Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-физиологические основы устойчивости растений к шестивалентному хрому в условиях Донбасса

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Эколого-физиологические основы устойчивости растений к шестивалентному хрому в условиях Донбасса"

ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени 300-ЛЕТИЯ ВОССОЕДИНЕНИЯ УКРАИНЫ С РОССИЕЙ

На правах рукописи ЕР ЕМКА Елена Владимировна

ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К ШЕСТИВАЛЕНТНОМУ ХРОМУ В УСЛОВИЯХ ДОНБАССА

03.00.16 — экология

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ДНЕПРОПЕТРОВСК - 1991

Работа выполнена на кафедре физиологии растений Донецко1 государственного университета.

Научный руководитель — доктор бнологическг наук, профессор Негруцкий С. Ф.

Официальные оппоненты: доктор биологичеси наук, профессор Илькун Г. М.; кандидат биологических на) Лихолат Ю, В.

Ведущая организация — Донецкий ботанический сс АН УССР.

Защита состоится ....................... 1991 го;

в часов на заседании специализированного совета Д 053.24.С по присуждению ученой степени доктора биологических наук Днепропетровском государственном университете по адрес; 320625, г. Днепропетровск-10, проспект Гагарина, 72, госуниве] ситет, биолого-экологический факультет.

библиотек

1991 год

Ученый секретарь специализированного совета, доцент

С диссертацией можно ознакомиться в научной Днепропетровского госуниверситета.

Автореферат разослан «..//.....» ................

• ОЩЛЯ ХАРАКТЕШСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Б условиях индустриального Донбасса ме-аллургическая, машиностроительная и другие отрасли промышленности анимают ведущее место но объему производства и количеству промыга-енных выбросов. Среди разнообразных ингредиентов загрязнения значительное место занимает промышленная шш>, содержание которой в ыбросах предприятий металлургической промышленности составляет г 10,7 до 87,4$ (Двхтярьов, 1970). По своему химическому составу плевые выбросы металлургических предприятий представлены в основ-гам тяжелыми металлами (Тарабрин, 1973). Из различных компонентов ютропогенной пыли по относительной опасности распространения и •оксичности тяжелые металлы представляют наибольшую угрозу для ок~ г/гизющвй среды. Среди тяжелых металлов - основных компонентов про-(ышланной пыли - шестивалентный хром относится к числу наиболее (итотоксичных. Симптомы повреждения растений отмечены при накопле-ши хрома 1,3 мг/кг, в то время как фитотоксичность других тяжелых металлов проявляется при накоплении в десятки и даже сотки раз виде ( Со«еп1е е.а. , 1976).

Литературные сведения о различных аспектах действия тяжелых металлов на растительные организмы довольно многочисленны. Однако адаптивные механизмы растений, к повышенным концентрациям металлов в среде изучены еще недостаточно. В связи с этим важное значение имеет изучение механизмов толерантности растений к избыточному содержанию шесгивалентного хрома в среде, исследование возможных путей снижения его фитотоксического действия.

Цель и задачи исследований. Целью работы являлось изучение эколого-физиологических основ устойчивости растений к шестивалентному хрому, исследование возможных путей повышения устойчивости . растений к данному металлу. В связи с этим предусматривалось решение следующих задач: '

1. Изучить распространенность шестивалентного хрома, как экологического фактора загрязнения среды.

2. Определить специфику и уровень токсического накопления фитотоксиканта различными видами декоративных растений.

3. Выявить степень, устойчивости растений к повышенным кон- . центрацшш хрома при корневом и внекорневом его поглощении. ■

. 4. Исследовать адаптивные механизмы растений к избыточному содержанию шестивалентного хрома в среде на молекулярном, клеточном, органном, организменном и видовом уровнях.

5. Разработать практические предложения по повышению'устой-

чивооти к шестивалантному хрому, а также приемы, обеспэчиващие снижение фитотоксического действия металла путем использования антагонистических взаимоотношений с элементами минерального питания.

Научная новизна. Установлена распространенность шестивалентного хрома как экологического фактора загрязнения окружающей средь Исследовано 38 видов древесных, кустарниковых, декоративных и сель скохозяйстванных раетений на устойчивость к шестивалентному хрому. Определены токсические уровни накопления металла декоративными рас тениями при внекорневом его поглощении. Впервые изучены адаптивные механизмы растений к избыточному содержанию шестивалентного хрома. Высказывается предположение, что в детоксикации поглощенного металла принимают участие белковые соединения, аминокислоты и аскорбиновая кислота. На молекулярном уровне обнаружены изменения в изо ферментных спектрах оксидоредуктаз, играющих важную роль в приспособлении растений к изменяющимся условиям среды. Установлена возможность уменьшения токсического действия избытка металла путем ис пользования антагонистических взаимоотношений его с элементами минерального питания. Предложен эффективный прием повышения устойчивости растений в условиях загрязнения среды хромом.

