Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоэкологические особенности действия газообразных фторидов на зерновые культуры

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Биоэкологические особенности действия газообразных фторидов на зерновые культуры"



ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ - -ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ 300-летия ВОССОЕДИНЕНИЯ УКРАИНЫ С РОССИНИ

На правах рукописи ГРИЦАН Наталья Петровна

УДК 581.2

БИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ФТОРИДОВ НА ЗЕРНОВЫЕ КУЛЬТУРЫ

03.00.16 — экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ДНЕПРОПЕТРОВСК —1888

Работа выполнена ,на ка$&дра фгзиолопга растений Днепропетровского ордена Трудоврго Красного Знзуекн государственного университета 'кманя ЗОО-летия иосссоданения Украины с Россией

Научный руководит^,: доктор биологических .наук,

.профессор ДОЛГОВА Л.Г,

Официальные оппоненту: доктор биологических наук

«¡ШИПОВ Г.Л.

кандидат биологических наук ПШСЩЖИЙ Ю.Г.

Ведущее учреждение: Симферопольский государственный

университет

Защита состоится 1988 г. в часов

на заседании специализированного совета К 053.24.04 по присуждении ученой степени кандидата биолопгческих наук в Днепропетровском государственном университете по адресу: 320625, ГСП, г. Днепропетровск-Ю, проспект Гагарина, 72, университет, биолопгческий факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Днепропетровского госушверситета

Автореферат разослан 1938 г.

Ученый секретарь специализированного совета, —.

дсцент ''ЕЯБ0В'ф -п •

\ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность проблемы. В настоящее время загрязнение становятся лиштирувщим экологическим фактором. Проблемы экологии волнуют воэ человечество. Огромное внимание охране округаотэй среды уделяется в пашей стране. Подтверждением этому являются 18 статья Конституции СССР, глторлалц декабрьского (1983 года), апрельского (1984 года) Пленумов ЦК КПСС, ШП съезда КПСС.

Главная причина отрицатэльного влияния ивдуотрии ка окру-Еающуп среду коренится в технологическом несовершенство современного производства.

Боль"уг> опасность для растительности представляю? фтороо-держашга техпогетгае выбросы, которые па Юго-Бостокэ Украина распространены достаточно широко. Это связано о интенсивным развитием металлуртачоской, химической и строительной прошило тгности. Одновременно данный регион является крупным земледельческим районом. Центральное ьшето в сельскохозяйственном производства занимают зерновые культура, значение которых общеизвестно. Загрязнение атмосферы наносят большой ущерб зерновому хозяйству. Поэтому установление типичных количественных взаимосвязей между загрязнитолядаг воздуха л ля влиянием на культур-бпогеопеиозн становится необходимым.» Только при всеобъомящем учета обширной экологической информации .возможно программирование н внрадавание высоких урожаев,. Сведения гэ о дейотвип фтор-содержашх рготссий на метаболизм я продуктивность зерновых культур крайне недостаточны.

Малоизученной стороной проблога являптся гонэтачаокиэ последствия техногенного загрязнения атмосфера. Изшяепго мутагенности факторов среды для всех органических форм вэдзт а ва-рушеншэ важнейшего эволюционного свойства видовых пояуляцЕЗ„ к подъему мутабильности, выводяшему процасо мутецяй за предеа эволшиопно созданного ?лахализма оптимального ыутарованяя. Поэтому очень ва-пшм является нзученио ннна сусвствугоэго спонтанного и индуцированного мутагенами среди уровня мутзровагая. В литературе данные о генетачееггп: сЗфэктах соединений фтора в газовой фазе отсутствуют.

Пелъ и задачи исследований. Цздьа генной работа яезлойь изучение действия газообразннг ф-го^идоэ на Зяеяолого-йпохеки-

часкне н генетические процессы зерновых культур в природных н лабораторных условиях, выявление изменений качеств и количества ¡гх урожая и разработка практических рекомендаций сельскохо-аяйствэнному проивводству, находящемуся в зоне загрязнения ат-мосфери промышленными ^чыбросдоя, содержащими фториды.

Программой наших исследований предусматривалось решение следующих задач:

1. Методом фумигации в камере исследовать фторпоглотитель-ную способность и степень влияния фтористого водорода на интенсивность фотосинтеза и дыхания проростков пшеницы, ячменя и кукурузы.

2. Провести тестирование газообразных фторидов на мутагенную активность.

3. Изучить 1£рацессы аккумуляции фтора в системе "атмосфера - растения - почва" в их взаимосвязи и взаимодействии.

