Известно, что сильно действующий фактор внешней среды, способный вызвать повреждение или привести к гибели живого организма, называют стрессовым фактором или стрессором. Стрессовые факторы окружающей среды классифицируются как биотические и абиотические. К биотическим стресс-факторам относятся патогенные (болезнетворные) микроорганизмы. Абиотические факторы включают температуру (низкую и высокую), воду (дефицит и излишек), радиацию, ветер, давление, магнитные и электрические явления, ионы солей, тяжёлые металлы, газы, гербициды, инсектициды и другие химикаты [8, 9]. В планетарном масштабе отходы промышленных предприятий, применение в сельском хозяйстве химических удобрений, средств борьбы с болезнями и вредителями растений, и выхлопы автомобильных газов являются основными загрязняющими факторами, которые угнетающе действуют на жизнедеятельность всех живых организмов.
Во многих странах земного шара сельскохозяйственное производство имеет значительные потери от почвенного засоления и наличия в почвах токсических количеств тяжёлых металлов.
Почвенное засоление, в целом, представлено тремя типами: хлоридно-сульфатным, сульфатно-хлоридным и содовым. Анализ многочисленных работ советских и зарубежных исследователей показывает, что солевой стресс приводит к дискоординации звеньев метаболизма и различных физиологических процессов между собой, в том числе, к разрушению единства гормональной системы и повышению чувствительности к экзогенным гормонам [1, 2, 3, 6, 7].
Тяжёлые металлы, после пестицидов, считаются наиболее токсичными и являются неотъемлемой частью биосферы. Тяжелые металлы (Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к микроэлементам – химическим элементам, которые присутствуют в живых организмах в низких концентрациях (тысячные доли процента и ниже) и принимают участие в их метаболизме. для всех живых организмов наиболее токсичными, даже в малых концентрациях, считаются алюминий (Al), кадмий (Cd), никель (Ni) и свинец (Pb). Токсическое действие этих тяжёлых металлов в растениях, связано с нарушениями большинства физиологических и биохимических процессов, таких как фотосинтез, дыхание, водный режим, рост и развитие. Установлено, что высокие концентрации свинца (> 800 мг/кг субстрата) и кадмия (> 400 мг/кг субстрата) приводят к существенному ингибированию скорости фотосинтеза и снижению содержания хлорофилла [10]. Биологическая роль Cd изучена очень слабо. Кадмий считается токсичным элементом для растений и основная причина токсичности связана с нарушением ферментативной активности. по данным Дж. Эмсли [5], кадмий – токсикант, канцероген, тератоген. Фитотоксичность кадмия проявляется в ингибирующем действии на активность фотосинтетического процесса, нарушении транспирации и фиксации СО2, изменении проницаемости клеточных мембран. Кадмий негативно влияет на рост и развитие растений.
Основа альтернативного земледелия – сокращение до разумного минимума внешнего антропогенного воздействия на агроэкосистему, создание максимума благоприятных предпосылок для полноценного использования её собственного потенциала. Этим целям соответствует органо-минеральное удобрение «Геопродин», полученное из перегнившего органического сырья, представляющего собой древесные отходы от деревообработки (лигнины), способом ультразвуковой диспергации в водной среде (ООО «СВЧ ЛАБ». Действующим веществом «Геопродина» являются гуминовые кислоты. «Геопродин» – активный биостимулятор всех процессов жизнедеятельности растительной флоры, а также предназначен для использования в области растениеводства для улучшения характеристик почвы, её оздоровления.
