CC BY
239
УДК 631.95:631.8
В.Н. Титов, доктор сельскохозяйственных наук Д.Г. Смыслов, Г.А. Дмитриева, О.И. Болотова
Саратовский государственный социально-экономический университет
РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА РАСТЕНИЙ КАК БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ
ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИИ
Загрязнение растений тяжелыми металлами — одна из основных экологических проблем сельского хозяйства. Среди различных способов снижения концентрации таких веществ в органах растений выделяется наиболее экологичный способ — применение регуляторов роста, имеющих природное происхождение.
Ключевые слова: регулятор роста, свинец, кадмий, свёкла, перец.
В современном мире техногенное загрязнение стало одним из наиболее значимых экологических факторов, определяющих новые условия существования и эволюции всей биоты, включая человека. Процессы естественного развития экосистем и изменения в их функционировании под влиянием антропогенных воздействий во многом определяются не только силой воздействия или временными характеристиками, но и, в первую очередь, природой действующих факторов.
Сельскохозяйственное производство становится все более зависимым от экологических факторов антропогенного происхождения, которые в значительной степени изменяют свойства почвы, продуктивность растений и качество продукции. Из большинства веществ, поступающих в окружающую среду из антропогенных источников, особое место занимают тяжелые металлы. Проблема тяжелых металлов в современных условиях производства глобальная [6]. Все тяжелые металлы обладают высокой токсичностью, миграционной способностью, а также канцерогенными и мутагенными свойствами. Для человека они являются генетическими ядами, поскольку аккумулируются в организме с отдаленным эффектом действия, проявляющимся в наследственных заболеваниях, умственных расстройствах, вызывая сердечнососудистые заболевания, тяжелые формы аллергии, канцерогенный и эмбриотропный эффект у организма.
Особое значение необходимо придавать загрязнению почвы элементами, обладающими биоцидными свойствами, например РЬ и Cd.
Избыток свинца в растениях, связанный с высокой его концентрацией в почве, ингибирует дыхание и подавляет процесс фотосинтеза, иногда приводит к увеличению содержания кадмия и снижению поступления цинка, кальция, фосфора, серы [4,6]. Вследствие этого снижается урожайность растений и резко ухудшается качество производимой продукции. Внешние симптомы негативного действия свинца -появление темно-зеленых листьев, скручивание старых листьев, снижение тургора. Устойчивость растений к его избытку неодинаковая: менее устойчивы злаки, более устойчивы бобовые [4].
Кадмий также весьма токсичен для сельскохозяйственных растений [2]. Высокие концентрации кадмия оказывают заметное влияние на урожай сель-скохозяйственных культур, но главное -токсичность его сказывается на изменении качества 4
Pollution of plants by heavy metals — one of the basic environmental problems of agriculture. Among various ways of decrease in concentration of such substances in bodies ofplants the most harmless way — application of regulators of the growth having a natural origin is allocated.
Key words: growth regulator, lead, cadmium, beetroot,
pepper.
продукции, так как в растениях происходит повышение содержания этого тяжелого металла.
Одним из возможных путей снижения содержания тяжёлых металлов в сельскохозяйственной продукции может быть обработка регуляторами роста. Большинство современных регуляторов имеют растительное или природное происхождение; их применение в малых концентрациях способно инициировать в растениях существенные изменения жизнедеятельности. Фитогормоны - важнейшие представители эндогенных регуляторов роста. Они различны по химическому строению и синтезируются в растениях в очень малых количествах из продуктов фотосинтеза и гликолиза.
Механизм действия фиторегуляторов заключается в том, что фитогормон взаимодействует с рецеп-торным комплексом, локализованным в плазмалемме, а это, в свою очередь, обуславливает ускорение соответствующего физиологического эффекта (например,
выброса протонов или ионов Са++ и как следствие этого усиление роста клетки растяжением). Гормональный эффект проявляется только в тех случаях когда клетка располагает специфическими
рецепторами и фитогормонами в количестве, обеспечивающем насыщение цитоплазматических или мембранных сайтов связывания. Система гормональной регуляции во многом определяет характер таких важнейших физиологических
процессов, как рост и форми-рование различных органов растений, соотношение мужских и женских цветков и т.д.
