Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние фосфорорганических ксенобиотиков - метилфосфонатов на жизнедеятельность растений

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Влияние фосфорорганических ксенобиотиков - метилфосфонатов на жизнедеятельность растений"

На правах рукописи

ОГОРОДНИКОВА Светлана Юрьевна

ВЛИЯНИЕ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ КСЕНОБИОТИКОВ -МЕТИЛФОСФОНАТОВ НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РАСТЕНИЙ

03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Сыктывкар 2004

Работа выполнена в Лаборатории экологической физиологии растений Института биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Головко Тамара Константиновна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Лукаткин Александр Степанович доктор биологических наук, профессор Зайнуллин Владимир Габдулович

Ведущая организация: Пермский государственный университет

Защита состоится 15 декабря 2004 г. в 1430на заседании диссертационного совета Д 004.007.01 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук при Институте биологии Коми НЦ УрО РАН по адресу: 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 Факс: (8212) 24-01-63 E-mail: dissovet@ib.komisc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра Уральского отделения Российской АН по адресу: 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 24.

Автореферат разослан 5 ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

А.Г. Кудяшева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время все большую актуальность приобретает проблема загрязнения окружающей среды веществами абиогенного происхождения - ксенобиотиками. К ксенобиотикам относят и фосфорорганические соединения - метилфос-фонаты, которые входят в состав фосфорсодержащих отравляющих веществ (зарин, зо-ман, Vx газы) (Франке, 1973; Александров, 1990). При их деструкции (уничтожении) образуется устойчивая к разложению метилфосфоновая кислота (МФК) (Колодкин и др., 1996; Савельева и др., 2002). Очень мало сведений о том, какие эффекты может оказывать метилфосфоновая кислота на почву и растительный покров при попадании в окружающую среду. Некоторые производные МФК, например, ^(фосфонометил)глицин, проявляют гербицидное действие (Мельников, 1987). На его основе разработан коммерческий препарат - глифосат. Поэтому представляет интерес изучить влияние метилфосфоно-вой кислоты на биоту и, в частности, на растения.

Для выявления реакций растительности, в первую очередь, необходимо рассмотреть действие продуктов деструкции на процессы жизнедеятельности различных видов, выявить морфофизиологические изменения под действием загрязнителей, установить наиболее чувствительные органы растений. Важно обратить внимание на эффекты низких, сублетальных концентраций, поскольку они нередко вызывают серьезные изменения метаболизма (Бурлакова, 1994; Голденков и др., 2002; Булатов и др., 2002).

Цели и задачи исследования. Целью работы было изучить влияние метилфосфо-натов - метилфосфоновой кислоты и глифосата, на жизнедеятельность растений.

В задачи входило:

1. Выявить изменения метаболизма растений под воздействием метилфосфоновой кислоты на основе изучения функциональных показателей - дыхательного газообмена, скорости тепловыделения, состояния пигментного комплекса, активности пероксидазы, перекисного окисления липидов.

2. Изучить влияние метилфосфоновой кислоты на рост и накопление биомассы растений.

3. Рассмотреть эффекты низких концентраций гербицида глифосата, действующим веществом которого является производное метилфосфоновой кислоты - ^(фосфоно-метил)глицин, на морфофизиологические характеристики растений.

4. Охарактеризовать стрессорное действие низких концентраций метилфосфона-тов на растения.

5. Выявить виды растений, наиболее чувствительные к воздействию метилфосфо-натов.

6. Изучить влияние метилфосфоновой кислоты на ферментативную активность почвы как показатель ее биологических свойств.

Научная новизна. Впервые в лабораторных и полевых опытах изучено влияние метилфосфоновой кислоты на процессы жизнедеятельности 11 видов растений. Установлено, что по сравнению с глифосатом, МФК оказывает меньшее токсическое воздействие на растения. В концентрациях <0.1 моль/л МФК не вызывала гибели растений, но приводила к нарушению обменных процессов, ингибированию роста и накопления биомассы. Выявлено, что МФК обладает системным действием. Приводит к нарушению функционирования надземных и подземных частей растений, при этом корни реагируют сильнее, чем побеги. МФК влияет на ферментативную активность почв. Установлено, что бобовые растения отличаются большей чувствительностью к действию фосфонатов, чем злаки. Рассмотрен механизм и предложена схема действия МФК на растительные организмы. МФК может оказывать прямое действие на растения, а также опосредованное влияние через повышенное образование активированных форм кислорода, о чем свидетельствует возрастание активности пероксидазы и перекисного окисления липидов.

Практическая значимость. Впервые выявлены ответные морфофизиологические реакции разных видов растений на действие МФК. Показано, что продукт деструкции фосфорсодержащих отравляющих веществ - МФК при попадании в окружающую среду в низких концентрациях может оказывать негативное воздействие на растения и биохими-

3 гС';. НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛИОТЕКА

ческие свойства почв. Выявленные ответные реакции растений на действие МФК могут быть использованы при проведении комплексного экологического мониторинга мест хранения и уничтожения фосфорорганических веществ. В качестве биотесторов можно применять бобовые растения, которые отличаются повышенной чувствительностью к мФк. МФК воздействует на активность каталазы, что позволяет использовать ее в качестве одного из критериев при почвенном мониторинге.

Апробация работы и публикации Материалы диссертации были представлены на Международном симпозиуме «Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга» (Сыктывкар, 2001); Молодежных научных конференциях «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2003; 2004); Всероссийской научно-практической конференции «Экологический мониторинг: научный и образовательный аспекты» (Киров, 2002); Всероссийской научной школе «Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга» (Киров, 2003); Международной научной конференции «Обеспечение высокой экономической эффективности и экологической безопасности приемов использования удобрений и других средств химизации в агротехнологиях» (Москва, 2003); Международной научно-практической конференции «Современные аспекты селекции, семеноводства, технологии, переработки ячменя и овса» (Киров, 2004). По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Работа выполнена в лаборатории экологической физиологии растений Института биологии Коми НЦ УрО РАН в период прохождения курса аспирантуры (2001-2004 гг.), поддержана грантом Президиума УрО РАН для молодых ученых и аспирантов.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы, изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу и 20 рисунков. Список литературы представлен 119 работами отечественных и 22 зарубежных авторов.

Благодарности Автор выражает благодарность научному руководителю проф., д.б.н. Т.К. Головко, научному консультанту проф., д.т.н. Т.Я. Ашихминой, сотрудникам лаборатории экологической физиологии растений за внимание и поддержку; к.б.н. Е.М. Лаптевой за консультации при выполнении опытов по изучению ферментативной активности почв.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Современные проблемы химического загрязнения окружающей среды и его эффекты на растения (обзор литературы)

В главе изложены и проанализированы данные литературы о фосфорорганических ксенобиотиках - метилфосфонатах. Показано, что некоторые метилфосфонаты применяются в качестве пестицидов. Устойчивая к разложению МФК может появляться в окружающей среде при деструкции фосфорсодержащих отравляющих веществ (зарин, зо-ман, Vx газы). Представлены современные взгляды о действии стрессоров на функционирование растений. Обоснована необходимость изучения влияния метилфосфонатов на жизнедеятельность растений и биохимические свойства почв.

Глава 2. Объекты и методы

Опыты проводили на культурных одно- и двудольных растениях, а также на дикорастущих растениях, широко распространенных в естественных биоценозах. В качестве объектов использовали ячмень (Hordeum distichum L), пелюшку (Pisum arvense L), веронику дубравную (Veronica chamaedrys L), манжетку обыкновенную (Alchemilla vulgaris L), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale\N\gg.), чину луговую (Lathyruspratensis L), бодяк полевой (Cirsium arvense (L) Scop.), лютик едкий (Ranunculus acris L), клевер пол-

зучий (Amoria repens L), клевер луговой (Amoria pratense L), подорожник большой (Plantago major L).

Опыты проводили в лабораторных и полевых условиях. Полевые опыты выполняли в четырехкратной, лабораторные - в пятикратной повторности. В экспериментах применяли метилфосфоновую кислоту фирмы Lancaster (Англия), из которой были приготовлены растворы разной концентрации: 5*10"*5- 0.1 моль/л. Использовали глифосат фирмы (Monsanto), содержащий 36% ^(фосфонометил)глицина. Из гербицида были приготовлены растворы с концентрацией действующего вещества от 5-10"5 до 0.01 моль/л. Применяли разные способы обработки: выращивание на растворах МФК (с буфером и без буфера), опрыскивание надземной части растений растворами глифосата и МФК.

Исследовали влияние метилфосфонатов на физиологические показатели растений -дыхание, теплопродукцию, транспирацию, содержание пигментов, рост и накопление биомассы; оценивали действие метилфосфонатов на биохимические показатели (активность перекисного окисления липидов и пероксидазы).

В лабораторных условиях изучали влияние метилфосфоновой кислоты на ферментативную активность почв (пахотная подзолистая и аллювиальная дерновая). Почвенные образцы смачивали до 60% от полной влагоемкости почв (ПВ) растворами МФК в концентрациях 5-10-4 и 5-Ю-3 моль/л, содержание МФК в почве составило соответственно 17.3 и 172.8 мг/кг почвы. В качестве контроля использовали почвенные образцы, увлажненные дистиллированной водой до 60% от ПВ. Инкубацию проводили при температуре 25 °С в течение 2-5-10-20-30-45 суток, контролируя уровень влажности. Опыт выполняли в трехкратной повторности. По истечении срока инкубации почвенные образцы высушивали при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния. Сухую почву растирали и просеивали через сито с диаметром ячеек 0.25 мм. В подготовленных образцах определяли активность инвертазы и каталазы.

