Оценка биологического поглощения железа некоторыми представителями культурной флоры в условиях полевого опыта
Введение
В современном мире проблема загрязнения окружающей среды играет далеко не последнюю роль в биоэкологии. Из большого числа разнообразных химических веществ, поступающих в окружающую среду из антропогенных источников, особое место занимают тяжелые металлы (ТМ). Высокие концентрации ТМ могут оказывать негативное воздействие на живые организмы и представляют опасность для здоровья человека. Кроме того тяжелые металлы быстро накапливаются в почве и очень долгое время из нее удаляются.
К тяжелым металлам относят свыше сорока химических элементов с атомными массами, превышающими 50 атомных единиц, или химические элементы с удельным весом выше 〖5 г/см〗^3.
Хозяйственная деятельность человека приводит к загрязнению ТМ всех компонентов окружающей среды: воздуха, воды, почв. В почвах тяжелые металлы находятся в разной степени доступности для растений. Повышение концентрации тяжелых металлов в почвах в результате техногенного загрязнения ведет к негативным последствиям в сельскохозяйственных экосистемах: потерям урожая, ухудшается качество сельхозяйственной продукции, снижается микробиологическая активность почв.
В сельскохозяйственном производстве важно использование устойчивых к техногенным нагрузкам сортов сельскохозяйственных культур. В связи с этим возникает ряд научных и организационных задач: изучить культурные растения и выделить среди них доноры, обладающие эффективным поглощением и утилизацией элементов питания, такие растения должны накапливать минимальное количество экотоксикантов в товарной части урожая; выявить биологические особенности сортов растений, способных накапливать максимальное и минимальное количество токсикантов.
Оренбургская область является южным регионом России, проблема изучения загрязнения окружающей среды для которого весьма актуальна. В настоящее время нет достаточно точных данных о содержании и уровне накопления ТМ, в частности железа, в почвах и растениях урбанизированных территорий. Улучшение экологической обстановки на урбанизированных территориях не только Оренбургской области, но и самого Оренбурга, является важной задачей биоэкологии.
Содержание
Введение 10
1 Биологическое поглощение тяжелых металлов растениями 12
1.1 Поглощение тяжелых металлов корнями растений 16
1.2 Транспорт тяжелых металлов по растению 18
1.3 Оценка поглощения железа культурными растениями 20
2 Методы и объекты исследования 30
2.1 Физико-географическая характеристика района 30
2.2 Объект исследования 32
2.2 Методы исследования 34
2.2.1 Сжигание (озоление) растительного материала 34
2.2.2 Определение железа в образцах растений 37
3 Определение содержания железа в образцах растений 39
3.1 Интенсивность накопления железа Raphanus sativus после внесения ионной формы ТМ 39
3.2 Интенсивность накопления железа Raphanus sativus после внесения наноформы ТМ 40
3.3 Интенсивность накопления железа Lepidium sativum L. после внесения ионной формы ТМ 41
3.4 Интенсивность накопления железа Lepidium sativum L. после внесения наноформы 41
Заключение 44
Список использованных источников 45
Список использованных источников
1. Оконешникова А.В. Загрязнение почв и воздуха отходами производства / А. В. Оконешникова, Л. В. Сокорутова, А. Г. Ларионова, Л. И. Григорьева. - Sciences of Europe. 2017. - 28 с.
2. Казакова Н. А. Загрязнение почвы тяжелыми металлами / Н. Я. Казакова. – Ульяновск: Вестник Ульяновской ГСХА, 2009. - 29
3. Анисимова В. С. Оценка миграционной способности и фитотоксичности Zn в системе почва-растение / В. С. Анисимов, Н. И. Санжарова, Л. Н. Анисимова [и др.]. – Москва: Агрохимия. – 2013. – 64 с.
4. Опекунова М.Г. Биоиндикация загрязнений: учеб. пособие. / М. Г. Опекунова. - СПб.: СПбГУ, 2016. - 299 с.
5. Копылова Л. В. Накопление тяжелых металлов в древесных растениях на урбанизированных территориях восточного Забайкалья / Л. В.
