СУМІСНА ДІЯ СВИНЦЮ ТА СЕЛЕНУ НА ПРОРОСТАННЯ ТА РІСТ СОНЯШНИКА
Н.М.Воробець, І.М.Микієвич
Львівський національний університет імені Івана Франка
вул.Грушевського,4, м.Львів 79005 Україна
e-mail: biofr@franko.lviv.ua
Протягом останнього століття антропогенний вплив на природу досягнув велетенських масштабів. В загальному балансі речовин, які забруднюють атмосферу, сполуки важких металів займають значний об¢єм і розглядаються як глобальні забруднювачі [5]. Розвиток промисловості спричинив широке використання свинцю. Свинець належить до найнебезпечніших забруднювачів біосфери, оскільки він має довготривалий характер дії [7, 8]. Незважаючи на те, що свинець міститься у кожному рослинному організмі, досі не вивчене його значення для рослин. Форми сполук свинцю вивчені мало, а біологічна роль вияснена недостатньо [8]. Низка праць свідчить, що свинець є токсичним для самих рослин [13]. Небезпека антропогенної емісії свинцю, головно від масових локальних надходжень у найбільш населених ділянках Землі. Вважають, що в процесі тропосферної міграції відбувається трансформація стану свинцю і частина форм, зв¢язаних з твердою речовиною, переходить у розчинний стан. Жива речовина захоплює розсіяний свинець з розчинів і частково з твердої фази і втягує у специфічну біологічну форму міграції біля 430×103 т/рік металу на суші і близьку кількість у океані [3, 4]. Тому є важливим дослідження механізмів його детоксикації у рослинах. Окрім цього, останніми десятиліттями приділяють всі більше уваги вивченню необхідності селену у їжі людей і тварин. На міжнародній конференції у 1988 р. “Trace elements in man and animals” забезпеченість селеном розглядалась як один з критеріїв якості оточуючого середовища [14]. Це пояснюється тим, що у разі дефіциту селену у теплокровних виникають різні захворювання. Одночасно зазначають антиканцерогенну дію селену, його здатність протистояти хімічному мутагенезу, який ініціюється токсичними дозами важких металів [1, 11]. Деякі автори необхідність селену пов¢язують з тим, що він є кофактором фермента глутатіонпероксидаза, який каталізує відновлення пероксиду водню та гідропероксидів органічних молекул у відповідні гідроксисполуки [15, 10]. Інші пояснюють антидотну спрямованість сполук селену його здатністю зв¢язуватися з важкими металами, утворюючи нерозчинні та нетоксичні селеніди [6]. Все ще не досліджено, як свинець і селен сумісно діють на рослини.
Вивчали вплив різних доз ацетату свинцю на енергію проростання та схожість насіння, ріст проростків соняшника (Helianthus annuus L.) сорту Світоч [P1]як у моносольовому розчині, так і в комбінації з селенітом. Зміна росту рослини є однією з видимих ознак зовнішнього впливу на неї.
На першому етапі нашої роботи ми визначали енергію проростання та схожість насіння в умовах наявності ацетату свинцю різної концентрації, а також одночасної дії Na2SeO3. Для цього насіння розкладали на фільтрувальний папір у чашки Петрі, які ставили у темний термостат при +24° С. Через 3 доби визначали енергію проростання, через 7 діб – схожість [12].
Другим етапом було дослідження динаміки ростових процесів органів соняшника. Насіння стерилізували в слабкому розчині марганцевокислого калію протягом 15 хвилин, промивали дистильованою водою і ставили на набрякання на 3 години. Після цього насіння розкладали на вологий фільтрувальний папір у емальовані кювети. Для пророщування насіння кювети ставили у темний термостат на 3 доби при + 24°С. Після цього проростки пересаджували на водні розчини ацетату свинцю у концентрації 10-8М, 10-5М, 10-3М. Контролем служили рослини, вирощені на дистильованій воді. У низці експериментів тридобові проростки пересаджували на розчин ацетату свинцю з додаванням 10-8М [P2]Na2SeO3. Через 5, 8 та 16 діб від початку експерименту у дослідних та контрольних рослин визначали довжину і масу коренів і пагонів. Для оцінки результатів обчислювали приріст маси проростків К:
К = (W2-W1)/(t2-t1),
де W2, та W1 – характеристики маси рослин у моменти часу t1 і t2 [2].
