На опытных вариантах в питательную смесь Хогланда добавляли сульфат меди (0,025; 0,05; 0,1; 0,25; 0,5 и 1 мг/л Cu2+) без гумата или с гуматом, полученным из торфа [6]. Через 14 дней инкубации измеряли длину побегов и корней, массу растений. Содержание ионов меди в растениях определяли на атомно-абсорбционном спектрометре «Shimadzu» (Япония), модель 6800. Степень металлоустойчивости выражали соотношением сухих масс растений на опытном и контрольном вариантах. Рассчитывали коэффициент протекторного действия гумата: а) по накоплению массы — соотношение массы растений, выращенных с гуматом и без гумата; б) по накоплению токсичного иона — соотношение содержания меди в растениях, выращенных без гумата и с гуматом [5]. Коэффициент биологического накопления меди определяли как соотношение содержания меди в растении к ее содержанию в растворе. Статистическую обработку данных проводили при помощи программы Excel с использованием дисперсионного анализа.
В результате исследований установлено, что высокие концентрации меди -0,5 и 1 мг/л — вызывают сильные повреждения и торможение роста побегов элодеи — отме-
чали потерю зеленой окраски и тургора у листьев, их отделение и распад, почернение стеб-
2 +
лей. При 1 мг/л Си2 рост побегов и корней элодеи практически отсутствовал, тогда как на контрольном варианте прирост одного побега в среднем составил 5,5 см, корней — 43 см за все время эксперимента. Однако даже при высоких концентрациях меди в присутствии гумата наблюдался более сильный рост побегов и корней элодеи. В отсутствии меди в растворе и при 0,025 мг/л Си2+ гумат повысил прирост побегов в среднем на 2 см, корней — на 3 см. При более высоких концентрациях меди защитная роль гумата снизилась, но была также существенной, что хорошо видно по изменению массы растений (рис. 1).
Снижение массы растений обусловлено, по-видимому, накоплением меди в побегах элодеи. С увеличением концентрации меди в растворе наблюдается рост поглощения металла растениями (рис. 2, таблица).
1.0 2.0,025 3.0,05 4.0,1 5.0,25 6.0,5 7.1,0 Концентрация меди, мг/л
Рис. 1. Влияние гумата и меди на сухую массу элодеи (показана НСР05)
600
,500 § 400
300 200 100 0
□ Без гумата ■ С гуматом
1.0 2.0,025 3.0,05 4.0,1 5.0,25 Концентрация меди врастворе, мг/л
Рис. 2. Накопление меди растениями элодеи канадской (показана НСР05)
Таблица
Показатели устойчивости элодеи канадской к высоким концентрациям меди
Варианты Степень метал-лоус-тойчи- вости, % Коэффициент протекторного действия гумата Коэф-фици-ент био-логического накопления меди
По сухой массе По содержанию меди
1. Гумат аммония (ГА) 1,31 0,91
2. 0,025 мг/л Си2+ 87,18 4800
3. 0,025 + ГА 120,51 1,38 1,71 2800
4. 0,05 мг/л Си2+ 53,85 3200
5. 0,05 + ГА 76,92 1,43 0,89 3600
6. 0,1 мг/л Си2+ 46,15 2300
7. 0,1 мг/л Си2+ + ГА 66,67 1,44 0,74 3100
8. 0,25 мг/лСи2+ 41,03 1120
9. 0,25 мг/лСи2+ + ГА 58,97 1,44 0,62 1800
10. 0,5 мг/л Си2+ 28,20
11. 0,5 мг/л Си2+ + ГА 58,97 2,09 * *
12. 1 мг/л Си2+ 25,64
13. 1 мг/л Си2+ + ГА 38,46 1,50 * *
* — данные отсутствуют в связи с сильными повреждениями растений.
