CC BY
78
Таблица 5
Выход питательных веществ зеленой массы кукурузы на фоне применения биоудобрения «Никфан»
№ Показатели Варианты опыта
п/п К (контроль) НС-1 НС-2 НСР-1 + 1 НСР-2+2
1 Зеленая масса, кг 1422 1755 1827 1823 1878
% к контролю 100 123 128 128 132
2 Сухое вещество, кг 262 357 355 394 363
% к контролю 100 136 135 150 138
3 Сырой протеин, кг % к контролю 28,5 100 36,0 126 34,8 122 42,5 149 35,2 124
4 Сырой жир, кг % к контролю 5,48 100 7,58 138 7,69 140 8,84 161 8,71 159
5 Сырая клетчатка, кг 55,7 78,2 77,1 80,8 73,4
% к контролю 100 140 138 145 132
БЭВ, кг 144 201 198 223 208
6 % к контролю: в т.ч. крахмал, кг % к контролю сахар, кг 100 19.6 100 49.7 139 27,7 141 67,9 138 28,3 144 58,5 155 37,7 192 59,0 144 39,7 202 62,1
% к контролю 100 136 118 119 125
7 В-каротин, г % к контролю 3,79 100 10,4 275 6,33 167 14,3 377 7,17 190
Библиографический список
1. Кукуруза: учебно-практическое руководство по выращиванию кукурузы. — Минск, 1999. — 191 с.
2. Кобылкин А.М. Совершенствование технологии возделывания кукурузы в условиях темно-серых лесных почв Среднерусской лесостепи: автореф. дис. канд. с.-х. наук / А.М. Кобылкин. — Курск, 2001. — 17 с.
3. Васин А.В. Применение стимуляторов роста при выращивании кукурузы и
ячменя / А.В. Васин, А.В. Дарлин, В.В. Брежнев / / Кормопроизводство. — 2009. — № 2. — С. 17-19.
4. Уваров Г.И. Выращивание гибридов кукурузы на силос. Эффективность удобрений с добавками микроэлементов / Г.И. Уваров, Д.Г. Васильев // Кормопроизводство. — 2010. — № 6. — С. 23-25.
5. Шмаков П.Ф. Условия получения силоса высокого качества / П.Ф. Шмаков, Е.А. Чаунина, И.А. Лошкомейников // Кормление с.-х. животных и кормопроизводство. — 2010. — № 10. — С. 63-70.
+ + +
УДК 614.778
Ж
Ключевые слова: овес посевной, нефтяное загрязнение, солевое загрязнение, нефтесолевое загрязнение, мор-фометрические показатели, фотосинтез, гибель клеток, хромосомные аберрации.
Введение
В последние десятилетия увеличение добычи углеводородов в России осуществляется на наиболее уязвимых северных
А.М. Цулаия
территориях, в частности в Западной Сибири [1]. Наиболее характерные процессы преобразования природных систем, возникающие в районах добычи нефти, связаны с загрязнением нефтью и засолением почв, грунтов, поверхностных, внут-рипочвенных и подземных вод. Иногда интенсивность воздействия минерализованных вод на почвы и растительный покров более значительны, чем нефти [1-3].
ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНОГО, СОЛЕВОГО И НЕФТЕСОЛЕВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОВСА ПОСЕВНОГО ЛУБЫЛ SATIVA
Посев сельскохозяйственных трав на тех-ногенно-нарушенных территориях является одним из эффективных приемов восстановления земель [3]. Влияние на растения солевого и особенно нефтяного загрязнения изучено достаточно хорошо. Однако экспериментальных данных по совместному действию нефти и хлоридов в литературе мы не встретили.
Целью данной работы явилась оценка токсичности нефтезагрязненных и засоленных почв методом биотестирования на овсе посевном, который входит в состав комплекса растений, используемых при рекультивации.
Материал и методика
В опытах использовали нефть, поступающую по трубопроводу из п. Шаим Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) на нефтеперерабатывающий завод г. Тюмени, и хлорид натрия. Групповой состав шаимской нефти представлен парафинами — 54,3%, нафтено-арома-тическими углеводородами — 40,2% и ас-фальтено-смолистыми компонентами — 5,5%. Почва (верховой торф) была отобрана в удаленном от промобъектов районе ХМАО.