Изучение роста и накопления биомассы растений. Для определения биомассы растения (в полевых опытах) выкапывали, отмывали корневую систему. Измеряли длину побегов, корней. Растительные образцы разделяли на органы и взвешивали. Затем растительный материал фиксировали при 105 "С и высушивали до постоянного веса при 70 °С. Для определения параметров роста и накопления биомассы использовали 20-30 растений каждого варианта.

Физиологические показатели растений. Интенсивность темнового дыхания определяли манометрическим методом по поглощению О2при 20 °С на аппарате Варбурга (Германия) (Семихатова, Чулановская, 1965) в четырех биологических повторностях.

Интенсивность транспирации исследуемых растений оценивали по потере воды высечками из листьев в течение 10 минут в шести биологических повторностях (Сулей-манов, 1972).

Содержание хлорофиллов и каротиноидов в зрелых листьях определяли спектро-фотометрически на сФ-46 («Ломо», Россия) в ацетоновой вытяжке при длинах волн 662, 644 (хлорофиллы) и 440.5 нм (каротиноиды) (Шлык, 1971) в четырех биологических повторностях.

Скорость выделения тепла измеряли на микрокалориметре «Биотест-2» (ИБП, Пу-щино. Россия). Данные рассчитывали согласно методике Л. Хансена с соавт. (1996). Определения проводили в 5-7-кратной биологической повторности.

Биохимические показатели. Интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) анализировали по цветной реакции тиобарбитуровой кислоты с малоновым диальдеги-дом, образующимся в процессе ПОЛ (Лукаткин, 2002). Активность пероксидазы определяли по методу Д.М. Михлина (Ермаков и др., 1952), основанному на способности хино-нов окислять аскорбиновую кислоту. Активность инвертазы оценивали по накоплению восстанавливающих Сахаров, образующихся при расщеплении сахарозы (Звягинцев, 1980). Активность каталазы определяли газометрическим методом (Звягинцев, 1980).

Статистическая обработка результатов. Полученные данные обрабатывали с использованием стандартных статистических методов (Лакин, 1973). Статистическую обработку проводили в пакете Excel 97. Достоверность различий между вариантами оценивали в соответствии с критерием Стьюдента (Р < 0.05). На рисунках и в таблицах приведены средние арифметические величины со стандартным отклонением.

Глава 3. Влияние метилфосфоновой кислоты на жизнедеятельность растений

При проведении мероприятий по уничтожению фосфорсодержащих отравляющих веществ (зарин, зоман, Vx) не исключено попадание МФК в окружающую среду (Савельева и др., 2002). Растения, как основной компонент экосистем, будут в первую очередь подвержены ее действию.

Нами установлено, что МФК в диапазоне концентраций 5-10"5- 0.01 моль/л не оказывала влияния на лабораторную всхожесть семян ячменя и пелюшки. Количество проросших семян ячменя за трое суток составило 71 -74%, пелюшки -94-97%. При действии МФК более высокой концентрации (0.1 моль/л) семена обоих видов набухали, но не прорастали, что, по-видимому, связано с нарушением процессов растяжения клеток осевых органов под действием сильно кислого раствора (рН 2.1) метилфосфоновой кислоты и/или гибелью зародыша.

Рост растений является интегральным процессом и одним из основных потребителей вещества и энергии. Действие стрессоров на растения вызывает перестройку метаболизма, характеризующуюся ингибированием ряда энергоемких анаболических процессов, что, как правило, приводит к торможению роста.

Добавка МФК в среду выращивания вызывала нарушение линейного роста проростков ячменя и пелюшки (рис. 1). Сходные эффекты выявлены при выращивании проростков на растворах МФК (рН 2.4-3.8) и МФК с добавлением буфера (рН 4.3-5), что свидетельствует о токсическом действии метилфосфоновой кислоты независимо от рН среды. У ячменя все испытуемые концентрации МФК (5-10"5- 0.01 моль/л) вызывали достоверное угнетение роста побегов. Значительное снижение высоты пелюшки происходило только под влиянием 0.01 моль/л МФК. Под действием МФК5-10""3 и 0.01 моль/л отмечали достоверное ингибирование роста и развития корневой системы. Длина корней ячменя составляла 30-65%, пелюшки - 10-20% от контроля. В присутствии МФК снижалось накопление биомассы растений. Масса опытных растений ячменя была меньше контрольных на 16-40%. Сильнее (в 1.3-1.6 раза) снижалась биомасса проростков пелюшки, что указывает на большую чувствительность к МФК бобовых растений по сравнению со злаками. В результате сильного ингибирования корневой системы под действием 5-10~3и 0.01 моль/л МФК происходило перераспределение биомассы и сосредоточение ее в надземных органах.

МФК вызывала ингибирование ростовых процессов независимо от способа обработки растений. В лабораторном опыте опрыскивание надземной части ячменя в фазу 34 листьев приводило к замедлению роста и накопления биомассы (табл. 1). Заметное действие на линейный рост органов оказывала 0 01 моль/л МФК с буфером (рН 4). На 13 день после обработки высота опытных растений была на 23% ниже, чем в контроле. Корневая система ячменя более восприимчива к действию МФК, длина корней составляла 60% от контроля. Биомасса опытных растений достоверно меньше контроля. Ингиби-рование роста и накопления биомассы корней после обработки надземной части свидетельствует о том, что МФК проявляет системное действие, хорошо поглощается листовой поверхностью, транспортируется в корни и вызывает нарушение жизнедеятельности растений.

Для изучения влияния метилфосфоновой кислоты на функциональные показатели надземную часть культурных и дикорастущих растений обрабатывали растворами МФК в концентрациях 5-10"3- 0.1 моль/л. Выявили, что реакция растений на действие МФК зависела от анатомо-морфологических особенностей, способности к поглощению и концентрации кислоты.

Метилфосфоновая кислота в концентрациях 0.05 и 0.1 моль/л вызывала повреждение листьев растений. Через сутки после обработки у злаков (ячмень, ежа сборная, мятлик луговой, пырей ползучий) отмечали появление на листьях небольших пятен белого цвета (хлороз). Сильнее были повреждены растения с тонкой листовой пластинкой -пелюшка, клевер ползучий, чина луговая, горошек мышиный, одуванчик лекарственный. На листьях клевера ползучего появились некрозные пятна. У чины луговой и горошка

Рис. 1. Влияние метилфосфоновой кислоты на рост проростков ячменя и пелюшки (К - контроль).

мышиного происходило образование хлорозов на листьях. Отмечали снижение тургора и деформацию листьев тысячелистника. Наблюдали появление небольших белых и бурых пятен по всей листовой поверхности одуванчика. Листья в местах поражения засыхали. Образование некрозов после обработки, по-видимому, обусловлено действием сильно кислого раствора МФК (рН 2.1).

Таблица 1

Влияние метилфосфоновой кислоты с буфером (рН 4) на рост и накопление биомассы ячменя (13 день после обработки)

Вариант Длина, см Сухая биомасса, мг

Побег Корень Побег Корень

Контроль 53.7±3.2 29.5±4.2 160.3±26.4 47.1±2.9

5-10"4 51.8±2.9 32.5±4.2 177.0±18.6 47.0±1.3

0.01 41.5±3.0* 17.4±2.5* 104.9±21.7* 29.0±2.9*

* Здесь и далее разница между опытом и контролем достоверна при Р <, 0.05.

Обработка метилфосфоновой кислотой вызывала нарушения в пигментном комплексе листьев (табл. 2). Реакция зависела от вида растений и концентрации кислоты. Выявлено, что бобовые (клевер ползучий и пелюшка) более чувствительны к действию МФК по сравнению со злаками. Значительные изменения в пигментном фонде вызывала МФК в концентрации 0.1 моль/л. Даже при отсутствии видимых повреждений, под действием МФК достоверно снижался уровень хлорофилла а и каротиноидов в листьях подорожника. У пелюшки и клевера ползучего уменьшалось содержание пигментов и их соотношение, главным образом, за счет снижения уровня хлорофилла а и каротиноидов в 1.2-1.4 и 1.2-1.3 раза соответственно. Хлорофилл б, входящий в светособирающий комплекс, более устойчив к действию МФК. Достоверное снижение содержания хлорофилла б отмечено только у сильно поврежденных листьев клевера ползучего и пелюшки.

По сравнению с бобовыми,

Таблица 2 Влияние метилфосфоновой кислоты на содержание пигментов в листьях, мг/г сухой массы

пигментныи комплекс листьев ячме-отличался повышенной УСТОЙЧИ-ня отличался повышенной устоичи востью к действию МФК. После обработки растений в большей степени снижалось накопление хлорофилла а, содержание каротиноидов менялось незначительно. Как и у бобовых, хлорофилл б в листьях ячменя характеризовался устойчивостью. Мы связываем изменения в пигментной системе опытных растений с деструкцией (окислением) молекул пигментов и ингибированием их биосинтеза под влиянием МФК.

Дыхание растений отражает общий уровень метаболической активности и тесно связано с жизнедеятельностью всего организма (Головко, 1999). Известно, что действие стресс-факторов вызывает нарушение обменных процессов и приводит к изменению дыхательной активности растений.

МФК в концентрации 0.1 моль/л вызывала активацию дыхательного газообмена в листьях одуванчика лекарственного, лютика едкого и бодяка полевого (рис. 2). На 6 день после применения МФК дыхание одуванчика и лютика значительно повышалось, на 73 и 50% соответственно.

МФК вызвала возрастание дыхания и скорости тепловыделения корней (рис. 3). Выявлена тесная корреляция тепловыделения с дыханием (г = 0.86). Линейную зависимость можно объяснить тем, что более 90% тепловыделения связано с дыханием (Hansen, 1994). Увеличение дыхания и тепловыделения свидетельствует об активизации обменных процессов, направленных на поддержание структурно-функциональной целостности и репарацию повреждений (Семихатова, 1990; Головко, 1999).