Практическая значимость работы. В результате исследований выявлен ассортимент растений, обладающий устойчивостью к шестивалентному хрому. В промышленном озеленении создание зеленых зон с учетом видовой устойчивости растений позволит повысить их долговечность, декоративность, эффективность эксплуатации, улучшить - экологическое'состояние : ¡рригорш промпредприятий. Разработаны приемы повышения устойчивости растений в условиях избыточного содержания шестивалентного хрома в среде.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были изложены на Республиканской конференции молодых ученых "Ускоренные методы химического контроля в промышленности" (Донецк,1980), советско-американском симпозиуме по проекту 02.03.21 "Ззаямодейст-' вие манду лесными экосистемами и загрязнителями" (Таллин, 1982), Всесоюзном научно-практическом совещании "Влияние промышленного загрязнения на лесные экосистемы и мероприятия по повышению их устойчивости" (Каунас,'1984), Всесоюзной конференции "Экологические и физиолого-биохимичестсив аспекты антропотолераятности растений." (Таллин, 1986), УШ съезде УЕО (Киев, 1987), первой Всесоюзной научной конференции "Растения и промышленная среда" (Днепропетровск, 1930), Республиканское научной, конференции "Промышленная ботаника: состояние иорсрзктйян -развития" (Доизщ, I99Q). Материала работы

Осуждались на ежегодных итоговых научных конференциях Донецкого осуниварситета (1980-1990).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в II пе-атных работах.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 166 странных машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, общих выводов и практических рекомендаций. Работа содержит 18 таблиц, ш-встрирована 30 фотографиями и рисунками. Слисок использованной: ли-ературы включает 208 источников, в том числе 105 иностранных.' В риожение вошли результаты статистической обработки эксперимен-'алгных данных.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований служили .2 видов древесных и кустарниковых растений, используемых дня на-зужного озеленения промышленных территорий в условиях Донбасса: морфа кустарниковая, гледичия трехколшковая, дуб' черешчатый, ель шропейская, жимолость татарская, клен остролистный, лох узколистой, робиния лжеакация, сосна крымская, сосна обыкновенная, спирея зрадняя, туя восточная; 15 видов декоративных растений: аукуба шонская, аспидастра высокая, бересклет золотистый, драцена канарская, кардамон, олеандр обыкновенный, пальма веерная, литтоспорум обыкновенный, псидиум приморский, розан китайский, сансевиера цилиндрическая, тетрастютла Буакье, фатсхадера Лице, фикус упругий, ¡слорофитум хохлатый, применяемых дает внутреннего озеленения (Не-груцкий и др., 1983, 1984) и 7 видов сельскохозяйственных растений; горох неосыпагщийся, кукуруза сахарная, овес советский, подсолнечник армавирский, пшеница озимая ахтырчанка, эспарцент посевной и ячмень озимый донецкий-8.

Устойчивость растений к шестивалёнтному хрому исследовалась при корневом и внекорневом его поглощении. Корневое поступление' металла обеспечивалось выращиванием растений на загрязненной хромом питательной'среде Кнопа и почве. В питательную среду бихромат калия вносился в следующих концзнтрация£ по вариантам: I вариант -Ю-6 моль/л, II - Ю~5, III - ДГ4 и 1У - 5.I0""4 моль/л. В контрол фитотоксикант не вводился. При исследовании влияния аскорбиновой кислоты на рост растений в условиях загрязнения почвы хромом количество бихромата калия составляло 147 мг/кг; содержание аскорбиновой кислоты определялось соотношением их молярных концентраций, равным 3:1. В многофакторном эксперименте уровень загрязнения почвы составлял 98 мг/кг.

Исследовалось снижение токсического действия шестивалентного хрома на рост растений, основанное на антагонистических его взаимоотношениях с элементами минерального питания. Испытывалось 9 минеральных элементов: макроэлементы - азот, фосфор, калий, кальций, сера и железо, микроэлементы - марганец, медь и цинк. Каждый из исследуемых элементов вносился в питательную среду в следующих соотношениях молярных концентраций к молярной концентрации фитотокси-кадта: 2:1, 4:1, 6:1, 8:1, 10:1. Изучение влияния смесей элементов минерального питания на рост растений в условиях загрязнения почвы шастивалектнш хромом проводили методом математического планирования эксперимента (Лисенксв,1979, Максимов, 1980). Исследования проводили по плану дробного факторного двууровневого эксперимента типа включанцего 32 опыта. Минимальное содержание элемента в

смеси соответствовало соотношению его молярной концентрации к молярной концентрации фитотоксиканта, равному 1:1, максимальное - 5:1.

Устойчивость растений к хрому при корневом его поглощении определяли по индексу устойчивости (ИУ) — отношению прироста корнай на растворах с металлом к приросту корней на контрольном раствора. Для определения устойчивости декоративных растений к хрому при внекорневом его поглощении надземную часть растений обрабатывали раствором бихромага калия в концентрации моль/л в объеме 10 мл раствора на каждое растение через день в течение 1,5 месяца. Растения для опыта подбирались с одинаковой площадью листьев. По степени повреждаемости растения разделялись на группы: не имеющие повреждений, слабо повреждаемы;, (имеющие до 20$ повреждений общей площади листьев), средне повреждаемые (до 50$), сильно повреждаемые (свше 50*).

