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.