Помимо влияния на процессы, обеспечивающие растительный организм энергией, МФК вызывала нарушение других жизненно важных функций. После обработки происходило снижение оводненности листьев опытных растений. Специфику водного обмена

Вариант Хлорофилл а Хлорофилл б Кароти-ноиды

Подорожник большой

Контроль 3.72±0.48 1.24±0.21 1.81 ±0.22

0.01 4.03±0.49 1.31±0.12 1.8210.29

0.05 3.90±0.68 1.61Ю.10 1.81Ю.25

0.1 2.51±0.13* 1.14±0.21 1.1910.05*

Клевер ползучий

Контроль 6.51 ±0.57 2.03±0.16 2.62±0.15

0.01 5.43±0.52 1.77±0.35 2.62±0.13

0.05 4.90±0.29* 1.6710.17 2.54±0.19

0.1 3.57±0.01* 1.48±0.21* 2.12±0.24

Пелюшка

Контроль 3.38±0.33 0.75±0.03 2.07±0.01

0.001 4.0Ю.09* 1.09±0.12* 2.38±0.19

0.01 3.27Ю.26 0.79±0.04 1.8310.02*

0.1 2.74±0.23* 0.59±0.07* 1.5510.17*

Ячмень

Контроль 5.5210.13 1.0610.13 2.56±0.21

0.001 4.21±0.17* 1.010.07 2.22±0.34

0.01 4.74±0.21* 0.96±0.06 2.33±0.11

0.1 4.67±0.44 1.0910.10 2.29±0.07

Рис. 2. Влияние метилфосфосфоновой кислоты в концентрации 0.1 моль/л на дыхание листьев. 1 - контроль, 2 - опыт.

МФК, моль/л

Рис. 3. Изменение дыхания и тепловыделения корней пелюшки под влиянием МФК (7 день после обработки).

растений наиболее полно отражает транспирация. Установлено, что через сутки после обработки МФК интенсивность транспирации листьев подорожника большого, одуванчика лекарственного, бодяка полевого и клевера ползучего снижалась (рис. 4). Уменьшение скорости транспирации и, следовательно, более экономное расходование воды обусловлено нарушением функциональной активности корней. Не исключена возможность повреждения устьичного аппарата под действием МФК.

подорожник клевер одуванчик бодяк болыюй ползучий лекарственный полевой

Рис. 4. Влияние метилфосфоновой кислоты (0.1 моль/л) на интенсивность транспирации листьев: 1 - контроль, 2 - опыт.

Известно, что многие стрессоры индуцируют образование активированных форм кислорода, которые вызывают повреждение клеточных структур (Веселов и др., 2001; Лукаткин, 2002; Минибаева, 2003; Alexieva, 2003). Уровень окислительного стресса оценивали по активности антиоксидантного фермента пероксидазы и накоплению в тканях продукта окисления мембранных липидов- малонового диальдегида (МДА). Накопление МДА в тканях опытных растений может свидетельствовать о повреждении клеточных мембран (Лукаткин, 2002).

Как видно из табл. 3, на 2 день после обработки ячменя раствором МФК 0.1 моль/л отмечали повышение активности пероксидазы в корнях опытных растений, в дальней-

ТаблицаЗ

Изменение активности пероксидазы (мл J2/r сырой массы) в растениях под действием разных концентраций метилфосфоновой кислоты (моль/л)

Дни после обработки

Вариант 2 4

Ячмень Пелюшка

Лист Корень Лист Корень Лист Корень

Контроль 3.15+0.49 15.77±0.5 4.87±0.5 13.76+0.86 7.74±1.05 33.08±1.0

0.001 не опр. не опр. 9.46±1.49* 14.97±0.50 13.24±0.67* 37.38+0.86*

0.01 3.15±0.5 16.05+1.0 9.17± 1.0* 11.18±0.86* 14.05+0.55* 33.88±1.34

0.1 3.72±0.49 20.93±1.3* 4.01±0.5 10.9+.0.93* 17.08±0.40* 32.45±0.26

шем происходило снижение величины этого показателя. В листьях активность перокси-дазы, наоборот, возрастала. Под действием МФК в концентрациях 0.001 и 0.01 моль/л происходило достоверное увеличение активности пероксидазы. У пелюшки активацию пероксидазы в листьях вызывали все испытуемые концентрации МФК. Можно полагать, что такие изменения активности пероксидазы носят адаптивный характер и направлены на смягчение последствий окислительного стресса.

Определение уровня МДА на 2 день после обработки показало, что 0.1 моль/л МФК приводила к усилению перекисного окисления липидов в листьях опытных растений (табл. 4). Наряду с активацией перекисного окисления липидов в листьях, происходило накопление МДА в корнях растений (рис. 5).

Таблица 4

Содержание малонового диальдегида в листьях растений после обработки метилфосфоновой кислотой (0.1 моль/л)

Итак, нами выявлено, что метил-фосфоновая кислота в сравнительно низких концентрациях (<0.1 моль/л) не является летальной, но оказывает существенное влияние на процессы жизнедеятельности растений. МФК вызывала видимые повреждения листьев, снижение оводненности тканей и интенсивности транспирации. Изменения в фотосинтетическом аппарате выражались в уменьшении содержания зеленых пигментов и каротиноидов. Усиление дыхания опытных растений под действием МФК мы связываем с увеличением энергетических затрат на процессы поддержания и репарацию повреждений. При обработке надземных органов МФК оказывала выраженные эффекты на корневую систему, что свидетельствует о системном действии кислоты.

Наиболее восприимчивыми к действию метилфосфоновой кислоты являются бобовые растения (пелюшка, горошек мышиный и клевер ползучий).

Вид МДА, мкмоль/г сырой массы

Контроль Опыт

Подорожник большой 4.32±0.27 7.27+0.33*

Лютик едкий 2.4б±0.06 3.8110.33*

Одуванчик лекарственный 4.010.08 5.5310.43*

Бодяк полевой 2.55±0.25 3.4810.42

Пелюшка 1.73+0.05 2.30+0.06*

Ячмень 2.5410.04 2.8010.02*

Рис. 5. Влияние метилфосфоновой кислоты на активность перекисного окисления липидов в корнях подорожника большого.

Глава 4. Влияние глифосата на морфофизиологические характеристики растений

Действующим веществом гербицида глифосата является производное метилфос-фоновой кислоты М-(фосфонометил)глицин (Мельников, 1987). Для уничтожения сорной растительности рекомендуют применять глифосат в концентрациях 0.01-0.02 моль/л (Справочник пестицидов..., 2002). Но и более низкие концентрации, на порядок меньше рекомендуемых, оказывают влияние на гормональный статус растений (Заякина и др., 1999).

В лабораторных опытах мы изучали влияние сравнительно низких концентраций глифосата на рост и накопление биомассы растений ячменя. Растения в фазу 3-4 листьев опрыскивали растворами глифосата с концентрацией действующего вещества 5-10"6, 5-Ю"5, 5-10Л, 5-10"3 и 0.01 моль/л.

Глифосат вызывал ингибирование линейного роста ячменя (табл. 5). Через неделю после применения гербицида (5-10"3 и 0.01 моль/л) высота опытных растений была ниже по сравнению с контролем на 18-22%. Корневая система ячменя более восприимчива к действию глифосата. Достоверное угнетение роста корней происходило под влиянием более низких концентраций глифосата (5-10"5- 0.01 моль/л). Нарушение роста корней при обработке надземной части растений свидетельствует о системном действии глифосата.

Установлено, что глифосат в концентрациях 5-10"6 и 5-10"5 моль/л не вызывал значительных изменений в приросте биомассы ячменя (рис. 6). Дальнейший рост и развитие не нарушались, растения переходили к фазе кущения.

Увеличение дозы гербицида приводило к достоверному снижению накопления биомассы. После обработки глифосатом в концентрации 5-10~3 и 0.01 моль/л рост ячменя

полностью прекращался. Растения теряли тургор, листья желтели, а их кончики засыхали. На 10 день после обработки растения погибли.

В полевых условиях изучали влияние низких концентраций глифосата на процессы жизнедеятельности растений. Надземную часть растений опрыскивали растворами глифосата 5-10"5, 5-10"4 и 5-10"3 моль/л. Выявлено, что разные виды растений отличались по чувствительности к действию глифосата. Гербицид в концентрациях 5-10"3 И5-10"4 моль/л сильно повреждал растения. Отмечали появление некрозных пятен на листьях чины луговой, клевера лугового, бодяка полевого. У лютика едкого отмечали хлороз листьев и стебля. Происходило снижение тургора опытных растений. Глифосат вызывал изменение окраски листьев, обесцвечивание до светло-зеленого, желтого цвета. Хвощ полевой, по сравнению с другими растениями, был поврежден в меньшей степени.

Как и в случае с МФК, обработка глифосатом вызывала изменения в пигментном комплексе листьев, что проявилось в снижении уровня пигментов и изменении их соотношения (табл. 6). Более сильная реакция была у манжетки, достоверное уменьшение накопления зеленых пигментов и каротиноидов происходило под действием всех испытуемых концентраций гербицида. Среди зеленых пигментов сильнее снижалось содержание хлорофилла б.

У клевера лугового и подорожника большого достоверное уменьшение содержания зеленых и желтых пигментов вызывал глифосат в концентрациях 5-10-4 и 5-10"3 моль/л. При этом хлорофилл б отличался большей стабильностью.

Таблица5 Влияние глифосата на рост ячменя (7 день после обработки)

Вариант Длина, см

Побег Корень

Контроль 43.74±4.05 34.74±3.71

5-10"6 41.07±3.15 33.67±2.84

5-Ю"5 40.35±2.39 23.43±3.15*

5-10"* 38.50±2.19 23.74±2.81*

5-10"3 35.84±2.87 23.09±3.40*

0.01 34.09±3.13 23.07±2.66*

Рис. 6. Влияние обработки глифосатом на накопление сухой биомассы растений ячменя.