Электрофоретическое исследование изоферментных спектров ок-сидоредуктаз проводили по В.И.Сафонову и М.П.Сафоновой (1971).Содержание общего белка определяли по Доури (Ермаков, 1972). Идентификацию и количественное определение свободных аминокислот проводин 'методом бумажной хроматографии (Зайцева, Тюленева, 1966). Содержание редуцирующих Сахаров, крахмала, фруктозанов определяли по X,Н.Починку (1976), активность амилазы - по методу В.С.Асатиани в модификации Ю.Г.Приседского (1985). Содержание аскорбиновой кислоты в растениях проводили методом Г.Н.Чупахиной (1981). Количественное содержание хрома в растительных тканях и талых водах производили колориметрическим методом (Швайкова, 1975). Толщину кутикулы изучали на микротомных срезах листьев, окрашенных Суданом черным или нильским синим (Лшиш, 1969). При статистической обработке

спериыентальных данных использовали дисперсионный анализ, кри-рий Дункана, критерий Стьюдента (Плохинский, 1980).

РЕЗУЛЬТАТ!! ИССЛЕДОВАНИЙ

АККУМУЛЯЦИЯ РАСТЕНИЯМИ ШЕСТИВАЛЕНТНОГО ХРОМА, ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЛОЗРЕВДАЕМОСТЬ И ПРОЦЕССЦ РОСТА

Для Донбасса, являодегося крупным индустриальным центром, ха-жтеран высокий уровень загрязнения различными промышленными.ин-редиентами, в том числе и шестивалентным хромом. Для оценки распространенности шесгивалентного хрома, как экологического фактора агрязнения окружающей среды, проводилось количественное определэ-ш его в талых водах снегов, взятых из различных мест (таблица I).

Таблица I

Количественное содержание хрома в талых водах снегов, взятых из различных мест

Место взятия пробы снега j К°™™™?)лСОД9р,каШе

. Парк им.Щербакова (г.Донецк) ' 0,168 + 0,017 •

. Ул.Щорса (г.Донецк) ' 0,170 + 0,016

. Автостанция (г.Донецк) • 0,153 + 0,015

. Территория Дружковского завода газовой 0,361 ± 0,012 аппаратуры и кранов (г.Дружковка)

Для анализа брался поверхностный слой снега, который в течв-не месяца не обновлялся, т.е. определялось содержание хрома в [ромышленной пыли, осаждаемой на поверхность в течение месяца.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) хрома в воде открытых водоемов составляет 0,1 мг/л. Данные, представленные в табли-ie I превышают этот норматив, причем основная роль в загрязнений зреды хромом принадлежит промышленным предприятиям.

Загрязнение среды тяжелыми металлами способствует повышенной аккумуляции их растениями.

На пути проникновения тяжелых металлов через листья отсутствуют физиологические барьеры поглощения, как это наблюдается при корневом поступлении. Но различные виды растений существенно отличаются по аккумулятивной способности при внекорневом поглощении ■ металла. Цель наших исследований состояла в выявлении и отборе декоративных растений, устойчивых к действию пшстивалентного хрома, пригодных для внутреннего озеленения производственных помещений.

Для определения устойчивости декоративных растений к шести-валентноыу хрому исследовали накопительную способность листьев растений и их повреждаемость. Поглощение хрома листьями декоративных растений в лабораторных условиях варьировало довольно в широком диапазоне - 0,0003-0,0329 мг/г сухого веса. Наибольшим уровнем накопления хрома (0,0329 мг/г) и максимальной повреждаемостью отличались растения кардамона. Виды, характеризующиеся невысоким содержанием металла - 0,0003-0,0041 мг/г не имели повреждений, то есть повреждаемость листьев декоративных растений определялась в основном количеством поглощенного металла. Коэффициент корреляции равен 0,91. Необходимо также отметить, что повреждаемость растений зависит не только от количества накапливаемого хрома, но и от способно! ти растительного организма обезвреживать поступалций фитотоксикант, По степени повреждения исследуемые растения можно разделить на четыре группы: не имеющие повреждений, слабо повреждаемые (имеющие дс 20$ повреждений общей площади листьев), средне повреждаемые (до 50? и сильно повреждаемые (свыше 50$). Не имели повреждений бересклет, золотистый, драцена канарская, олеандр обыкновенный, питтоспорум обыкновенный, псидиум приморский, розан китайский, сансэвиера цилиндрическая и факус упругий. На листьях растений, относящихся к слабо повреждаемым - фатсхадеры, тетрастигмы Вуанье, аспидастры высокой - наблюдался точечный некроз. Листья средне повреждаемых растений - аукубы японской, хлорофитума хохлатого, пальмы веерной -наряду с точечным некрозом имели краевой, появлялись призыаки хлороза, рост растений со: „занялся.' Сильные повреждения имели листья кардамона. Вместе с вышеописанными видами некрозов на них появлялись обширные некротические участки, признаки хлороза резко усиливались, часть листьев усыхала, рост растений прекращался. Дальнейшая обработка растений хромом приводила их к гибели.

