Изучить закономерности поглощения и распределения тяжелых металлов и поливалентных катионов-полютантов по органам и тканям растения : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель А. И. Соколик

Abstract

В качестве объектов исследования использовали растения основных сельскохозяйственных культур – злаковых (ячмень, пшеница) и бобовых (горох). Цель работы состояла в изучении поступления и накопления ряда тяжелых металлов, включая Pb и Cd в корнях и надземной части растений. В ходе работы с применением адсорбционной фотометрии и радиоактивного изотопа Cd-109 получены кривые временного хода накопления Pb и Cd в корнях и надземной части растений – представителей зерновых и бобовых. Испытаны концентрации металлов, которые не вызывают нарушений минерального питания и роста. В результате для гороха и злаков на (примере пшеницы и ячменя) установлена аналогия в динамике накопления Cd в корне и надземной части. Поглощение Pb в корне и надземной части происходит однотипно – по сигмоидальной кривой с лаг-фазой. Соотношение накопления надземная часть/корень для Cd 1:10, для Pb – 1:50. Установлено, что отсутствует подобие между накоплением двухвалентных Cd и Ca в корне гороха. Для надземной части наблюдается противофаза – падение содержания Сd и рост содержания Ca, затем рост накопления Cd и одновременное падение Ca. Это отвечает факту блокирования Ca- каналов мембран растений ионами Cd. При изучении накопления Cd злаковыми показано, что стационарный уровень его в надземной части меньше, чем в корнях; коэффициент накопления Cd в надземной части пшеницы и ячменя меньше, чем калия, но больше, чем кальция. Показано, что при пониженном уровне минеральных элементов в среде коэффициент накопления Cd (мг/л среды : мг/кг сырой массы) в корнях убывает в ряду ячмень (281) > пшеница (136) > горох (100). Для надземной части: пшеница (34) > ячмень (18) > горох (8,9). Для Pb ряд иной: горох (8,5) > ячмень (< 0,25) > пшеница (< 0,0025). В наибольшей степени из корня в надземную часть переходит никель – к 45 суткам уровень накопления металла в обеих частях растения приблизительно одинаков. Подвижность Cd и Pb в растениях гороха и ячменя не очень различаются: к 45 суткам отношение количества металла, накопленного в корне и надземной части гороха составляет 1:20 для Cd и 1:30 – для Pb. В случае ячменя этот показатель составляет со-ответственно 1:15 и 1:(5÷7). Ячмень накапливает Pb значительно лучше, чем пшеница: при концентрации металла 5×10-10 моль/л в корнях ячменя накапливается 0,03 мг на г золы, в то время как для пшеницы при 10-8 моль/л Pb в корнях не превышается порог обнаружения металла – 0,001 мг/г золы) С применением радиоактивного изотопа Cd -109 получены кривые временного хода накопления и выхода Cd из растений гороха и пшеницы. Показано, что варьирование содержания минеральных элементов в среде влияет на уровень и скорость накопления Cd: так, снижение уровня калия в 100 раз увеличивает коэффициент накопления вдвое как для пшеницы, так и для гороха. При снижении содержания азота и фосфора накопление Cd не меняется в пшенице и возрастает для гороха. Блокаторы катионных каналов – гадолиний, и калиевых – тетраэтиламмоний – мало меняют накопление в обеих культурах, заметно замедляя его, и не меняют переход в надземную часть растения. Незначительный эффект снижения уровня калия и блокаторов каналов на накопление Cd означает, что транспорт металла в корень в небольшой степени контролируется мембранным потенциалом и катионными каналами пассивного транспорта. Научное значение. Уровень накопления Cd в надземной части проростков гороха в 20 раз меньше, чем в корнях, и практически не зависит от уровня калия в среде. Накопление Cd в корнях и надземной части проростков гороха не коррелирует с накоплением как калия, так и кальция и в небольшой степени контролируется мембранным потенциалом и катионными каналами пассивного транспорта. Практическое значение полученных результатов Выявлена роль видовых различий сельскохозяйственных культур и минерального состава среды в регуляции накопления кадмия. Накопление можно снизить полноценным минеральным питанием, но только для бобовых (гороха). Основной путь снижения перехода в продукцию растениеводства – подбор культур: злаковые (пшеница и бобовые (горох) различаются по накоплению (горох накапливает меньше). Полученные результаты дают основу для выработки технологии экспрессного тестирования большого числа видов и сортов сельскохозяйственных растений с целью выявить культуры, наименее поглощающие тяжелые металлы (кадмий).