Визначали індекс толерантності рослин (ІТ):
ІТ = l кореня на поживному розчині / l кореня на контрольному розчині ´ 100 (%) [17].
Статистично опрацьовували дані, визначаючи помилку середнього. Локалізацію свинцю у частинах насінини визначали гістохімічно [9].
Результати, наведені на рис.1 свідчать, що у випадку застосування моносольового розчину, енергія проростання насіння соняшника найвища на розчині ацетату свинцю 10-5М. У разі сумісної дії свинцю та селену енергія проростання значно збільшилась в усіх варіантах, найбільшою вона була на моносольовому розчині селеніту (рис.2). Результати свідчать, що свинець, залежно від концентрації, може впливати на схожість соняшника, а селеніт у застосованій концентрації – сприяти цьому процесу.
На підставі гістохімічних досліджень виявили наявність свинцю у покривах насінини. У зародковій частині насінини за умов одно- та дводобової експозиції в усіх варіантах досліду свинець визначали лише у випадку пошкодження насінних покривів. Оскільки у деяких контрольних рослин свинець не визначили, то можна припустити, що свинець міг проникати у зародкову частину насінини на стадії набрякання насінини, коли розкривались насінні покриви. Для інших видів рослин досліджено, що свинець може проникнути у зародкову частину насінини на останній стадії набрякання насінини, коли розкрились насінні покриви [16].
Наші дані свідчать про позитивний вплив селену на енергію проростання та схожість рослин соняшника. Внаслідок сумісної дії свинцю та селену простежували достовірний позитивний вплив селену на процеси проростання, особливо у випадку високих концентрацій свинцю. Під час вирощування рослин соняшника на
Таблиця 1
Приріст біомаси проростка, г
Контроль, Н2О | 10-8М Pb | 10-5М Pb | 10-3М Pb | 10-8Pb +10-8М Se | 10-5М Pb +10-8М Se | 10-3М Pb +10-8М Se | 10-8М Se |
0,009 | 0,003 | 0,008 | 0,004 | 0,028 | 0,021 | 0,003 | 0,017 |
Таблиця 2
Індекс толерантності, %
10-8Pb | 10-5Pb | 10-3Pb | 10-8Pb +10-8М Se | 10-5Pb +10-8М Se | 10-3Pb +10-8М Se | 10-8Se |
82,6 | 80,5 | 69,86 | 90,79 | 89,17 | 77,86 | 105,75 |
10-3M Pb(CH3COO)2 10-5M Pb(CH3COO)2 10-8M Pb(CH3COO)2
Н2О р-н Кнопа 10-3M Pb(CH3COO)2 +Se
10-5M Pb(CH3COO)2 +Se 10-8M Pb(CH3COO)2 +Se 10-8М Se
проросло не проросло
Рис. 1. Енергія проростання насіння соняшника, %
поживному розчині Кнопа простежували порівняно невисоку енергію проростання та незначну схожіть рослин. У рослин, пересаджених на розчини металів після три-добової експозиції на воді, вплив свинцю та селену на ростові процеси залежав від концентрації солей і тривалості їхньої дії. Вже у п¢яти-добових проростків достовірно простежувалась інгібуюча дія високих концентрацій свинцю як на ріст коренів, так на ріст пагонів. Цей вплив посилювався з часом. Довжина кореня рослин у випадку застосування найнижчої концентрації свинцю мало відрізнялась від контрольної, вирощеної на розчині Кнопа. Однак маса коренів була вищою у контрольних рослин.