• Поглощение загрязнителей листьями растений идет по безбарьерному типу. На пути проникновения фитотоксиканта существенным пре-'пятствием являются особенности анатомо-морфологического строения листа и прежде всего толщина кутикулы. Сопоставление данных о повреждаемости листьев декоративных растений с толщиной кутикулы, позволяет проследить четкую взаимосвязь между этими показателями.Коэффициент корреляции равен 0,80. При толщина кутикулы 4,7-7,4 мк растения обладают высокой устойчивостью к загрязнителю.

Повышенное содержание хрома в среде выращивания влечет за собой, избыточное накопление его растениями, что существенно нарушает ход ^.аиолого-биохшлических процессов, следствием чего является ухудшение их роста. Минимальная концентрация бихоомата в сра-

8

э - 10" моль/л не вызывала серьезных изменений роста надземной. асти, но уменьшала рост корней на 8,5-36,6$ почти у всех древес-ых и кустарниковых растений, а также на 20,0$ у подсолнечника ар-авирского. Содержание фитотоксиканта' в дозе Ю-^ моль/л способст-ювало уменьшению показателей роста надземных частей древесных и устарниковых растений на 17,9-46,4$, сельскохозяйственных - у го-оха неосыпающегося и подсолнечника армавирского на 12,7 и 19,2$ ^ответственно; корней - 21,3-64,1 и 63,3 - 62,4$ соответственно ' подсолнечника армавирского и эспарцета посевного. При наблюдаа-юм ингибировании процессов роста исследуемых растений в первом и ¡тором вариантах опыта, некротических явлений и видимых признаков лороза на наблюдалось. При резко выраженном угнетении процессов юста (1СГ4 моль/л бихромата калия в среде) на корнях растений пошлялись обширные некротические участки, количество боковых корош-:ов и их размеры резко сократились. На листьях наблюдались явно сраженные признаки хлороза, размеры и их количество также умень-ались. Рост надземных частей подавлялся на 11,7-64,9$ у древес-1ых и кустарниковых растений и 34,9-68,5 у сельскохозяйственных; сорней - на 48,0-82,4 и 37,9-89,7$ соответственно. Увеличение содержания металла до максимального уровня - 5.10-4 моль/л, усилива-го признаки повреждения. Корневая система редуцировалась, образо-зание боковых корешков не происходило, для главных корней характерна сильная укороченность. Некроз-охватывал всю поверхность кор-щ.. На надземных частях также появлялись некротические участки, 'ост надземных частей древесных и кустарниковых растений угнетался га 23,4-91,8$, сельскохозяйственных - на 63,5-91,8$; корней - на Ю,9-71,1 и 55,1-90,7$ соответственно.

Об устойчивости растений, выращенных на средах с различными концентрациями хрома судили по индексу устойчивости. Высокой уст'ой-швостыо к хрому отличаются сосна обыкновенная, сосна крымская,туя восточная, ель европейская и дуб черешчатый;неустойчивыми являются гсох узколистный и гледичия трехколючковая; среднеустойчивыми -амор-£а кустарниковая и жимолость татарская; клен остролистный, спирея зредняя и робиния лжеакация занимают промежуточное положение между эреднеустойчивыми и неустойчивыми видами. У сельскохозяйственных растений наибольшей устойчивостью отличается овес советский, сред-яей - кукуруза сахарная и ячмень озимый, наименьшей - подсолнечник армавирский. Горох неосыпающийся, пшеница ахтырчанка и эспарцет посевной по устойчивости занимают промежуточное положение между среднеустойчивыми и неустойчивыми видали. Но говоря об устойчивос-

ти сельскохозяйственных растений необходимо учитывать то, что они являются переносчиками повышенного содержания хрома по цепям питания животным и человеку.

АДАПТИВНЫЕ МЕХАНИ2Щ РАСТЕНИЙ К ИЗБЫТОЧНОМУ СОДЕРЖАНИЮ ШЕСТИВАЛЕНТНОГО ХРОМА

Рассмотрим адаптивные механизмы растений к повышенным концентрациям шестивалентного хрома на молекулярном, клеточном и орга-нйзменном уровнях. Большую роль в приспособлении растений к неблаго приятным факторам среды играет изоэнзимный полиморфизм. Электрофо-ретическими исследованиями.изоферментных спектров полифенолоксидазы пероксидазы и каталазы установлено, что под воздействием токсически концентраций загрязнителя варьируют ширина и интенсивность окраски белковых зон, исчезают неустойчивые и появляются металлоустойчивыэ к действию фитотоксиканта молекулярные формы оксидаз (рис.1).

