Оценка устойчивости овса посевного к аккумуляции свинца и кадмия

А. С. Петухов, Т. А. Кремлева, Н. А. Хритохин, Е. Д. Первухина

Abstract


Цель исследования: установить влияние модельного загрязнения органогенного и минерального субстрата различными концентрациями Pb и Cd на фотосинтетические пигменты, продукты перекисного окисления липидов, флавоноиды, пролин, активность каталазы и пероксидазы овса посевного. Семена овса в течение 14 суток проращивали в органогенном (торфосодержащая грунтовая смесь) и минеральном (речной песок) субстрате с различными уровнями Pb (0, 50, 100, 200, 500 мг/кг) и Cd (0, 2, 5, 10, 20 мг/кг) при раздельном внесении. Аккумуляция Pb и Cd более выражена в условиях минерального субстрата: до 20 и 430 раз соответственно относительно контроля в надземной части и до 110 и 470 раз в подземной части. Наиболее чувствительным показателем, реагирующим на накопление Pb, является пролин, в случае Cd – флавоноиды. Степени воздействия Pb и Cd на биохимические показатели в минеральном субстрате примерно одинаковые, в органогенном субстрате – выше у Cd. В целом, овес может адаптироваться к аккумуляции Pb и Cd до некоторой степени, что проявляется в снижении содержания продуктов перекисного окисления и активации антиоксидантных механизмов, отсутствии снижения всхожести. Это позволяет рекомендовать его для фиторемедиации песчаных и гумусовых почв с загрязнением свинцом и кадмием до 500 мг/кг и 20 мг/кг соответственно.


Keywords


тяжелые металлы; растения; перекисное окисление липидов; фотосинтез; антиоксиданты


Как процитировать материал

References


1. Абилова ГА. Влияние ионов кадмия и свинца на рост и содержание пролина в растениях тритикале (Triticosecale Wittm.). Труды Карельского научного центра РАН. 2016;11:27-32. DOI: 10.17076/eb424

2. Анисимов ВС, Санжарова НИ, Анисимова ЛН, Фригидова ЛМ, Круглов СВ, Дикарев ДВ и др. Использование морфометрических и биохимических показателей растений кормовых бобов для оценки фитотоксических концентраций Zn в различных почвах. Агрохимия. 2011;5:65-75.

3. Батова ЮВ, Казнина НМ, Лайдинен ГФ, Титов АФ. Влияние кадмия на некоторые физиологические процессы у растений тимофеевки луговой (Phleum pratense L.). Труды Карельского научного центра РАН. 2013;3:52-8

4. Ермаков АИ, Арасимович ВВ, Ярош НП, Перуанский ЮВ, Луковникова ГА, Иконникова МИ. Методы биохимического исследования растений. Л.: Агропромиздат; 1987.

5. Зайцев ВФ, Галямова ГК. Содержание и особенности распределения тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd, Pb) в системе "почва – хвоя и листья древесных пород" на различных участках г. Усть-Каменогорска. Юг России: экология, развитие. 2012;4:66-71

6. Королюк МА, Иванова ЛИ, Майорова НО, Токарев ВЕ. Метод определения активности каталазы. Лабораторное дело. 1988;1:16.

7. Лисицын ЕМ, Шихова ЛН. Модификация структуры пигментного комплекса ячменя ионами свинца и кадмия. Аграрный вестник верхневолжья. 2016;3:30-6.

8. Михайлова ИД, Лукаткин АС. Перекисное окисление липидов в растениях огурца и редиса при действии тяжелых металлов. Изв Саратовского ун-та нов сер Хим Биол Эколя. 2016;2:206-10. DOI: 10.18500/1816-9775-2016-16-2-206-210

9. Решетник ГВ, Задиранова НС, Серов АВ. Активность антиоксидантных ферментов прорастающих семян пшеницы (Triticum aestivum L.) в условиях воздействия нитрата свинца. Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Биология Химия. 2017;69(2):37-46.

10. Сторчак ТВ, Крюкова ВА. Изменение некоторых физиологических показателей ряски малой (Lemna minor L.) при действии солей никеля и цинка. Бюллетень науки и практики. 2017;3:99-105. DOI: 10.5281/zenodo.399120

11. Сукиасян АР, Джангирян ТА, Унанян СА, и др. Транслокация тяжёлых металлов в растения из почв вблизи Алавердского горно-металлургического комбината. Теоретическая и прикладная экология. 2023;3:120-8. DOI: 10.25750/1995-4301-2023-3-120-128

12. Титов АФ, Казнина НМ, Таланова ВВ. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН; 2014.