Было проведено 3 серии опытов. I серия. Нефтяное загрязнение. Нефтезаг-рязненный (концентрации 0,1; 0,5; 2,5; 12,5 г/кг) и чистый (контроль) торф увлажняли, помещали в контейнеры для проращивания семян. Полив производили отстоянной водопроводной водой. Длительность опыта 10 сут. Замеры производили на 5-е и 10-е сут. II серия. Солевое загрязнение. Растворами NaCI (концентрации 0,05; 0,25; 1,25 и 5,0 г/л) и отстоянной водой (контроль) увлажняли почву. Овес проращивали в течение 15 дней. Замеры производили на 10-е и 15-е сут. III серия. Нефтесолевое загрязнение. Нефтезагрязненный торф (концентрации 2,5; 12,5 г/кг) увлажняли рас-
0,1; 0,5; % к К
твором №0 (5,0 г/л). Длительность опыта 20 дней. Замеры производили на 15-е и 20-е сут.
Во всех исследуемых сериях использовались однотипные контейнеры, одна и та же почва (верховой торф), каждый эксперимент проводился в 4 повторностях по 100 семян в каждой, растворы соли готовили на дистиллированной воде. Во всех сериях в качестве контроля (К) использовали верховой торф без нефти и соли. Контролировали появление и рост корней и листьев, изменение общей массы растений, содержание пигментов (хлорофилл «а», «б» и их соотношение, каротиноиды), число хромосомных аберраций (ХА) и погибших клеток в корнях по стандартным методикам [4]. Все полученные данные подвергали статистической обработке [5]. В таблицах и рисунках указаны величины статистически достоверных различий с контролем по критерию Стьюдента: * Р < 0,05, ** Р < 0,01, *** Р < 0,001.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты I серии показали, что на 2-е сут. в почвах с минимальным содержанием нефти и в К у растений появились первые корешки (1-3 мм) и проростки. В вариантах опыта 0,5; 2,5 и 12,5 г/кг происходила задержка в появлении проростков овса. К 5-м сут. масса, длина листьев и корней овса в почве, содержащей 0,1 г/кг нефти, превышали контрольные значения на 13,6 и 33,3% соответственно, в вариантах 0,5 и 2,5 г/кг нефти длина листьев была снижена против К на 28,730,7% (Р < 0,05). В остальных вариантах различия с контролем были незначительными (рис. 1А). К 10-м сут. разница с К в минимальных концентрациях сохранилась только по показателю длины листьев, а в концентрации 0,5 г/кг возросла масса растений на 21,6% против К (рис. 1Б).
140 120 100 80 60 40 20
0,1
0,5
2,5
Длина листьев
12,5
— Длина корней
0,1
0,5
— Масса
2,5 12,5 г/кг
Рис. 1. Средние морфометрические показатели овса в опытах с нефтезагрязненным торфом
на 5-е (А) и 10-е (Б) сутки опыта
Стимуляция активности фотосинтетического аппарата листьев овса отмечалась в вариантах опытов с содержанием нефти 0,5-2,5 г/кг (рис. 2А, Б): увеличение по сравнению с К содержания хлорофилла «а» — на 42-211%, хлорофилла «б» — на 35-237% и каротиноидов — на 48-186% (Р < 0,05-0,01). К 10-м сут. разница с К в этих концентрациях по содержанию хлорофилла «а» сократилась до 14,5-32,6%, а в максимальной концентрации возросла до 75,9% (рис. 2Б). Содержание хлорофилла «б» превысило К в минимальной концентрации на 44%, в концентрации 0,5 и 2,5 г/кг — на 30% (Р < 0,05), а в максимальной концентрации — на 24,9%. При этом соотношение хлорофилла «а» к «б» во всех случаях было выше, чем в контроле, в 2 раза.
Содержание каротиноидов также увеличилось, начиная с концентрации 0,5 г/кг, достигая максимума в наибольших концентрациях. Увеличение содержания хлорофиллов свидетельствует об активации системы, накапливающей энергию, а каротиноидов — об усилении анти-оксидантной защиты.