4. Определить качество, количество и структуру урожая зерновых культур, произраставших в зоне действия аэрогенных загрязнителей и вне влияния техногенеза.

5. Выявить генетические эффекты фторсодеркащих промышленных выбросов на природные популяции культурных растений.-

6. Дать оценку экономического ущерба, наносимого растениеводству фторсодеряащей техногенной емиссией, и разработать приемы по его снижению.

Нагчная новизна. В природе и эксперименте установлены коэффициенты накопления фтора для пшеницы, ячменя к1 Кукурузы, характеризующие устойчивость зерновых культур к действию фитоток-сзкантов. Выявлены изменения количества и качества урожая зерна как следствия нарушений метаболических процессов у растений, происходящих под влиянием газообразных фторидов.-

Впервые показана дозозависимая патогенетическая активность ках фтористого водорода, так и фторсодержащих промышленных выбросов, исследован спектр структурных перестроек хромосом и хлорофильных мутаций.

Практическая значимость. Определен экономический' ущерб, причиняемый зерновому хозяйству загрязнением воздуха фторсо-доряащяш промышленными выбросами.- Предложены и в полевых условиях проверены приемы повышения усаГоЙ^йвости культурных расте-

ний к газообразным фторидам. Разработаны практические рекомендации сельскохозяйственному производству по сниманию фптоток-сического действия техногенных эмиссий, основными ингредиентами которых является соединения фтора.

На конусах нарастания проростков ячменя разработана п апробирована методика определения цитогенетического эффекта фтористого водорода, которая может использоваться для тестирования на мутагеннув активность различных загрязнителей атмосферы индустриального происхождения.

Апробация работа. Основные научные полояения диссертационной работы доложен»* на конференции молодых ученых "Актуальные вопросы говременной ботаники" (Киев, 1986), У съезде Всесоюзного общества генетиков я селекционеров (Мосйвд, 1,987конференции молодых ученых "Залита растений в условиях интенсивных технологий ©озделивашя сельскохозяйственных культур" (Ленинград, 1988), УП делегатском съезде Всесоюзного ботанического общества (Алма-Ата, 1988), конференции молодых ученых "Экологические аспекты охраны и рационального использования биологических ресурсов" (Днепропетровск, 1988), Республиканской научной конференции "Рациональное использование, охрана, воспроизводство биолоптческих ресурсов и экологаческсе воспитание" (Запорожье, 1988). Материалы работы обсуждались на итоговых научных конференциях Днепропетровского госуниверситета (1985-1988),

• ¡Реализация работа. Разработанные рекомендация сельскохозяйственному производству, расположенному в зонах хронического загрязнения атмосферы фтореодорзеащимп промышленными набросает, используются агропромышленным комитетом Днепропетровской области и Днепропетровским областным обществам охраны природы.

Публи катит. Основное содержание работы отражено в семи научных публикациях (статей - 5, тезисов докладов -2).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, рекомендаций, содержит 120 страниц тенета, 35 рисунков и 46 табл1щ. Список литературы шишчает 266 наименований, в том числе 1Сй иностранных.

Условия и обтяктн исследований. Исследования проводил..оь в течение 1985-1988 годов в полевых условиях на базе двух сельскохозяйственных предприятий Никопольского и Лпостоловского ад-

ыикистратнвных районов Днепропетровской области и в лабораторных условиях на кафедре физиологии растэний Днепропетровского гооуниверситета.

В лабораторных условиях исследования проводили на Ю-днев-них проростках озимой пшеницы оорта Одесская полукарликовая и ярового ячменя сорта Зарноградский 73 и 12-дневных проростках кукурузы оорта Пионер 3978, юторае выращивались в водных куль-тураз на 1/4 питательного раствора Кяопа по методу 3„И„Журбникого Д958/„

Фушгацно фтористым водородом осуществляли в полиэтиленовых камерах объемся» 0,15 м3 ежедневно в течение одного часа, помещая проростги в предварительно насыщенные камеры. Для получения фтористого водорода использовали метод испарения определенного объема п. авиковой кислота. Концентрации токсиканта были подобраны таким образом, чтобы они не вызывали некроза листьев: сильная - равная десяти предельно допустимым концентрациям (10 ДДК), то еотъ 0,2 ыг/м3, и слабая - равная одной предельно допустимой концентрации (I ПДК), то есть 0,02 ыг/м3. Контрольные проростка помещались ежедневно на один чао в полиэтиленовые камеры, не содержащие фтористого водорода. Проростки фиксировались в фазе 2-3 листьев.

