Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Особенности содержания тяжелых металлов (Рb, Ni, Zn, Fe, Сu) в плодах, ягодах и атмосферных осадках в связи с оценкой сортов для использования в селекции

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Особенности содержания тяжелых металлов (Рb, Ni, Zn, Fe, Сu) в плодах, ягодах и атмосферных осадках в связи с оценкой сортов для использования в селекции"

На правах рукописи

рГл ОД

МОТЫ ЛЕВА СВЕТЛАНА МИХАЙЛОВНА

ОСОБЕННОСТИ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (Р1э, N1, 2п, Ре, Си) В ПЛОДАХ, ЯГОДАХ И АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКАХ В СВЯЗИ С ОЦЕНКОЙ СОРТОВ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СЕЛЕКЦИИ

Специальность: 06.01.05 — селекция и семеноводство 03.00.04 — биохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург — 2000

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте селекции плодовых культур, г. Орел, 1995;—1998 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук Седова 3. А.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Каньши-на М. А.; кандидат бяологических наук Стрельцина С. А.

Ведущая организация: Орловский государственный университет.

ного совета K020.18.0i во всероссийском научно-исследовательском институте растениеводства имени Н. И. Вавилова до адресу: 190000, г. С-Пе-тербург, ул. Большая Морская, 42, ВИР. ,

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке -ВИР.

Защита состоится

заседании диссертацион-

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук Костина Л. И.

1 Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Техногенное поступление поллютантов, в том числе тяжелых металлов-(ТМ), в окружающую среду существенно снижает про-'дуктивность плодово-ягодных культур, качество и питательную ценность плодов (Козаренко, 1990; Шевелуха, 1993; Седов, 1995; Гудковский, 1999).

Выведение сортов, минимально накапливающих ТМ в плодах, является одной из задач адаптивной (экологической) селекции, а мониторинг за содержанием и накоплением ТМ в продукции входит в состав интенсивных технологий быращивания.

Наиболее токсичными среди изучаемых ТМ являются РЬ и присутствие которых в продуктах питания строго нормируется. Биогенные элементы -Хп, Ре, Си необходимы для нормальных физиологических процессов, но в высоких концентрациях проявляют токсический эффект '

Из существующих методов анализа ТМ в биопробах и водных растворах (полярографический, спектральный, атомно-абсорбционный) многие исследователи отдают предпочтение высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с обращенными фазами, отличающейся одновременным определением нескольких компонентов, высокой точностью, экспрессивностью, экономичностью, автоматизацией. В анализе массового'контроля пищевого сырья важны •стандартизованные методики определения (Яшин, 1991).

Считается, что именно атмосфера вносит существенный вклад в загрязнение надземной части растений ТМ, так как они могут присутствовать в осадках и аэрозолях в виде ионов, обладающих высокой химической активностью (Израэль, 1984; Хорват, 1990).

~ Загрязнение атмосферы в районе г.Орла в основном, обусловлено выбросами Орловского сталепрокатного завода (ОСПЗ, ГО км. от Е}НИИСПК в северовосточном направлении), предельно-допустимые выбросы (ПДЗ)в атмосферу цинка-109,4 г/ч, меди-41,6 г/ч и свинца-0,43 г/ч; Мценского завода алюминиевого, литья (МЗАЛ, 50 км в северо-восточном направлении), ПДВ в атмосферу цинка в виде и в виде ионов - 500 г/ч, меди - 480,67 г/ч, свинца-108,4 г/ч. Перечисленные источники, а также автотранспорт и господствующие ветра юго-западного направления, осуществляющие атмосферный перенос веществ из промышленных регионов, оказывают влияние на исследуемый район.

В то же время в литературе практически отсутствуют или имеются отрывочные сведения о содержании ТМ в плодах различных плодово-ягодных культур, произрастающих в средней полосе России.

Поэтому на данном этапе актуальным и закономерным является изучение приспособляемости плодовых и ягодных культур к воздействию ТМ, выявленш пород и сортов, минимально накапливающих Т'М в плодах с целью отбора I создания форм и сортов с ограниченным накоплением ТМ и разработки техно логий их выращивания.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в оценке сорто! различных плодово-ягодных культур - по содержанию ТМ (свинца, никеля меди, цинка, железа) в плодах - для их дальнейшего использования в адаптив ной селекции.

В связи в этим в задачи исследований входило:

1 Разработать методику определения ТМ с использованием микроколоночно го жидкостного хроматографа "Милихром-4-УФ".

2 Провести мониторинг содержания ТМ в атмосферных осадках в виде дожд> и снега, выпадающих на территории^ВНИИСПК.

3 Определить уровень содержания ТМ в плодово-ягодной продукции ,в завн симости от пород.

4 Выявить сорта различных пород, наименее накапливающие токсичные ме таллы, для последующего их использования в селекции.

5 Установить особенности накопления токсичных.и.биогенных элементов 1 плодах исследуемых культур.

6 Изучить динамику накопления ТМ плодами яблони и черной, смородины з; период вегетации (в разные фазы развития).