Вместе с тем частота хромосомных аберраций в клетках корней овса к 5-м сут. опыта увеличилась против К во
всех вариантах опыта на 26-94%. Рост числа аберрантных клеток свидетельствует о потенциально мутагенном действии нефти на растения. Количество мертвых клеток в корнях овса возросло на 23123%, что свидетельствует о прямой зависимости токсического действия от содержания нефти в почве (рис. 3А). Причиной гибели клеток являются энергетический стресс и нарушение генетического аппарата. Основными хромосомными нарушениями были: фрагменты, отставания хромосом, в меньшей степени мосты и только в максимальных концентрациях множественные нарушения. К 10-м сут. хромосомных аберраций было на 28-93%, а мертвых клеток — на 26-94% выше, чем в К, что свидетельствует о сохранении негативного действия нефти на клетки корней на протяжении всего эксперимента (рис. 3Б).
Во II серии опытов с №0 на 3-и сут. появились корешки и проростки в К и во всех опытных вариантах, за исключением максимальной концентрации (5 г/л). К 10-м сут. произошла задержка в появлении проростков на 26 и 48% в вариантах опыта 1,25 и 5,0 г/л.
% к К
400 л 350 -300 250 -200 150 -100 50 0
А *
0,1 0,5 2,5 — Хлорофилл "а"
12,5 0,1
И Хлорофилл "б"
0,5 2,5 12,5 г/кг А Каротиноиды
Рис. 2. Среднее содержание пигментов фотосинтеза в листьях овса на 5-е (А) и 10-е (Б) сутки
в опыте с нефтезагрязненным торфом
К
К
300
% к К 200 100 0
А -« К Б -==#=========~* * К
0,1 0,5 2,5 12,5
—♦—Хромосомные аберрации
0,1 0,5
—■— Гибель клеток
2,5 12,5 г/кг
Рис. 3. Среднее число хромосомных аберраций и погибших клеток в корнях овса под влиянием нефтяного загрязнения на 5-е (А) и 10-е (Б) сутки
% к К
110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0
0,05 0,25 1,25 5 0,05 0,25 1,25
—♦—Длина листьев —■—Длина корней —Ж—Количество корней —Л—Масса
Рис. 4. Средние морфометрические показатели овса в опытах с солевым (ЫаС1) загрязнением на 10-е (А) и 15-е (Б) сутки опыта
5 г/л
Показатели роста овса были статистически достоверно снижены против К во всех вариантах опыта: длина листьев — на 63,4-77,7%, количество листьев — на 2537,5, количество корней — на 21,2-52%. Наибольшее угнетение испытала корневая система растений: в максимальных концентрациях (1,25 и 5,0 г/л) длина корней была меньше К на 96% (рис. 4А). К 15-м сут. в опытных вариантах (рис. 4Б) длина и количество листьев было ниже, чем в К, на 37,5 и 83,9% соответственно, длина корней — на 60,9-94,7%, количество корней — на 18,3-40,9%. Таким образом, засоление почвы вызывает угнетение роста растений овса посевного, что свидетельствует о негативном влиянии №С1 в концентрациях выше 0,05 г/л на обмен ве-
ществ и поглощение питательных элементов растениями, что подтверждается и снижением функциональных показателей.
К 10-м сут. содержание хлорофилла «а» и «б» в опытных пробах было снижено против К на 36,9 и 50,7% соответственно, а содержание каротиноидов превышало контрольные значения на 30,763,1%, что свидетельствует о напряжении защитных механизмов растений овса под влиянием солевого стресса (рис. 5А). К 15-м сут. увеличилась разница с К в содержании хлорофиллов и каротиноидов во всех вариантах опыта: хлорофилла «а» — на 61,1-75,6%, хлорофилла «б» — на 78,193,4, каротиноидов — на 51,5-74,5%, что свидетельствует об истощении защитных механизмов.