______Б__

А (Г

щщ

Шм

123 123 123

1234 12 3 4 1234

Рис. I. Влияние шестивалентного хрома - экологического фактора загрязнения среды на изоферментные спектры полифенолоксидазы (а), пероксидазы (б) и каталазы (в) сеянцев робинии лжеакации (А) и ели европейской (Б), где I - контроль, 2 - концентрация бихромата калия в среде Ю"5, 3 - Ю~4 и 4 - 5.10"4 моль/л.

'Этот процесс генетически обусловлен и носит защитный характер.

В детоксикации поступающих в растительный организм ионов тяжелых металлов важную роль играют белковые соединения, так как в результате их взаимодействия могут образовываться внутрикомплекс-ные металлоорганические соединения. Белки, соединяясь с тяжелыми металлами, денатурируются и в общем метаболизме не участвуют. И хо1 процессы синтеза бежа усиливаются, интенсивность процесса обмена белков значительно ослабевает, что неизбежно ведет к ослаблению и всех другю. биохимических процессов. Проведенные исследования по

в

а

злиянию различных концентраций шэстивалантного хрома на содержание )бщего белка в растениях показали, что в корнях - местах основной гакализации металла - содержание суммарного белка возрастает в [,2-5,3 раза по отношению к контролю (табл.2).

Таблица 2.

Аутэкологическиэ особенности воздействия шестивалентного хрома на содержание общего белка (мкг/г сухйго веса)

наименование !*л„тои„г>„,™„ „о™,™,,™.*,,., „ ..пт/„

вида растения, ■ его часть рси-иа/ ! 0 1 НД'РП'НУГЯ ! 10"ь п « «иду! яч; ! Ю-4 ! 5.10-4

Аяорфа кустарниковая надземная часть 18Э,1±16,4 170,1±15,4 144,1±12,4

корень 160,4±14,5 208,5+15,4 251,4+18,3

Клен остролистный надземная часть 294,2+13,6 147,8^13,4 228,2^15,5

корень 136,7^10,7 234,2±18,0 365,5^15,0

Робиния лжеакация надземная часть 251,4+14,9 372,4+15,6 283,2±13,7

корень 153,4+13,5 255,7±Г5,5 282,3+17,7

Туя восточная надземная часть 84,117,2 74,1±6,1 169,6±14,2 186,9^13,3

корень 123,1±9,1 154,9±14,5 384,1^25,2 243,3^18,7

Можно сделать вывод, что в условиях интоксикации шастивалентным хромом увеличение количества белка носит защитный характер. Можно предположить, что белки, вступая во взаимодействие с шестивалентным хромом, образуют с ним комплексные устойчивые соединения,, восстанавливая шестивалентный хром до биологически менее активного -трехвалентного.

По имещимся литературным данным избыточное содержание металлов приводит к увеличению количества свободных аминокислот в растениях, что играет положительную роль вследствие связывания ими ионов металлов в комплексы и уменьшения тем самым токсического действия последних. Выполненные исследования по влиянию шестивалентного хрома на содержание свободных аминокислот в горохе неосыпагацемся, подсолнечнике армавирском и эспарцете посевном показали, что количество большинства из них существенно возрастает. Увеличение фо.да свободных аминокислот имеет важное значение в проявлении защитных свойств растительного организма, так как: I) количественное возрастание аминокислот связано, очевидно, с гидролизом балкових соединений, т.о. переходом в более простые и устойчивые к действию

И

фитотоксиканта ващества; 2) свободные аминокислоты, вступая во взаимодействие с хромом, могут участвовать в процессах детоксикации поглощенного металла; 3) благодаря окислительному расщеплению могут испольг зваться как дополнительные источники энергии, расщепляясь до углекислоты через цикл трикарбоновых кислот; 4) промежуточные продукты окислительного расщепления'аминокислот могут включаться в различные метаболические процессы и играть важную роль в регуляции обмена веществ; 5) аминокислоты несут физиологические нагрузки, стабилизируя обмен веществ в растениях. Но увеличение содержания свободных аминокислот связано также с патологическими изменениями белкового обмена растений.

Органические кислоты играют важную роль в защите растений от токсического дейогвия тяжелых металлов, о которыми могут связываться в прочные комплексные соединения. Существенное увеличение содержания органических кислот (лимонной, яблочной, малоновой) рассматривается в качестве защитной реакции растительного организма на повреждение тяжелыми металлами. В результате исследований воздействия шестивалентного хрома на содержание аскорбиновой кислоты, по химической, природе являющейся органической кислотой, установлено, что ее количество в корнях - местах максимального содержания поглощенн :о металла - возрастает в 1,2 - 15,5 раза по сравнению с контролем (табл.3).

Таблица 3.