В природных условиях объектами исследований являлись агро-фатоценозы озимой пшеницы сорта Одесская полукарликовая и ярового ячменя сорта Зерноградский 73, располояенные в юго-западной правобережной зоне районирования сельскохозяйственных культур Днепропетровской области.

Источником ешссий служил Никопольский завод ферросплавов, преобладающими по количеству и самыми активными компонентами выбросов которого являлись газообразные фториды. Посевы зерновых культур, подверженные действию загрязнителей, находились на удалении 0,2 , I, 2, 3, 4 и 5 ям от предприятия по преобладающему в период вегетации направлению ветра. В качестве контрольных были взяты участки, находившиеся вне влияния техного-неза на расстоянии 60 кы от завода. Агрофон в опытных н контрольных вариантах бал практически одинаков. Почва - чернозем обыкновенный малогумусный среднесуглинистый. Культуры выращивались ш орошаемых землях по обычной агротехнике с внесением

рекомендованных зональной агрохимлабораторией норм удобрений -К 120Р80К30'

Методы исследований. Для решения поотавлешшх задач нами использовались следующие методические приемы.

Отбор проб воздуха и определение в них загрязняющих веществ проводился сотрудниками областной санэпидемстанции о нашим участием. Почвенные образцы отбирались из пахотного горя-зонта и подготавливались для анализа по общепринятой методике.

Определение фтора в растительном материале и почве проводили потепциометрически с применением фтор-селективного электрода марки "Критур" (ЧССР) по Л.А.Хаземовой, Т.Л.Радовокой, Н.В.Круг.-овой и др. /1983/ в модификации Carcla-Criado , Oarcia-Ciudat , Emeterio Д985/. Накопление фтора в различных кст^онентах культурбиогеоценозов определяли ежемесячно в течете периода вегетация растений, а в модельных опытах - по окончании 10-12-дневной фумигации токсикантом.

В природных и лабораторных условиях для зерновых культур рассчитывали коэффициент накопления фтора, который представляем Собой частное от деления величины содержания вредного вещества в растении на его дозу. Под дозой токсиканта понимается произведение концентрации Токсиканта на время его воздействия /Гудертан, 1979/.

Качество урожая растениеводческой продукции устанавливали по В.П.Плешкову /1985/: общий азот - методом Къельдаля, белок -путем умножения количества общего азота на коэффициент 5,7 , фракционирование белков - по Осбсрну, белок в растворе - колориметрическим методом Лоури, крахмал - колориметрическим методом, а также определяли количество и степень гадратапии клейковины, содержание клетчатки, сухого вещества, воды и золы.

Исследование интенсивности видалого фотосинтеза и дыхания в листьях проростков зерновых культур под воздействием фтористого водорода и установление величины дыхательного коэффициента проводили манометрическим методом Варбурга на ппиборе "Сото-Варбург" (ИР) по В.Ф.Гавриленко, Н.Е.Ладыгиной, Л.Н.Хандоби-ной /1975/. Измеряли высоту, биомассу и opqp массу вддзвьМоЯ части проростков»

Анализ структур!» урожая пгганицы и ячмэня осуществлялся по

Н.А.Майсуряну Д%О/.

Изучение генетических последствий действия газообразных Фторидов на высшие растения проводили на временных и постоянных давленых препаратах по общепринятым методикам /Абрамова, Карлинский, 1968/: биологический материал фиксировали в измененной смеси Карнуа (965? этиловый спирт и ледяная уксусная кислота 3:1), окрашивание мерястематических тканей осуществляли по Фольгену, окрашенный материал хранили в 70* этиловом спирте.

При патогенетических исследованиях наш использовался ана-фазно-телофазный анализ /Еердшев, Голда, Зуй, 1984/. По каждому опытному и контрольному варианту было просмотрено не менее 1000 анафаз. Изучение аберраций хромосом проводилось с по-мсгтью светового мисроскопа "Биолам Л 211" при увеличении1 900. Длл фотографирования шкрообъектов применялась фотонасадка "МОНЭ-1" и фотопле1Гка "Микрат 300".

Математическая обработка результатов исследований проводилась на основании общепринятых формул /Карманова, 1976;- Лакин, 1978/ по составленной наш программе о использованием микрокалькулятора "Электроника МК-54". Статистические критерии'вычислялись на 5-процентном уровне значимости (Р=0,05)',- обеспечивающем 95-процентную доверительную вероятность (В=0,95)'.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ДЕЙСТВИЕ' ФТ0ШСТ0Г0 ВОДОРОДА НА ПРОРОСТКИ ПШЕНИЦЫ',.