С помощью фитогормонов можно целенаправленно влиять на эти процессы, например, перераспределять питательные вещества и обеспечивать их отток в хозяйственно важные органы. Таких эффектов весьма трудно добиться, используя традиционные технологические средства: полив, внесение
минеральных удобрений. Многие полезные процессы могут проявляться в растениях благодаря обработке регуляторами роста извне. Именно вследствие такого вмешательства в процесс роста и должно снизиться количественное содержание тяжёлых металлов в растении. Следует отметить, что поступление питательных веществ, а вместе с ними и токсических элементов, начинается одновременно с началом роста растения, а, значит, и применение регуляторов роста необходимо начинать ещё в момент, когда растение находится в зародышевом состоянии, то есть для
эффективного воздействия регулятор роста необходимо применять на семенной стадии развития. Это обеспечит проростку комфортные условия и эффективный комплекс фитогормональной защиты уже в начальные периоды роста [1].
В связи с высокой угрозой влияния степени накопления тяжелых металлов на растения и организм человека нами поставлена задача снизить накопление ионов РЬ и Cd в свёкле столовой сорта Бордо и перце сладком сорта Родник. Целью нашего исследования было проследить влияние некоторых препаратов на урожайность свёклы столовой и перца, а также на аккумуляцию ими ионов свинца и кадмия. Выбор именно таких растений объясняется тем, что у перца изучался надземный орган, у свёклы столовой -подземный - корнеплод.
Для этого применялись предпосевное замачи-вание и опрыскивание вегетирующих растений промышленными биологическими препаратами: Эпин-Экстра, Крезацином, Гуматом, Альбитом. Контролем служили необработанные растения. Опыты проводились на полях овощного хозяйства в Т атищевском районе Саратовской области.
Определение содержания тяжелых металлов на соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 проводилось в Испытательной лаборатории по определению качества пищевой и сельскохозяйственной продукции на базе ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова».
Анализ результатов показал, что максимальное содержание свинца наблюдалось в контрольном варианте - 0,033 мг/кг у свёклы и 0,020 мг/кг у перца (рис. 1).
мг/кг 0,035
0.03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
С
контроль Гу мат Креза цин Альбит Эпин
* Свёкла ■ Перец
Рисунок 1 - Содержание ионов свинца в овощной продукции
Все используемые препараты замедлили поступление ионов свинца в растения. К моменту сбора урожая Крезацин снизил накопление свинца в корнеплодах на 15%, а в плодах перца - на 30% по сравнению с контролем; Гумат - на 30% и 25%; Эпин-Экстра - на 52% и 40% соответственно.
Минимальное содержание поллютанта
наблюдалось на варианте с применением Альбита -0,015 и 0,010 мг/кг соответственно. Все полученные значения были ниже ПДК. Аналогичная тенденция отмечена нами и относительно проникновения ионов кадимя в корнеплод свёклы и плоды перца (рис.2). На контроле содержание ионов кадмия было близко к предельно допустимой концентрации - 0,025 мг/кг на свёкле и 0,022 мг/кг на перце (при ПДК= 0,03 мг/кг). Из всех использованных биологических препаратов на свёкле наихудшим оказался Крезацин - содержание кадмия в свёкле достигло 0,021 мг/кг, а на перце -
Гумат (0,017 мг/кг). Наилучшим оказался вариант с препаратом Альбит, на котором содержание токсичных ионов снизилось по сравнению с контролем на 60 и 52% соответственно.
мг/ег л-0,025 Х 1
0,02
0.015
0,01
0,005
0
контроль Гумат Крезацин Альбит Этнн # Свекла ■ Перец
Рисунок 2 - Содержание ионов кадмия в овощной продукции
В процессе работы изучалось не только воздействие препаратов на содержание тяжёлых металлов в органах растений, но и на продуктивность растений. В таблицах 1 и 2 показано воздействие изучаемых веществ на растения и выявленное процентное превышение контрольных параметров.
