научная статья по теме БИОАККУМУЛЯЦИЯ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА–РАСТЕНИЕ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «БИОАККУМУЛЯЦИЯ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА–РАСТЕНИЕ»

АГРОХИМИЯ, 2008, № 9, с. 66-74

УДК 631.81.033:574. 6

БИОАККУМУЛЯЦИЯ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ*

© 2008 г. Е. В. Яковлева, В. А. Безносиков, Б. М. Кондратенок, Д. Н. Габов, М. И. Василевич

Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28, Россия E-mail: Kaleeva@ib komisc.ru Поступила в редакцию 20.02.2008г.

Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в градиентном режиме проведено изучение качественного и количественного состава полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растение. Установлено, что биоаккумуляция углеводородов в исследуемой системе происходит в почвах за счет легких полиаренов техногенного происхождения, тяжелые полиарены образуются, главным образом, в результате трансформации органического вещества в процессе педогенеза. Биоаккумуляция полициклических ароматических углеводородов в растениях обусловлена их поглощением из почвы и внутриклеточным синтезом Tradescantia (clon 02). Выявлена зависимость накопления полиаренов в почвах и растениях от доз бенз(а)пирена, внесенного в почву.

ВВЕДЕНИЕ

Полициклические ароматические углеводороды представляют собой высокомолекулярные органические вещества, основным элементом структуры которых является бензольное кольцо. Они внесены в списки приоритетных загрязнителей как Европейского сообщества (ЕС), так и Агентства по охране окружающей среды США (ЕРА) и характеризуются высоким канцерогенным, мутагенным и токсичным действием на живые организмы.

Актуальность исследований полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растение обусловлена повышенной опасностью и масштабностью загрязнения окружающей среды этими соединениями. Почвенный покров является главным компонентом ландшафта, депонирующим полициклические ароматические углеводороды. Интенсивность накопления, возможность консервации и последующей мобилизации данной группы стойких органических загрязнителей в окружающую среду зависит от свойств почв. В рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха [1] к настоящему времени выполнены разнообразные исследования переноса различных поллютантов и реакции экосистем на их поступление. Следует отметить недостаточность работ, посвященных поведению полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растение, что обусловливает необходимость проведения исследований по вовлечению полиаренов в биологический круговорот.

* Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант < 07-04-00285-а).

Поведение поллютантов в системе почва-растение складывается из ряда процессов: поглощение корнями растений, ремиссия, миграция и деградация в почве. По концептуальной модели [2] поглощение органических поллютантов корнями растений из почвы представляется как функция растворимости веществ в воде, содержания органического вещества и вида растения. Детальный анализ процесса накопления стойких органических соединений растениями [3] позволил предположить, что коэффициенты их накопления и содержания в почвах связаны нелинейной функцией, что объясняется в случае невысоких концентраций их сорбцией почвой, при высоких - угнетающим действием на растения.

Расчеты показывают [4], что в целом переход стойких органических соединений из почвы в растения выше (35-70%), чем в воду (12-18%) и атмосферный воздух (18%). В работе [5] были определены концентрации десяти полициклических ароматических углеводородов, в том числе и бенз(я)пирена в листьях, семенах, коре сахарного клена (Acer saccarum), хвое и коре белой сосны (Pinus strobus), растущих на пригородных участках и отобранных в разные периоды года. Кора растений, отличающаяся высоким содержанием липидов, накапливала на каждую единицу площади (1 см2) поверхности в 7-135 раз больше полициклических ароматических углеводородов, чем листья, семена и хвоя, характеризующиеся низким содержанием липидов. При этом наблюдались относительно высокие стандартные отклонения (41-44%) содержания полиаренов в различных органах и частях растений.

Для индикации загрязняющих веществ в окружающей среде все чаще применяют биологические системы. Реакция живого организма, в том числе и растения, позволяет оценить антропогенное воздействие на среду обитания [6-12]. Система почва-растение очень информативна. Растения представляют собой наиболее уязвимый компонент биоты, так как являются первичными звеньями природных трофических цепей, выполняют основную роль в поглощении разнообразных пол-лютантов и постоянно подвергаются действию как глобального, так и локального загрязнения. Высокая биоаккумуляция поллютантов в растениях определяет их биоиндикационную функцию [13].

Получение сведений о загрязнении почвы полициклическими ароматическими углеводородами, в том числе и бенз(я)пиреном, приводит к необходимости оценить вероятность поглощения этих канцерогенов тканями растений, определить возможность перемещения из корней в надземные органы и исследовать реакцию растительного организма на их воздействие. Это позволит выявить роль растений в циркуляции полициклических ароматических углеводородов в биосфере и оценить перспективы использования растений как индикаторов загрязнения среды полиаренами [14, 15].

