Изучение влияния тяжелых металлов на рост и развитие пшеницы

 

 

Рисунок 2 Влияние ТМ на длину главного корня

     

Рисунок 3 Влияние ТМ на длину колеоптиля

Рисунок 4 Влияние ТМ на длину боковых корней

 

 Как видно из таблицы ингибирующее влияние на длину главного корня, колеоптиля и боковых корней также как и на всхожесть семян пшеницы оказали медь и кадмий.

Процесс развития боковых корней чрезвычайно устойчив к действию большинства тяжелых металлов. Однако причины этой устойчивости к разным металлам могут существенно различаться. С одной стороны, металлы могут не поступать в перицикл, как это свойственно Сd и Pb, и поэтому не влияют на ветвление корня. С другой стороны, металлы могут проходить через эндодерму, но накапливаются в клетках перицикла в метаболически малоактивном компартменте – клеточных оболочках. Например, это свойственно Cu, что, наряду с его слабой токсичностью, и обуславливает нормальное заложение боковых корней в перицикле. Распределение различных металлов в побегах зависит от физико-химических свойств их ионов. В силу различных причин,  Сd, Pb и Zn поступают в надземные органы растений в ограниченном количестве. В побегах эти металлы были обнаружены в проводящих тканях, эпидермисе, а в случае Zn − и в клетках эндодермы.

Результаты влияния  тяжелых металлов на побеговую систему  представлены в таблице 3.

 

Таблица3-Влияние тяжелых металлов на рост побеговой системы пшеницы (см).

Вариант опыта	Длина побега	%
	см	%
Контроль	15,4±0,13	100
Zn	15,9±0,66	103
Cu	14,1 0,1	91
Pb	10,1±0,12	65
Cd	12,5±0,15	81

 

 

 

Рисунок 5 Влияние ТМ  на рост побеговой системы

 

Как видно из диаграммы ингибирующее действие  на рост побега оказывает кадмий и  незначительно медь, тогда как  цинк наоборот стимулирует рост побегов. Возможно, это связано, что цинк  содержится в повышенных концентрациях в конусе нарастания и способствует увеличению содержания ауксинов в тканях и активирует их рост. Как и в корне, в побеге Pb передвигается по апопласту, для чего в проростках пшеницы не существует каких-либо специальных барьеров. Не наблюдается также преимущественного накопления Pb в отдельных тканях, что свидетельствует об одинаковой проницаемости апопласта клеток разных тканей побега.

Обнаружение тяжелых металлов в различных частях проростков пшеницы проводили гистохимическим методом.

Изучение локализации  тяжелых металлов в растительных тканях и их способности к передвижению, важно для понимания реакции на них растений, следовательно, для роста и развития.

Тяжелые металлы  способны давать красное окрашивание  при реакции с дитизоном. Дитизон  обладает высокой чувствительностью к тяжелым металлам и образует в присутствии исследуемых металлов нерастворимые соли – дитизонаты, окрашенные в красный цвет. Для определения локализации  Pb, Cd, Cu и Zn готовили серии поперечных срезов корня на разных расстояниях от апекса, а также срезы колеоптиля и листьев. Результаты представлены в таблице 4.

 

Таблица 4- Локализация тяжелых металлов в различных зонах прорастания пшеницы.

Тяжелые металлы	дитизон
	корень	колеоптиль	листья
Cu	++	±	+
Zn	++	±	+
Cd	++	±	-
Pb	++	±	-

 

Из таблицы видно, что при выращивании проростков пшеницы в присутствии тяжелых металлов в основном они накапливались в клетках ризодермы, а значит, большая часть их концентрировалась в корне (++).

Ризодерма состоит, главным образом, из удлиненных, плотно упакованных клеток, расположенных в один слой. Однако пшеницы, имеет свои особенности, связанные с суберинизацией клеточных оболочек. Под действием тяжелых металлов, засоления и других стресс-факторов этот процесс начинается ближе к кончику корня, что приводит к усиленному отложению суберина [5], возможно, как результат окислительного стресса. Предполагается, что подобные модификации клеточных оболочек ризодермы в норме могут иметь важное значение, предотвращая потерю воды клетками коры. При действии тяжелых металлов это становится еще более актуальным, так как содержание воды в растениях снижается.  Независимо от структуры, ризодерма выполняет роль поглотительной ткани, потому, что обладает более развитой или более активной системой мембранных транспортных механизмов [71].

Поступление металлов в  корень происходит во всех его зонах, причем в некоторых случаях в  зоне растяжения происходит даже более  активно, чем в зоне корневых волосков.  Следовательно, корень является основным накопителем тяжелых металлов, что подтверждают наши исследования и отражены в таблице (++).