7 Исследовать распределение ТМ по структурным фракциям плодов.

8 Сравнить содержание ТМ в немытых к мытых плодах и выявить процсн удаления ТМ при мойке плодов.

9 Установить (оценить) влияние месторасположения сада (по отношению ] источникам загрязнения)на содержание ТМ в плодах яблони.

Научная новизна работы. Впервые:

проведены комплексные исследования содержания и распределения ТМ 1 плодах различных пород, произрастающих на юге Нечерноземья; выделены породы и сорта наименее накапливающие токсичные элементы установлены различия распределения металлов по некоторым структурны! фракциям плодов, установлено, что максимальное количество металлов со держится в кожице плодов;

разработана, запатентована, утверждена в Госкомсанэпиднадзоре Росси альтернативная методика определения ТМ в растительной продукции с ис пользованием ВЭЖХ;

исследованы особенности динамики содержания РЬ, N1, Хп и Си в атмосферных осадках в виде дождя и снега и рН осадков; обнаружено, что цинк

является преимущественным загрязнителем атмосферы в районе г.Орла.

Теоретическая и практическая значимость. Анализ экологического состояния плодово-ягодной продукции и мокрых атмосферных осадков позволяет получить научно обоснованные количественные оценки реального воздействия на плодовые растения техногенного загрязнения среды изучаемого района. Данные могут быть использованы для принятия оптимальных (а значит экономически эффективных) решений по размещению садовых насаждений, целесообразности выращивания тех или иных пород и сортов, оценки адаптивности и устойчивости вновь создаваемых сортов и гибридов.

Разработанная методика определения количественного и качественного содержания ТМ может быть широко использована для контроля и при сертификации ТМ в пищевых продуктах.

Математические модели, описывающие процессы поступления металлов с осадками, позволяют определять изменение их состава с высокой точностью и могут быть использованы для прогнозирования.

Апробация работы. Результаты исследрваний докладывались на научно-теоретической конференции "Эколого-экономические проблемы в садоводстве и пути их решения", Мичуринск, 1992г. и научно - методическом совещании "Проблемы адаптивного садоводства России". Москва, 1994 г., на заседании ученого совета ВНИИСПК, 1998 г„ 1999 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ.

. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, обсуждения результатов, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, включая 16 таблиц, 31 рисунок, 5 приложений. Список литературы содержит 233 наименований, в том числе 51 иностранных.

2 Объекты и методы исследования

Место проведения исследований - Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур (ВНИИСПК).

Объектом исследования были плоды, яблони, груши, цишни, сливы, земляники, крыжовника, черной и красной смородины, выращиваемые в ОПХ ВНИИСПК и атмосферные осадки в виде дождя и снега, выпадающие на этой территории в 1994-1998 гг..

С целью изучения влияния повышенного техногенного загрязнения на качество плодов исследовалось содержание ТМ в яблоках хозяйств "Кромской" (сады расположены вдоль трассы Москва-Симферополь) и "Волковский" (сады расположены вдоль той же трассы и вблизи МЗАЛ).

Материалом для написания работы послужили результаты пятилетних 19941998 гг. комплексных исследований. Пробы отбирали и готовили к анализу по общепринятым методикам (Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур, 1973; Техника отбора проб атмосферных осадков, 1978; Унифицированные методы анализа вод, 1978; Сырье и продукты пищевые ГОСТ 26929-86; МУК по ААС методам определения, 1992).

; 3 Результаты исследований

Внедрение методики количественного и качественного определения ТМ при оценке сортов плодово-ягодных культур

Методика основана на использовании обращенно-фазной ВЭЖХ диэтилди-тиокарбаматных комплексов ТМ и заключается .в растворении озоленной пробы в смеси кислот, во взаимодействии ионов металлов (Pb, Ni, Zn, Fe, Си) с диэтил-днтаокарбаматом натрия в, интервале рН 4-6 с образованием нерастворимых комплексов, осаждении их на стеклянном фильтре Шотта и последующим растворением в ацетокитриле и акаЬизе полученного раствора на жидкостном хроматографе "Милихром-4-УФ", используя аналитическую хроматографическую колонку КАХ-4, заполненную обращенно-фазным сорбентом Сепарон С18 и смесь ацетонитрила: хлороформа: диэтилдитиокарбамата: ацетатного буферного раствора (рН 5,4) в качестве подвижной фазы. Двухволновая детекция связана с повышением возможности более селективного разделения определяемых металлов. Идентификацию металлов осуществляют по временам удерживания хрома-то графически пиков идентифицируемых компонентов и соответствующих стандартов. Концентрации металлов определяют расчетным путем с использованием метода компарирования или данных градуированных растворов. Пример разделения тертовой смеси представлен на рисунке 1.

. Методика обеспечивает выполнение измерений количества (или массовой концентрации) металлов в диапазонах, приведенных в таблице 1.