—♦—Хлорофилл "а" И Хлорофилл "б" Ж Каротиноиды -100
Рис. 5. Среднее содержание пигментов фотосинтеза в листьях овса при солевом загрязнении на 10-е (А) и 15-е (Б) сутки опыта
Обычный экологический фактор среды — NaCl не обладает мутагенным действием на растения овса (табл.), но оказывает повреждающее действие на клетки корней. Нарушения хромосом, регистрируемые в максимальной концентрации на 5-е сут., в дальнейшем статистически достоверно не подтвердились. Гибель клеток в корнях овса, начиная с минимальной концентрации, превысила контроль в 2-12 раз и напрямую зависела от концентрации соли (табл.). Гибель клеток в корнях растений в минимальных концентрациях NaCl отмечалась с 10-е сут, в остальных концентрациях — с 5-х сут. (Р < 0,05-0,001).
В III серии на 3-и сут. корешки и проростки появились лишь в контроле. При совместном нефтесолевом загрязнении на фоне одинаковой солевой нагрузки (5 г/л) даже в минимальных концентрациях нефти (0,1-0,5 г/кг) прорастаемость семян по отношению к К составила всего 36-44% и всхожесть семян растянулась на 20 сут., что свидетельствует о подавляющем совместном действии нефти и соли на растения.
К 15-м сут. эксперимента длина листьев овса в опытных вариантах, начиная с концентрации нефти 0,5 г/кг, статистически достоверно превышала контрольные значения на 27,07-33,16% (рис. 6А). Одновременно количество, длина корней и масса растений были ниже контроля на 19,3-48,7, 40,9-82,6 и 19,6-5,5% соответственно (Р < 0,05-0,01). При этом зависимости «концентрация нефти — эффект» не наблюдалось. Следовательно, угнетение корневой системы является результатом действия соли, стимуляция роста листьев — это компенсаторная реакция на стресс. При удлинении срока воздействия до 20 сут. разница с К по показателю длины листьев в тех же концентрациях нефти еще больше возросла — до 46,573,1%, за счет чего увеличилась по сравнению с К и средняя масса растений на 124,5-174,3%. Вместе с тем к концу эксперимента во всех опытных вариантах наблюдались пожелтение и суховершинность листьев, отсутствие тургора, полегание побегов, что, судя по литературным дан-
Гибель клеток в корнях овса
ным, свидетельствует об обезвоживании и хлорозе растений под действием солевого стресса [6]. Количество и длина корней оставались более низкими по сравнению с К на 31,9-36,06 и 63,7-85,2% соответственно (Р < 0,05-0,001).
Таким образом, при совместном действии нефти и соли, лимитирующее действие на рост овса оказывает соль. Нефть может выступать как источник азота и других питательных веществ для растений, нивелируя замедление поступления питательных элементов, возникающее при солевом стрессе [6].
Несмотря на усиленный рост листьев в опытных вариантах их функциональная активность была угнетена. Содержание пигментов фотосинтеза в листьях овса на 15-е сут. эксперимента было снижено против контрольных значений на 54,182,8% (хлорофилла «а»), 74,4-89,3% (хлорофилла «б»), 54,5-81,8% (кароти-ноиды) (рис. 7А). При удлинении срока воздействия до 20 сут. разница с контролем в содержании пигментов сократилась, но осталась достаточно высокой: хлорофилл «а» — 30,7-32,4%, хлорофилл «б» — 57,2-70,4%, каротиноиды — 30,1-52,4% (рис. 7Б). К 20-м сут. сильнее проявился эффект совместного действия соли и нефти в максимальной концентрации нефти (12,5 г/кг). Угнетение пигментной системы в опыте с нефтесолевым загрязнением на более раннем этапе развития свидетельствует о подавлении защитных систем растений в связи с существенным нарушением сопряженности вещественно-энергетических процессов.
В опытах с нефтью и солью отдельно показано, что мутагенным действием обладает нефть. При совместном действии нефти и соли частота хромосомных аберраций статистически достоверно отличалась от К лишь в максимальных концентрациях нефти 2,5 и 12,5 г/кг (рис. 8А). Это свидетельствует о сохранении мутагенного действия нефти на фоне солевого загрязнения. По сравнению с более низкими концентрациями в этих вариантах наблюдались множественные нарушения хромосом.
Таблица
при солевом загрязнении
Варианты опыта Число мертвых клеток, % Число хромосомных аберраций, %
5 сут. 10 сут. 15 сут. 5 сут. 10 сут. 15 сут.