В целом, под действием глифосата происходило снижение содержания пигментов. Уменьшение накопления хлорофиллов под влиянием глифосата, видимо, связано с нарушением процессов биосинтеза

(Гольдфельд, Карапетян, 1989). Табтца 6

Каротиноиды в растительных Содержание пигментов

клетках выполняют протекторную в листьях опытных растений на 5 день после функцию и участвуют в процес- обработки глифосатом, мг/г сухой массы

сах детоксикаци и активных форм кислорода, образующихся под влиянием стрессоров. Поэтому снижение их содержания возможно происходило в результате окислительной деградации молекул.

Общее состояние метаболических систем растений отражает дыхательный газообмен. Как и в случае с МФК, установлено, что обработка глифосатом вызывала усиление дыхательной активности исследованных растений (рис. 7). Дыхание растений разных видов характеризовалось различной чувствительностью к глифосату. Измерения проведенные на 5 день после применения глифосата показали увеличение дыхания вероники дубравной на 20-30%, манжетки - 20-50%, подорожника - 70-80%. Повышенный уровень дыхательной активности сохранялся и на 10 день

Вариант Хлорофилл а Хлорофилл б Каротиноиды

Манжетка обыкновенная

Контроль 3.84±0.26 1.33±0.04 1.85±0.14

5-10"5 2.93Ю.05* 0.92Ю.03* 1.20±0.14*

5-10"4 2.59±0.01* 0.77±0.08* 1.09±0.03*

5-Ю"3 2.66±0.10* 0.57±0.03* 0.90±0.02*

Подорожник большой

Контроль 3.99±0.26 1.59+0.13 1.66±0.06

5-10"5 3.50Ю.26 1.30±0.07 1.57±0.13

5-10"4 3.06±0.21* 1.19±0.08* 1.29±0.07*

5-Ю"3 1.78±0.12* 0.92±0.10* 1.06±0.08*

Клевер луговой

Контроль 6.27±0.21 1.47±0.06 3.77±0.43

5-10"5 6.29±0.22 1.65±0.04 3.07±0.11

5-10* 4.15±0.28* 1.15±0.04* 2.77±0.19*

5-10'3 4.31 ±0.03* 1.21 ±0.08* 2.83±0.09*

после обработки, что свидетельствует о серьезных повреждениях растений.

Таким образом, изучение ответных реакций растений позволило установить, что глифосат в сравнительно низких концентрациях (5-10"5, 5-10-4, 5-10"3 моль/л) нарушает процессы жизнедеятельности растений. Обработка гли-фосатом вызывала повреждения листьев, изменения в фотосинтетическом аппарате, усиление дыхания. Глифосат тормозил рост и накопление биомассы растений. Корневая система растений сильнее реагировала на действие глифосата.

Рис. 7. Изменение дыхательной активности растений после обработки глифосатом, измеренное на пятый (1) и десятый (2) дни. А - вероника дубравная, Б - манжетка обыкновенная, В - подорожник большой.

Глава 5. Действие метилфосфоновой кислоты на ферментативную активность почв

Биологическая активность почвы характеризуется сложным комплексом показателей: биомасса почвенных микроорганизмов, состав сообщества микроорганизмов, уровень ферментативной активности почв и др. Основным источником ферментов в почвах являются живые организмы. Ферментативная активность почв - один из важных критериев биологической активности почв, она служит показателем почвенного плодородия и его изменения в результате антропогенного воздействия (Блиев, 1983; Колесников, 2000). Ферментативную активность почв оценивают по содержанию ферментов, относящихся к разным классам (Хазиев, 1990; Тейт, 1991).

Наши исследования показали, что внесение МФК в почвенную систему приводит к изменению активности почвенных ферментов. Причем разные концентрации МФК, использованные в эксперименте (5-10-4 и 5-10~3 моль/л), вызывали сходные изменения ферментативной активности (рис. 8).

Наиболее чувствительной к действию МФК была каталаза - фермент, принимающий участие в разложении перекиси водорода. Отмечали значительные различия актив-

Рис. 8. Влияние метилфосфоновой кислоты на активность почвенных ферментов 5-10"^ моль/л; 2 - 5-10-4 моль/л).

ности каталазы в опыте и контроле, что проявилось в высокой амплитуде колебаний уровня фермента. Изменение активности каталазы свидетельствует о возможном нарушении окислительно-восстановительных процессов в почве под действием МФК. Инвер-таза отличалась большей устойчивостью. Существенных изменений накопления инвер-тазы при введении в почвенную систему МФК не выявлено. По-видимому, МФК не оказывает влияния на почвенные микроорганизмы, использующие углеводы в качестве питательного субстрата. МФК вызывала значительные нарушения активности ферментов в образцах пахотной подзолистой почвы, в аллювиальной дерновой - они были выражены в меньшей степени. Это может быть обусловлено особенностями состава, генезиса и хозяйственного использования почв. Аллювиальная дерновая почва, сформированная под целинной луговой растительностью - наиболее плодородная почва, характеризующаяся наличием сбалансированного микробного сообщества (Лаптева и др., 1999), что обеспечивает его устойчивость (Аристовская, 1988). Пахотная подзолистая - антропогенно преобразованная почва, отличается неустойчивым и менее разнообразным сообществом почвенных микроорганизмов (Артамонова, 2002). Поэтому внесение МФК оказывает более сильное воздействие на характер протекания биохимических процессов в этой почве, что проявляется в изменении уровня почвенных ферментов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сравнительные исследования выявили сходство эффектов метилфосфоновой кислоты и глифосата на растения. Метилфосфонаты вызывали изменение функционирования всего растения, а не только тех органов, которые были подвергнуты обработке, что свидетельствует об их системном действии. Независимо от способа обработки, корневая система растений была более чувствительна к действию метилфосфонатов. По сравнению с МФК, глифосат в низких концентрациях оказывал больший токсический эффект на растения, что связано с комплексным влиянием различных химических соединений, входящих в состав композиции гербицида (Сох, 1998). МФК в концентрациях <0.1 моль/л не вызывала гибели растений, но приводила к нарушению процессов жизнедеятельности. Глифосат в более низких дозах (5-10л и 5-10"3 моль/л) вызывал серьезные изменения метаболизма и гибель растений.

На основе полученных данных можно выделить следующие эффекты метилфос-фоновой кислоты (схема).

МФК вызывает увеличение содержания активированных форм кислорода (АФК) в тканях растений, о чем свидетельствуют изменения активности пероксидазы и перекис-ного окисления липидов. Главная опасность для клетки при действии АФК заключается в повреждении генозависимых процессов. Свободнорадикальная атака нарушает третичную структуру, вызывает агрегацию и денатурацию белков, что приводит к снижению их функциональной активности (Р1пке!, 2000).

Индуцируя образование АФК, МФК вызывает повреждение биомолекул, клеточных структур, нарушение интенсивности метаболизма. После обработки МФК отмечали изменение дыхательной активности и теплопродукции растений. Усиление дыхания может быть обусловлено возрастанием затрат энергии на процессы репарации и поддержания функциональной целостности (Головко, 1999).

Производное МФК - Ы-(фосфонометил)глицин ингибирует биосинтез 5-аминолеву-линовой кислоты - предшественника хлорофилла (Гольдфельд, Карапетян, 1989). Следовательно, уменьшение содержания пигментов связано с прямым действием метил-фосфонатов. Снижение накопления пигментов может быть результатом повреждения мембран хлоропластов под действием АФК. Уменьшение фонда каротиноидов может происходить при окислительной деструкции их молекул.

Угнетение роста и развития опытных растений вызвано рядом причин. МФК и АФК вызывают повреждения опытных растений, оказывают влияние на метаболизм. Это приводит к возрастанию затрат энергии на процессы восстановления повреждений и поддержания структурно-функциональной целостности. Адаптация и репарация повреждений происходит на фоне угнетения энергоемких процессов, таких как рост.

Установлено, что МФК оказывает влияние на микробиологический комплекс почв, что проявляется в изменении уровня почвенных ферментов. Изменение активности ка-талазы свидетельствует о возможном нарушении окислительно-восстановительных процессов в почве под влиянием МФК. Изменение биохимических свойств почв под действием МФК может вызывать нарушение жизнедеятельности растений.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что метилфосфоно-вая кислота в низких концентрациях оказывает комплексное воздействие на растительный организм, вызывая изменение активности антиоксидантных ферментов, содержания и соотношения фотосинтетических пигментов, нарушение водного обмена, дыхательной активности и тепловыделения, что в конечном итоге приводит к угнетению роста, накопления биомассы и торможению развития. Это указывает на опасность фосфорор-ганических ксенобиотиков для растительного покрова.

ВЫВОДЫ

1. Впервые экспериментально доказано, что фосфорорганический ксенобиотик-метилфосфоновая кислота, в концентрациях (<0.1 моль/л) вызывает стресс у культурных и дикорастущих растений.

2. На состояние стресса указывают морфофизиологические и биохимические реакции растений - изменение дыхания и тепловыделения, нарушения в пигментном комплексе, повышение активности антиоксидантного фермента пероксидазы, усиление пере-кисного окисления липидов, снижение оводненности тканей, торможение роста и накопления биомассы.

3. Независимо от способа обработки -опрыскивание надземной части или выращивание на водном растворе с МФК, токсичность ксенобиотика для корней была выражена сильнее, чем для побегов. Это согласуется с представлениями о системном действии метилфосфонатов на растения.

4. По характеру вызываемых эффектов метилфосфоновая кислота сходна с гли-фосатом - гербицидом, действующим веществом которого является производное МФК-Ы-(фосфонометил)глицин. в низких концентрациях (<5*10-3 моль/л) глифосат оказывал более сильный стресс на растения, чем МФК.