Аугэкологические особенности воздействия шестивалентного хрома на содержание аскорбиновой кислоты (мкг/г сухого веса)

а^аГ&'Т* I Ковдднтращщ загря?нцТ9ОД в срзде, ц<щ/л

__|_! О ! Ю"5 ! Ю~4 ! 5.10

Жимолость татарская

надземная часть 460,5+7,3 537,4+8,5 560,7±Ю,6

корень 4003,1^80,2 4178,4+83,7 7443,2±149,0

Робиния лжеакация надземная чаогь

чорень

Сосна крымская надземная часть

корень

Туя восточная надземна' часть корень

540,0±10.8 1175,1+112,7 4029,0+76,3. 2854,5+51,2 3478,2+47,1 6295,0±106,1

689,4^10,4 331,2+7,1 499,5*9,3 352,9+6,6 853,7±29,8 1473,0±25,7 270^2+47,2 1119,7+23,

163,9±5,1 216,1±8,9 677,7+26,1 Ш,5±18, 461,7+11,4 556,4^22,9 212ВД±36,7 1134,6±63,

Аскорбиновой кислота, наряду с важной антиоксидантной функцией, ■финадлежит, по-видимому, существенная роль в комплексировании юглощенного фитотоксиканта. У устойчивых растений процессы синтеза аскорбиновой кислоты, а следовательно, и комплексирования металла, . наиболее активно проходят в корнях, т.е. местах основной локализации поглощенного хрома, а также и надземных частях. В листьях декоративных растений содержание аскорбиновой кислоты наиболее существенно возрастает также у устойчивых видов.

Исследовалось влияние шестивалентного хрома на содержание /тлеводов в растениях, являющихся источником стабилизации обмена веществ и энергии. Выявлено, что с увеличением концентрации металла в среде количество редуцирующих Сахаров возрастает в надземных частях растений в 1,8-32,2 раза по отношению к контролю, в кор-яях - в 1,4-10,7 раза. Увеличение количества редуцирующих Сахаров в условиях загрязнения среды шестивалентным хромом происходит как за счет усиления их биосинтеза, так и путем глюконеогенеза, т.е. за счет взаимопревращений в процессе распада Сахаров. Эти взаимопревращения необходимы как для метаболических процессов в клетке, так и для освобождения энергии в процессе гликолиза, на путь которого могут вступать только глюкоза, фруктоза или один из них фосфорных эфиров.

Об увеличении редуцирующих Сахаров под воздействием шестита-лентного хрома в результате улюконеогенеза могут свидетельствовать результаты исследований по влиянию фитотоксиканта на содержание крахмала и активность амилазы. Количество крахмала в растениях уменьшается - в надземных частях растений - в 1,6-6,3 раза, в корнях - в 1,6-9,0 раз. Активность амилазы при этом увеличивается -в надземных частях растений в 1,3-2,8 раза, за исключением подсолнечника армавирского, у которого хром подавлял активность амилазы в 4,7-1,4 раза; в корнях - в 1,3-4,0 раза по отно^нию к контролю.

В результате ферментативного гидролиза крахмала образуется глюкоза и мальтоза, которые в процессе диссимиляции наряду с основной энергетической функцией могут служить источником биосинтеза органических кислот. Известен путь образования аскорбиновой кислоты из галактозы.

В условиях интоксикации шестивалентным хромом возрастает количество фрук'тозанов - запасного фонда растений. В надземных частях растений - в 1,2-24,0 раза, в корнях - в 1,3-17,4 раза.

Выявленные изменения в содержании углеводов свидетельствуют о патологических сдвигах в углеводном обмане растении, в то же время 01Ш поддерживают обмен веществ на необходимом для .чшзнодвн-

тельности энергетическом уровне в условиях загрязнения среды шестивалентным хромом.

ПОВЫШЕНИЕ АУТЭКОЛОШЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К ШЕСТИМЛЕНТНОМУ ХРОМУ

I

Толерантность растений к избыточному содержанию тяжелых металлов в среде осуществляется за счет многочисленных внутренних механизмов. Но действие из возможно только до определенного уровня загрязнения, выше которого растительный организм не в состоянии защитить себя от чрезмерных количеств металла. Ограничить поступление тяжелых металлов можно путем перевода их в недоступные или ■малодоступные формы для растений, а также путем использования приемов, снижают та: поглощение фитоксиканта растениями.

При внесении аскорбиновой кислоты в загрязненную бихроматом калия питательную среду, выпадает осадок серовато-зеленого цвета, что дает основание предположить образование нерастворимого в воде, труднодоступного растению соединения. Количественное соотношение молярной концентрации аскорбиновой кислоты к молярной концентрации бихромата калия в среде составляло 3:1. В большинстве случаев рост растений, выращенных на загрязненных средах с внесением аскорбиновой кислоты, не отличался.от роста растений, выращенных на чистых питательных средах, а иногда и превышал его. Интересно отметить, что рост.сеянцев аморфы кустарниковой, гледичии трехколюч-ковой, жимолости татарской, клена остролистного, лоха узколистного и робинии лжеакации в варианте с содержанием бихромата калия в концентрации 5. Ю-4 моль/л и аскорбиновой кислоты 15. Ю-4 моль/л варьировал на уровне контроля и даже превышал его, в то время как содержание одного хрома в этой концентрации было губительным для этих растений.

