Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (г. Балашов, 13-14 октября 2010 г.) Под редакцией А. И. Золотухина Балашов 2010

Н. В. Маркелова, Е. В. Борздыко

Влияние тяжелых металлов на биофизические показатели
и жизнеспособность семян яровой пшеницы

В течение длительного времени в биогеохимических исследованиях микроэлементов превалировал интерес к геохимическим аномалиям, возникающим из-за них эндемиям природного происхождения. Далее в связи с бурным развитием промышленности и глобальным техногенным загрязнением окружающей среды стали привлекать аномалии элементов,

Это активирует процесс изучения растений как биоиндикаторов загрязнения тяжелыми металлами окружающей среды. Вместе с тем, в настоящее время признается, что такого рода загрязнение может приводить к непрогнозируемым экологическим последствиям и требует своевременных исследований и оценки.

В 2010 г. нами исследовалось влияние некоторых тяжелых металлов на биофизические показатели (сопротивление, кОМ; биоэлектрический потенциал или БЭП, мВ)) и жизнеспособность семян пшеницы. Измерение биологических эффектов проводилось на проростках семян яровой пшеницы, проращенных на растворах солей тяжелых металлов (ZnSO₄, CuSO₄, Co(NO₃)₂, BaCl₂, Fe₂(SО₄)₃) разной концентрации (0,25…0,0001 мг/мл). Сравнение велось с контролем (дистиллированная вода). Семена в количестве 100 штук проращивали в растворах солей тяжелых металлов (опытная группа) и дистиллированной воде (контрольная группа) в закрытых стеклянных чашках Петри в течение 5 суток. В качестве индикаторных параметров пшеницы рассматривались длина стебля, энергия
и способность семян к прорастанию, физиологическое состояние проростков оценивалось по биофизическим показателям. Электрическое сопротивление комплекса тканей проростка измерялось игольчатыми электродами, биоэлектрический потенциал на высокоомном милливольтметре постоянного тока с электрометрическим усилителем. Статистическая обработка данных проводилась в программе Microsoft Excel.

В таблице представлены зависимости биофизических параметров

Раствор с концентрацией Fe 0,25 мг/мл способствовал высокой энергии и способности к прорастанию семян пшеницы, длина проростков составила 3,95 ± 0,60 мм, а наименьшее значение сопротивления тканей (30,34 ± 0,88 кОМ) и наибольшее значение БЭП (32,80 ± 0,58 мВ) свидетельствуют о хорошей жизнеспособности развивающихся проростков. Таким образом, эта концентрация является оптимальной для прорастания семян пшеницы и стимулирует развитие проростков. Угнетение развития проростков пшеницы и снижение их жизнеспособности наблюдается при концентрации этого металла 0,0001 мг/мл, о чем свидетельствуют высокое сопротивление тканей (41,06 ± 1,16 кОМ) и низкий БЭП (13,60 ± 0,62 мВ). Аналогичная закономерность отмечена при проращивании семян в растворе цинка.

При исследовании влияния металлов Со и Ва наилучшее развитие проростков наблюдалось в растворах с концентрацией этих металлов 0,0001 мг/мл. При концентрации Со 0,025 мг/мл семена не только плохо прорастали, но и угнеталось развитие проростка, увеличено значение сопротивления тканей (36,61 ± 0,41) и снижен БЭП (23,80 ± 0,44), что показывает снижение уровня жизнедеятельности и ослабленное состояние проростков. Развитие признаков угнетенного состояния проростков наблюдалось в растворе с концентрацией Ва 0,001 мг/мл. Неблагоприятной концентрацией для семян отмечена концентрация Ва 0,25 мг/мл: сопротивление высокое (44,50 ± 1,34 кОМ) и низкий БЭП (22,60 ± 0,87 мВ).

Оптимальные условия для развития проростков в растворе меди наблюдались при концентрации этого металла 0,001 мг/мл, наилучшую жизнеспособность показали проростки в растворе с концентрацией этого металла 0,025 мг/мл (низкое сопротивление 26,99 ± 0,71 кОМ и высокий БЭП 29,60 ± 1,25 мВ). Слабое развитие проростков и угнетение их физиологического состояния отмечено при концентрациях металла в растворах 0,0001 мг/мл и 0,25 мг/мл.

На основании результатов исследования можно сделать предварительные выводы:

1. В исследованных образцах зафиксирована прямая зависимость развития проростков пшеницы от концентрации исследуемых металлов

2. Угнетение проростков, проращенных в растворах солей тяжелых металлов, отмечается при высоком сопротивлении тканей (34,48…54,01 кОМ) и низком биоэлектрическом потенциале (13,60…23,40 мВ).

3. Специфика действия металлов Fe и Zn указывает на то, что в рассматриваемых концентрациях они являются биологически активными микроэлементами, необходимыми для нормального развития проростков пшеницы.

4. Влияние Сu показало, что концентрация этого металла 0,0001 мг/мл является недостаточной для нормального развития проростков, а концентрация 0,25 мг/мл вызывает токсичный эффект, оказывая отрицательное воздействие на развитие и состояние проростков пшеницы, о чем свидетельствуют высокое сопротивление и низкий биологический потенциал.

5. Концентрация металлов Со и Ва 0,0001 мг/мл является необходимой для развития проростков, являясь биологически активным микроэлементом. При концентрациях Со 0,025 мг/мл и Ва 0,001 мг/мл развивается токсическое действие данных металлов и полное угнетение проростков при концентрации Ва 0,25 мг/мл.

6. Семена яровой пшеницы проявили высокую чувствительность по отношению к исследованным тяжелым металлам. В связи с этим рекомендуется использовать ее биофизические показатели и жизнеспособность в биотестировании для ранней диагностики загрязнения окружающей среды.

1. Ильин В. Б. Оценка существующих экологических нормативов содержания тяжелых металлов в почве // Агрохимия. 2000. № 9. С. 74—79.

2. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987. 141 с.

3. Цветнова О. Б., Щеглов А. И. Аккумуляция ¹³⁷Сs высшими грибами и их роль в биохимической миграции нуклида в лесных экосистемах // Вестник МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 1996. № 4. С. 59—69.

4. Радомская В. И., Радомский С. М. Техногенное загрязнение тяжелыми металлами территории г. Благовещенска // Мониторинг природных экосистем: сб. ст. Всерос. науч.-практич. конф. 2008. С. 156—159.