Таблица 1 - Влияние регуляторов роста на продуктивность корнеплодов свёклы столовой
Вариант Средняя масса корнеплода, г Урожайность, кг/м2 Изменение урожайности относительно контроля,%
Контроль 317,4 5,71 -
Гумат 374,6 6,53 17,98
Крезацин 399,8 6,97 25,87
Альбит 362,3 6,33 14,2
Эпин- Экстра 387,1 6,76 22,08
Таблица 2 - Влияние регуляторов роста на продуктивность плодов перца сладкого
Вариант Средняя масса корнеплода, г Урожайность, кг/м2 Изменение урожайности относительно контроля, %
Контроль 79,6 4,66 -
Гумат 93,4 5,47 17,34
Крезацин 92,8 5,43 16,58
Альбит 89,8 5,26 12,81
Эпин- Экстра 96,0 5,63 20,60
Влияние препаратов на надземные и подземные органы существенно различаются. Например, при изучении влияния препаратов на растениях свёклы, имеющих подземный орган - корнеплод, наилучшие показатели у препарата Крезацин (прибавка 25,9% к урожайности), наихудшие - у препарата Альбит (прибавка 14,2%). А при использовании биологически активных веществ на перце, плоды которого образуются над поверхностью почвы, лучшие результаты получены на варианте с использованием препарата Эпин-Экстра (увеличение урожайности на 20,6%). Тем не менее, все изучаемые регуляторы
роста повысили урожайность относительно контроля, как у одной, так и у другой культуры.
Замечено, что содержание тяжёлых металлов зависит и от такого фактора, как размер плода. В литературе встречаются предположения, что чем больше отклонение от средней массы плода, тем большее количество нитратов находится в плодах. Такое утверждение можно применить и к тяжёлым металлам.
Действительно, проанализировав рисунок 3, можно заметить, что содержание ионов свинца и кадмия возрастает при повышении средней массы корнеплода свёклы, наблюдается связь «увеличение массы плода -увеличение содержания токсических элементов».
надземной (плоды перца). В перце ионы свинца и кадмия аккумулировались всеми частями растения до попадания в плоды; в результате в плодах содержание металлов было ниже, чем следовало ожидать.
Рисунок 3 - Зависимость средней массы плода свёклы столовой и содержания тяжёлых металлов - кадмия и свинца
Установлено, что при наименьшей урожайности, контрольные корнеплоды содержат гораздо большее количество ионов свинца и кадмия. Исходя из этого, становится возможным констатировать следующее: регуляторы роста не только снижают уровень содержания тяжелых металлов в растении, но и заметно уменьшают зависимость степени содержания Cd и РЬ от массы и размера плода. Очевидно, что использование этих препаратов способствует изменению физиологических процессов в растении, усиливающих «барьерное поглощение» тяжелых металлов [2,3].
Из этого же рисунка можно сделать еще один вывод: различные препараты по-разному влияют на накопление тяжёлых металлов. Например, при применении препарата Альбит зафиксировано наименьшее содержание изучаемых токсических элементов, однако средняя масса плодов гораздо ниже аналогичных показателей препарата Эпин-Экстра. Это означает, что воздействие Эпин-Экстра на содержание ионов свинца и кадмия с учетом средней массы плода выше, чем у остальных изучаемых препаратов. Аналогичная ситуация прослеживается и при изучении перца сладкого (рис. 4). Необходимо отметить препарат Крезацин, который несколько выбивается из общего ряда. Так, при применении различных препаратов уровень содержания свинца не превышает содержание кадмия в плодах. Лишь при использовании регулятора роста Крезацин содержание кадмия в плодах ниже, чем ионов свинца, т.е. прослеживается обратная тенденция.
Следует также отметить, что в подземной части растений (корнеплодах свёклы) тяжелые металлы накапливаются в большем количестве, чем в
Рисунок 4 - Зависимость средней массы плода перца сладкого и содержания тяжёлых металлов - кадмия и свинца
Также необходимо отметить, что ионы кадмия аккумулируются надземными органами в большей степени, чем подземными, по сравнению с ионами свинца, содержание которого в корнеплодах выше, чем содержание кадмия.
Выводы. Применение изучаемых биологических регуляторов роста позволило получить урожай с меньшим содержанием ионов свинца и кадмия. Наилучшим из изученных препаратов оказался Альбит. Однако при его использовании урожайность оказалась ниже остальных вариантов (кроме контрольного).