Совместно с Научно-практическим Центром при Госкомсаэпиднадзопре России были проведены исследования по использованию данного метода для анализа остаточных количеств ТМ в вытяжках модельных сред из таро-упаковочных материалов. В результате разработаны методика определения ТМ (CkJ, Pb, Zn, Си) в пищевых продуктах, пищевом сырье и в вытяжках модельных

Таблица 1 Нормы погрешности измерений и диапазон определяемых концентраций_

Определяемый компонент Диапазон определяемых концентраций, мг/кг продуета Границы относительной погрешности, % (Р=0,95)

Кадмий 0,02 - 0,5 ±30

Свинец 0,10 ¡-2,0 ±30

Цинк 0,80-20,0 ±40

Медь 0,05 - 15,0 ±25

сред из таро-упаковочных материалов методом ВЭЖХ, включающие в себя методику количественного химического анализа озоленных проб продукции плодоовощной, растительной и животного происхождения и продуктов их переработки (разработанную ВНИИСПК м.н.с. Мотылевой С.М.,- ЗАО «Научприбор» инж.-химнком Сосниной М.В.) и методику количественного химического анализа вытяжек модельных сред из таро-упаковочных материалов (разработанную НПЦ гигиенической экспертизы Госкомсанэпиднадзора России к.м.н. Брауном Д.Д., к.б:н. Горячевым Н.С., к.х.н. Беликовым А.Б.): 4.1.Методы контроля. Химические факторы. МУК 4.1.053-96 утверждены и введены в действие Председателем Госкомсанэпиднадзора России - Главным государственным санитарным врачом. Российской Федерации. Введены в качестве дополнения к ГОСТ 26931-86, ГОСТ 26932-86, ГОСТ 26933-86, ГОСТ 26934-86.

Содержание ТМ в пробах определяют с использованием жидкостного хроматографа "Милихром-4-УФ" по МУК 4.1.053-96!

Всего было исследовано более 800 образцов плодов, 400 образцов дождя и 120 образцов снега.

Полученные данные обрабатывали статистическим методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1985) на компьютере IBM PS. Закономерность изменения количественных данных - интенсивности (I, мг/м2) и количества выпадающих осадков (О, мм) описывалась с помощью линии Тренда (программа Microsoft Excel) на основе полинома шестой степени у=Ь+С'х+...+С6х6.

Мониторинг атмосферных осадков

Примеси антропогенной природы, формируемые предприятиями в зоне исследования и розой ветров, растворяясь в осадках, создаюУ характерную для данного региона рН осадков, качественный и количественный состав катионов. Задача по изучению атмосферных осадков в воднорастворимой части аэрозоля сводилась к получению сведений об изменчивости их химического состава во времени, динамики и интенсивности выпадений.

1 Количество осадков отличается неравномерностью, основной максимум приходится на июнь-июль

2 рН осадков колеблется в пределах 6,6 - 7,3, что свидетельствует о наличии в атмосфере ионов, нейтрализующих кислотность осадков, к таковым относятся катионы металлов (таблица 2)

Таблица 2 Характеристика величины рН осадков (х, 1994-1998 гг.)

рНср за год рНср за ве-гет период рНср за зимний период Количество дней с осадками • Частота встречаемости

рН %

6,8 6,7 6,9 120 6,0-6,5 8

6,6-7,3 83

7,4-7,8 9

3 Качественный состав катионов представлен микроэлементами и тяжелыми металлами (РЬ, №, Ъх, Си) и практически постоянен,

4 Количественное содержание - интенсивность выпадения осадков (I, мг/м2) достаточно динамична

г • >00102«' • В эм*1 • I АввТи' • ЭЭ41в«'> ш«н' • 2(0 39а - М В2>

Оср. ММ

100

80

во

40

20

О

г ".""""чфаутичяскиа средни« величины

•Полиномиальный (фактически« средние «епмчины)

Рисунок 2 Среднее количество осадков за исследуемые годы

5 Наибольшее загрязнение, отмечено по Хп (50-650), далее следуют Си (0,530), РЬ (0,5-2,2) и N1 (0,2-14) мг/м2 в месяц. Вклад отдельных ионов в суммарную минерализацию следующий: цинк - 94,4 %, медь -2,7 %, свинец -2,2 %, никель - 0,6 % (рисунок 3)

Наблюдается два максимума содержания металлов в осадках: летний и зимний. Первый связан с температурными условиями, при которых возрастает доля водорастворимых соединений в осадках (Елпатьевский, Толстова, 1988). Второй (меньший) максимум интенсивности приходится на зимние месяцы, что ¿вязано с повышенной адсорбционной способностью снежинок (Хорват, 1990). По данным В.В.Добровольского, (1983), для территорий, свободных от крупных промышленных предприятий, имеет место следующий закономерный ряд убывания ТМ в атмосферных осадках: цкнк> марганец> медь> свинец> никель> . мышьяк. Подобная закономерность сохраняется на исследуемой нами территории, что позволяет отнести ее к условно фоновой территории.

