Секция – сельское хозяйство

Раздел – землеведение, грунтоведение и агрохимия

Ибрагимова Э.Э.

Крымский инженерно-педагогический университет

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ДОЗ ДЕФОЛИАНТА ДРОПП НА ОБЩЕБИОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ GOSSYPIUM HIRSUTUM

Сельское хозяйство – важнейшая составная часть хозяйственного комплекса Крыма. Об этом свидетельствует его удельный вес в национальном доходе – 35%. В сельском хозяйстве АРК используется широкий ассортимент ядохимикатов и удобрений. При невысокой культуре земледелия часть их попадает в подземные и поверхностные воды, загрязняет сельскохозяйственную продукцию, убивает живые организмы, нарушая равновесие в природной среде [1]. Непростая экологическая обстановка в Крыму вызвала необходимость расширения масштабов исследований действия техногенных химических загрязнений на высшие растения, используемые в качестве тест-систем.

Цель данного исследования заключается в определении влияния различных доз дефолианта Дропп на общебиологические и генетические показатели Gossypium hirsutum, используемого в качестве тест-системы.

Цитогенетическое действие пестицидов изучали на примере дефолианта Дропп. В качестве объекта исследования были использованы проростки семян хлопчатника (Gossypium hirsutum), так как в последние годы предпринимаются попытки акклиматизации данной культуры на территории АР Крым (Сакский район).

Проведены экспериментальные исследования по изучению влияния дефолианта Дропп (0,01, 0,02, 0,03, 0,05 и 0,075%-ной концентрации, при 6-часовой экспозиции) на концентрацию нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), темп прорастания семян, накопление биомассы и митотический индекс в корешках проростков хлопчатника.

В работе использован модифицированный метод Цанева Р.Г. и Маркова Г.Г. [2], который позволяет спектрофотометрическим путем определить в небольших количествах ткани концентрацию ДНК и РНК. При изучении митотического индекса был использован метод Паушевой З.П. [3].

Обработку и анализ экспериментальных данных проводили с помощью пакета прикладных программ Microsoft Excel 2000, используя в качестве критерия оценки достоверности наблюдаемых изменений t-критерий Стьюдента [4].

Результаты исследований свидетельствуют о том, что дефолиант Дропп в исследованных концентрациях оказывает определенное воздействие на общебиологические и цитогенетические показатели проростков Gossypium hirsutum (табл. 1).

Таблица 1. Влияние различных доз дефолианта Дропп на цитогенетические и общебиологические показатели корешков Gossypium hirsutum

№	Варианты	l, см	ЕС, %	m, мг	MI,‰	РНК/ДНК
1.	Контроль	2,3±0,19	–	46±1,6	596,3	9,96±0,15
2.	0,01%	2,0±0,26	13,04	42±2,1	381,1	11,23±0,58*
3.	0,02%	1,8±0,17*	21,73	40±1,9*	276,0	13,99±1,75*
4.	0,03%	1,4±0,12***	39,13	33±1,6***	260,5	9,46±0,22
5.	0,05%	1,1±0,12***	52,17	24±1,8***	200,0	8,77±0,35**
6.	0,075%	0,6±0,09***	73,91	20±2,0***	139,0	7,59±0,63***

Примечание. Отличия от контроля достоверны при * – p < 0,05, ** – p < 0,01, *** – p < 0,001.

Так, при обработке семян хлопчатника дозами 0,05% и 0,075% наблюдается увеличение концентрации РНК на 11,5% и 25,7% (p<0,01), ДНК на 26,8% и 45,2% (p<0,01) соответственно. Сумма нуклеиновых кислот в ткани соответственно увеличилась на 12,8% и 29,3% (p<0,01), а отношение РНК к ДНК, характеризующих матричную активность ДНК, снизилось на 12,0% и 23,8% (p<0,001). Известно, что содержание ДНК в клетках определенного вида довольно постоянно, а если и колеблется, то в очень узких пределах. РНК, в отличие от ДНК, подвержена более сильным колебаниям. Именно динамика РНК ответственна за общую картину динамики нуклеиновых кислот и интенсивность метаболических процессов в клетке [5, 6]. Фазовость изменений в отношении РНК к ДНК (сначала увеличение концентрации нуклеиновых кислот, а затем, при более высоких дозах дефолианта, постепенное их снижение), по-видимому, указывает на нарушения в структуре и функциях ДНК, РНК и нуклеиновом обмене в целом (рис. 1).

Рис. 1. Показатели отношения РНК к ДНК, длины и массы корешков Gossypium hirsutum в контрольном и опытных вариантах

Параллельно было проведено изучение влияния различных доз Дроппа на длину, массу корней и митотический индекс проростков Gossypium hirsutum.