6. Овчинникова Т.В., Косенкова Н.А. Техногенное загрязнение почв // Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2011. №1 (2). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnogennoe-zagryaznenie-pochv (дата обращения: 01.12.2021). 72
7. Оценка миграционной способности и фитотоксичности Zn в системе почва-растение / В. С. Анисимов, Н. И. Санжарова, Л. Н. Анисимова [и др.] // Агрохимия. – 2013. – № 1. – С. 64-74
8. ОСОБЕННОСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ И МИГРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНАХ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕГО ПРИОБЬЯ
9. Мартьянычев, А. В. Применение фиторемедиации почв для очистки земель сельскохозяйственного назначения / А. В. Мартьянычев // Вестник НГИЭИ. – 2012. – № 10(17). – С. 56-63.
10. Гладков Евгений Александрович, Гладкова Ольга Викторовна Экобиогеотехнологические подходы для повышения коэффициента биологического поглощения растений в фиторемедиации // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2019. №4. 32
11. Байбеков, Р. Ф. Фиторемедиационная способность культурных и декоративных растений при комплексном загрязнении почв тяжёлыми металлами / Р. Ф. Байбеков, Н. Ф. Ганжара, М. В. Злобина // Плодородие. – 2010. – № 5(56). – С. 42-43.
12. Исследование способности вейника наземного аккумулировать тяжелые металлы с целью разработки технологии фиторемедиации
13. https://studopedia.ru/
14. Морозова Мария Андреевна Фиторемедиация как метод очистки почв // Academy. 2018. №6 (33). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/fitoremediatsiya-kak-metod-ochistki-pochv (дата обращения: 01.12.2021). 104
15. Геологический словарь: в 2-х томах. М.: Недра. Х.А. Арсланова, М.Н. Голубчина, А.Д. Искандерова и др.; Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978.
16. Морозова Мария Андреевна Фиторемедиация как метод очистки почв // Academy. 2018. №6 (33). 104 с.
17. https://floragrowing.com/ru
18. ГИСТОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И СТРОНЦИЯ В ТКАНЯХ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ © 2011 г. И. В. Серегин, А. Д. Кожевников
19. Emamverdian A, Ding Y, Mokhberdoran F, Xie Y. Heavy metal stress and some mechanisms of plant defense response. ScientificWorldJournal. 2015;2015:756120. doi: 10.1155/2015/756120. 18 с.).
20. Hell, R., and Stephan, U. W. (2003). Iron uptake, trafficking and homeostasis in plants. Planta 216, 541–551 с.).
21. Яппаров А.Х., Дегтярева И.А., Хидиятуллина А.Я. Комплексный подход к рекультивации нефтезагрязненных почв // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 1. С. 34
22. Оценка уровня загрязнения почв тяжёлыми металлами и интенсивность поглощения их древесными растениями1
23. Ву Вьет ЗунгРОЛЬ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ В МЕХАНИЗМАХ УСТОЙЧИВОСТИРАСТЕНИЙ АМАРАНТА К ДЕЙСТВИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Диссертацияна соискание ученой степени кандидата биологических наукНаучный руководитель:Осмоловская Н.Г., к.б.н., с.н.с.Санкт-Петербург2018
24. Титов А. Ф., Казнина Н. М., Таланова В. В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с.
25. КАЗНИНА Наталья Мстиславовна ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ И МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ СЕМЕЙСТВА POACEAE К ТЯЖЕЛЫМ МЕТАЛЛАМ Петрозаводск – 2016
26. Валиев Р.Ш., Ольшанская Л.Н. Некоторые физиологические аспекты фитоэкстракции тяжелых металлов // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2016. №1. 30c.
27. Ducic, Tanja and Polle, AndreaTransport and detoxification of manganese and copper in plants. Brazilian Journal of Plant Physiology [online]. 2005, v. 17, n. 1 [Accessed 4 December 2021] , pp. 103-112.
28. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 150 с
29. Титов А. Ф., Таланова В. В., Казнина Н. М. Физиологические основы устойчивости растений к тяжелым металлам: учебное пособие; Институт биологии КарНЦ РАН. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. 77 с
30. Clemens S. (2006) Toxic metal accumulation, responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants. Biochimie, 88, 1707-1719
31. Мейчик Н. Р., Ермаков И. П., Прокопьева О. С. Диффузия органического катиона в клеточных стенках корня // Биохимия. 2003. Т. 68, № 1. С. 926-940.