 Колеоптиль  выполняет лишь транспортную функцию, то есть здесь металлы выявляются, но не накапливаются(±). 

Эффективность транспорта Cd и Pb в побеги невысока вследствие наличия барьерных тканей (эндодермы) и поступления металлов в центральный цилиндр,

Тяжелые металлы  не способны, в какой либо значительной степени проходить через плазмолемму клеток обкладки пучка и поступать в мезофилл. Именно эта способность обуславливает их накопление преимущественно в покровной ткани листа. Однако если бы накопление металла в покровных тканях было связано только с транспирацией, то наибольшее количество Pb было бы обнаружено в клетках устьичного аппарата. Об этом свидетельствуют пока еще неопубликованные данные, согласно которым содержание Pb было выше в протопластах замыкающих клеток и ниже – в апопласте крупных основных клетках эпидермиса. [18]. Сd и Pb поступают в надземные органы растений в ограниченном количестве. В побегах эти металлы были обнаружены в проводящих тканях, эпидермисе [11]. Выявление металлов в покровной ткани может быть результатом их накопления в участках, где заканчивается транспирационный ток. Наши исследования подтверждают литературные данные и как видно из таблицы кадмий и свинец не обнаружены в листьях, тогда как медь и цинк дают положительную реакцию с дитизоном и срезы окрашиваются в красный цвет. Наличие этих металлов связано с тем, что медь входит в состав хлоропластов, а именно в пластоцианинах – медьсодержащих белков, осуществляющих перенос электронов между ФС II и ФС I. Кроме того, он входит в состав нитратредуктазного комплекса. А цинк содержится в повышенных концентрациях в зеленых листьях и активирует ферменты гликолиза, а также влияет на синтез белков и ауксинов, что в свою очередь стимулирует рост.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

1. Проведенный анализ о влияние тяжелых металлов различных концентраций на всхожесть пшеницы показывает, что ингибиторами оказались медь и кадмий, а другие тяжелые металлы Zn и Pb, слабо влияли на рост растений.
2. Ингибирующее влияние на рост корня и побега проростков пшеницы, оказали медь и кадмий, а цинк стимулировал  рост побегов. Эффективность транспорта Cd и Pb в побеги также невысока вследствие наличия барьерных тканей (эндодермы и экзодермы), которые ограничивают радиальный транспорт металлов по корню
3. Основным накопителем тяжелых металлов является корень. В листьях кадмий и свинец не обнаружены, тогда как медь и цинк дают положительную реакцию, поскольку медь входит в состав медьсодержащих белков  хлоропластов, а цинк содержится в составе ферментов фотосинтеза и активирует ферменты гликолиза, а также влияет на синтез белков и ауксинов, что в свою очередь стимулирует рост.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

 

1. Алещукин  Л.В. к методике определения  уровней металлов в почвах территорий, примыкающих к населенному пункту.- в кн.: Тяжелые металлы в окружающей среде. М.: Наука,1890, С.40-45.

2. Аманова  Н.М. накопления бора растениями  в связи с их ботанико- географическими  особенностями: атореф. канд.дис.  Душанбе, 1980.20 с. 

3. Аржанова В.С., Елпатьевский П.В. сравнение некоторых способов оценки влияния техногенеза на окружающую среду.- в кн: Процессы миграции вещества в береговой зоне. Владивосток, 1978,с.74-84.

4. Аржанова  В.С, Елпатьевский П.В. микроэлементный  состав растений как метод техногенного влияния на окружающую среду. В кн: Загрязнение среды. М.: Наука,1980,с. 15-18.

5. Берзиня  А.Я. загрязнение металлами растений  в придорожных зонах автомагистралей.- в кн.: Загрязнение природной среды  выбросами автотранспорта. Рига,1980,с.28-45.

6. Бериня Д.Ж., Карелина Л.В., Бекулина В.В. нагрузки  выброса автотранспорта и загрязнение  почв придорожной зоны металлами.- В кн.: Загрязнение природной среды  выбросами автотранспорта. Рига,1980,с. 16-17.

7. Бобко Е.В.  о некоторых биохимических реакциях бора в растении.- Тр.    Ин-та физиологии растений,1949, т. 6, вып.2, с. 18-89.

8. Большаков  В.А., Гальпер Н.Я., и др. загрязнение  почв и растительности тяжелыми  металлами. М. колос, 1978.52с.

9. Важенин  И.Г. микроэлементы в почвах  в зоне воздействия техногенных выбрасов через атмосферу.- В нк.:  Док. Всесоюз. Конф. По проблемам микроэлементам в биологии . Кишинев, 1981,с. 95-100.

10. Вахмистров  Д.Б. питание растений. М.: Наука, 1979, 64с.