Установлено, что с увеличением концентрации дефолианта происходило прогрессирующее замедление темпа роста корешков, снижение их веса и угнетение митотического индекса. Наиболее чувствительным показателем токсического воздействия загрязнителей окружающей среды на растения является ингибирование их корневого роста, в связи с этим был проведен морфометрический анализ корней проростков семян хлопчатника. По полученным данным были рассчитаны значения инициальных, эффективных и сублетальных токсических концентраций – ЕС₁₀, ЕС₅₀ и ЕС₉₀ исследуемого препарата [7]. Полученные в опыте данные свидетельствуют, что изученные концентрации препарата ингибируют рост корешков хлопчатника в указанном диапазоне концентраций. Так, концентрации 0,01; 0,02 и 0,03% отнесены к эффективным или среднетоксичным [8] – ЕС_10-50 (ингибирование роста корешков тест-растения соответственно на 13,04; 21,73 и 39,13%). Концентрации 0,05 и 0,075% по показателю угнетения роста корешков были отнесены к сублетальным (52,17 и 73,91%-ное ингибирование роста корешков).

В результате проведенного исследования установлено, что обработка семян хлопчатника 0,03%-ной концентрацией дефолианта, вызывала уменьшение длины корешков в 1,6 раза (p<0,001), а обработка 0,075%-ной концентрацией – в 3,8 раза (p<0,001). При этих концентрациях вес корешков снизился в 1,4 раза и 2,3 раза (p<0,001) соответственно.

Установлено, что при повышении концентрации дефолианта рост корешков практически прекращается, увеличивается количество корешков с утолщениями и деформациями. При этом наблюдается зависимость митотического индекса от концентрации дефолианта. Например, обработка семян хлопчатника 0,01%-ной концентрацией дефолианта Дропп, приводила к снижению митотического индекса в 1,6 раза, при дозе 0,03% в 2,3 раза, а при дозе 0,075% – в 4,3 раза.

Сопоставление параметров массы и митотического индекса показало, что идет прогрессирующее снижение веса корешков и интенсивности деления клеток в них. Установлено, что при концентрации дефолианта 0,02% масса корешков уменьшается в 1,2 раза (p<0,05), а показатель митотического индекса – в 2,2 раза. Более высокие концентрации препарата (0,05 и 0,075%) вызывали уменьшение массы корешков в 1,9 и 2,3 раза (p<0,001) соответственно по сравнению с контрольным вариантом. Таким образом, с увеличением концентрации препарата происходит процесс ингибирования интенсивности клеточного деления (табл. 1). Установлено, что ингибирование митоза зависит от времени воздействия и концентрации пестицида.

Анализируя полученные данные можно сделать вывод о том, что дефолиант Дропп в исследованных концентрациях оказывает негативное влияние на обмен нуклеиновых кислот, скорость роста, вес корешков и интенсивность деления в них. Величина данных показателей положительно коррелировала с увеличением концентрации пестицидов и продолжительностью их действия: с увеличением концентрации препарата митотический индекс снижается (r_MI = 0,64), что приводит к уменьшению длины корешков (r_l = 0,99), снижению их веса (r_m = 0,90). В основе этих изменений, по-видимому, лежат нарушения в обмене нуклеиновых кислот (r_{РНК/ДНК} = 0,87).

ЛИТЕРАТУРА

1. Экология Крыма. Справочное пособие / Под ред. Н.В. Багрова и В.А. Бокова. – Симферополь: Крымское учебно-педагогическое гос-ное изд-во, 2003. – 360 с.

2. Цанев Р.Г., Марков Г.Г. К вопросу о количественном спектрофотометрическом определении нуклеиновых кислот // Биохимия. – Т.61, 25. – 1960. – С. 150-159.

3. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. – М., Колос, 1974. – 288 с.

4. Плохинский Н. А. Биометрия. – Изд-во Московского ун-та, 1970. – 367 с.

5. Девидсон Дж. Биохимия нуклеиновых кислот. – М., 1975. – 178 с.

6. Полевой В.В. Влияние ауксина на нуклеиновый и белковый обмен растительных тканей // Регуляторы роста растений и нуклеиновый обмен. – М.: Наука, 1965. – С.27-47.

7. Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Оценка фито- и цитотоксической активности соединений тяжелых металлов и алюминия с помощью корневой апикальной меристемы лука // Цитология и генетика. – 2001. – № 1. – Т. 35. – С. 3-9.

8. Евсеева Т.И., Майстренко Т.А., Гераськин С.А., Белых Е.С., Казакова Е.В. Токсические и цитогенетические эффекты, индуцируемые у Allium cepa низкими концентрациями Cd и ²³²Th // Цитология и генетика. – 2005. – № 5. – С. 73-80.