ЯЧГ.1ЕНЯ И КУКУРУЗЫ В МОДЕЛЬНЫХ ОПЫТАХ

При современном способе ведения сельского хозяйства, к тому же осуществляемого в условиях дополнительного промышленного загрязнения, дифференцировать действие фторидов от других фито-тохсикантов, безусловно, сложно. В связи с этим нами была проведена серия модельных опытов по изучению влияния фтористого водорода на проростки зерновых культур в строго контролируемых условиях. Такие исследования необходимы прежде всего для того, чтобы на основании их можно было сделать правильные выводы о последствиях действия на агрофитоценозы фторсодержащих техногенных эмиссий, а также для выяснения механизма действия фто-

радов и разработки мер профилактики и защиты растений.

Анализ: данных по накоплении фтора в надземной части и корня* проростков зерновых культур показал, что различные виды растений тлеют неодинаковую фтораоглотительную способность. Это наиболее наглядно проявляется при сопоставлении коэффициентов накопления.. Так,, коэффициенты накопления составляют: для пшеницы - 6,5 ,. для ячменя - 13,1 , для кукурузы - 8,7 . Наибольшей фторпоглотительной способностью обладает ячмень, который накапливает загрязнитель почти в 2 раза более интенсивно, чем пшеница, и в 1,5 раза - чем кукуруза. При прочих рангах условиях накопление фтора в надземной части проростков зернових культур полностью положительно коррелирует о концентрацией токсиканта и носит дозозавясимый характер.

В корнях проростков растегай в контрольных и в опытных вариантах обнаружены следовые количества фтора. Это свидетельствует о тал, что при воздействии токсиканта в газовой фазе, фтор аккумулируется, в основной, в надземной чаоти и в корни не переходит.

Вследствие фумигации фтористым водородом изменяется направленность физиолого-биохишческих процессов растительного организм. Установлена прямая зависимость повреждения видалого фотосинтеза от концентрации загрязнителя. С увеличением концентрации вредного газа резко подавляется выделение кислорода листьями проростков исследованных видов растений по сравнению о контрольными, в частности, у проростков пшеницы интенсивность асситяшщЕИ снижается на 29,6$, у ячменя - на 24,4$, а у кукурузы - на 35,5$. Одновременно сильно возрастает интенсивность дыхания: количество поглощенного кислорода листьями пшеницы под действием высокой концентрации фтористого водорода увеличивается в 6 раз, ячменя - в 5 раз, кукурузы - в 6 раз, а интенсивность выделения углекислого газа - в среднем в 3 раза у всех видов растений. Отношение же количества выделившейся углекислоты к количеству поглощенного кислорода, то есть дыха*-телышй коэффициент, наоборот, уменьшается. Напримр, если в контроле этот показатель для пшеницы равен 0,78 , то поело газации ее проростков токсикантом сильной концентрации - 0,43.

Уменьшение дыхательного коэффициента, очевидно, является

следствием того, что в организме растений начинают преобладать более энергоемкие процессы, идущие с поглощением кислорода, и окисляемым субстратом становятся не сахара, а соединения с высокой степенью восстановления.

'.'екду накоплением фтора в надземной части проростков и интенсивностью фотосинтеза существует обратная корреляционная связь, а между накоплением и интенсивностью дыхания - прямая: для пшеницы коэффициенты корреляции составляют -0,87 и +0,94 , для ячменя —0,89 и +0,95 , для кукурузы —0,91 и +0,88 соответственно.

Как известно, ионы фтора могут образовывать малорастворимые соли с кальцием и бором / Garree , 1983; Contât , 1981/, в результате чего уменьшается их фитотоксичность, поэтому в течение периода выращивания наш было проведено 3-разовое опрыскивание проростков 0,1^ раствором кальциевой селитры и 0,01íí раствором борной кислоты. Такая обработка проростков зерновых культур в целом повышает их газоустоЯчивость, способствуя нормализации метаболизма в условиях загрязнения.

Проведенное наш тестирование фтористого водорода на мута-гашую активность показало, что в конусах нарастания проростков ячменя после десятидневной часовой фумигации этим токсикантом в концентрации 0,2 мг/м3 в 9,3 раза увеличивается число структурных перестроек хромосом по сравнению с контролем, составляя II,2%. Уровень мутирования находится в прямой зависимости от аккумуляции фтора в проростках ( rQ = +0,98).