32. Lux, Alexander & Sottníková, Anna & Opatrná, Jana & Greger, Maria. (2004). Differences in structure of adventitious roots in Salix clones with contrasting characteristics of cadmium accumulation and sensitivity. Physiologia plantarum. 120. 537-545.
33. Wong CKE, Cobbett CS. HMA P-type ATPases are the major mechanism for root-to-shoot Cd translocation in Arabidopsis thaliana. New Phytol. 2009;181(1):71-78.
34. Harris, N.S., Taylor, G.J. Cadmium uptake and translocation in seedlings of near isogenic lines of durum wheat that differ in grain cadmium accumulation. BMC Plant Biol 4, 4 (2004).
35. Rout, Gyana. (2015). Role of iron in plant growth and metabolism. Reviews in Agricultural Sciences. 3. 1-2. 10.7831/ras.3.1.
36. Иванищев Виктор Васильевич. "Проблемы проникновения железа в растения" Известия Тульского государственного университета. Естественные науки, no. 3, 2019, pp. 139-148.
37. Ветрова О.А., Кузнецов М.Н., Леоничева Е.В., Мотылева С.М., and Мертвищева М.Е.. "Накопление тяжелых металлов в органах земляники садовой в условиях техногенного загрязнения" Сельскохозяйственная биология, no. 5, 2014, pp. 113-119.
38. КОПЫЛОВА ЛЮБОВЬ ВИКТОРОВНАНАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЯХ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата биологических наукУлан-Удэ2012
39. ДОСТУПНОСТЬ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВЕ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ В.В. Иванищев
40. Кузнецова Татьяна Юрьевна, Ветчинникова Лидия Васильевна, and Титов Александр Федорович. "Аккумуляция тяжелых металлов в различных органах и тканях березы в зависимости от условий произрастания" Труды Карельского научного центра Российской академии наук, no. 1, 2015, pp. 86-94.
41. Кондратенко Е.П., Константинова О.Б., Соболева О.М., Ижмулкина Е.А., and Вербицкая Н.В.. "Оценка уровня накопления макро- и микроэлементов зерном озимых культур, выращенных на юго-востоке Западной Сибири" Достижения науки и техники АПК, vol. 29, no. 6, 2015, pp. 18-20.
42. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ НЕКОТОРЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ СЕМЕЙСТВА ROSACEAE JUSS. А.Н. Мялик, М.М. Дашкевич, О.А. Галуц Полесский аграрно-экологический институт НАН Беларуси, г. Брест, Беларусь, 95 с.
43. Калдыбаев, Б. К. Содержание некоторых микроэлементов в дикорастущих и культурных растениях Прииссыккулья / Б. К. Калдыбаев // Известия ВУЗов (Кыргызстан). – 2010. – № 3. – С. 114-120.
44. Добруцкая .Е., Ушаков .В., Ушакова .О. Химические элементы в овощных растениях. Овощи России. 2008;(1-2):57-60
45. Бекузарова, С. А. Биодиагностика токсичности почвы / С. А. Бекузарова, В. И. Гасиев, О. П. Козаева // Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем : Материалы ХIV Всероссийской научно-практической конференции c международным участием, Киров, 05–08 декабря 2016 года. – Киров: ООО "Издательство "Радуга-ПРЕСС", 2016. – С. 335-338.
46. Казакова Н.А.. "Загрязнение почвы тяжелыми металлами" Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии, no. 1 (8), 2009, pp. 29-31.
47. Гладков Евгений Александрович, Гладкова Ольга Викторовна Экобиогеотехнологические подходы для повышения коэффициента биологического поглощения растений в фиторемедиации // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2019. 32
48. Маджугина, Ю. Г. Растения полигонов захоронения бытовых отходов мегаполисов как перспективные виды для фиторемедиации / Ю. Г. Маджугина, В. В. Кузнецов, Н. И. Шевякова // Физиология растений. – 2008. – Т. 55. – № 3. – С. 453-463.
49. Чернышенко Оксана Васильевна Особенности использования поглотительной способности древесных растений в современных фитотехнологиях // Вестник МГУЛ – Лесной вестник. 2018. №4. URL: 92
50. Glass D.J. U.S. and International Markets for Phytoremediation, 1999-2000. Needham, Mass: D. Glass Associates Inc., 1999. 532 с.
51. Копцик, Г. Н. Проблемы и перспективы фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) / Г. Н. Копцик // Почвоведение. – 2014.
