Сравнительный анализ устойчивости растений рода Brassica на начальном этапе онтогенеза к избытку меди | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 4 (16).

Сравнительный анализ устойчивости растений рода Brassica на начальном этапе онтогенеза к избытку меди

Исследована устойчивость растений 3 видов рода Brassica (В. juncea L., В. niger и B. alba) к избыточной концентрации ионов меди в среде. Отсутствие токсичного влияния различных концентраций меди (10, 25, 50, 100, 200 и 300 μM) оценивалось по прорастанию семян и росту корня проростков. Установлена высокая устойчивость проростков B. alba к токсичным концентрациям сульфата меди, что делает этот вид перспективным для фиторемедиации.

A comparative analysis of resistance of three species of the genus Brassica to excess copper concentration at the initial stage of ontogenesis.pdf ВведениеМедь - эссенциальный элемент, являющийся кофактором таких ферментов, как супероксиддисмутаза и лакказа, и входящий в состав важнейших функциональных белков, например пластоцианина. Вместе с тем в избыточных концентрациях в среде ионы меди оказывают негативное действие на растения [1-3], занимая одно из первых мест по токсичности среди тяжелых металлов. Основными источниками загрязнения почв медью являются, с одной стороны, горнодобывающая и перерабатывающая промышленность, а с другой - агропромышленное производство, использующее препараты меди для борьбы с болезнями и вредителями. В связи с этим остро стоит задача очистки почв сельскохозяйственного назначения и городских территорий от избытка меди [4]. Известно, что эффективными для фиторемедиации являются растения, обладающие выраженной устойчивостью к меди и хорошо развитой надземной биомассой. К такого рода растениям относятся представители рода Brassica. Таким образом, целью работы являлась оценка устойчивости трех видов горчицы, потенциально перспективных для фиторемедиации с избыточным содержанием меди в почве.Материалы и методики исследованияРабота выполнена на растениях 3 видов рода Brassica, из которых В. juncea L. культивируется в России преимущественно в условиях аридных зон, семена В. niger и B. alba дикого типа получены из Багдадского региона Ирака. Для определения влияния меди на прорастание семена дезинфицировали слаборозовым раствором перманганата калия и после промывки дистиллированной водой помещали на фильтровальную бумагу в стерильные чашки Петри, содержавшие в контроле дистиллированную воду, в опытных вариантах - сульфат меди (CuSO4) в концентрациях 10, 25, 50, 100, 200 и 300 μM. Семена проращивали при 20-22ºC; через трое суток с момента постановки эксперимента подсчитывали число проросших семян и измеряли длину корня проростка. Статистическая обработка данных проведена с помощью пакета прикладных программ StatSoft STATISTICA 6.0. Результаты экспериментов представлены в виде средних арифметических со стандартными ошибками. Статистическая значимость различий р < 0,05. Результаты исследования и обсуждениеУстановлено, что повышенные концентрации меди негативно влияли на прорастание семян всех исследованных видов Brassica, полная потеря всхожести семян происходила при 300 μM CuSO4. Различия в реакции видов на присутствие меди в среде проявлялись уже при 10 μM: прорастание B. niger и B. juncea заметно подавлялись, но растения вида B. alba по всхожести и длине корня практически не отличались от проростков в контрольном варианте. Однако отсутствие значительной разницы по всхожести семян для разных видов от контрольного варианта не позволяло подробно изучить механизм влияния избытка меди на рост и развитие проростков растений рода Brassica. Для уточнения полученных значений и более подробной оценки был проведен пересчет действия меди по отношению к прорастанию в контрольном варианте каждого из видов (рис. 1). Высокую устойчивость B. alba можно отметить не только при 10 μM, но и при 100 и 200 μM CuSO4. B. niger при умеренных концентрациях меди (25 и 50 μM) не уступал по устойчивости B. alba, но присутствие меди в среде в количестве 100-200 μM значительно сильнее снижало прорастание B. niger по сравнению с двумя другими видами.Таким образом, повышенные концентрации сульфата меди в среде заметно снижали длину корней проростков всех трех видов. При этом, учитывая значительно более быстрый рост корней проростков B. juncea и B. niger по отношению к B. alba, для улучшения восприятия при сравнении экспериментальные данные представлены в виде относительных величин в % от контрольных показателей для каждого из видов (рис. 2). Представленные в таком виде показатели роста и развития растений отчетливо иллюстрируют, что растения вида B. alba на ранних этапах своего развития менее всего восприимчивы к избыточным концентрациям меди в среде: значимое снижение их роста отСравнительныймечено только с 50 мкМ CuSO4, и даже при максимальной из использованных концентраций рост корня снизился до 40% от контроля, тогда как у растений видов B. juncea и B. niger - не превышал 15-20% от контроля.1230204060801001200102550100200CuSO4 μМ% Рис. 1. Действие CuSO4 на прорастание семян (% проросших семян от контроля для каждого варианта): 1 - B. alba; 2 - B. juncea; 3 - B. niger 1230204060801001200102550100200CuSO4 μМ% Рис. 2. Действие CuSO4 на рост корня проростка. Обозначения см. на рис. 1ЗаключениеТаким образом, представленные результаты позволяют заключить, что на начальном этапе онтогенеза проростки B. alba, в отличие от проростков B. juncea и B. niger, показали высокую устойчивость к токсичным концентрациям CuSO4, что делает этот вид перспективным для использования в целях фиторемедиации.

Ключевые слова

copper, phytoremediation, B. niger, В. juncea, B. alba, фиторемедиация, медь, B. niger, В. juncea, B. alba, растения р. Brassica

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Холодова Валентина ПавловнаИнститут физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН (г. Москва)кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологических и молекулярных механизмов адаптацииv-pkholodova@ippras.ru
Башмакова Елена БорисовнаИнститут физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН (г. Москва)младший научный сотрудник лаборатории физиологических и молекулярных механизмов адаптацииelenab_77@mail.ru
Алобайди Халид ХашемРоссийский университет дружбы народов (г. Москва)аспирант кафедры ботаники, физиологии растений и агробиотехнологии аграрного факультетаkhalid7877@yahoo.com
Всего: 3

Ссылки

Xiong Z-T., and Wang H. Copper toxicity and bioaccumulation in Chinese cabbage (Brassica pekinensis Rupr.) // Wiley Periodicals, Inc. Environ Toxicol. 2005. № 20. С. 188-194.
Куликова А.Л., Холодова В.П., Кузнецов В.В. Актин вовлекается в ранние ответные реакции растений на действие тяжелых металлов и ассоциирует с молекулярными шаперонами в условиях стресса // Доклады АН. 2009. Т. 424. С. 426-429.
Kholodova V., Volkov K., Kuznetsov Vl. Plants under Heavy Metal Stress in Saline Environments // Soil Heavy Metals. Series «Soil Biology». 19, Heidelberg, Dordrecht. London ; New York : Springer-Verlag, 2010. P. 163-183.
Иванова Е.М., Холодова В.П., Кузнецов Вл.В. Биологические эффекты высоких концентраций солей меди и цинка и характер их взаимодействия в растениях рапса // Физиология растений. 2010. № 6. С. 864-873.
 Сравнительный анализ  устойчивости растений рода <i>Brassica </i>на начальном этапе онтогенеза  к избытку меди | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 4 (16).

Сравнительный анализ устойчивости растений рода Brassica на начальном этапе онтогенеза к избытку меди | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 4 (16).

Полнотекстовая версия