13. Третьяков НН. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. М.: Колос; 1998.

14. Трубина МР, Воробейчик ЕЛ. Содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях в зоне аэротехногенного воздействия Среднеуральского медеплавильного завода. Растительные ресурсы. 2013;49(2):203-22.

15. Шведова АА, Полянский НБ. Метод определения конечных продуктов перекисного окисления липидов в тканях – флуоресцирующих шиффовых оснований. В кн.: Бурлакова ЕБ, ред. Исследование синтетических и природных антиоксидантов in vitro и in vivo. М.: Наука, 1992. С. 72-3.

16. Шульгин ИА, Ничипорович АА Расчет содержания пигментов с помощью номограмм. Хлорофилл. Минск: Наука и техника, 1974.

17. Anjum SA, Tanveer M, Hussain S, Bao M, Wang L, Khan I. Cadmium toxicity in maize (Zea mays L.): consequences on antioxidatie systems, reactive oxygen species and cadmium accumulation. Environmental Science and Pollution Research. 2015;21:17022-30. DOI: 10.1007/s11356-015-4882-z

18. Aydin SS, Buyuk I, Gunduzer EG, Buyuk BP, Kandemir I, Cansaran-Duman D. et al. Effects of Lead (Pb) and Cadmium (Cd) Elements on Lipid Peroxidation, Catalase Enzyme Activity and Catalase Gene Expression Profile in Tomato Plants. Journal of agricultural sciences. 2016;22:539-47. DOI: 10.1501/Tarimbil_0000001412

19. Bates, LS, Waldren RP, Teare, ID. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil. 1973; 39:205-7. DOI: 10.1007/BF00018060

20. Bharti KR, Sharma R. Effect of heavy metals: an overview. Materials Today: Proceedings. 2022;51:880-5 DOI: 10.1016/j.matpr.2021.06.278

21. Boda RK, Majeti NVR, Suthari S. Ricinus communis L. (castor bean) as a potential candidate for revegetating industrial waste contaminated sites in peri-urban Greater Hyderabad: remarks on seed oil. Environ. Sci. Pollut. Res. 2017;24:19955-64. DOI: 10.1007/s11356-017-9654-5

22. Elnabi MK, Elkaliny NE, Elyazied MM, Azab SH, Elkhalifa SA, Elmasry S. et al. Toxicity of Heavy Metals and Recent Advances in Their Removal: A Review. Toxics. 2023; 11(7):580-608. DOI: 10.3390/toxics11070580.

23. Jańczak-Pieniążek M, Cichoński J, Michalik P, Chrzanowski G. Effect of Heavy Metal Stress on Phenolic Compounds Accumulation in Winter Wheat Plants. Molecules. 2023;28:241-55. DOI: 10.3390/molecules28010241

24. Kapoor D, Rattan A, Bhardwaj R, Kaur S, Manoj AG. Antioxidative defense responses and activation of phenolic compounds in Brassica juncea plants exposed to cadmium stress. International journal of green pharmacy. 2016;10(4):228-34. DOI: 10.22377/ijgp.v10i04.760

25. Maleki M, Ghorbanpour M, Kariman K. Physiological and antioxidative responses of medicinal plants exposed to heavy metals stress. Plant Gene. 2017;11:247-54. DOI: 10.1016/j.plgene.2017.04.006

26. Ng CC, Boyce AN, Abas MR, et al. Evaluation of vetiver grass uptake efficiency in single and mixed heavy metal contaminated soil. Environmental Processes. 2020; 7:207-26. DOI: 10.1007/s40710-019-00418-2

27. Popova E. Accumulation of heavy metals in soil and plants adjacent to municipal solid waste disposal facility. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2019:1145-58. DOI: 10.1088/1742-6596/1145/1/012021

28. Xie P, Deng J, Zhang H, Ma Y, Cao D, Ma R. et al. Effects of cadmium on bioaccumulation and biochemical stress response in rice (Oryza sativa L.). Ecotoxicology and Environmental Safety. 2015;122:392-98. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2015.09.007

29. Yang Y, Zhang L, Huang X, Zhou Y, Quan Q, Li Y. et al. Response of photosynthesis to different concentrations of heavy metals in Davidia involucrate. PLoS One. 2020;15(3). DOI: 10.1371/journal.pone.0228563

30. Zwolak A, Sarzynska M, Szpyrka E, Stawarczyk K. Sources of soil pollution by heavy metals and their accumulation in vegetables: a review. Water Air Soil Pollut. 2019;230:164-75. DOI: 10.1007/s11270-019-4221-y




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v17i4.1019

EDN: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=HDMSAQ

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"