Использование аскорбиновой кислоты на загрязненной хромом почве дает аналогичные результаты. Исследование влияния аскорбиновой кислоты на устойчивость декоративных растений к шестивалентног-му хрому при внекорневом его поглощении также дало положительные результаты. Обработка растений раствором аскорбиновой кислоты значительно снижала повреждаемость растений как в лабораторных условиях, так и в производственных.

Одним из механизмов токсического действия тяжелых металлов на растения является нарушение поступления и распределения других минеральных элементов. В результате антагонистических взаимодейст-

й элементов питания с фитотоксикантом, можно снизить токсическое йствие последнего за счет уменьшения его поглощения. Исследова-я антагонистических взаимоотношений элементов питания с шостива-нтннм хромом показали, что внесение фосфора, кальция, железа шивало рост корней растений в 2,8-3,4 раза. Использование фос-'ра, серы, марганца и кальция улучшало показах ели роста стеблей 1,2>-1,5 раза. Железо в соотношении к хрому 4:1 (отношение моляр-ос. концентраций) полностью снимало ингибиругацее действие хрома на ют надземных частей растений.

Изучение влияния элементов минерального питания на рост рас-)ний;в многофакторном эксперименте позволило выявить достоверные шейные эффекты. Так, внесение кальция значительно улучшает рост :еблей, менее выраженным действием обладает фосфор. В отношении зста корней все наиболее значительные эффекты изучаемых факторов ррицательны. Марганец вызывает некоторую стимуляцию роста как геблей, так и корней. Установлено, что рост корней и стеблей рас--зний в существенной мере зависит от парных и тройных комбинаций акторов минерального питания.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ШШЕНДАШИ

Результаты выполненных исследований позволяют сделать следую-ае выводы и практические рекомендации.

1. Шестиваленгный хром,является одним из ведущих экологичес-их факторов окружающей среды в условиях Донбасса.

2. Различные виды декоративных растений при внекорневом поглощении металла существенно отличаются по поглотительной способ-ости. Наибольшей аккумулятивной способностью обладают кардамон, лорофитум хохлатый и яукуба японская, наименьшей - бересклет золо-истый и розан китайский. Важная роль в ограничении поступления еталла в листья растения принадлежит кутикуле. ДдЛ устойчивых рас-ений, отличающихся значительной толщиной кутикулы листа, харак-орно низкое накопление фитогоксиканга.

3. Устойчивость декоративных растений к хрому зависит от ко-сичества поглощенного металла и коррелирует с толщиной кутикулы шста. Толерантность растений к хрому определяется не только коли-[еством поглощенного металла, но и способностью обезвреживать [остудивший фитотоксиканг. Высокой устойчивостью отличаются ба->есклэт золотистый, розан китайский, драцона канарская, олеандр ><5шшовенннй, литтослорум обыкновенный,- псидиум приморский, сан-

сешера цилиндрическая, фикус упругий. Высокой чувствительностью обладают кардамон, хлорофитум хохлатый и аукуба японская. Внутреннее озеленение производственных помещении, загрязненных соединениями шестив"рентного хрома предлагается осуществлять с использованием перечисленных устойчивых к фитотоксиканту видов декоративных растений.

В результате исследования видовой устойчивости растений к ие тивалентному хрому, как экологическому фактору среды установлено, что наибольшая устойчивость характерна для' сосны обыкновенной, сосны крымской, туи восточной, дуба черешчатого, ели европейской. Средней устойчивостью обладают аморфа кустарниковая и жимолость татарская. Высокочувствительны к хрому лох узколистный и гледичия трехколючковая. 11пен остролистный, спир я средняя и робиния лжеакация занимают промежуточное положение между высокочувствительными и среднеустойчивыми видами. Наружное озеленение промышленных территорий, подверженных загрязнению шестивалентным хромом, рекомендуется проводить с устойчивыми к загрязнителю видами растений.

Из исследуемых сельскохозяйственных растений наибольшей устойчивостью отличается овес советский, средней - кукуруза сахарная и ячмень озимый донецкий-8, наименьшей - подсолнечник армавирский. Важ~о учитывать содержание фитотоксиканта в органах и тканях сельскохозяйственных растений," являющихся продуктами питания человека и животнь :.

4. Установлены аутэкологические особенности воздействия шестивалентного хрома, - формирующие толерантность растений к загрязнителю: изменяются изоферментные спектры оксидоредуктаз -исчезают неустойчивые и появляются мегаллоустойчивые молекулярные формы ферментов; увеличивается содержание общего белка, свободных аминокислот, аскорбиновой кислоты, что связано, по-видимому,

с процессами датоксикации поглощенного загрязнителя; наблюдаются качественные и количественные изменения в углеводном обмене растений, котор^э играют важную роль в приспособлении растений к экстремальным условиям минерального питания.