5. Среди исследованных видов растений наибольшую чувствительность к метил-фосфоновой кислоте проявляли бобовые (пелюшка, чина луговая, клевер луговой, горошек мышиный), что по-видимому обусловлено их анатомо-морфологическими и биохимическими особенностями. Следовательно бобовые перспективны для проведения биомониторинга мест хранения и уничтожения фосфорорганических ксенобиотиков.

6. Метилфосфоновая кислота в низких концентрациях вызывает нарушение биохимических процессов в почве, что проявляется в изменении активности каталазы и инвер-

тазы. Каталаза характеризуется повышенной чувствительностью и может быть использована в качестве одного из критериев загрязнения почв метилфосфоновой кислотой.

7. В целом, результаты проведенных исследований позволяют углубить представления о механизмах действия низких доз метилфосфоновой кислоты на растительные организмы, выявить экологическое значение фосфорорганических ксенобиотиков, их опасность для растительного покрова. Ранними критериями для оценки действия низких концентраций МФК, не вызывающих видимых повреждений растений, могут служить изменения физиолого-биохимических показателей, характеризующих стресс-реакцию растений.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Ашихмина Т.Я., Огородникова С.Ю., Тимонюк В.М. Изучение процессов трансформации загрязняющих веществ в природном комплексе в местах хранения и уничтожения химического оружия // Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга: Тез. докл. XI междунар. симпозиума (Сыктывкар, 17-21 сентября 2001 г.). -Сыктывкар, 2001.-С. 9-10.

2. Огородникова СЮ. Некоторые аспекты влияния продуктов трансформации фосфорсодержащих отравляющих веществ на растения // Экологический мониторинг: научный и образовательный аспекты: Матер. Всерос. науч. практ. конф. (Киров, 9-10 октября 2002 г.). - Киров, 2002. - С. 87-88.

3. Огородникова СЮ. Влияние низких концентраций глифосата на морфофизиоло-гические характеристики ячменя //Обеспечение высокой экономической эффективности и экологической безопасности приемов использования удобрений и других средств химизации в агротехнологиях: Матер, междунар. конф. (Москва, 20-21 марта 2003 г.). - Москва, 2003. - С. 301-304.

4. Далькэ И.В., Малышев Р.В., Огородникова СЮ. Использование микрокалориметрии для характеристики активности метаболизма растений ячменя (с. Новичок) в норме и при стрессе // Актуальные проблемы биологии и экологии: Матер. X молодеж. науч. конф. (Сыктывкар, 15-17 апреля 2003 г.). - Сыктывкар, 2003. - С. 69-70.

5. Огородникова СЮ. Влияние низких концентраций метилфосфоновой кислоты на морфофизиологические характеристики ячменя //Актуальные проблемы биологии и экологии: Матер. X молодеж. науч. конф. (Сыктывкар, 15-17 апреля 2003 г.). - Сыктывкар, 2003.-С. 162-164.

6. Огородникова С.Ю., Головко Т.К., Ашихмина Т.Я. Действие метилфосфоновой кислоты на рост и развитие проростков ячменя //Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга: Матер. Всерос. науч. школы (Киров, 13-15 ноября 2003 г.). -Киров, 2003.-С. 215-218.

7. Огородникова СЮ. Ответные реакции растений на действие метилфосфоновой кислоты // Актуальные проблемы биологии и экологии: Матер. XI молодеж. науч. конф. (Сыктывкар, 19-23 апреля 2003 г.). - Сыктывкар, 2004. - С. 211-213.

8. Огородникова С.Ю. Влияние фосфорорганического гербицида глифосата на растения ячменя // Современные аспекты селекции, семеноводства, технологии, переработки ячменя и овса: Матер, междунар. науч. практ. конф. (Киров, 6-8 июля 2004 г.). -Киров, 2004.-С. 155-157.

9. Огородникова С.Ю., Головко Т.К. Действие низких концентраций метилфосфоновой кислоты на проростки пел юшки //Агрохимический вестник, 2004. - № 3. - С. 26-27.

10. Огородникова С.Ю., Головко Т.К., Ашихмина Т.Я. Реакции растений на фосфо-рорганический ксенобиотик - метилфосфоновую кислоту. - Сыктывкар, 2004. - 24 с. (Сер. Научные доклады / Коми НЦ УрО РАН; Вып. 464).

Р22 5 47

Лицензия №19-32 от 26.11.96 г. КР 0033 от 03 03 97

Тираж 100 Заказ 33(04)

Информационно-издательская группа Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 28

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Огородникова, Светлана Юрьевна

Введение.

Глава 1. Современные проблемы химического загрязнения окружающей среды и его эффекты на растения (обзор литературы).„

1.1. Источники загрязнения окружающей среды.

1.2. Химическое загрязнение.

1.3. Загрязнение фосфорорганическими веществами.

1.3.1. Общая характеристика фосфонатов.

1.3.2. Пестициды на основе алкилфосфоновых кислот.

1.3.3. Гербицид глифосат: свойства и механизм действия.

1.3.4. Фосфорсодержащие отравляющие вещества.

1.4. Влияние стрессоров на жизнедеятельность растений

1.4.1. Учение о стрессе. ^ 1.4.2. Изменение функциональных показателей под действием стрессоров.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние фосфорорганических ксенобиотиков - метилфосфонатов на жизнедеятельность растений"

Актуальность темы

В мире произведено и накоплено большое количество фосфорсодержащих отравляющих веществ (зарин, зоман, Vx газы). В соответствии с принятой в Париже в 1993 г. и ратифицированной Россией в ноябре 1997 г. "Конвенцией о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и его уничтожении" в ряде регионов Российской Федерации запланировано строительство объектов по уничтожению химического оружия (Петров, 1993; Грибов, Зюков, 2000). Одним из таких регионов является Кировская область, где сосредоточено 17.4% от общего запаса химического оружия России (Ашихмина, 2002). На подготовительном этапе важно изучить модельные ответные реакции биоты на действие химических поллютантов, которые могут появиться в окружающей среде при аварийных ситуациях или работе объектов по уничтожению токсических веществ. Серия работ по изучению влияния отравляющих веществ на зоологические объекты выполнена под руководством профессора Г.В. Шляхтина (Шляхтин и др., 1993, Конешова, 1996). Имеются отдельные данные по действию токсических кожно-резорбтивных веществ и на растения (Шляхтин и др., 1995; Костец-кий, 2000). Предложены модели, описывающие возможную смену фитоцено-зов под влиянием отравляющих веществ. Однако эти работы в основном представляют собой прогнозы (Иванов и др., 2003). Для выявления реакций растительного покрова, в первую очередь, необходимо изучить действие отравляющих веществ и продуктов их деструкции на процессы жизнедеятельности различных видов, выявить морфофизиологические изменения под действием загрязнителей, установить наиболее чувствительные органы растений. При проведении исследований следует обратить внимание на эффекты низких, сублетальных концентраций, поскольку малые и сверхмалые дозы нередко вызывает серьезные изменения метаболизма (Бурлакова, 1994; Гол-денков и др., 2002; Булатов и др., 2002).

Цель и задачи исследования

Целью работы было изучить влияние метилфосфонатов - метилфосфо-новой кислоты и глифосата, на жизнедеятельность растений.

В задачи входило:

1. Выявить изменения метаболизма растений под воздействием метил-фосфоновой кислоты на основе изучения функциональных показателей - дыхательного газообмена, скорости тепловыделения, состояния пигментного комплекса, активности пероксидазы, перекисного окисления липидов.

2. Изучить влияние метилфосфоновой кислоты на рост и накопление биомассы растений.

3. Рассмотреть действие гербицида глифосата, действующим веществом которого является производное метилфосфоновой кислоты-N-(фосфонометил)глицин, на морфофизиологические характеристики растений.

4. Охарактеризовать стрессорное действие низких концентраций метилфосфонатов на растения.

5. Выявить виды растений, наиболее чувствительные к воздействию метилфосфонатов.

6. Изучить влияние метилфосфоновой кислоты на ферментативную активность почвы как показатель ее биологических свойств.

Научная новизна

Впервые в лабораторных и полевых опытах изучено влияние метилфосфоновой кислоты (МФК) на процессы жизнедеятельности растений 11 видов. Установлено, что по сравнению с глифосатом, МФК оказывает меньшее токсическое воздействие на растения. В концентрациях <0.1 моль/л МФК не вызывала гибели растений, но приводила к нарушению обменных процессов, ингибированию роста и накопления биомассы. Выявлено, что ме-тилфосфоновая кислота обладает системным действием, транспортируется по сосудистой системе растения в корни и вызывает нарушение их функционирования. Установлено, что бобовые растения отличаются большей чувствительностью к действию фосфонатов, чем злаки. Рассмотрен механизм и предложена схема действия МФК на растительные организмы. Показано, что МФК вызывает нарушение ферментативной активности почв.

Практическая значимость.

Впервые выявлены ответные морфофизиологические реакции разных видов растений на действие МФК. Показано, что продукты деструкции фосфорсодержащих отравляющих веществ при попадании в окружающую среду в низких концентрациях могут оказывать негативное воздействие на растения. Изученные ответные реакции растений на действие МФК могут быть» использованы при проведении комплексного экологического мониторинга мест хранения и уничтожения фосфорорганических веществ. В качестве био-тесторов можно применять бобовые растения, которые отличаются повышенной чувствительностью' к МФК. Показателем загрязнения почв МФК может служить изменение активности каталазы.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на молодежных научных конференциях «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2003; 2004). Всероссийской научно-практической конференции «Экологический мониторинг: научный и образовательный,аспекты» (Киров, 2002); Всероссийской научной школе «Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга» (Киров, 2003); Международной научной конференции «Обеспечение высокой экономической эффективности и экологической безопасности приемов использования удобрений и других средств химизации в агротехнологиях» (Москва, 2003); Международной научно-практической конференции «Современные аспекты селекции, семеноводства, технологии, переработки ячменя и овса» (Киров, 2004).