Таким образом, регулярный, по сезонам года, с учетом состояния погоды анализ атмосферных осадков позволил достоверно определить количество и интенсивность поступающих с ними ТМ и показал, что наблюдается изменчивость содержания элементов в осадках. Рабочая модель системы, развивающейся в естественных условиях, в дальнейшем может использоваться для прогнозирования - экстраполяции полученных данных на аналогичные территории,

1. мг/м2 у . .о 001«** ♦ 0.0в2х*. 0.8455*' ♦ 8 »4» 1ч' - гЗ.Их* ♦ 40.412х -19.138

а

I 2 3 4 9 . « ТВ 9 10 11 12 М6СЯЦЫ

1.ЫГ/М2 у - -О ОСОх* * 0.0793»' , 1.1846х4 ♦ В.4397*' - гв вб!^ ♦ 40.261Х - 10.435 ' р^

1 2 3 4 5 б 7 8 9 Ю 11 12

к

I, мг/м2 У—О-ООЗЬс* +0.1194)^-17708х* + 12.476*'-42-051Х1 +59.824*-17.356 Си

15

1 3 3 4 5 в 7 а в 10 11 12 месяцы

I, иг/и2 у +15828*' -23.30и* +169.56X1 -532.84Х! +11В.6* -395.47

-средние фактические данные - ГЬлиномиальный (средние фактические данные)

Рисунок 3 Изменение интенсивности выпадения ТМ (х, 1995-1998 гг)

составления карт оценки природной среды - без этого невозможны конструктивные рекомендации по охране и размещению сельскохозяйственного производства.

Исследование содержания ТМ в плодах и ягодах различных пород

Тяжелые металлы. В основном существующие в литературе сведения по накоплению ТМ относятся к растительности лесов, пастбищных трав, злаковых культур, овощей, особенно, если растения произрастают в городской черте или вблизи автодорог (Ильин, 1985; Алексеев, 1987; Голод, Красовский, 1998). Биологическая значимость свинца для растений до сих пор не установлена. Во многих публикациях отмечается также возрастание содержания никеля в одно-и многолетних травах (Ягодин и др., 1994; Ligoski et.al., 1988). Сведения же о содержании РЬ и Ni в плодово-ягодных культурах практически отсутствуют.

Подобные исследования представляют большой научный и практический интерес. Поэтому характеристика сортов различных культур по содержанию ТМ в плодах имеет большое значение для оценки их питательных свойств, а также при подборе исходных форм для селекции. Химический состав плодов связан с биохимическими процессами, активностью фёрментов и является сортовым признаком, наследующимся в потомстве при гибридизации.

ПДК РЬ во фруктах принята равной 0,4 мг/кг, Ni - 0,5 мг/кг продукта (МБТ, 1989). Содержание этих элементов в исследуемых породах не превышает санитарно- гигиенических норм, однако наблюдается их постоянное присутствие в плодах и ягодах всех пород.

Содержание свинца варьирует от 0,027 до 0,288 мг/кг и никеля от 0,025 до 0,380 мг/кг, что обусловлено особенностями пород. По степени увеличения содержания РЬ и Ni исследуемые породы располагаются в ряд (рисунок 4).

В пределах породы также наблюдается варьирование содержания свинца и никеля. Наибольшие сортовые различия характерны для плодов яблони и земляники (таблица 3). Наблюдается тенденция возрастания содержания РЬ и Ni в плодах яблони и черной смородины за период вегетации (от момента формирования завязи до полной зрелости плодов) - РЬ с 0.053 до 0,184 мг/кг, Ni с 0,065-0,110до0,250-0,375 мг/кг.

До 10-20 % свинца и 15-30 % никеля может быть удалено с поверхности плодов при обработке дистиллированной водой.

Рисунок 4. Содержание РЬ и № в плодах различных культур (х, 19951998гг.)

Таблица 3 Сортовые особенности содержания исследуемых металлов в плодах

(х, 1995 -1998 гг.)

Исследуемые металлы (мг/кг)

Порода/ сорт РЬ , N1 Хп Ре Си

Норма ПДК (мг/кг)