5. Л та снижения фитотоксического действия загрязнителя среды - шестивалентного хрома - рекомендуется использование аскорбиновой кислоты, в результате взаимодействия которых образуется нерастворимое в воде, труднодоступно» растению соединение. Количество аскорбиновой кислоты по отношению к хрому вычисляли но соотношению их молярных концентраций, равному 3:1. Для повы-

зния устойчивости растений, произрастающих в условиях загрязнения зстивалентным хромом, рекомендуется полив почвы раствором аскор-шовой кислоты, концентрация которой устанавливается после опре-зления уровня загрязнения почвенной среды. При загрязнении воз-диной среды производственных помещений шестивалентным хромом экоративные растения, используемые для их озеленения, рекоменду-гся опрыскивать раствором аскорбиновой кислоты 2 раза в неделю, зходя из количественного определения содержания загрязнителя на цинщу площади.

6. Установлено, что внесение фосфора, кальция и железа в злониях загрязнения среды металлом, усиливает рост корней расте-ай в 2,8-3,4 раза. Использование фосфора, серы, марганца и кальция лучшает показатели роста стеблей в 1,2-1,5 раза. Железо в соот-ошении к хрому, равному 4:1 (в молярных концентрациях) полностью нимает ингибирувдеэ дейстние хрома на рост надземной части растэ-ий.

В многофакторном эксперименте выявлены достоверные линейные Йекты влияния элементов минерального питания на рост растений в словиях загрязнения почвы шестивалентным хромом. Внесение кальция начительно улучшает рост стеблей растений, менее эффективен фос-ор. В отношении роста корней все наиболее значительные эффекты зучаемых факторов отрицательны. Марганец вызывает стимуляцию роса как стеблей, так и корней. Рост корней и стеблей растений су-ественно зависит от парных и тройных комбинаций факторов минэ-ального питания.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Влияние хрома на активность окислительных ферментов, рост развитие проростков гороха /Дскорэнные м-да хш контроля в про-

ышленности. - Тез.докл. Респ.научн.конф. - Донецк. - 1930. -.237-238.

2. Некоторые закономерности сравнительной устойчивости лес-ых древесных растений к атмосферным загрязнителям //Взаимодойст-иэ между лесными экосистемами и загрязнителями. - Тез.докл.со-етско-америк.симп. по проекту 02.03.21. - Таллин. - 1982. -.58-59 (в соавт.).

3. Электрофоретическое исследование изофермонгов некоторых ксвдорэдуктаз проростков сельскохозяаственных растении при ноны-енних концентрациях хрома. - Деп. в ВНШГГЗПС!. - 1934. -еи.-Т5 с. (в соавг.).

4. Устойчивость некоторых древесных пород к фитотоксикантам Влияние пром.загрязнения на лесн.экосистемы и мероприят. по повыи их устойчивости. - Тез. докл.всесоюзн.научн.практич.совещ. -Каунас. - т984. - С.49 (в соавт.).„

5. Толерантность сеянцев древесных и кустарниковых растений к соединениям хрома и марганца //Экологические и физиолого-биохи-мичаские аспекты антропотолерантности растений. - Тез.докл. - Все союзн.научн.конф. Таллин. - 1986. - С.69 (в соавг.).

6. Физиолого-биохтжчвские особенности воздействия шестивалентного хрома. - Тез.докл.УШ съезда УБО. - Киев. - 1987. - С.272

7. Изменения изоферментных спектров оксидоредуктаз сеянцев под влиянием хрома //Лесной журнал. - 1987. - №6. - С.33-37 (в сс авт.).

8. Сравнительная устойчивость некоторых древесных и кустарниковых растений к тяжелым металлам //Устойчивость растений к a6i отическим и биотическим факторам. - Донецк.ун-т. - Донецк. - 198£ С. 49-53.' Деп. в УкрНИИНТИ. - & И-Ук 89 (в соавт.).

9. Роль белков в устойчивости растений к шестивалентному хрому //Растения и промышленная среда. - Тез.докл. I Всесоюзн. научн.конференция - Днепропетровск. - 1990. - С.89.

10. Роль антагонистических взаимоотношений элементов в снижении фитотоксического действия шестиваленгного хрома //Промышленная боташг а: состояние и перспективы развития. - Тез.докл. Респ.научн.конф. - Донецк. - 1990. - C.II6-II7 (в соавт.).

11. Роль белков и аминокислот в устойчивости растений к хр< му //Устойчивость растений к стрессовым условиям. - Донецк.ун-т.-Донецк. - С.2-II. - Дон. в УкрНИИНТИ. - Jè 128. - Ук. 91 (в соавт,

12. Изучение влияния минеральных элементов на рост гороха неосыпалщегося при загрязнении среды хромом в многофакторном эксперименте (отослана в печать).