Работа выполнена в лаборатории экологической физиологии растений Института биологии Коми НЦ УрО РАН в период прохождения курса аспирантуры (2001-2004 гг.), поддержана грантом Президиума УрО РАН для молодых ученых и аспирантов.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю проф., д.б.н. Тамаре Константиновне Головко (Институт биологии Коми НЦ УрО РАН). Признательна сотрудникам лаборатории экологической физиологии растений Е.В. Гармаш, Г.Н. Табаленковой, С.В. Куренковой, С.П. Масловой, И.В. Далькэ, Д.С. Бачарову за помощь в экспериментальной работе и ценные замечания при обсуждении полученных результатов. Выражаю признательность сотруднику отдела почвоведения к.б.н. Е.М. Лаптевой за помощь и консультации при выполнении опытов по изучению ферментативной активности почв.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Огородникова, Светлана Юрьевна

выводы

1. Впервые экспериментально доказано, что фосфорорганический ксенобиотик - метилфосфоновая кислота, в концентрациях (<0.1 моль/л) вызывает стресс у культурных и дикорастущих растений.

2. На состояние стресса указывают морфофизиологические и биохимические реакции растений - изменение дыхания и тепловыделения, нарушения в пигментном комплексе, повышение активности антиоксидантного фермента пероксидазы, усиление перекисного окисления липидов, снижение овод-ненности тканей, торможение роста и накопления биомассы.

3. Независимо от способа обработки - опрыскивание надземной части или выращивание на водном растворе с МФК, токсичность ксенобиотика для корней была выражена сильнее, чем для побегов. Это согласуется с представлениями о системном действии метилфосфонатов на растения.

4. По характеру вызываемых эффектов метилфосфоновая кислота сходна с глифосатом - гербицидом, действующим веществом которого является производное МФК - М-(фосфонометил)глицин. В низких концентрациях (<5-10-3 моль/л) глифосат оказывал более сильный стресс на растения, чем МФК.

5. Среди исследованных видов растений наибольшую чувствительность к метилфосфоновой кислоте проявляли бобовые (пелюшка, чина луговая, клевер луговой, горошек мышиный), что по-видимому обусловлено их ана-томо-морфологическими и биохимическими особенностями. Следовательно бобовые перспективны для проведения биомониторинга мест хранения и уничтожения фосфорорганических ксенобиотиков.

6. Метилфосфоновая кислота в низких концентрациях вызывает нарушение биохимических процессов в почве, что проявляется в изменении активности, каталазы и инвертазы. Каталаза характеризуется повышенной чувствительностью и может быть использована в качестве одного из критериев загрязнения почв метилфосфоновой кислотой.

7. В целом, результаты проведенных исследований позволяют углубить представления о механизмах действия низких доз метилфосфоновой кислоты на растительные организмы, выявить экологическое значение фосфороргани-ческих ксенобиотиков, их опасность для растительного покрова. Ранними критериями для оценки действия низких концентраций МФК, не вызывающих видимых повреждений растений, могут служить изменения физиолого-биохимических показателей, характеризующих стресс-реакцию растений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сравнительные исследования выявили сходство эффектов метилфос-фоновой кислоты и глифосата на растения. Метилфосфонаты вызывали изменение функционирования всего растения, а не только тех органов, которые были подвергнуты обработке, что свидетельствует об их системном действии. Независимо от способа обработки (опрыскивание надземной части растений, выращивание на растворах МФК, использование растворов с буфером и без буфера), корневая система растений была более чувствительна к действию метилфосфонатов.

По сравнению с МФК, глифосат в низких концентрациях оказывал большее токсическое действие на растения, что связано с комплексным влиянием различных химических соединений, входящих в состав композиции гербицида. Имеются данные, что коммерческие гербициды, содержат помимо действующего вещества множество добавок, не менее токсичных, чем сам ]ч[-(фосфонометил)глицин (Сох, 1998). К тому же в состав гербицида входят поверхностно активные вещества, обеспечивающие максимальное удерживание на поверхности и более полное поглощение препарата.

МФК в концентрациях <0.1 моль/л не вызывала гибели растений, но приводила к нарушению процессов жизнедеятельности. Глифосат в более низких дозах (5■ 10-4 и 5*Ю-3 моль/л) вызывал серьезные изменения метаболизма и гибель растений.

На основе полученных данных можно предположить следующие эффекты метилфосфоновой кислоты (схема).

Окислительный стресс (АФК)

Изменение активности почвенных ферментов ч

Нарушение метаболизма растений

Замедление роста и накопления биомассы

Снижение фонда пигментов

МФК вызывает увеличение содержания активированных форм кислорода в тканях растений. ЛФК возникают и при нормальных условиях в ходе метаболизма, определенный уровень ЛФК поддерживается за счет деятельности клеточной антиоксидантной системы. Стрессоры (ксенобиотики) вызывают нарушение баланса между механизмами, запускающими окислительные явления и клеточной антиоксидантной защитой. В результате в тканях повышается концентрация ЛФК. Главная опасность для клетки при действии ЛФК заключается в повреждении генозависимых процессов. Активные радикалы действуют на ДНК, вызывают повреждения оснований и дезокисрибоу 1 зы, а также способствуют появлению ковалентных сшивок и разрывов (Пес-кин, 1997). Свободнорадикальная атака приводит к окислению SH- и других групп, нарушает третичную структуру, вызывает агрегацию и денатурацию белков. В результате снижается или исчезает функциональная активность белков, а некоторые модификации способствуют мутациям (Finkel, 2000).

Белки выполняют важную роль в метаболизме, входят в состав ферментов, которые регулируют интенсивность обмена. МФК индуцируя образование АФК, вызывает повреждение биомолекул, клеточных структур, нарушение интенсивности метаболизма. Об изменениях обменных процессов свидетельствуют показатели жизнедеятельности растений. После обработки МФК отмечали нарушение дыхательной активности и теплопродукции растений. Усиление дыхания было обусловлено возрастанием затрат энергии на процессы репарации и поддержания функциональной целостности (Головко, 1999), уменьшение потребления кислорода, напротив свидетельствовало об угнетении метаболизма.

Снижение оводненности тканей и уменьшение интенсивности транспи-рации опытных растений может происходить непосредственно под влиянием метилфосфоновой кислоты. Производное МФК Н-(фосфонометил)глицин ингибирует биосинтез предшественника хлорофиллов 5-аминолевулиновой кислоты (Гольдфельд, Карапетян, 1989). Поэтому можно предположить, что уменьшение содержания пигментов связано с прямым действием МФК.

Изменения в пигментном комплексе опытных растений, по нашему мнению, могут быть результатом повышения содержания АФК. Хлорофиллы и каротиноиды связаны с мембранами хлоропластов. Установлено, что МФК вызывает усиление процессов перекисного окисления липидов. В первую очередь происходит окисление жирных кислот с большим количеством двойных связей (Владимиров, Арчаков, 1972). В клетках высших растений наибольшее содержание полиненасыщенных жирных кислот обнаружено в мембранах хлоропластов, поэтому в значительной степени переокислению подвергаются липиды хлоропластов. Следовательно, снижение накопления пигментов может быть результатом повреждения мембран хлоропластов под действием АФК. Уменьшение уровня каротиноидов может происходить в результате окислительной деструкции их молекул.

Угнетение роста и развития опытных растений вызвано рядом причин. МФК и АФК вызывают повреждения опытных растений, оказывают влияние на метаболизм. Это приводит к возрастанию затрат энергии на процессы восстановления повреждений и поддержания структурно-функциональной целостности. Адаптация и репарация повреждений происходит на фоне угнетения энергоемких процессов, таких как рост.

МФК оказывает влияние на почвенный микробиологический комплекс, что проявляется в изменении деятельности почвенных ферментов. Изменение активности каталазы свидетельствует о нарушении окислительно-восстановительных процессов в почве под действием МФК. Изменение биохимических свойств почв под действием МФК может вызывать нарушение жизнедеятельности растений. Почвенные микроорганизмы оказывают влияние на функционирование корней, выделяют в почву разнообразные соединения, участвуют в деструкции загрязняющих веществ, поступающих в почву. Растения, в свою очередь, оказывают влияние на микробиологический комплекс почв. От того, на сколько ризосфера насыщена корневыми выделениями, отмершими коревыми волосками зависит разнообразие, обилие и устойчивость почвенной микробиоты.

В целом проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что метилфосфоновая кислота в концентрациях (<0.1 моль/л) оказывает комплексное воздействие на растительный организм, вызывая изменение активности антиоксидантных ферментов, содержания и соотношения фотосинтетических пигментов, нарушение водного обмена, дыхательной активности и тепловыделения, что в конечном итоге приводит к угнетению роста, накопления биомассы и торможению развития. Более чувствительны к действию МФК бобовые. Это указывает на опасность фосфорорганических ксенобиотиков для растительного покрова.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Огородникова, Светлана Юрьевна, Сыктывкар

1. Абдувахабов А.А., Михайлов С.С., Садыков А.С., Щербак И.Г. Антиферментное действие и детоксикация фосфорорганических ингибиторов хо-линэстераз. Ташкент: Фан, 1989. 184 с.

2. Александров В.Н., Емельянов В.И. Отравляющие вещества. М.: Военное издательство, 1990. 320 с.

3. Ашихмина Т.Я. Комплексный экологический мониторинг объектов хранения и уничтожения химического оружия. Киров: Вятка, 2002. 544 с.