Обнаружен интересный эффект влияния гумата на поглощение меди растениями элодеи — если при невысокой концентрации меди (0,025 мг/л) гумат снизил содержание меди в растениях в 1,7 раза, то при более высоких концентрациях — 0,1 и 0,25 мг/л — повысил ее накопление соответственно в 1,3 и 1,6 раза. Аналогично гумат увеличил и коэффициент биологического накопления меди (таблица).
Степень металлоустойчивости растений снизилась с ростом концентрации меди в растворе более чем в 3 раза (таблица). Защитное действие гумата наблюдалось при всех изученных концентрациях меди, однако с ростом концентрации коэффициент протекторного действия по содержанию меди уменьшился почти в 3 раза, что свидетельствует о накоплении металла растением. Очевидно, что усиленное поглощение меди растениями под влиянием гумата не оказало существенного влияния на степень их металлоустойчивости.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлена протекторная роль гумата на рост элодеи канадской при различных концентрациях меди в среде. С увеличением концентрации металла в растворе гумат повышает накопление меди в растениях, снижая при этом ее токсическое действие.
76
№ 2, 2015
Библиографический список
1. Kopittke P. M., Blamey F. P., Asher C. J., Menzies N. W. Trace metal phytotoxicity in solution culture: a review. J. Exp. Botany. 2010. Vol. 61. No. 4. P. 945—954.
2. Basile A., Sorbo S., Conte B., Cobianchi R. C., Trinchella F., Capasso C., Carginale V. Toxicity, accumulation, and removal of heavy metals by three aquatic macrophytes. International Journal of Phytoremediation. 2012. Vol. 14. No. 4. P. 374—387.
3. Тарасова А. С. Использование биолюминесцентных систем для изучения закономерностей детоксикации растворов модельных поллютантов гуминовыми веществами / Автореферат дисс. канд. биол. наук. — Красноярск, 2012. — 22 с.
4. Кирдей Т. А. Роль гумата в снижении фитотоксичности кадмия // Фундаментальные исследования. — 2014. — № 12 (часть 9). — С. 1921—1925.
5. Dinu M. I. Comparison of complexing ability of fulvic and humic acids in the aquatic environment with iron and zinc ions. Water Resources. 2010. Vol. 37. No. 1. P. 65—69.
6. Калинников Ю. А., Батурина И. Ю., Кирдей Т. А. Способ получения жидких торфяных гуматов / Патент на изобретение № 2310633. — Бюл. № 32, 2007.
HUMATE INCREASES THE RESISTANCE OF ELODEA CANADENSIS TO HIGH CONCENTRATIONS OF COPPER
T. A. Kirdey, Associate Professor of the Department of Selection, Botany and Ecology, Ivanovo State Agricultural Academy named after academician D. K. Belyaev
References
1. Kopittke P. M., Blamey F. P., Asher C. J., Menzies N. W. Trace metal phytotoxicity in solution culture: a review. J. Exp. Botany. 2010. Vol. 61. No. 4. P. 945—954.
2. Basile A., Sorbo S., Conte B., Cobianchi R. C., Trinchella F., Capasso C. Carginale V. Toxicity, accumulation, and removal of heavy metals by three aquatic macrophytes. International Journal of Phytoremediation. 2012. Vol. 14. No. 4. P. 374—387.
3. Tarasova A. S. Ispolzovanie biolyuminestsentnyih sistem dlya izucheniya zakonomernostey detoksikatsii rastvorov modelnyih pollyutantov guminovyimi veschestvami [The use of bioluminescent systems for the study of laws of model pollutants solutions detoxication by humic substances] Thesis abstract for the degree of Dr. Sc. (Biology). Krasnoyarsk, 2012. 22 p. (in Russian).
4. Kirdey T. A. Rol gumata v snizhenii fitotoksichnosti kadmiya [Humate role in cadmium phytotoxicity reduction] Fundamental research. 2014. No. 12 (part 9). P. 1921—1925. (in Russian).
5. Dinu M. I. Comparison of complexing ability of fulvic and humic acids in the aquatic environment with iron and zinc ions. Water Resources.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.