Целью настоящего исследования явилась оценка действия хлористого натрия, азотнокислого свинца, азотнокислого кадмия и удобрения «Геопродин» на синтез хлорофиллов (а+б) в листьях пшеницы (Triticum aestivum L.) в фазе кущения – начала выхода в трубку.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования служили 60 дневные растения пшеницы, выращенные в сосудах (10 кг дерново-подзолистой почвы). Опыты были заложены по следующим вариантам: 1. Контроль (без соли и тяжёлых металлов); 2. NaCl – 150 mM; 3. Pb(NO3)2 – 300 мг Pb/кг почвы; 4. Cd(NO3)2 – 12 мг Cd/кг почвы; 5. NaCl – 150 mM + Pb(NO3)2 – 300 мг Pb/кг почвы; 6. NaCl – 150 mM + Cd(NO3)2 – 12 мг Cd/кг почвы; 7. NaCl – 150 mM + «Геопродин»; 8. NaCl – 150 mM + Pb(NO3)2 – 300 мг Pb/кг почвы + «Геопродин»; 9. NaCl – 150 mM + Cd(NO3)2 – 12 мг Cd/кг почвы + «Геопродин». NaCl и соли тяжёлых металлов в указанных концентрациях вносили в почву сосудов за 3 дня до посадки семян пшеницы. Семена пшеницы перед посадкой замачивались в водном растворе «Геопродина», из расчёта 20 мл удобрения на 1 литр воды, в течение 3-х часов. В фазе кущения – начала выхода в трубку, проведена некорневая подкормка растений препаратом, из расчёта 2 литра рабочего раствора на 10 м2. Концентрацию хлорофиллов «а» и «б» определяли в спиртовой вытяжке с дальнейшим фотоэлектроколориметрированием на «ФЭК – 56», с красным светофильтром. Содержание хлорофилла (а+б), выраженное в мг/г сырой массы, рассчитывали по формуле: (СхV/1000) х Р, где С – концентрация хлорофилла (а+б), определяемая по колибровочной кривой; V – объём вытяжки; Р – навеска растительного материала [4].
Результаты исследования и их обсуждение
Анализы фотосинтетических пигментов в листьях пшеницы, по вариантам опыта, выполнены в фазе кущения – начала выхода в трубку, а результаты представлены в таблице. Действие хлористого натрия, азотнокислого свинца, азотнокислого кадмия и удобрения «Геопродин» на содержание суммы хлорофиллов (а +б) в листьях пшеницы в фазе кущения.
|
Варианты опыта |
Содержание хлорофиллов (а + б) в мг/г сырой массы |
|
1.Контроль (без соли и тяжёлых металлов) |
6,45 |
|
2. NaCl – 150 mM |
5,08 |
|
3. Pb(NO3)2 – 300 мг Pb/кг |
5,65 |
|
4. Cd(NO3)2 – 12 мг Cd/кг |
4,90 |
|
5. NaCl – 150 mM + Pb(NO3)2 – 300 мг Pb/кг |
4,47 |
|
6. NaCl- 150 mM + Cd(NO3)2 – 12 мг Cd/кг |
3,87 |
|
7. NaCl – 150 mM + «Геопродин» |
5,53 |
|
8. NaCl – 150 mM + Pb(NO3)2 – 300 мг Pb/кг + «Геопродин» |
4,84 |
|
9. NaCl- 150 mM + Cd(NO3)2 – 12 мг Cd/кг + «Геопродин» |
4,05 |
Представленные в таблице данные свидетельствуют о том, что хлористый натрий и тяжёлые металлы подавляют синтез хлорофиллов в листьях пшеницы. по степени подавления синтеза хлорофиллов действующие факторы располагаются следующим образом: азотнокислый кадмий, хлористый натрий, и азотнокислый свинец. При этом токсическое действие азотнокислого кадмия и хлористого натрия выше, чем азотнокислого свинца. Очевидно и то, что совместное применение соли и тяжёлых металлов (варианты 5 и 6) ещё более активно подавляют синтез хлорофиллов, и наибольшее подавление отмечено в случае совместного применения NaCl и Cd(NO3)2. В то же время, при совместном применении соли, тяжёлых металлов и «Геопродина», ингибирующее действие соли и тяжёлых металлов на синтез хлорофиллов несколько снижается, особенно, в варианте с применением соли, азотнокислого свинца и «Геопродина». на наш взгляд гуминовые кислоты удобрения «Геопродин» сваязывают ионы тяжёлых металлов и незначительно снижают их фитотоксичность. Таким образом, указанные в вариантах опытов концентрации NaCl и тяжёлых металлов приводят к снижению содержания хлорофиллов в листьях пшеницы и, как следствие, подавлению активности фотосинтетического процесса. В аналогичных условиях применение удобрения «Геопродин» несколько смягчает ингибирующее действие NaCl, Pb(NO3)2 и Cd(NO3)2 на синтез хлорофиллов в листьях пшеницы. В заключение отметим, что «Геопродин», являясь природным продуктом, не загрязняет почву и растения токсичными элементами, тем самым он безопасен для здоровья человека, что особенно важно в наше время, когда экологическая ситуация на нашей планете напряжена до предела.