По мере увеличения дозь' загрязнителя спектр аберраций хромосом сдвигается в сторону более сложных типов нарушений - хро-матидных и хромосомных мостов, множественных фрагментов. В варианте опыта "10 ПДК" отношение общего числа фрагментов к общему числу мостов составляло 10:16 , в варианте опыта "I ПДК"-10:10 , тогда как в контроле количество фрагментов в среднем в 2 раза превышало количество мостов.

АГР0ФИТСЦЕН03Ы В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ПТОШЛЕШПШ ВЫБРОСАМИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ФТОРИДЫ

Модельные опыты интересны, главным образом, в связи о эк-

страполяцией полученных закономерностей на природные популяции культурных растений, находящиеся в зонах влияния фгорсодержа-щих промышленных' выбросов. Однако делать далеко идущие обобщения только на' основании лабораторных акспериментов неправомерно. Необходимы обширные исследования в естественных условиях.

Хроническое загрязнение воздуха техногенными фгорнда&я приводит к накоплению фтора в различных структурных элементах агрофитоценозов, которое в десятки и сотни раз превышает фоновое и зависит от расстояния от источника эмиссии. Аккумуляция фтора в соломе зерновых культур на удалении 0,3 км от предприятия составляет от 245 до 514 мг/кг сухого вещества, тогда как в контроле не превышает 4,1 мг/кг. В зерне пшеницы и ячменя в непосредственной близости от завода (до I км) аккумулируется фтора от 1,9 до 6,2 мг/кг. В почва загрязненных участков накапливается в среднем до 10 мг/кг фтора, а в корнях сельскохозяйственных растений - примерно на 5-1 С? меньше, чем в почве.

Что касается кормовых культур, выращиваемых в радиусе до 2 юл от завода, то в их зеленой, массе накопление фтора в среднем в 30-90 раз выше фонового-уровня. Особенно много вредного вещества аккумулируется в кукурузе, предназначенной на зеленый корм - 358 мг/кг на удалении. .0,3 ям.

Избыточное содержание фтора в растениях нэ может не отразиться на качестве урожая'зерновых- культур. В результате исследований установлено, что в зоне иронического загрязнения воздуха фторсодерясащими пршышленкыки выбросами, количество общего азота и белка в семенах пшеницы и ячменя снижалось на 47,47,9? и на 37,9-6,9!? соответственно, ш>. отношению к контролю. Содержание клейкови~ ч в зерне 'пшеницы уменьшалось на 44,010,1 ?, а в зерне ячменя - на 31,7-7,455, прячем в среднем на 27,8? уменьшалась и степень ее гидратации, что существенно ухудшает хлебопекарные свойства муки. Одновременно наблюдалось увеличение крахмала, клетчатки и золы. Так.по мера приближения к источнику выбросов количество крахмала- в зерне шеницы возрастало на 1,8-23,8$, клетчатки - на II Л~2Э465?, золы - на 11,8-64,75?. Для ячменя эти показатели соответственно равны 16,6-30,45?, 7,4-37,0? и 20,0-28,0?. Зайй'симосхь изменений исследованных показателей качества зерна 'от накшлвния ф"ора в

растениях подтверждается соответствующими коэффициентами корреляции.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ТЕХНОГЕННЫХ ФТОВДОВ

Глубокие изменения метаболизма зерновых культур под действием газообразных соединений Фтора, а также проведенное наш тестирование фтористого водорода на мутагенную активность, позволяли предположить, что и в природных условиях промышленные выброси, содержащие фториды, будут вызывать нарушения наследственной информации сельскохозяйственных растений. В связи с этим нами была предпринята попытка путем сравнения генетических эффектов локального промышленного загрязнения, которое действует только на отдельные нативные популяции зерновых культур, о генетическими аффектами в контрольных, не соприкасающихся с етим загрязнением потуляциях, показать вклад поллютантов в общий уровень мутабильности.

Анализ естественного уровня мутирования в контрольных популяциях показал, что чаотота перестроек хромосом в меристема-тических тканях корешков озимой пшеницы в 6 раз ниже, чем в семенах, собранных в непосредственной близости (0,3 км) от источника ешосии, и составляет 2,0%. По мере приближения к предприятию количество аберрантных анафаз достоверно возрастает, то есть набдгдается прямая зависимость выхода структурных мутаций хромосом от дозы загрязнителя ( гв = +-0,88). Количество нарушений, приходящееся на одну клетку, в контроле составило 0,02, что в 7,5 раза меньше, чем на удалении 0,3 км.