0,4 0,5 10 50 5

1 2 • 3 4 5 6

Крыжовник

Колобок 0,045 0,019 0,620 ■ 0,510 0,210

Русский 0,075 0,018 1,470 1,000. 0,340

Орленок 0,083 0,035 1,820 0,920 0,200

№24-15ш-21 0,118 0,082 3,900 2,110 0,118

№25-22ш-44 0,120 0,030 5,410 2,460 0,125

№24-15ш-1 0,176 0,072 1,470 4,000 0,100

№25-22ш-45 0,185 0,095 1,320 1,820 0,180

Земляника

Рубиновый кулон 0.035 0,290 0,622 1,337 0,735

Зенга-Зеигана 0,034 0,148 0,665 0,944 1,070

Редгонтлит . 0,068 0,141 0,665 0,688 1,346

Збнит 0,120 0,080 0,578 2,424 0,709

Надежда 0,067 0,088 0,350 3,442 0,372

НСР„, 0,02 0,11 0,07 0,28 0,54

Груша

Есенинская 0,172 0,103 1,098 3,521 0,213

Тютчевская 0,220 0,149 2,119 1,293 0,433

Марсианка 0,152 0,113 1,098 3,211 0,239

Муратовская Ю,110 0,065 0,812 4,446 0,200

НСР«., 0,05 0,09 ОД 0,38 0,11

Яблоня

Антоновка обыкновенная 0,178 0,045 1,820 2,120 0,840

Болотовское 0,082 0,050 • 0,508 0,540 0,860

Имрус 0,181 0,085 1,050 1,050 0,500

Кандиль орловский 0,078 0,065 1,250 3,460 0,410

Орловский пионер 0,068 0,055 0,760 0,600 1,140

Память воину 0,028 0,032 0,400 2,600 0,400

Чистотел • 0,060 0,030 0,200 1,500 3,400 •

Вишня, черешня

Орловская янтарная 0,096 0,047 0,342 4,924 0,403

Орловская ранняя 0,063 0,034 1,181 4,734 0,354

Тургеневка 0,238 0,140 1,356 4,783 0,986

Владимирская 0,170 0,115 1,222 4,602 0,890

.Превосходная Веньям№г нова ■ 0,054 . 0,040 1,423 4,735 0,435

Превосходная Колесниковой 0,446 0,041 4,161 10,241 2,652

Шоколадница 0,051. 0,144 1,238 5,775 0,714.

НСР„, . 0,04 0,04 0,35 0,57 0,14

Установлен характер распределения ТМ по некоторым структурны фракциям - он идентичен для обоих металлов. Преимущественная доля ТМ - с 38% до 59% сосредоточена в кожице, в мякоти плодов - от 15% до 30%, а в coi - 16%, что говорит о защитной роли кожицы и существенной доле поверхнос ного загрязнения.

Отмечена высокая степень аккумуляции свинца и никеля плодами яблони в зависимости от месторасположения сада (рисунок 5)

Е5

л, й

Н ш !-

г т ш ГХШ ' 1 — ■А

ГИ г ■Ж ГШ 1 щ

24 кл М и -Креме* (50 -ХромсхаГ (300 "КромсжмГ (ООО *&т»01И|Г(30 "В«1кяа(жГ{300 аВ«лк(жжив'(вСв

м) ы) И) ' м) м). ..

ИРЬ в№

Рисунок 5 Влияние месторасположения сада на содержание РЬ и № в плодах яблони Антоновка обыкновенная (х, 1994-199Гг.)

"Наиболее ярко техногенное загрязнение сказывается на плодах, выращенных вблизи к автомагистрали (50 м), по мере удаления (300 и 600 м) содержание ТМ уменьшается. Совместное влияние автомагистрали и крупного промышленного объекта (МЗАЛ), усугубляет негативный эффект и приводит к сильному загрязнению плодов, который остается высоким и на удалении от трассы, по сравнению с содержанием ТМ в плодах фоновой территории (ВНИ-ИСИК).

Таким образом, исследованиями установлено, что количество свинца и никеля, поглощенных растениями, определяется, с одной стороны, биологическими особенностями породы и сорта, с другой стороны, уровнем содержания их во внешней среде. Наиболее ярко техногенное загрязнение отражается на садах, расположенных ближе к автомагистрали и крупным промышленным объектам.

Биогенные элементы. Изучение особенностей содержания и распределения Хп, Ее и Си в плодах различных пород позволило установить существенные различия их содержания между породами и сортами. Содержание этих

элементов не достигает санитарно-гигиенических норм (для Zn - 10; для Си - 5; для Ре -50 мг/кг), даже в садах, испытывающих дополнительную антропогенную нагрузку (таблица 4)

Таблица 4 Пределы варьирования биогенных металлов в плодах и ягодах

Место произрастания Исследуемые металлы (мг/кг продукта")

Ъп Ре Си

Норма ПДК (мг/кг продукта)

10,0 50,0 5,0

Фоновые участки 0,025-2,250 1,370-5,620 0,1951,170

Участки с повышенной антропогенной нагрузкой 2,150-8,120 2,110-3,520 0,7203,240

По максимальному содержанию цинка и меди выделяются вишня и яблоня, цинка - крыжовник, меди - земляника.

По содержанию железа породы располагаются в следующий возрастающий ряд: красная смородина< земляиика< яблоня< крыжовник< гру-ша<черная смородина<слива<вишня.

Сортовые особенности содержания биогенных элементов наиболее ярко проявляются среди сортов яблони - Память воину, Кандиль орловский, Антоновка обыкновенная отличаются максимальным содержанием железа 2,2003,480 мг/кг ; Орловский пионер и Чистотел с содержанием меди 1,120-3,450 мг/кг ; Кандиль орловский и Антоновка обыкновенная - содержанием цинка 1,250-1,800 мг/кг.

Динамика накопления биогенных металлов за период вегетации имеет более плавный характер, чем у токсичных элементов.

Повышенная техногенная нагрузка приводит к количественному увеличению содержания не только токсичных, но и биогенных элементов, особенно цинка, по сравнению с фоновыми участками. При этом изменяется характер распределения микроэлементов в плодах и ягодах, увеличивается доля РЬ, Ъл, Си и уменьшается доля Ре.

