Экология/6. Экологический мониторинг

К.т.н. Григорьева И.Я.

Государственный университет имени Шакарима города Семей

Исследование воздействия ионов тяжёлых металлов на формирование проростков семян тыквы

В последние два десятилетия во всем мире обострились проблемы, связанные с состоянием качества окружающей среды. Используя природные богатства, человечество возвращает природе огромное количество отходов, при попадании в биосферу они пагубно влияют на окружающую природу. «Человечество, взятое в целом – писал Вернадский – становится мощной геологической силой». Преобладающее воздействие на загрязнение природной среды оказывают предприятия металлургического комплекса, электроэнергетики, топливной и химической промышленности. Контроль и оценка качества состояния природной среды - это важнейшая составная часть деятельности человека, которая направлена на освоение и использование природных ресурсов для обеспечения своей жизнедеятельности. Особую тревогу вызывает все возрастающее загрязнение окружающей среды и особенно почвы соединениями тяжелых металлов. Вещества обладают высокой токсичностью по отношению практически ко всем группам живых организмов. К «тяжелым металлам» относят более 40 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева. По классификации Н. Реймерса, «тяжелыми» считают металлы с плотностью более 8 г/см³.

Целью данной работы является исследование воздействия ионов некоторых тяжелых металлов на формирование проростков тыквы, как потенциального тест-объекта биоиндикационных исследований, пригодного для проведения биомониторинга состояния окружающей среды и контроля над уровнем антропогенного загрязнения соединениями тяжелых металлов. Антропогенные загрязнения действуют на живые организмы, и в том числе на человека, в самых различных сочетаниях и комплексно. Их интегральное влияние можно оценить только по реакции живых организмов. Известен парадоксальный эффект малых доз многих биологически активных соединений, когда сверхслабые дозы (ниже ПДК) оказывают на организм более сильное действие, чем их средние дозы и концентрации.

Симптомы токсичности хрома внешне проявляются в снижении темпов роста и развития растений, увядании надземной части, повреждении корневой системы и хлорозе молодых листьев. Избыток металла в растениях приводит к резкому снижению концентраций многих физиологически важных элементов, в первую очередь К, Р, Fe, Mn, Cu. Избыток свинца в растениях, ингибирует дыхание и подавляет процесс фотосинтеза, иногда приводит к увеличению содержания кадмия и снижению поступления цинка, кальция, фосфора, серы. Вследствие этого снижается урожайность растений и резко ухудшается качество производимой продукции. Устойчивость растений к его избытку неодинаковая: менее устойчивы злаки, более устойчивы бобовые. Поэтому симптомы токсичности у различных культур могут возникнуть при разном валовом содержании свинца в почве - от 100 до 500 мг/кг. Концентрация металла выше 10 мг/кг сухого вещества является токсичной для большинства культурных растений. Кобальт положительно влияет на поступление азотистых веществ, увеличение содержания хлорофилла и аскорбиновой кислоты, активизирует биосинтез и повышает содержание белкового азота в растениях. В микродозах кобальт является необходимым элементом для нормальной жизнедеятельности многих растений и животных, а повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными. Биологическая роль никеля заключается в участии в структурной организации и функционировании основных клеточных компонентов - ДНК, РНК и белка. В ряде экспериментов установлено положительное влияние внесения никеля в почвы на урожайность сельскохозяйственных культур. Токсичность никеля для растений проявляется в подавлении процессов фотосинтеза и транспирации, появлении признаков хлороза листьев [1].

Эксперимент проводился по следующей методике. Предварительно отсортированные вымытые, просушенные и взвешенные зерна помещались в чашки Петри на слой фильтровальной бумаги. Бумага смачивалась раствором соли соответствующего металла до полного насыщения, но что бы под слоем бумаги не образовывался слой жидкости. Для эксперимента были взяты соединения хрома, свинца, кобальта и никеля, в пределах ПДК их в почве. В качестве среды для контрольных образцов использовалась дистиллированная вода. Проращивание проводилось в условиях контролируемой температуры и влажности воздуха. В ходе эксперимента ежесуточно осуществлялся контроль, длины стеблевого проростка семян, а также прирост их биомассы. Эксперимент продолжался в течение развития проростков семян тыквы (семь дней). Благодаря большому количеству тест -объектов в серии, большому числу повторов и проведенной статистической обработке удалось получить статистически достоверные сведения, где относительная ошибка эксперимента не превышала 20% при доверительной вероятности 0,95.