Цель работы - выявить закономерности биоаккумуляции полициклических ароматических углеводородов в системе почва-растение и оценить их токсико-канцерогенную активность в условиях модельного эксперимента при загрязнении почв бенз(а)пиреном.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Модельные исследования проведены в лабораторном эксперименте с использованием растений Tradescantia (clon 02) из семейства Commelinace-ae R.Br. Клон 02 наиболее часто применяется в целях оценки мутагенных воздействий химических и физических факторов. Tradescantia (clon 02) является гибридом между T. occidentales Pritton ex. Rydb. и T. ohiensis Raf. [13, 16]. В опытах использовали пахотный слой (Апах - 0-20 см) окультуренной подзолистой почвы, сформированной на пылеватом покровном суглинке. Агрохимическая характеристика почвы: содержание гумуса - 2.4-2.8%, подвижного фосфора - 43-103 мг/100г, обменного калия - 34-43 мг/100г, рНкс1 - 6.5-6.6, Нг - 0.81.0 ммоль/100 г, сумма поглощенных оснований -15.0-15.2 ммоль/100 г, степень насыщенности почвы основаниями - 94-95%.

Почву (по 400 г) набивали в стеклянные сосуды вмесимостью 500 см3. На дно каждого сосуда помещали 20 г битого стекла, вставляли стеклянные трубочки для дренажа и полива. Бенз^пирен вносили в почву в виде водного раствора государ-

ственного стандартного образца (ГСО № 7515/98), в концентрациях 1, 2, 3, 4 мкг/100 г. В контрольный вариант бенз(а)иирен не вносили. Повторность опытов шестикратная. Сосуды иоливали дистиллированной водой, поддерживая влажность почвы на уровне 60% ПВ. Опыт проводили в лаборатории при комнатной температуре и естественной освещенности. Растения выращивали в течение месяца, затем срезали. Учет воздушно-сухой массы проводили как для целого растения, так и раздельно для корней и листьев.

Полициклические ароматические углеводороды в почвах определяли по методике М 03-04-2002 [17]. В качестве флуориметрического детектора использовали анализатор жидкости "Флюорат 02 Панорама". Погрешность измерения полициклических ароматических углеводородов в почвах составляла 35% для диапазона измерений от 5 до 40 мкг/кг почвы и 25% - для диапазона от 40 до 2000 мкг/кг почвы при Р = 0.95.

СХЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В РАСТЕНИЯХ

Щелочной гидролиз образцов. Реакционную смесь, содержащую измельченную навеску растительного образца (4 г), гидроксида калия (12 г) и этилового спирта (200 см3), нагревали в течение 3 ч, затем отфильтровывали на фильтре Шотта. Остаток на фильтре промывали смесью этиловый спирт:гексан (1:2), к фильтрату добавляли 250 см3 дистиллированной воды. Полученный раствор трижды экстрагировали в течение 15 мин, добавляя 2 раза по 25 см3 гексана, в третий раз -75 см3 смеси гексан:эфир (1:1). Экстракт промывали дистиллированной водой в делительной воронке до нейтральной реакции промывных вод, сушили безводным сульфатом натрия в течение 1012 ч и далее отфильтровывали через фильтр Шотта. Остаток на фильтре дважды промывали 15 см3 смеси гексан : эфир (1:1). Растворитель из фильтрата отгоняли на роторном испарителе до объема 5-10 см3, остатки - в токе воздуха при комнатной температуре. Получали фракцию неомыляе-мых липидов.

Выделение из неомыляемых липидов суммы углеводородов. Навеску оксида алюминия (прокаленного по Брокману) массой 15 г, диспергировав в гексане, переносили в хроматографическую колонку с внутренним диаметром 1 см, длиной 20 см. Оксид алюминия промывали небольшим количеством гексана. На колонку количественно переносили 5-10 см3 раствора фракции неомыляемых липидов. Сумму углеводородов с колонки элюи-ровали 250 см3 смеси гексан:эфир (9:1). Растворитель из элюата отгоняли в вакууме при температуре 30°С до объема 2 см3. Последний количественно

переносили в яйцевидную колбу. Удаление остатков растворителя осуществляли в токе воздуха.

Выделение из суммы углеводородов фракции моно-, ди- и триядерных аренов. Разделение проводили методом тонкослойной хроматографии на пластинках с силикагелем (Merck, 20 х 20 см2). Для этого сухой остаток экстракта растворяли в 1 см3 четыреххлористого углерода. Предварительно пластинку промывали элюентом - смесью гексана, четыреххлористого углерода и ледяной уксусной кислоты в соотношениях 35 : 15 : 1. Высушенную после промывания пластинку активировали в течение 30 мин при температуре 110°С, затем ее охлаждали до комнатной температуры. Стеклянным капилляром количественно переносили раствор на пластинку в виде сплошной полосы. Пластинку помещали в хроматографическую камеру, элюирование прекращали, когда фронт растворителя поднимался до уровня 1-1.5 см от верхнего края пластинки, отмечали границу растворителя. Высушенную пластинку помещали под УФ-лампу и отмечали зону природных биолипидов в нижней части пластинки (Rf=0-0.2) и зону суммы углеводородов (Rf = 0.4-0.7). Соскабливали слой силикагеля, соответствующий зоне суммы

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.

Показать целиком