Наибольшая урожайность наблюдалась на варианте с применением регулятора роста Эпин-Экстра, а учитывая низкую степень содержания тяжёлых металлов (концентрация которых незначительно уступает лишь показателям препарата Альбит), можно выделить данный препарат из всех изучаемых биологически активных веществ, как лучший по сумме признаков.
Литература. 1. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях. / А. Кабата-Пендиас, Х. Кабата-Пендиас - М.: Мир, 1989. - С. 439.
2. Ковальский, В.В. Геохимическая эко-логия / В.В. Ковальский. - М.: Колос, 1974. - С. 299.
3. Ковальский, В.В. Микроэлементы в почвах СССР / В.В. Ковальский, Г.А. Андриянова. - М.: Наука, 1970. - С. 179.
4. Матвеев, Н.М. Об объемах тяжелых металлов, вовлекаемых в биогеохимический круговорот из почвы с растениеводческой продукцией в условиях Высокого Заволжья. / Н.М. Матвеев, Н.В. Прохорова, В.Н. Матвеев. // Геохимия биосферы. Тез. докл. III междунар. совещ. Ростов-на-Дону: Ростовский ун-т, 2001.
5. Синявский, В.А. Тяжелые металлы в почвах и сельскохозяйственной продукции Курганской области. / В.А. Синявский, Д.Е. Борисков. //Экологическое состояние почв и растений Западной Сибири и проблемы их качества: Сб. науч. тр. / ОмГАУ. - Омск, 1997. - С. 96.
6. Шепелев, В.В. Эколого-агрохимическая оценка
почв и растений при длительном применении удобрений: Автореф. ... канд. с.-х. наук /
В.В. Шепелев. - Омск, 1999. - С. 16.
Вестник
ОрелГАУ
№4(31)
август 2011
Теоретический и научно-практический журнал. Основан в 2005 году
Учредитель и издатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный аграрный университет»__________________
Редакционный совет: Содержание номера
Парахин Н.В. (председатель) Научное обеспечение развития растениеводства
Амелин А.В. (зам. председателя) Павловская Н.Е., Сидоренко В.С., Костромичёва Е.В. Характеристика генотипов ячменя
Астахов С.М. по хозяйственно-ценным признакам и электрофоретическим спектрам проламинов семян 2
Белкин Б.Л. Титов В.Н., Смыслов Д.Г., Дмитриева Г.А., Болотова О.И. Регуляторы роста растений как
Блажнов А.А. биологический фактор снижения уровня тяжелых металлов в растении 4
Тутукова Д.А., Малкандуев Х.А., Малкандуева А.Х. Влияние уровня минерального
Буяров В.С. питания на урожайность и качество зерна новых сортов озимой пшеницы в условиях
Гуляева Т.И. вертикальной зональности Кабардино-Балкарии 7
Гурин А.Г. Новиков А.И., Лопачев Н.А., Панова А.Н. Роль сидератов в воспроизводстве плодородия
Дегтярев М.Г. почв Верхневолжья 10
Зотиков В.И. Иващук О.А. Прудников А.Д., Рекашус Э.С. Сравнительная оценка продуктивности новых сортов клевера
лугового в агроэкологических условиях Смоленской области 12
Кузнецова А.С., Куркова И.В., Терехин М.В. Предварительное сортоиспытание новых
Козлов А.С. сортов ячменя дальневосточной селекции 15
Кузнецов Ю.А. Глинушкин А.П. К вопросу о повышении эффективности методики определения качества
Лобков В.Т. семян при производстве яровой мягкой пшеницы 18
Лысенко Н.Н. Хатефов Э.Б., Шорохов В.В., Матвеева Г.В., Сарбашева А.И. Изучение селекционной
Ляшук Р.Н. ценности восковидной кукурузы 21
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАЗВИТИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА
Мамаев А.В. Боев М.М., Боев М.М., Семенова Е.А. Селекция симментальского скота на долголетие
Масалов В.Н. с учетом генетических маркеров 29
Новикова Н.Е. Балашов В.В., Буяров В.С. Эффективность программ освещения для цыплят-бройлеров с
Павловская Н.Е. различной продолжительностью выращивания 32
Попова О.В. Смагина Т.В., Михеева Е.А. Хотынецкие природные цеолиты и эмульсия прополиса в