Максимальная доля в плодах всех пород приходится на железо (43-79 %), доля цинка - (9-31%), меди - (7-25 %), свинца и никеля - (1-6 %) (рисунок 6).

Груша

сич

Слива

^ .сатц

шлпо 74*

Яблоки

9ИЦ

34 нисаль

43%

Вишня

71*

Рисунок б Особенности распределения ТМ в плодах различных пород

Чернея смородина

Красная смородмна

Рисунок ба Особенности распределения ТМ в плодах различных пород

Следует выделить Ре, как наиболее важный с точки зрения пищевой ценности элемент и отметить, что его содержание в плодах находится на границе или ниже нормального фонового уровня. Это, вероятнее всего, связано с антагонистическим взаимоотношением между Ре и N1, по данным В. КЬаИ<1, 1. Тнюку (1980) последний уменьшает передвижение железа в растении. Здесь же уместно добавить, что на содержание ТМ в плодах оказывает влияние их комплексное присутствие в почве, атмосфере, воде. Механизмы совместного влияния ТМ на растения изучены мало.

Полученные данные позволили провести сравнение ТМ, характерных для плодово-ягодных культур в настоящее время с фоновыми значениями, опубликованными более 20 лет назад (таблица 5)

Таблица 5 Сравнительная оценка доли РЬ, N1, Хп, Ре и Си в плодах различных пород

Культуры Соде ржание ТМ ( %)

РЬ N1 Ъп Ре Си

Семечковые факт.данные З-б 3-4 27-31 43-56 8-19

ср.фоновые1 - 2 ' 17-19 58-56 12- 15

Косточковые факт.данные 1-2 2-4 9-18 71-74 7-12

ср.фоновые - 2 13-20 65-73 12-13

Ягодные факт.данные 2-4 1 -6 9-52 41-79 3-25

ергфоновые - 0 7-8 79-91 9-12

Следовательно, в связи с увеличением техногенного прессинга на растения произошло изменение микроэлементного состава плодов и ягод - увеличи-юсь содержание свинца во всех культурах; никеля в ягодных ; цинка - в семеч-совых и ягодных культурах; в ягодных культурах уменьшилось содержание же-1еза, а меди увеличилась по сравнению со средними фоновыми концентрациями прошлых лет.

М.Ф.Нестерии, И.М.Скурихин (1979)

Таким образом, полученные данные содержания и распределения ТМ в плодах различных пород и сортов плодово-ягодных культур могут быть использованы не только для оценки степени загрязнения или, напротив, дефицита элемента, но и в селекционном процессе на устойчивость к избытку (недостатку) микроэлементов; изучении физиолого-биохимических механизмов поступления и распределения ТМ в тканях плода; разработке новых агротехнических приемов (устойчивые сорта, их размещение с учетом экологических условий).

ВЫВОДЫ

1 Разные породы в сопоставимых условиях характеризуются избирательностью накопления металлов, обусловленной их биологическими особенностями. Средние содержания и пределы варьирования токсичных элементов в плодах различных пород не превышают санитарно гигиенические нормы и колеблются в пределах: свинец - 0,025-0,230 мг/кг, никель - 0,035-0,38С мг/кг. Однако, наличие свимца и никеля во всех.образцах свидетельствует с постоянном техногенном загрязнении среды. Физиологическая потребност! в этих элементах чрезвычайно мала. По содержанию свинца культуры рас полагаются в ряд: слнва< земляника< красная смородина-? крыжов ннк<груша<яблоня<черная смородина<вишня. По содержанию никел} породы располагаются в ряд: слива<крыжовник<красная смороди на<груша<вишня<земляника<яблоня<черная смородина.

2 Наблюдаются существенные сортовые различия в накоплении исследуемы: ТМ в плодах различных культур. Минимальным содержанием РЬ и № вы деляются сорта яблони Память воину, Чистотел; груша Муратовская; виш не-черешневый гибрид Превосходная Веньяминова, крыжовник сорта Ко лобок. Минимальным содержанием свинца отличается сорт яблок Орлов ский пионер, сорта вишни Шоколадница и Орловская ранняя и земляники Зенга-Зенгана и Рубиновый кулон. Минимальным содержанием никеля вы деляются сорта крыжовника - Русский, земляники - Зенит и Надежда, виц ни Орловская ранняя, Превосходная Колесниковой и вишне-черешневы гибррд Превосходная Веньяминова. Отмечена тенденция активного наког ления свинца и никеля в плодах по мере их созревания.

3 Показано, что 10-20 % свинца и 15-30 % никеля может быть удалено пр мойке фруктов. Процент завиаиг от особенностей породы, сорта и, возмоя но, характера связи элемента со структурой плода.