52. https://infopedia.su
53. Квеситадзе Г.И. Экологический потенциал высших растений / Г.И. Квеситадзе, З.Г. Евстигнеев; отв. ред. В.О. Попов; Ин-т биохимии им. А.Н. Баха. - М.: Наука, 2005. - 18 с.
54. Проценко Елена Петровна, Неведров Николай Петрович, Зубкова Татьяна Александровна Селективная фиторемедиация почв Курской области // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2017. №2. 32
55. Гладков Евгений Александрович, Гладкова Ольга Викторовна Экобиогеотехнологические подходы для повышения коэффициента биологического поглощения растений в фиторемедиации // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2019. 32
56. Байбеков, Р. Ф. Фиторемедиационная способность культурных и декоративных растений при комплексном загрязнении почв тяжёлыми металлами / Р. Ф. Байбеков, Н. Ф. Ганжара, М. В. Злобина // Плодородие. – 2010. – № 5(56). – С. 42-43
57. Морозова, М. А. Фиторемедиация как метод очистки почв / М. А. Морозова // Academy. – 2018. – Т. 1. – № 6(33). – С. 104-106.
58. Dushenkov S., Kapulnik Y., Blaylock M., Sorochinsky B., Raskin I., Ensley B. Phytoremediation: a novel approach to an old problem // Global Environmental Biotechnology. Amsterdam: Elsevier Science B.V., 1997. P. 563–572.
59. Ghosh, M. A review on phytoremediation of heavy metals and utilization of its byproducts / M. Ghosh, S. P. Singh // Applied Ecology and Environmental Research. - 2005. - V. 3 (1). - P. 1-18
60. Huang X.D., El-Alawi Y., Gurska J., Glick B.R., Greenberg B.M. A multi-process phytoremediation system for decontamination of persistent total petroleum hydrocarbons.
61. Наумова Р. П. Предварительная оценка потенциала фиторемедиации твердых химических отходов / Р.П. Наумова, В.Н. Кудряшов, Т.В. Григорьева, Р.Р. Гафуров, И.Р. Мухаметшин, Р.Х. Хузаянов, А.А. Несмелов. – Казань.- 2008. – 155 с.
В первый период озоления происходит сухая перегонка вещества, и внутренняя поверхность чашки покрывается темно-коричневым налетом. Если с самого начала проводить озоление при высокой температуре, то из-за быстрого выделения продуктов перегонки могут произойти механические потери пробы. Кроме того, часть фосфора, входящего в состав фосфатных солей, образующихся при озолении, может в присутствии угля и при высокой температуре восстанавливаться до свободного фосфора и испаряться. При медленном и постепенном повышении температуры темный налет на чашке исчезает, а зола становится светлее. Нагревание золы при температурах выше 500°C не рекомендуется, поскольку в дополнение к частичной потере фосфора, калия и натрия в этих условиях могут образовываться труднорастворимые соединения. Если зола содержит большое количество кремниевых и фосфорнокислых солей (например, зола от соломы и семян злаков), то эти соли могут обволакивать частицы, которые еще не сгорели, и тем самым препятствовать их полному озолению. В этом случае чашку охлаждают, в нее осторожно наливают небольшое количество дистиллированной воды или разбавленной перекиси водорода (в этом случае растворяются соли и всплывают углистые частицы), содержимое чаши высушивают и чашу ставят обратно в муфель. После того как тигли перестанут дымиться, их вынимают и охлаждают на воздухе. Затем в каждый тигель добавляют 6-8 капель концентрированной азотной кислоты или 30%-ного пергидроля, или 10%-ного раствора азотнокислого аммония. Тигли, теперь уже без крышек, снова помещают в муфель, нагретый до 80-100°C. Через 10 минут, когда добавленный окислитель испарится, нагрев муфеля увеличивают до темно-красного каления, дверцу закрывают и тигли выдерживают при этой температуре в течение 30 минут. Если полного сгорания не происходит, окислитель снова добавляют в охлажденные тигли, выпаривают и прокаливают. После полного сгорания цвет золы должен быть светло-серым, почти белым. Если материал содержит много железа, зола становится красно-коричневой; ее зеленоватый цвет указывает на присутствие марганца. При озолении в тиглях без крышек первый период озоление проводят с еще большей осторожностью (увеличивать нагрев муфеля нужно еще более постепенно).