4. Ашихмина Т.Я., Тимонюк В.М и др. Изучение процессов трансформации загрязняющих веществ в природной среде и их воздействие на биоту и здровье населения Северо-Востока России. Отчет о НИР. инв. № 02.2.00. 104501. Киров, 2000. 260 с.

5. Баскакова С.Ю., Измайлов С.Ф. Регуляция активности глутаминсинте-тазы и глутаматдегидрогеназы при гетеротрофном и нитратном питании растений // Физиология растений, 1984. Т. 31. № 6. С. 1113-1119.

6. Безносиков В.А. Характеристика азотного цикла в подзолистых почвах // Эколого-физиологические факторы продуктивности культурных растений на Севере. Сыктывкар, 1990. С. 108-116. (Труды Коми НЦ УрО АН СССР, № 107).

7. Белецкая И.П., Новиков С.С. Химическое оружие России: перспективы хранения и уничтожения // Химическое оружие. Экологические проблемы уничтожения. М.: ВИНИТИ, 1997. Вып. 1. С. 65-75.

8. Блиев Ю.К. Действие глифосата на минерализацию органических веществ и ферментативную активность дерново-подзолистых почв // Почвоведение, 1983. №4. С. 74-90.

9. Блехман Г.И., Шеламова Н.П. Синтез и распад макромолекул в условиях стресса // Успехи современной биологии, 1992. Т. 112. № 2. С. 281.

10. Булатов В.В., Хохоев Т.Х., Дикий В.В., Заонегин С.В., Бабин В.Н. Проблема малых и сверхмалых доз в токсикологии. Фундаментальные и прикладные аспекты // Российский химический журнал, 2002. Т. 46. № 6. С. 5862.

11. Бурлакова Е.В. Эффект сверхмалых доз // Вестник РАН, 1994. Т. 64. №. 5. С. 425-431.

12. Бутовский P.O. Проблемы химического загрязнения почв и грунтовых вод в странах Европейского Союза// Агрохимия, 2004. № 3. С. 74-81.

13. Владимиров В.А., Измалков В.И. Катастрофы и экология. М.: Контакт-культура, 2000. 380 с.

14. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука, 1972. 252 с.

15. Галстян А.Ш. Об устойчивости ферментов почв // Почвоведение, 1982. №4. С. 108-110.

16. Голденков В.А., Дикий В.В., Лизунова Г.В. Феномен множественной химической чувствительности как следствие воздействия сверхмалых доз веществ // Российский химический журнал, 2002. Т. 46. № 6. С. 39-45.

17. Головко Т.К. Дыхание растений (физиологические аспекты). СПб.: Наука, 1999. 204 с.

18. Головко Т.К., Родина Н.А., Куренкова С.В., Табаленкова Г.Н. Ячмень на севере (селекционно-генетические и физиолого-биохимические основы продуктивности). Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 156 с.

19. Гольдфельд М.Г., Карапетян Н.В. Физико-химические основы действия гербицидов / Итоги науки и техники. Биологическая химия, 1989. Т. 30. 164 с.

20. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы: хранение, утилизация, переработка. М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002. 336 с.

21. Джунипер Б., Джеффри К. Морфология поверхности растений. М.: Агропромиздат, 1986. 160 с.

22. Досон Р., Эллиот Д., Элииот У., Джонс К. Справочник биохимика. М.: Мир, 1991.544 с.

23. Дороздов С.Н., Курец В.К. Некоторые аспекты экологической физиологии растений. Петрозаводск: ПетрГУ, 2003. 172 с.

24. Забоева И.В. Почвы и земельные ресурсы Коми АССР. Сыктывкар: Коми книжное издательство, 1975. 344 с.

25. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Смирнова-Иконникова М.И., Мурри И.К. Методы биохимического исследования растений M.-JL: Сельхозгиз, 1952. 520 с.

26. Жданов В.А., Кошелев В.М., Новиков В.К., Шувалов А.А. Методы уничтожения фосфорорганических отравляющих веществ // Российский химический журнал, 1993. Т. 37. № 3. С. 22-25.

27. Жемчужин С.Г. Биодеградация пестицидов и родственных контами-нантов окружающей среды // Агрохимия, 2002. № 9. С. 76-91.

28. Жемчужин С.Г. Глифосат и методы его анализа // Агрохимия, 1985. № 1.С. 121-126.

29. Запрометов М.Н. Фенольные соединения. Распространение, метаболизм и функции в растениях. М.: Наука, 1993. 272 с.

30. Захаренко В.А. Гербициды. М.: Агропромиздат, 1990. 204 с.

31. Захаренко В.А., Мельников Н.Н. Пестициды в современном мире // Агрохимия, 1996. № 1. С. 100-108.

32. Заякина О.В., Заякин В.В., Шевелуха B.C. Использование в модельных опытах глифосата как ингибитора биосинтеза ауксина в растениях // IV Съезд Общества физиологов растений России: Тез. докл. М., 1999. Т. 2. С. 649.

33. Звягинцев Д.Г., Асеева И.В., Бабьева И.П., Мирчинк Т.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: МГУ, 1980. 224 с.

34. Каган Ю.С. Токсикология фосфорорганических пестицидов. М.: Медицина, 1977. 298 с.

35. Капитанов А.Б., Пименов A.M. Каротиноиды как антиоксидантные модуляторы клеточного метаболизма // Успехи современной биологии, 1996. Т. 116. №2. С. 179-190.

36. Капралов А.А., Донченко Г.В., Петрова Г.В. Роль витамина Е в процессах функционирования клетки. Антиоксидантные и неантиоксидантные механизмы // Успехи современной биологии, 2003. Т. 123. №. 6. С. 573-589.

37. Кирби А., Уоррен С. Органическая химия фосфора. М.: Мир, 1971.403 с.

38. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2000. 232 с.

39. Конешова Е.Ю. Эколого-токсикологическое воздействие зомана и продуктов его детоксикации на животных: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Волгоград, 1996. 17 с.

40. Кононова С.В., Несмеянова М.А. Фосфонаты и их деградация микроорганизмами // Биохимия, 2002. Т. 67. № 2. С. 220-233.

41. Корбридж Д. Фосфор: Основы химии, биохимии, технологии. М.: Мир, 1982.680 с. ^

42. Костецкий О.В. Воздействие токсических кожно-резорбтивных веществ на рост и развитие некоторых культурных и дикорастущих растений: Автореф. дис. канд. биол. наук. Самара, 2000. 22 с.

43. Крейцберг О.Э., Романовская О.И., Павулиня Д.А. Динамика поступления и разложения 2-хлорэтилфосфоновой кислоты в растениях озимой ржи // Физиология растений, 1984. Т. 31. № 5. С. 921-927.

44. Кретович B.JL Основы биохимии растений. М.: Высшая школа, 1971.464 с.

45. Кузнецов В.В., Шевякова Н.И. Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция // Физиология растений, 1999. Т. 46. № 2. С. 321-336.

46. Купревич В.Ф., Щербакова Т.А. Почвенная энзимология. Минск: Наука и техника, 1966. 276 с.

47. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1973. 343 с.

48. Лосева Н.Л., Кашина О.А., Рахимова Г.Г. Скорость выделения тепла как возможный показатель адаптивности растительной клетка к условиям окружающей среды // Физиология растений, 2003. Т. 50. № 3. С. 455-458.

49. Лукаткин А.С. Холодовое повреждение теплолюбивых растений и окислительный стресс. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2002. 208 с.

50. Макаров М.И. Соединения фосфора в гумусовых кислотах почвы // Почвоведение, 1997. № 4. С. 458-466.

51. Макаров М.И. Формы соединений фосфора в гуми новых кислотах и фульвокислотах некоторых типов почв // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 17. Почвоведение, 1996. № 2. С. 27-35.

52. Мартыненко В.И., Промоненков В.К., Кукаленко С.С. Пестициды: справочник. М.: Агропромиздат, 1992. 368 с.

53. Медведев А.С. Философия стрессорности как новый взгляд на загрязненность окружающей среды // Экология человека, 2001. № 3. С. 51-53.

54. Меерсон Ф.З. Физиология адаптационных процессов. М.: Наука, 1986.639 с.

55. Мельников Н.Н. Пестициды. Химия, технология и применение. М.: Химия, 1987. 712 с.

56. Мельников Н.Н., Новожилов К.В., Пылова Т.Н. Химические средства защиты растений (пестициды). Справочник. М.: Химия, 1980. 288 с.

57. Меннинг У.Д., Федер У.А. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 144 с.

58. Мерзляк М.Н. Активированный кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Физиология растений, 1989. Т. 6. С. 1-168.

59. Минибаева Ф.В., Гордон Л.Х. Продукция супероксида и активность внеклеточной пероксидазы в растительных тканях при стрессе // Физиология растений, 2003. Т. 50. № з. с. 459-464.

60. Михайлов С.С., Щербак И.Г. Метаболизм фосфорорганических ядов. М.: Медицина, 1983. 112 с.

61. Никаноров A.M., Хоружая Т.А. Экология. М.: Издательство ПРИОР, 2000. 304 с.

62. Нифантьев Э.Е. Химия фосфорорганических соединений. М.: МГУ, 1971.352 с. v

63. Нифантьев Э.В., Кухарева Т.С. Обзор монографий и обзоров по химии фосфорорганических соединений. М.: Наука, 1989. 159 с.

64. Новиков B.C., Губанов И.А. Популярный атлас-определитель. Дикорастущие растения. М.: Дрофа, 2002. 416 с.

65. Обручева Н.В., Антипова О.В. Физиология инициации прорастания семян // Физиология растений, 1997. Т. 44. № 2. С. 287-302.

66. Пахомова В.М., Гордон В.Х. Общие закономерности ответной реакции корней на стрессовое воздействие // Журнал общей биологии, 1991. Т. 52. № 1.С. 36-44.

