Загрязнение атмосферного воздуха, почв и растений тяжелыми металлами в крупных промышленных городах и их окрестностях стало одной из наиболее актуальных экологических проблем современности. В настоящее время с увеличением техногенного производства эти вещества стали основными причинами увеличивающейся экологической опасности для здоровья людей, так как происходит масштабное загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. Поступление тяжелых металлов в растения обусловлено множеством факторов, важнейшими из которых являются свойства почв и динамика почвенных процессов, педохимия металлов, состояние и трансформация их соединений, физиологические особенности растений. Сопоставляя содержание тяжелых металлов в почвах и фитомассе техногенных зон городов, можно сделать вывод о том, что повышенному содержанию металлов в почвах соответствует их повышенное содержание и в растениях.
Токсическое действие металлов на растения проявляется в угнетении роста, снижении биологической продуктивности, хлорозах, некрозах и др. При атмосферном загрязнении металлами могут наблюдаться морфологические изменения у растений: мелколистность, морщинистость, искривление листовых пластинок, сокращение междоузлий. Большие концентрации металлов в почвах угнетают рост корней, препятствуют прорастанию семян и выживанию сеянцев и саженцев растений.
Растения не только поглощают металлы техногенного происхождения, но также способны депонировать значительные количества металлов в фитомассе и, тем самым, временно выводить металлы из круговорота веществ в окружающей среде. Анализ литературных данных показал, что вопрос о биоаккумуляции тяжелых металлов растениями недостаточно изучен. Это обстоятельство и определяет необходимость проведения дальнейших исследований, в которых приоритетным является определение видов растений, устойчивых к комплексу негативных факторов окружающей среды, в том числе к загрязнению тяжелыми металлами, а также растений обладающих наиболее высокой чувствительностью к этого рода загрязнителям, способных, в связи с этим, быть тестовыми объектами для индикации загрязнения окружающей среды.
Цель работы – изучение влияния солей тяжелых металлов на рост и развитие растений. В качестве химических объектов для исследования использованы соли тяжелых металлов (свинца, цинка и меди). В процессе исследований проводили оценку всхожести семян и развития проростков пшеницы, а также оценку прорастания и развития лука репчатого на водных растворах солей тяжелых металлов различных концентраций.
В качестве биологических объектов для исследований использованы семена пшеницы (Triticum L.) и луковицы лука репчатого (Allium cepa L.).
В качестве среды для проращивания семян пшеницы и луковиц лука репчатого использовали водные растворы солей: нитрата свинца в концентрациях – 0,0002 М, 0,002 М, 0,002 М, 0,01 М, 0,02 М, 0,03 М; сульфата цинка в концентрациях – 0,005 М, 0,025 М, 0,05 М, 0,075 М; сульфата меди в концентрациях – 0,01 М, 0,02 М, 0,04 М, 0,08 М. Концентрации солей тяжелых металлов указаны в молях, в пересчете на катионы.
В качестве контрольной среды использовали водопроводную воду.
В процессе исследования на проростках пшеницы учитывали: число проростков (в штуках), высоту побегов (в сантиметрах) по дням наблюдений на всех использованных концентрациях водных растворов тяжелых металлов.
У проращиваемых луковиц определяли: число проросших луковиц, в шт.; число корешков, в шт.; длину корешков, в см; число луковиц с побегами, в шт.; число побегов, в шт.; высоту побегов, в см, на всех использованных концентрациях водных растворов тяжелых металлов по дням наблюдений.
В результате проведенных исследований установлено, что зерна пшеницы дали проростки на пяти концентрациях нитрата свинца, на четырех концентрациях сульфата цинка и только на двух концентрациях сульфата меди. Число проростков и их высота на растворах тяжелых металлов существенно меньше, чем на контрольной среде.
В результате проведенных исследований установлено, что луковицы лука репчатого проросли только на одной концентрации нитрата свинца, а на растворах сульфата цинка и сульфата меди луковицы с корешками и проростками отсутствуют. В то время как на контрольной среде наблюдается активное развитие, как корневой системы, так и побегов.
В целом по результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
- Использованные растворы солей тяжелых металлов оказывают негативное влияние на всхожесть семян, рост и развитие проростков пшеницы, а также на прорастание луковиц, развитие их корневой системы и побегов у лука репчатого. Степень негативного воздействия усиливается по мере увеличения концентрации использованных растворов.
- Наиболее чувствительным к солям тяжелых металлов из используемых объектов является лук репчатый, что позволяет его рекомендовать в качестве тестового объекта для индикации загрязнения окружающей среды.
- Менее чувствительной к солям тяжелых металлов из используемых объектов является пшеница, что позволяет ее рекомендовать в качестве биоаккумулятора соединений тяжелых металлов с целью их депонирования и вывода из окружающей среды обитания растений, животных и человека.
Библиографический список
- Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе «почва–растение». – Новосибирск: Наука, 1991. – 151 с.
- Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. – М.: Мир, 1989. – 439 с.
- Овчаренко М. М., Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в агроэкосистемах. – М.: Изд-во МГУ, 2008. – 278 с.
- Чиркова Т. В. Физиологические основы устойчивости растений к тяжелым металлам. – СПб.: Изд-во СПбГУ, 2002. – 208 с.