Под действием техногенных фторидов не только увеличивается выход мутаций, но и расширяется спектр перестроек хромосом. Так, на расстоянии 0,3 км от предприятия доля фрагментов в аберрантных клетках корешков составляла 5,55? от общего количества просмотренных анафаз, мостов - 6,2%, мостов с фрагментами - 0,2%. Причем среди фрагментов преобладали одиночные - I,4%, а среди мостов - хроматидные - 4,2%. Другие аберрациия к которым относили трехполюсные клетки, различные множественные нарушения, составляли 0,2%. Довольно часто (I,3%) в анафазах встречались сочетания мостов: два одиночки хроматадных, хромосомный и хро-

матадный, несколько хроматадних. В контроле отсутствовал целый ряд типов перестроек: парные фрагменты, сочетания мостов, мосты с фрагментами, сложные нарушения. Среди обнаруженных типов аберраций доминировали одиночные фрагменты - I,2$, число которых вдвое превышало количество хроматидных мостов. Доля множественных фрагментов и хромосомных мостов была одинаковой и равнялась 0,1$. Аналогичные закономерности выявлены и щи исследовании корешков ячменя.

Наш установлен дозозависимый характер мутирования в конусах нарастания зерновых культур в фазу выхода в трубку, в целом подобный таковому в корневой меристеме. Общее количество аберрантных анафаз в конусах нарастания пшеницы составило 12,7$, ¡в конусах нарастания ячменя - 13,0$.

При сравнении уровня мутаций в делящихся клетках зерновых культур на первый взгляд может показаться, что мутабильнооть г пшеницы и ячменя почти одинаковая. Однако если учесть, что пе-:рпод вегетации озимой пшеницы в среднем длится семь месяцев, а ярового ячменя - три, то становится понятным, что интенсивность мутационного процесса у ячменя существенно (в среднем в 2„3 раза) выше, чем у пшеницы. Пшеница является более устойчивой к действию промышленных загрязнителей зерновой культурой, чем ячмень. Это, по всей вероятности, связано о гексаплоидностью ее генома. Поскольку в гомологических хромосомах пшеницы локализованы сходные или одинаковые гены, то эта "буфернооть" генома и обусловливает компенсационный эффект в случае возникновения повреждений хромосом. '

Результаты исследований показали, что в конусах нарастания опытных вариантов обеих зерновых культур в фазу выхода в Трубку и в корешках, которые были получены путем проращивания уже созревших семян с этих же растений, уровень мутабяльнооти практически одинаковый или в корешках даже выше. При этом накопление фтора в зеленой массе в десятки и сотни раз выше, чем в зерне. Очевидно, для фторсодержащих промышленных выбросов характерен продленный мутагенез. Под их влиянием в растениях активно накапливается фтор, что приводит к возникновению потенциальных изменений, которые сохраняются до зерна - длительно живущие потенциальные изменения. Вероятно, потенциальные ВЗйбнентя имеют

биохимическое начало.

Промышленные внбросн, содержащие фториды, ивдушщтот'не только перестройки хромосом, но и хлорофильные мутуашгартшт-щиеся, как правило, генными. Для анализа частот ж.л^пто» хлоро-фильных мутаций ячменя в М1 нами были взяты семена Ы0),: собранные на разном удалении от источника эмиссии. В результате наших исследований установлено, что частота хлорсфильннх мутаций в опытных вариантах проростков составила 2,8-1,55?, что в 2-4 раза выше, чем в контроле.

Под действием фторсодержащих промышленных выбросов изменяется и структура урожая зерновых культур, особенна,,такие ее показатели, как масса зерна колоса, количество зерен1| колосе, масса 1000 зерен. Например, на расстоянии 0,3 км от^аавода число колосков в колосе пшеницы составляла в среднем 15,7..,'а число зерен в колосе - 30,2 , тогда как в контроле эти прказ'атели равны 16,4 и 45,5 соответственно. Очевидно, урожайность падает вследствие уменьшения количества зерен в колосья^.*

УЩЕРБ, НАНОСИМЫЙ ЗЕИГОВСМУ ХОЗЯЙСТВУ ЭТОРСОДЕРШШИ пралшшшми ВЫБРОСАМИ

Для сценки .ущерба, причиняемого техногенйШиг выбросами растениеводству, мы использовали метод прямого бчета, основу которого составил выбор своего рода эталона, тег есть контрольного района, который по всем показателям был максимально подобен загрязненному и отличался только одним - уровнем загрязнения, Таким образом, главным критерием выбора контрольного района было 6^0 сходство с загрязненным по условиям хозяйствования, климатическим, метеорологическим характеристикам и т.д.