К 3,2 3,5 3,2 100,0 100,0 100,0
0,05 г/л 7,2 8,5* 10,1* 126,0 126,0 100,0
0,25 г/л 13,2* 10,8* 16,1** 152,0 126,0 126,0
1,25 г/л 16,2** 19,4** 29,5** 194,0* 152,0 126,0
5,0 г/л 24,1** 27,1** 36,0*** 194,0* 152,0 152,0
Примечание. Живые и мертвые клетки n = 3000, хромосомные аберрации n = 110.
% к К
200 150 -100 -50 0
0,1 0,5
Длина листьев
2,5 12,5 Длина корней
0,1 0,5 2,5 12,5 г/кг
Количество корней Масса
Рис. 6. Средние морфометрические показатели овса при нефтесолевом загрязнении на 15-е (А) и 20-е (Б) сут. по отношению к К, принятому за 100%
105 90 75
% к К 60 45 30 15 0
0,1 0,5 ^^ Хлорофилл "А"
2,5 12,5 0,1
—■—Хлорофилл "Б"
0,5 2,5 12,5 г/кг Каротиноиды
Рис 7. Среднее содержание пигментов фотосинтеза в листьях овса при нефтесолевом загрязнении на 15-е (А) и 20-е (Б) сут.
250 200 150 100 50 0
А
К
0,1 0,5
—5 сутки
2,5 12,5 г/кг 20 сутки
1000 800 -600 -400 -200 -0
0,1 0,5 5 сутки
2,5 12,5 г/кг 20 сутки
Рис. 8. Хромосомные аберрации (А) и гибель клеток (Б) в корнях овса при нефтесолевом загрязнении на 5-е и 20-е сут.
Гибель клеток в корнях овса во всех концентрациях нефти на фоне солевого загрязнения превышала контрольные значения в 3,5-7,7 раза (рис. 8Б), что свидетельствует о губительном действии как соли, так и нефти на жизнеспособность клеток корней. Причем количество погибших клеток четко коррелировало с концентрацией нефти в почве.
Заключение
Таким образом, выполненные исследования показали, что нефть в минимальных концентрациях стимулирует рост листьев и корней овса в течение 5 сут. и содержание пигментов фотосинтеза во всех опытных вариантах до 10 сут., хотя частота ХА и количество мертвых клеток в корнях увеличиваются с ростом концен-
траций нефти. Солевое загрязнение в диапазоне от 0,05 до 5,0 г/л оказывает угнетающее действие на рост растений и их функциональную активность. Нефтесо-левое загрязнение верхового торфа в еще большей степени угнетает корневую систему, подавляет фотосинтез, вызывает гибель клеток в корнях во всем диапазоне исследуемых концентраций и нарушение хромосом при значительных концентрациях нефти (2,5 г/кг и выше).
Библиографический список
1. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов / Н.П. Солнцева. - М.: Изд-во МГУ, 1998. - 376 с.
2. Радюкина Н.Л. Гомеостаз полиаминов и антиоксидантные системы корней и листьев Plantago major при солевом стрессе / Н.Л. Радюкина, С. Мапелли, Ю.В. Иванов, А.В. Карташов, И. Брам-
билла / / Физиология растений. — 2009. — Т. 56. — № 3. — С. 359-368.
3. Чижов Б.Е. Лесная рекультивация шламовых амбаров / Б.Е. Чижов, А.И. Захаров, Г.А. Гаркунов // Леса и лесное хозяйство Западной Сибири. — Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2006. — Вып. 7. — С. 201-213.
4. Временное методическое руководство по нормированию уровней содержания химических веществ в донных отложениях поверхностных водных объектов (на примере нефти). — М.: РЭФИА, НИА-Природа, 2002. — 134 с.
5. Лакин Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. — М.: Высшая школа, 1980. — 344 с.
6. Яо Ц. Влияние солевого стресса на экспрессию в корнях томата генов транспорта и ассимиляции нитратов / Ц. Яо, И.М. Ши, В.Ф. Су // Физиология растений. — 2008. — Т. 55. — № 2. — С. 235-261.
+ + +