4 Содержание биогенных элементов также зависит от особенностей культ ры, сорта, условий среды и находится в пределах физиологической нормы

(по цинку и меди). Для большинства культур отмечается дефицит железа Максимальным содержанием железа (2,200-3,480 мг/кг) отличаются сорта Память Воину, Чистотел, Антоновка обыкновенная. По содержанию железа породы располагаются в следующий ряд: красная смородина< земля-ника<яблоня<крыжовник<груша<черная смородина< слива<вишня. Установлено, что максимальное количество элементов сосредоточено в кожице плодов (38- 88 %), а наименьшее - в клетчатке (19-20 %) и соке (16-17 %)•

Исследованиями показаны существенные различия в содержании ТМ в плодах между зоной повышенной антропогенной нагрузки и фоновой территорией. В условиях повышенного экологического дискомфорта содержание свинца и никеля в плодах превышает ПДК, изменяется характер соотношения металлов в плодах по сравнению с незагрязненным участком яблони Разработан и запатентован новый способ одновременного количественного определения некоторых тяжелых металлов в растительной продукции и атмосферных осадках методом ВЭЖХ с применением отечественного хрома-тографического оборудования. Патент N2037824. В целях сертификации продукции Методике присвоен статус - Методические указания.4.1 .Методы контроля. Химические факторы. МУК 4.1.053-96 Научно-практическим центром при Госкомсанэпиднадзоре России.

Определены условия подготовки пробы для хроматографического определения: комплексообразование при рН водного раствора 4-5;осаждение комплексов на фильтре Шотта; растворение в ацетонитриле; условия детектирования - двухволновой режим 252 им и 262 нм;. скорость подачи элюента 150 мм3/мин; оптимальный состав элюента 65:31:2:2 (ацетонитрил:0.02М ацетатный буфер:хлороформ:2*10"4М раствор ДЭДТК Na). Показано, что рН осадков колеблется в пределах 6,67-7,73; основным загрязнителем мокрых атмосферных осадков является цинк. По интенсивности выпадения металлы характеризуются убывающим рядом: цинк>медь>свинец>никель.

Качественный состав катионов в атмосферных осадках постоянен и представлен ионами свинца, никеля, цинка, меди. Количественное содержание элементов Варьирует в пределах: цинк - 60-700, медь - 0,5-35, свинец - 0,224, никель - 0,1-24 мг/м в месяц и зависит от количества осадков, сезона года, неравномерности техногенных выбросов. Отмечена сезонная изменчивость содержания металлов в осадках, так максимальные концентрации элементов, особенно свинца, отмечены в теплый период года. ,

11 Среднегодовой приход с мокрыми атмосферными осадками свинца, меди, цинка и никеля составляет соответственно 3556,5; 102,9; 82,3 и 24,3 мг/м2, а суммарный - 3766 мг/м2.

12 Различия в концентрации ГМ в атмосферных осадках в виде дождя и снега (по данным пятилетних исследований) характерны для исследуемой территории. Применение динамических математических моделей при описании процессов поступления металлов с осадками может быть использовано для прогнозирования уровней содержания исследуемых веществ по месяцам в последующие годы.

Предложения по практическому использованию результатов исследований

1 Разработанная методика определения ТМ рекомендуется для выявления наиболее адаптивных к внешним условиям сортов различных пород плодовых и ягодных культур с целью вовлечения их в селекцию, а также для сертификации пищевых продуктов.

2 Для использования в селекции в качестве исходных форм рекомендуются сорта:

а) на устойчивость к РЬ - Рубиновый Кулон, Зенга-Зенгана (земляника); Орловская ранняя, Шоколадница (вишня); Память Воину, Чистотел (яблоня): Муратовская (груша)

б) на устойчивость к N1 - Надежда, Зенит (земляника); Орловская ранняя Орловская янтарная, Превосходная Веньяминова (вишня-черешня); Чистотел, Память Воину, Антоновка обыкновенная, Орловский пионер (яблоня) Муратовская (груша)

в) на высокое содержание Бе - Зенит (земляника), Превосходная Колесни ковой (вишне-черешневый гибрид), Кандиль Орловский, Память Вомг (яблоня), Муратовская, Есенинская (груша)

3 Для уменьшения загрязнения плодово-ягодной продукции ТМ необходимо: размещать садовые насаждения не ближе 500м от автодорог; использовать сорта, наименее накапливающие токсичные металлы.

4 Для уменьшения поступления тяжелых металлов в организм человека ре комендуется фрукты, выращенные в загрязненных зонах, использовать дл производства сока, так как доля металлов в нем на 3-6% ниже, чем в плодах

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1 Мотылева С.М., Соснина М.В. Использование ВЭЖХ для определения то»

сичных элементов в плодово-ягодной продукции // Использование физиолого- -

биохимических методов и приемов в селекции и растениеводстве Материалы 2-й научной конференции институтов Орловской области. - Орел, 1994. -С.50.

2 Никитин А.Л., Мотылева С.М. Химический состав и содержание тяжелых металлов у некоторых высокоустойчивых к парше форм яблони / /Селекционно-генетические проблемы развития садоводства в средней полосе Европейской части России. Сб. докл. и сообщ. 15 Мичуринских-чтений 27-28 октября 1994. - Мичуринск, 1995. - С.122-125.