В результате проведенных исследований наш установлено, что в зоне хронического загрязнения воздуха техногенными эмиссиями, более чем "я 50$ снижается урожай зерна пшеницы и ячменя. Коэффициент корреляции между урожаем зерна и накоплением фтора в соломе для пшеницы равен -0,97 , для ячменя —0,95.

Убытки, приходящиеся на один гектар посевных площадей в радиусе до 2 км от предприятия при выращивании пшеницы, составляют в среднем около 400 руб., а при выращивании ячменя - около 2Ь0 руб.

С целью уменьшения вредного действия индустриальных выбросов на растения, мы провела 4-разовог опрыокиваниз 0,1^ раство-рш кальциевой селитры трех опытных делянок, площадью 16 м^, являющихся частью посева озимой пкегапш общей площадью 5 га. На ката о Я опытней делянке учитывали урожай зерна на I м2, Установлено, что масса зерна, приходящаяся на I м2 всего поля, составляла 285^1,3 г, а на опытных делянках - 365^2,3 г„ Следовательно, с каждого квадратного метра опытных делянок было собрано достоверно на 80 г зерна больше, что в пересчете на гектар равняется 8 ц. Однако это лишь в небольшой степени покрывает убытки.

ВЫВОДЫ

1. Аккумуляция фтора в проростках зерповых культур полежи-тельно коррелирует о концентрацией токсиканта к носит дозоэаш-симый характер. Величина газопоглотительной способности растений определяется их гадовымя особенностями„ Накопление фтора происходит в надземной частя проростков, в корнях он но обнаруживается.

2. Фумигация фтористым водородом вызывает изменение направленности фнзнолого-биохимическях процессов растительного организма, кэтероэ выражается в дозозависином снижении интенсивности видимого фотосинтеза, увеличении интенсивности днхапня я уменьшении дыхательного коэффициента. Под действие« фтористого водорода возрастает масса сухого вещества н падает содержания воды в проростках. Трехразовое опрыскивание проростков зэрнових культур раствора)® 0,1$ кальциевой сэлятры п 0,01^ борной кислота способствует нормализации их иэтаболззка.

3. В строго контролируемых условиях лабораторного эксперимента с использованием в качестве тест-объекта конусов нарастания ярового ячменя впервыэ показана мутагенная активность газообразных фторидов. Уровень мутабильностл находится в прямой зависимости от дозы загрязнителя н его накопления в растениях. С увеличением концентрации фтористого водорода из только достоверно возрастает частота перестроек хромосом, но я отмечается сдвиг спектра аберраций в сторону болеэ сложных типов нарушений.

4. Загрязнение атмосферы фторсодержащикз промышленными вы-

бросами приводит к накоплению фтора в различных компонентах культурбиогеоценозов, которое в среднем в 10-150 раз превышает фоновое. Наибольшее количество загрязнителя поглощается растениями из воздуха и аюфмулируется' в надземных частях зерновых культур, которые затем полностью удаляются И8 агрофятоценозов о урсааем, способствуя загрязнению пищевых цепей. Содержание Фторидов в воздухе, растениях и почве уменьшается по мере удаления от источника эмиссии. Зона максимального загрязнения находится в радиусе 2 км от предприятия.

5. Потенциометрический анализ растений на содержание в них фторидов ыояет являться тестом на загрязнение окружающей среды выбросами промышленных предприятий.

6. Изучение качества зерна пшеницы и ячменя показало, что под влиянием фтореодераащих техногенных выбросов уменьшается количестве общего азота, белка и клейковины при одновременном увеличении содержания клетчатки, крахмала и золы, что сильно снижает хлебопекарные свойства муки.

7о Выявлено, что промышленные выбросы, содержащие фториды, оказывают генетическое дейстше на высшие растения, которое проявляется в достоверном увеличении количества структурных перестроек хромосом в клетках меристематических тканей зерновых культур по сравнению о естественным уровнем мутирования. Аэрогенные загрязнители индуцируют хлорофильные мутации, являющиеся, как правого, генными. Общее число и спектр обоих типов мутаций при прочих равных условиях прямо зависит от дозы поллютантов и вида растений.

8. Значительное накопление фтора в вегетативной массе растений приводит к возникновению потенциальных изменений, которые з последующем реализуются в мутации. Для техногенных эмиссий данного предприятия характерен продленный мутагенез.

9. Под влиянием техногенеза ухудшается структура урожая зерновы:. культур, '¿едущим критерием в снижении урожайности является увеличение стерильности колосьев, их пустозерность, которая возникает в результате нарушений биохимических и генетических процессов в растении, вызванных воздействием поллютантов. Степень изменения большинства показателей структуры урожая зависит т уровня накопления фтора в растениях.

РЕКОМЕНДАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМУ ПРОИЗВОДСТВУ

Для сельскохозяйственных предприятий, находящихся в районах техногенного фторидного загрязнения атмосферы, нами предлагается следующее:

1. Для увеличения продуктивности зерновых культур рекомендуется проводить 3-4 разовое опрыскивание растений в течение периода вегетации 0,1% раствором кальциевой селитры из расчета 150-200 м3/га. (Концентрацию кальциевой селитры можно уменьшать, одновременно увеличивая объем раствора.) Это вещество не только способствует повышению устойчивости культур к фторсодержащим выбросам, но и одновременно служит некорневой подкормкой растений, Такая обработка выгодна о экономической точки зрения, поскольку оптовая цена одной тонны кальциевой селитра составляет 24 руб.» расход удобрений на I га площади равен 150-200 кг, что в денежном выражении соответствует 4,8 руб.

2. Степень загрязнения горловых растений (люцерна, кукурузы на ЗбЯйКЫй коря, соломы зерновых) увеличивается в зависимости от везраста поросли и по мере приближения к источнику выбросов, достигая недопустимых величин - более 200-300 мг Лтора на кг сухого веодства. Поэтому в радиусе до 2 км от предприятия

не рексмэядуется выращивание и заготовка полевых кормов. На удалении белее 2 ил целесообразно увеличивать выращивание кормовых растений с короткими интервалами между укосами.

3. Корма, содержащие фтор, необходимо смешивать о кормами из районов, находящихся вне влияния техногенеза. Концентрация фтора в корме не должна превышать 20 мг/кг. Салолу зерновых, собранную на удалении до 2 км от источника фторсодерзодих про-•мшиинннх выбросов, использовать только как подстилку для скота. Зерно, полученное в зоне загрязнения^ мезно употреблять для изготовления концентрированных кормов, поскольку содержание фтора [В лгал вэ чгрйвншает 6 мг/кг.

Промывка -зеленого корма в районах с большим выпадением техзздганкоЗ пыли, <этаги она возможна о технологической и экономической отчет зрения, является единственной возможностью для получения шзеококнчеетвеиного силоса.

г5. Зерно, 'собранное в радиусе до 3 км от предприятия, не использовать а качества семенного фонда, поскольку оне на 40-

50? теряет всхожесть, а в оставшихся семенах более, чем в 5 раз возрастает количество мутаций.

б» Агрохимические мероприятия проведать таким образо?.", чтобы избегать дополнительного внесения в агрофитотенози тех удобрений и других средств химизации, в составе которых имеются элементы, входящие в выбросы промышленных предприятий. В районах фторидного загрязнения не применять двойной суперфосфат, поокольку в нем содержится в виде примеси до 3? фтора.

СПИССН РАБОТ, (ПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Фториды и продуктивность 8ернових культур //Химизация сельского хозяйства. - 1988. - Кб. - С.31-32 (в соавт.).

2. Эколого-физиологические изменения фятоценозов в условиях загрязненной атмооферы //Актуальные вопросы ботаники в СССР. Тез. докл. УШ делегатского съезда Всесоюзн. ботан. общества. Алма-Ата: Наука, Казахской ССР, 1988. - С.198-199 (в ооавт.).

3. Рекомендации сельскохозяйственному производству, расположенному в зонах загрязнения атмосферы фторсодержащими промышленными выбросами. - Днепропетровск: ДГУ, 1988. - Зс.

4. Действие, фумигации фтористым водородом на физиологическое оостояние пророотков зерновых культур. - Днепропетровск.-1988. - 14с. - Деп. в ВИНИТИ 04.05.88. - Я 3438-В88 (в соавт.).

5. Влияние газообразных фторидов на озимую пшеницу в природных и лабораторных условиях. - Днепропетровск. - 1988. -13с. - Деп. в ВИНИТИ 24.05.88. - ß 3985-В88 (в соавт.).

6. Изменение интенсивности дыхания проростков зерновых культур под влиянием фтористого водорода и пути ее нормализации. - Днепропетровск. - 1988. - 12с. - Деп. в ВИНИТИ 24.05.88. JS ЗУ84-В88.

7. Гвнетичес. ;е последствия загрязнения воздуха техногенными фторидами для зерновых культур //Рациональное использование, охрана, воспроизводство биологаческих реоурсов и экологическое воспитание. Тез. докл. Респ. пауч. кояф. - Запорожье. -1988. - С.125 (в ооавт.). --"tutja.*

¿flu