11. Вахмистров  Д.Б., Мазель Ю.А. поглощение и  передвижение солей в клетках корня.- В кн.: Итоги науки и техники/ВИНИТИ. М., 1973,с. 164-212.

12. Виноградова  Х.Г. Молибден в растениях в  связи с их систематическим   положением.- Тр. Биогеохим.лаб., 1954, т. 10, с. 82-83.

13. Воробьев  Л.Н. регулирование мембранного  транспорта в растении.- В кн.: Итоги науки и техники/ВИНИТИ. М. 1980. с.5-77.

14. Горбатов  В.С., Сердюкова А.В., Зырин Н.Г.  Закономерности распределения свинца  в почвах и растениях предгорного  ландшафта. – В кн.: Тез доклад IХ  всесоюз.конф.по проблемам микроэлементов в биологии. Кишенев.

15.Глазовская  М.А. принципы классификации почв  по их устойчивости к химическому  загрязнению. –В нк.:  земельные  ресурсы мира, их использование  и охрана. М.: Колос, 199, с.85-99.

16.Гринь А.В., Ли С .К., Зырин Н.Г., Обухов А.И., Платонов Г.В. поступление тяжелых металлов (цинк, кадмий, свинец) в растения зависимости от их содержания в почвах.- В нк.: Миграция загрязняющих веществ в почвах и с определенных средствах. Л.: Наука, 1980, с.198-202.

17. Данилова  М.Ф. специализация ткани в корне как органе поглощения ионов.- Физиология растений, 1981, т.28, вып.1, с.169-183.

18. Донцева  А.В., Калуцков В.Н. сравнительная  устойчивость растительности к  загрязнению выбросами медно-  никелевой промышленности .- В кн.: Загрязняющие среды. М: Наука, 1980,с.19-21.

19. Зырин Н.Г., Гринь А.В., Ли С.К., Обухов А.И., Платонов В.Г. техногенное загрязнение  и нормирование высоких концентраций  микроэлементов в почвах.- В кн.: Докл. IХ Всесоюз.конф.по проблемам микроэлементов в биологии. Кишинев, 1981, с.102-106

20. Кларксон  Д.Т. ионный транспорт и структура  растительной клетки. М.:Наука, 1977, 368 с.

21. Ковальский  В.В., Раецкая Ю.И., Грачева Т.И.  Микроэлементы в растениях и  кормах. М: Колос,1971, 233.

22. Кондратюк  Е.Н., Тарабарнин В.П., Бакланов В.И., Бурда В.И., Харкота А.И. промышленная ботаника, Киев, 1980.с. 258.

23. Курсанов  А.Л. Транспорт ассимилянтов в  растениях. М.: Химия, 1976. с.64.

24. Никифорова  Е.М. Загрязнение природной среды  свинцом от выхлопов газов  автотранспорта.- Вест.МГУ. Сер. География,1975, №3, с.28-36.

25. Никифорова  Е.М. Свинец ландшафтах природных  экосистем. -  В кн.: Техногенные  потоки вещества в ландшафтах  и состоянии экосистем. М.: Наука, 1981,с.220-229.

26. Парибок  Т.А., Леина Г.Д., Троицкая Е.А., Тэмп  Г.А., Хохлов В.Г. Накопление металлов растениях лесотундры. – Ботан.журн., 1967, т.52,№1, с. 13-23.

27. Парибок  Т.А., Леина Г.Д., Созыкина Н.А., Топорский  В.Н., Николаева Т.И., Дьякова Т.Б.  Накопление свинца в городских  растениях. – Ботан.журн. 1982, т. 67,№11, с. 1533- 1536.

28. Пельтихина  Р.И., Табаркин  В.П. Аккумуляция  микроэлементов, при   избыточном  содержании их в окружающей  среде, растениями. – Учен.зап.  Перм.ун-та, 1975, №335, с.91-102.

29. Петрувина  Р.И., Зырин Н.Г. Миграция соединений  кадмия в модельном агробиоценозе. – В нк.: Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопределенных средах. Л.: Наука, 1978, с. 182-191.

30. Саляев  Р.К. Поглощение веществ растительной  клеткой. М., 1969, с.206.

31. Скарлыгина- Уфинцева Н.Д. Техногенное загрязнение  растений тяжелыми металлами и его эколого- биологический эффект.- В нк.: Тяжелые металлы в окружающей среде. М,1980, с. 85-88.

32. Скрипченко  И.И., Залотарева Б.Н., Мартин Ю.  Мхи и лишайники как индикаторы  содержащие ртуть в окружающей  среде.- В кн.: Лихеноиндикация состояние  окружающей среды. Таллин, 1978,с. 72-74.