Шевченко Є.В.¹, Хромих Н. О.²

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара

¹Кафедра фізіології та інтродукції рослин

²Науково-дослідний інститут біології

ВПЛИВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ НА РІСТ ТА АКТИВНІСТЬ ЗАХИСНИХ СИСТЕМ РАЙГРАСУ БАГАТОРІЧНОГО

Газоноутворюючі трав’янисті рослини є невід’ємною складовою міських фітоценозів, тому актуальним аспектом загальної проблеми оптимального розвитку урбофітоценозів виступає необхідність підбору видового складу газонних трав. До важливих критеріїв відбору слід віднести довговічність і декоративні якості газонного покриття, а також стійкість рослин до умов забрудненого міського середовища, особливо у великих промислових містах, до яких належить Дніпропетровськ. У мегаполісі щорічно викиди чисельних підприємств металургійного і хімічного профілю та потужний транспортний потік забруднюють повітря, ґрунт, воду [2], тому рослини міських фітоценозів змушені розвиватися в умовах комплексного забруднення, яке розцінюється як новий екологічний фактор [1]. До найбільш небезпечних забруднювачів середовища належать важкі метали (ВМ), зокрема свинець і кадмій [3], а нікель, попри невеликий вміст у ґрунті, має суттєвий вплив на чисельні процеси у рослинах [4]. Внаслідок того, що рослинні організми позбавлені можливості уникати впливу шкідливих речовин, у них активуються наявні захисні механізми, які сформувалися протягом еволюційного розвитку і функціонують на різних рівнях організації рослин. На клітинному рівні важливою ланкою захисту є антиоксидантна система, представлена низькомолекулярними протекторами та ферментами. Відомо, що за токсичної дії ВМ одну з найбільш ефективних захисних систем утворюють глутатіон та глутатіон-залежні ферменти, зокрема, глутатіон-S-трансфераза (GST), яка дезактивує іони металів шляхом їх зв’язування з глутатіоном і подальшого транспортування до вакуолей [1]. Метою роботи було виявлення можливості оцінки стійкості газонних рослин до ВМ за рівнем активації GST у коренях та пагонах рослин.

Об’єктом дослідження були 10-добові проростки райграсу багаторічного (Lolium perenne L.), які вирощували у чашках Петрі на розчинах нітратних солей нікелю (10^-3 М), кадмію (10^-6 М), свинцю (10^-4 М і 10^-5 М), контрольні – на дистильованій воді. Установлено, що приріст маси коренів і пагонів знижувався за дії солей нікелю і кадмію, тоді як за дії сполук свинцю – зростав порівняно з контролем (табл.). Ріст коренів найбільше уповільнював Ni(NO₃)₂ (на 85% від контролю), а ріст пагонів – Cd(NO₃)₂ (на 42%).

Таблиця. – Вплив важких металів на приріст коренів і проростків райграсу

Середовище	Маса коренів, г	До кон-тролю, %	Маса пагонів, г	До кон- тролю, %
Н₂О (контроль)	0,088	-	0,667	-
10^-3 M Ni(NO₃)₂	0,013	14,8	0,483	72,4
10^-6 M Cd(NO₃)₂	0,042	47,7	0,387	58,0
10^-4 M Pb(NO₃)₂	0,173	196,6	0,943	141,4
10^-5 M Pb(NO₃)₂	0,211	239,8	0,774	116,0

Зміни рівнів активності GST у коренях та пагонах проростків райграсу були різноспрямованими і визначались впливом іонів ВМ (рисунок).

Рисунок. Зміни активності GST у коренях та пагонах проростків райграсу за дії азотнокислих солей Ni²⁺ (10^-3 М), Cd²⁺(10^-6 М), Pb²⁺ (1 - 10^-4 М; 2 - 10^-5 М)

За дії Ni²⁺відмічено потужну (у 3,4 рази) активацію ферменту у коренях рослин при незмінному рівні активності у пагонах. Вплив Cd²⁺сприяв активації GST як у коренях, так і в пагонах проростків (відповідно, у 3,3 та 2,1 рази порівняно з контролем). Вплив Pb²⁺залежав від умісту іонів у середовищі пророщення: за концентрації іонів 10^-4 М знижував активність ферменту у коренях (на 35,5%) і підвищував (на 11,9%) у пагонах, тоді як за концентрації 10^-5 М рівні активності GST у коренях та пагонах проростків несуттєво відрізнялись від контрольних значень.

Таким чином, у проростках райграсу Ni²⁺ суттєво гальмували ріст коренів, в яких активно знешкоджувались глутатіон-залежною системою, і слабо проникали у пагони. Іони Cd²⁺ піддавались активній детоксикації у коренях і пагонах, приріст яких знижували майже однаковим чином. Іони Pb²⁺стимулювали ріст коренів і пагонів, при цьому за більшої концентрації пригнічували активність GST у коренях і проникали у пагони, де відбувалась їх детоксикація, а за меншої концентрації майже не впливали на активність GST у коренях і пагонах проростків райграсу багаторічного.

Література:

1. Гришко В.Н. Функционирование глутатионзависимой антиоксидантной системы и устойчивость растений при действии тяжелых металлов и фтора / В.Н. Гришко, Д.В. Сыщиков. – К.: Наукова думка, 2012. – 238 с.

2. Павлов В. П. Экологический паспорт города Днепропетровска / В.П. Павлов, Н.Н. Переметчик, Б.Е. Шевченко. – Днепропетровск, 1999. – 109 с.

3. Chaney R.L., Reeves P.G., Ryan J.A., Simmons R.W., Welch R.M., Angle J.S. An improved understanding of soil Cd risk to humans and low cost method to phytoextract Cd from contaminated soil to prevent soil Cd risk // Biometals. – 2004. – V. 17, № 5. – P. 549–553.

4. Llamas A., Ullrich C.I., Sanz A. Ni²⁺toxicity in rice: Effect on membrane functionality and plant water content // Plant Physiol. and Biochem. – 2008. – V. 46, № 10. – P. 905-910.