67. Пахомова В.М., Пахомов Д.В. Мембранный потенциал и физиологическое состояние клеток корней пшеницы при повреждающем действии // Физиология и биохимия культурных растений, 1991. Т. 23. № 2. С.145-151.

68. Пахомова В.М., Чернов И.А. Некоторые особенности индуктивной фазы неспецифического адаптационного синдрома // Известия РАН. Серия биологическая, 1996. № 6. С. 705-715.

69. Пахомова В.М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений // Цитология, 1995. Т. 37. Вып. 1/2. С. 66.

70. Пескин А.В. Взаимодействие активного кислорода с ДНК // Биохимия, 1997. Т. 62. № 12. С. 1571-1578.

71. Пестициды в экосистемах: проблемы и перспективы. (Сер. "Экология". Вып. 33). Новосибирск, 1994. 142 с.

72. Петров С.В. Основные проблемы уничтожения химического оружия в Российской Федерации // Российский химический журнал, 1993. Т. 37. № 3. С. 5-7.

73. Петров С.С., Корякин Ю.Н. Холстов В.И., Завьялова Н.В. Биотехнология в решении проблемы уничтожения химического оружия // Российский химический журнал, 1995. Т. 39. № 4. С. 18-20.

74. Петровская-Баранова Т.П. Физиология адаптации и интродукция растений. М.: Наука, 1983. 152 с.

75. Пурдела Д., Вылчану Р. Химия органических соединений фосфора М.: Химия, 1972. С. 524.

76. Пухальская Н.В. Антропогенные стрессы в экологии (причины и механизмы). М.: Бизнес-центр «Агроконсалт», 1998. 106 с.

77. Ракитин Ю.В. Химические регуляторы жизнедеятельности растений: избранные труды. М.: Наука, 1983. 264 с.

78. Сапожников Д.И., Маслова Т.Г., Попова О.Ф., Попова И.А., Королева О.Я. Метод фиксации и хранения листьев для количественного определения пигментов пластид // Ботанический журнал, 1978. Т. 63. № 11. С. 1586-1592.

79. Семихатова О.А., Чулановская М.В. Манометрические методы изучения дыхания и фотосинтеза. М.: Наука, 1965. 168 с.

80. Семихатова О.А. Энергетика дыхания растений в норме и при экологическом стрессе. Д.: Наука, 1990. 72 с.

81. Семихатова О.А. Дыхание поддержания и адаптация растений // Физиология растений, 1995. Т. 42. № 2. С. 312-319.

82. Сондерс Б. Химия и токсикология органических соединений фосфора и фтора. М.: Иностранная литература, 1961. 424 с.

83. Справочник пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. М.: Агрорусь, 2002. Вып. 6. 378 с.

84. Степанов А.Е., Краснопольский Ю.М., Швец В.И. Физиологически активные липиды. М.: Наука, 1991. 136 с.

85. Степановских А.С. Общая экология. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. 510 с.

86. Степановских А.С. Охрана окружающей среды М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.559 с.

87. Степановских А.С. Прикладная экология: охрана окружающей среды. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.751 с. *

88. Стрижев А.Н. Лесные травы. М.: Лесная пром-ть, 1979. 192 с.

89. Сулейманов И.Г. Методика определения потери воды растением // Роль компонентов протоплазмы в водообмене растений. Казань: Казанский университет, 1972. С. 61-65.

90. Сэги И. Методы почвенной микробиологии. М.: Колос, 1983. 296 с.

91. Тарчевский И.А. Катаболизм и стресс у растений // 52-е Тимирязевское чтение. М.: Наука, 1993. 80 с.

92. Тейт Р. Органическое вещество почвы. М.: Мир, 1991. 400 с.

93. Тинсли И. Поведение химических загрязнителей в окружающей среде. М.: Мир, 1982. 281 с.

94. Тохвер А.К., Мядамюрк У.В. Взаимодействие фитохрома и синего цвета в фоторегуляции образования антоцианов в проростках гречихи // Физиология растений, 1984. Т. 31. №. 6. С. 1071-1076.

95. Третьяков Н.Н., Кошкин Е.И., Макрушин Н.М. и др. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. М.: Колос, 2000. 640 с.

96. Угрюмов Е.П., Денисенкова Р.Н., Савва А.П., Доценко A.M. Зависимость гербицидной активности глифосата от условий и способов применения //Агрохимия, 1985. № 4. С. 94-99.

97. Усманов И.Ю., Рахманкулова З.Ф., Кулагин А.Ю. Экологическая физиология растений. М.: Логос, 2001. 224 с.

98. Федке К. Биохимия и физиология действия гербицидов. М.: Агропром-издат, 1985. 224 с.

99. Федоров Л.А. Яблоков А.В. Пестициды токсический удар по биосфере и человеку. М.: Наука, 1999. 462 с.

100. Флора Северо-Востока европейской части СССР. Л.: Наука, 1974. Т. I. 273 е., 1976. Т. II. 315 е., 1976. Т. III. 293 е., 1977. Т. IV. 312 с.

101. Франке 3. Химия отравляющих веществ. М.: Химия, 1973. Т. 1. 440 с.

102. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. М.: 1982. 203 с.

103. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 1990. 189 с.

104. Хансен Л.Д., Тейлор Д.К., Смит Б.Н., Криддл Р.С. Связь между ростом растений и дыханием: экологические аспекты и отбор лучших сортов культурных растений // Физиология растений, 1996. Т. 43. № 6. С. 805-812.

105. Харечко А.Т, Мягких В.И., Остроумов Ю.И., Евстафьев И.Б., Холстов В.И., Завьялова Н.В., Непокрытый В.Н. Применение микроорганизмов длядеструкции опасных веществ, загрязняющих окружающую среду // Российский химический журнал, 1993. Т. 37. № 3. С. 40-43.

106. Харечко А.Т., Мягких В.И., Корякин Ю.Н., и др. Оценка влияния микроорганизмов на динамику разложения зомана в почве // Российский химический журнал, 1995. Т. 39. № 4. С. 104-107.

107. Химическое и бактериологическое (биологическое) оружие и последствия его возможного применения. М.: Междунар. отношения, 1970. 156 с.

108. Шлык А.А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев // Биохимические методы в физиологии растений. М.: Наука, 1971. С. 154-171.

109. Химические средства борьбы с сорняками. М.: Агропромиздат, 1986.413 с.

110. Шляхтин Г.В., Рембовский В.Р, Хохоев Т.Х., Рябова Т.П., Опарин M.JL, Аникин В.В. Реакции растений и животных природных экосистем на воздействие люизита // Российский химический журнал., 1993. Т. 37. № 3. С. 108-113.

111. Юрин В.М. Основы ксенобиологии. Минск: Новое знание, 2002. 267 с. Юфит С.С. Яды вокруг нас. Вызов человечеству. М.: Классике Стиль, 2002. 368 с.

112. Alexieva V., Ivanov S., Sergiev I., Karanov E. Interaction between stresses // Bulg. J. Plant Physiol., 2003. Special Issue. P. 1-17.

113. Amrhein N., Deus В., Gehrke P. The site of inhibition of the shikimate pathway by glyphosate // J. Plant Physiol. 1980. V. 66. № 5. P. 830-834.

114. Brecke B.J., Duke W.B. Effect of glyphosate on intact bean plants {Phaseo-lus vulgaris L.) and isolated cells // J. Plant Physiol., 1980. V. 66. № 4. P. 656-659.

115. Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L. Biochemistry and molecular biology of plants. Rockville, Maryland, 2000. 1368 p.

116. Canal M.J., Albuerne R., Sanchez Tames R., Fernandez B. Glyphosate injury on Cyperus esculentus leaves and basal bulbs: histological study // Weed. Res., 1990. V. 30. № 2. P. 117-122.

117. Cole D.J., Dodge A.D. Effects of glyphosate on protein synthesis and phenylalanine metabolism in rhizome buds of Agropyron repens II J. Plant Physiol. Suppl., 1979. V. 63. P. 96.

118. Cox C. Glyphosate (Roundup) // J. Pesticide reform, 1998. V. 18. № 3. P. 314.

119. Daughton C.G., Cook A.M., Alexander M. Bacterial conversion of alkyl-phosphonates to natural products via carbon-phosphorus bond cleavage // J. Agric. Food Chem., 1979. V. 27. P. 1375-1382.

120. Fitter A., Hay R.K.M. Environmental physiology of plants. San Diego et al., Academic press, 2002. 367 p.

121. Finkel T. Redox-dependent signal transduction // FEBS Letters, 2000. V. 476. P. 52-54.

122. Haderlie L.C., Widholm J.M., Slife F.W. Effect of glyphosate on carrot and tobacco cells // J. Plant Physiol., 1977. V. 60. № 1. P. 40-43.

123. Hansen L.D., Hopkin M.S., Rank D.R., Anekonda T.S., Braidenbach R.W., Criddle R.S. The relation between plant growth and respiration: a thermodynamic model // Planta, 1994. V. 194. P. 77-85.

124. Hassall K. A. The chemistry of pesticides: their metabolism, mode of action and uses in crope protecktion. Weinheim et al.: Verlag Chemie, 1982. 374 p.

125. Hollander H.N., Amrhein N. Inhibition of glyphosateof phenylpropanoid synthesis in buckwheat // J. Plant Physiol. Suppl., 1979. V. 63. P. 41.

126. Hollander H.N., Amrhein N. The site of inhibition of the shikimate pathway by glyphosate // J. Plant Physiol., 1980. V. 66. № 5. P. 823-829.

127. Prasad M.N.V. Plant ecophysiology. John Wiley & Sons, Inc., 1997. P. 322323.

128. Rueppel M., Brightwell В., Schaefer J., Marvel J. Metabolism and degradation of glyphosate in soil and water // J. Agr. and Food Chem., 1977. V. 25. № 3. P. 517-528.