При оценке влияния ионов Cr+3 на длину стеблевого проростка тыквы было выявлено наличие явной зависимости скорости развития стеблевого проростка от содержания в экспериментальной среде ионов металла. Прирост биомассы семян тыквы во времени мало отличаются от таковых для контрольных образцов (табл. 1).

Таблица 1

Влияние ионов хрома на длину стеблевого проростка и массы семян тыквы

Время опыта, день	1	2	3	4	5	6	7
Длина стеблевого проростка, мм
Опыт	0	0	0	10	16	30	43
Контроль	0	0	0	7	12	26	34
Масса семян, г
Опыт	1,07	1,07	1,13	1,15	1,19	1,20	1,20
Контроль	1,07	1,07	1,13	1,16	1,19	1,22	1,22

Исследование влияние ионов Cr+3 на длину корневого проростка показало отсутствие подавления развития и даже некоторую стимуляцию при содержании токсиканта в пределах нормы. Изучение влияния соли Co2+ в форме хлорида не выявило значительных различий между контрольными образцами и образцами, развивающимися в присутствии токсиканта (табл. 2).

Таблица 2

Влияние ионов кобальта на длину стеблевого проростка и массы семян тыквы

Время опыта, день	1	2	3	4	5	6	7
Длина стеблевого проростка, мм
Опыт	0	0	7,0	8,0	12	16	20
Контроль	0	0	7,0	8,0	10	13	14
Масса семян, г
Опыт	1,07	1,07	1,07	1,12	1,13	1,13	1,13
Контроль	1,07	1,07	1,08	1,14	1,15	1,15	1,16

Ряд авторов сообщает о положительном воздействии кобальта на урожай и сахаристость сахарной свеклы, урожай картофеля и кукурузы. Изучая влияние кобальта на сахарную свеклу на черноземах в вегетационных и полевых опытах, установили, что внесение его в почву, а также обработка семян растворами солей кобальта улучшают рост и развитие растений [2].

Таблица 3

Влияние ионов свинца на длину стеблевого проростка и массы семян тыквы

Время опыта, день	1	2	3	4	5	6	7
Длина стеблевого проростка, мм
Опыт	0	0	8,0	12	15	17	20
Контроль	0	0	8,0	9,0	10	12	14
Масса семян, г
Опыт	1,07	1,11	1,12	1,13	1,13	1,14	1,14
Контроль	1,07	1,07	1,09	1,14	1,15	1,15	1,16

растительным тест -объектам. При исследовании влияния ионов свинца на длину стеблевого проростка и процент проросших семян тыквы было выявлено (табл. 3), что низкая концентрация в пределах ПДК оказывает стимулирующее действие на развитие проростка. На другие контролируемые параметры тест -объекта свинец в исследованных концентрациях не оказывает выраженного действия.

Для исследования влияния ионов никеля на параметры тест -объекта был взят хлорид данного металла. Изучение влияния ионов никеля на развитие проростка показано, что в течение первых пяти дней эксперимента, какое-либо фиксируемое влияние отсутствует (табл. 4), не оказывает ни стимулирующего, ни подавляющего действия на данный параметр тест -объекта.

Таблица 4

Влияние ионов никеля на длину стеблевого проростка и массы семян тыквы

Время опыта, день	1	2	3	4	5	6	7
Длина стеблевого проростка, мм
Опыт	0	0	3,0	5,0	9,0	20	25
Контроль	0	0	3,0	5,0	8,0	19	23
Масса семян, г
Опыт	1,07	1,11	1,12	1,13	1,15	1,15	1,17
Контроль	1,07	1,13	1,14	1,15	1,17	1,19	1,20

Исследование показало наличие явной стимулирующей зависимости скорости развития стеблевого проростка от присутствия в экспериментальной среде токсиканта и отсутствие влияния на скорость прироста биомассы ростка.

Литература:

1. Садовникова, Л.К. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении: учеб. пособие для хим.- технологических специальностей / Л.К. Садовникова, Д. С. Орлов, И.Н. Лозановская.- 3-изд., перераб.- М.: Высш. школа, 2006.- 334с.

2. Информационный бюллетень о состоянии окружающей среды Республики Казахстан /РГП «Казгидромет», [Электрон. ресурс]. – 2011-2013. – URL: http://www.kazhydromet.kz/ru/monitor_beluten.