3 Мотылева С.М., Соснина М.В. Накопление тяжелых металлов в яблоках.// Садоводство и виноградарство. - 1995. - N2. - С. 6-7.

4 Мотылева С.М., Соснина М.В. Изучение содержания некоторых тяжелых металлов в атмосферных осадках, выпадающих на территории'ВНИИСПК // Селекция и сорторазведение садовых культур (Юбилейный сборник ВНИ-ИСПК). - Орел, 1995. - С. 291-298

5 Motylyva S.M., Sosnina M.W. Nikel and copper content in cherry fruit //Physical-chemikaI basis of plant physiology. Aiûiual symposium. - Pushchino, 1996. - S. 138-139

6 Соснина M.B., Мотылева С.М. Патент N 2037824 на изобретение "Способ одновременного качественного и количественного определения кадмия, свинца, никеля, цинка и меди". 1995

7 Мотылева С.М., Соснина М.В. О накоплении тяжелых металлов в листьях и плодах различных сортов черной смородины в зависимости от фазы вегетации // Сельскохозяйственная биология. 1996. - N, 1.- С. 67-70.

8 Мотылева С.М., Соснина М.В. Особенности накопления некоторых тяжелых металлов плодово-ягодными культурами // Состояние сортимента плодовых и ягодных культур и задачи селекции. Тез.докл. и выст. на междун. ' йаучно-метод.конференции..-Орел, 1996.-С. 169.

9 Мотылева С.М., Соснина М.В., Браун Д.Д., Горячев Н.С.,Беликов А.Б. МУК 4.1.053-96 "Определение ТМ (Cd, Pb, Zn, Си) в пищевых продуктах, пищевом сырье и в вытяжках модельных сред га таро-упаковочных материалов методом жидкостной хроматографии" - Госкомсанэпиднадзор России. - Москва, 1996. - 21 С ' •

ю .Мотылева С.М., Соснина М.В. Накопление никеля некоторыми плодово-ягодными культурами'// Селекция и сорторазведение садовых культур. Сборник трудов. - Орел, ВНИИСПК. 1996. - С. 211-217.

11 Седова З.А., Соколова С.Е., Филина Т.Г., Мотылева С.М.,Соснина М.В. Характеристика новых сортов груши по химическому составу плодов // Совершенствование сортимента и технологии

возделывания груши. Тез.докл. и выст. на научно-мстод. конференции (Орел. 12-15 августа 1997). - Орел. 1997. - С.95-97.

12 Мотылсва С.М.. Соснина М.В. Особенности накопления некоторых тяжелых металлов плодами вишни II Совершенствование сортимента и технологии возделывания косточковых культур. Тсз.докл, и выст. на научно-практ. коиф. (Орел. 14-17 июля 1998)- Орел. 1998. - С. 154-157.

13 Мотылсва С.М., Соснина М В. Накопление свинца плодами некоторых плодово-ягодных культур, выращиваемых во ВНИИСПК // Селекция и сорто-рачведелко садовых культур. Сборник трудов ВНИИСПК. - Орел, 1998. -С.267-275

14 Мотылсва С.М.. Соснина М.В. Тяжелые металлы в плодах и ягодах - показатель устойчивости растений к абиотическим факторам среды // Новые методы селекции и создание адаптивных сортов сельскохозяйственных культур. Результаты и перспектива. Тез.докл. научной сессии (1-3 июля 1998) -Киров: НИИСХ Северо-Востока, 1998. - С. 202-203.

15 Мотылева С.М., Курашсв О.Й., Соснина М.В. Накопление тяжелых металлов некоторыми сортами крыжовника // Физиология растений - основа рационального земледелия-Москва, 1999. - С. 18-19.

, 16 Мотылева С.М., Соснина М.В. Особенности накопления тяжелых металлов плодово-ягодными культурами // Продовольственный рынок и проблемы здорового питания. Тез.докл. - Орел, 1999. - С 150-151.

17 Мотылсва СМ., Попеско И.Г. Изучение реакций сортов на повышение и гоншкение рН, повышение концентрации солей, избыток или недостаток макро- и ми1фоэлементов//Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур. - Орел: Изд-во ВНИИСПК, 1999. - С. 94101.

18 Никитин А.Л., Мотылсва С.М. Содержание тяжелых металлов у плодов новых иммунных и устойчивых к парше сортов и гибридных сеянцев яблони //Слаборослое садоводство. Междун. научно-иракт. конф. - Мичуринск, 1999.-Т. 3.

19 Мотылева С.М., Соснина М.В. Изменение химического состава атмосферных осадков, выпадающих на территории ВНИИСПК//Новые сорта и технологии возделываю',я плодовых и ягодных культур для садов интенсивного типа. Тез.докл. и выст. на междун. научно-метод. конф. (Ооел, 18-21 июля 2000).-Орел, 2000.-С.149-15© .

20 Соснина М.В., Мотылева С.М. Приоритетная справка № 2000109203 на патент «Способ качественного и количественного определения железа». Подано ходатайство о проведении экспертизы по существу от 01.09.2000 г.