Прока Н.И. улучшении физиологических функций и повышении воспроизводительных показателей свиноматок 36
Савкин В.И. Новожеев Ю.А., Полольников М.В., Гамко Л.Н., Минченко В.Н. Влияние минеральной
Степанова Л.П. добавки на продуктивность и микроморфологические показатели тонкого отдела кишечника
Плыгун С.А. (ответств. секретарь) свиней на откорме 39
Золотухина О.А. (редактор) Крапивина Е.В., Иванов Д.В., Лифанова Я.В. Влияние разных доз пробиотика
«тетралактобактерин» на морфобиохимические характеристики гомеостаза телят 41
Адрес редакции: Попов Д.В., Безбородов Н.В. Повышение качества эмбриопродуктивности у коров-доноров
эмбрионов 44
302019, г. Орел, Никанова Л.А., Фомичев Ю.П., Григоренко И.Б., Новиков В.Н. Использование
ул. Генерала Родина, 69. гипергалинной аквакультуры в кормлении свиней 48
Тел.: +7 (4862) 45-40-37 Лаушкина Н.Н. Влияние антиоксидантов на продуктивность и качество молока при 51
Факс: +7 (4862) 45-40-64 E-mail: [email protected] изменении условий содержания лактирующих коров
Мамаев А.В., Лещуков К.А., Меркулова С.С. Оценка качества молока по физиологическому показателю коров 53
Сайт журнала: http://ej.orelsau.ru Дуборезов В.М., Суслова И.В., Бойко И.И., Дуборезов И.В., Дуборезова Т.А.
Свидетельство о регистрации Зоотехническая оценка силоса из сорго сахарного 56
ПИ №ФС77-21514 от 11.07.2005 г. Шалимова О.А., Сахно Н.В., Козлова Т.А., Зубарева К.Ю., Радченко М.В. Исследование рынка мясного сырья и продуктов питания из мяса в аспекте доктрины продовольственной
Специалист регионального безопасности 58
ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАЗВИТИЯ В АПК
методического центра по УДК: Несмиян А.Ю., Должиков В.В., Яковец А.В. Повышение скорости машинно-тракторного
Служеникина А.М. агрегата на посеве пропашных культур 61
Технический редактор: Баранов Ю.Н., Загородних А.Н., Елисеев Д.В. Анализ видов, последствий и критичности
Мосина А.И. отказов безопасности стыковки «толкач - скрепер» 63
Ламин В.А. Приводная роликовая цепь сельскохозяйственного назначения 66
Сдано в набор 15.07.2011 г. Молчанов В.И. Применение капролона в приводах сельскохозяйственных машин 69
Подписано в печать 30.08.2011 г. Жосан А.А., Рыжов Ю.Н., Курочкин А.А. Сравнение физико-химических свойств
Формат 60x84/8. Бумага офсетная. дизельного топлива и рапсового масла 72
Гарнитура Таймс. Лысак О.Г., Моисеенко А.М. Микроклимат зданий для хранения сочного растительного 74
Объём 12,5 усл. печ. л. сырья
Тираж 300 экз. Пичугин И.Л. Применение ГИС-технологий - эффективный метод мониторинга объектов ЖКХ 76
Издательство Орел ГАУ, 302028, Череповский А.П. К вопросу об инновационном развитии отечественного производства
г. Орел, бульвар Победы, 19. в капитальном строительстве 80
Лицензия ЛР №021325 Экономические аспекты развития аграрного сектора 83
от 23.02.1999 г. Цвырко А.А., Иващенко Т.Н. Направления государственной поддержки аграрного
Журнал рекомендован производства региона 82
Бердник-Бердыченко Е.Е., Шумская Е.Н. Инновационная активность предприятий на
ВАК Минобрнауки России современном этапе 85
для публикаций научных работ, Брыкин И.А. Экономический механизм устойчивого развития продовольственного рынка
отражающих основное научное региона Авдонина И.А. Рост урожайности сахарной свеклы как основной фактор инновационного 89
содержание кандидатских развития свеклосахарного подкомплекса Ульяновской области 92
и докторских диссертаций Федоренкова Н.М. Роль современной системы управления на льнопроизводящих
предприятиях 94
© ФГБОУ ВПО Орел ГАУ, 2011