Рис.2. Схожість насіння соняшника, % : 1 – 10-3M Pb(CH3COO)2; 2 – 10-5M Pb(CH3COO)2; 3 – 10-8M Pb(CH3COO)2; 4 – 10-3M Pb(CH3COO)2 + Se; 5 – 10-5M Pb(CH3COO)2 +Se; 6 – 10-8M Pb(CH3COO)2 + Se; 7 – 10-8M Se; 8 – р-н Кнопа; 9 – Н2О
Селен у моносольовому розчині позитивно впливав на ріст коренів, однак у випадку сумісної дії зі свинцем достовірно позитивного впливу нами не виявлено. Маса та довжина пагона на концентрації 10-3Pb разом зі Se2+ була нижчою, ніж у процесі вирощування на інших варіантах. Найбільшу довжину та масу пагонів рослин простежували у випадку вирощування їх на розчині Кнопа. Така ж закономірність в цілому збереглась до восьмої доби вирощування, коли 10-8М ацетат свинцю виявив стимулювальну дію на ріст коренів і приріст їхньої біомаси. До 16 доби вирощування на 10-3М розчині свинцю у рослин кінчики коренів були некротизованими, бурого кольору, з потовщеннями у зоні росту. Ростові показники рослин, вирощених на
Рис. 3 Морфометричні показники 16-добових рослин: 1 – 10-3М Pb(CH3COO)2; 2 – 10-5 М Pb(CH3COO)2; 3 – 10-8М Pb(CH3COO)2; 4 – 10-3М Pb(CH3COO)2+ Se; 5 – 10-5 М Pb(CH3COO)2+Se; 6 – 10-8М Pb(CH3COO)2+Se; 7 – 10-8М Se; 8 – р-н Кнопа; 9 – H2O
10-8М розчині ацетату свинцю, були близькими до контрольних. У дослідах із застосуванням селену виявлено його незначний стимулювальний вплив на ріст. Особливо це простежувалось у 16-добових рослин (рис.3). Моносольовий розчин селеніту та разом зі свинцем достовірно сприяють росту рослин: приріст біомаси проростка 16-добових рослин був найвищим у тих рослин, які вирощувались на 10-8М ацетаті свинцю або разом з 10-8М селенітом (табл.1). Індекс толерантності рослин виявляв подібну закономірність (таб.2).
Отже, свинець у високих концентраціях негативно впливає на проростання та ріст рослин соняшника. Na2SeO3 у концентрації 10-8М підвищує опірність рослин до дії токсичних концентрацій свинцю, а також позитивно впливає на проростання та ріст. Можливо це відбувається за участю глутатіонпероксидази, хоча не можна виключити і інші механізми дії.
___________________
1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека. М., 1993.
2. ГродзинскийА.М., Гродзинский Д.М. Краткий справочник по физиологии растений. К., 1964.
3. Добровольский В.В. География микроэлементов: Глобальное рассеяние. М., 1983.
4. Добровольский В.В. Глобальная геохимия свинца. Свинец в окружающей среде. М.; 1987. С.7-19.
5. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989.
6. Костишин С.С., Руденко С.С., Тевтуль Я.Ю., Решетюк О.Л. Дослідження впливу селену на ріст листочків у проростків гороху (Рisum sativum L.) за дії алюмінію та кадмію // Физиология и биохимия культ. растений. 1997. Т. 29. № 6. С.472-477.
7. Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. М., 1987.
8. Свинец в окружающей среде / Под ред В.В.Добровольского. М., 1987.
9. Серегин И.В., Иванов В.Б. Гистохимическое определение распределения кадмия и свинца в растениях // Физиология растений. 1997. Т.44. С.791-796.
10. Снітинський В.В., Антоняк Г.Л. Біохімічна роль селену // Укр. биохим. журн., 1994. Т.66. №5. С.3-16.
11. Торшин С.П., Удельнова Т.М., Конова Н.И., и др. Селен в депонирующих средах Нечерноземной зоны Европейской части России и агрохимический метод коррекции дефицита селена // Экология. 1996. № 4. С. 253-258.
12. Тютюрев В.А. Методика эксперимента по физиологии растений. М., 1949.
13. Antonovics J., Bradshaw A.D., Turner R.G., Heavy metal tolerance in plants // Adv. Ecol. Res. 1971. Vol. 7, P. 1-85.
14. Harley L.S., Keen K.L., Lonnerdal Bo, et al. Trace elements in man and animals. N.Y., L.: Plenum Press, 1988. Vol.6.
15. Stadtman T.C. Selenium biochemistry // Science. 1974. Vol.183. P.915-922.
16. Wierzbicka M., Obidzinska J. The effect of lead on seed imbibition and germination in different plant of species // Plant science. 1998. Vol. 137. P.155-171.
17. Wilkins D.A. The measurement of tolerance to edaphic factors by means of root growth // New Phytologist., 1978. Vol.80. P.623-633.