Размещено на http://www.allbest.ru/

О КОМБИНИРОВАННОМ ДЕЙСТВИИ АЛЮМИНИЯ И ЖЕЛЕЗА НА ПРОРОСТКИ ЯЧМЕНЯ И ПШЕНИЦЫ

Н.В. АМОСОВА, Б.И. СЫНЗЫНЫС

Исследовали раздельное и комбинированное действие хлоридов алюминия и железа в водных растворах на проростки ячменя и пшеницы. Оценивали фито- и генотоксическое действие хлорида алюминия на проростки ячменя. Обсуждается механизм антагонистического эффекта при комбинированном действии алюминия и железа.

Стремление сельскохозяйственного производства получить максимальный урожай приводит к быстрому загрязнению окружающей среды такими химикатами, как кадмий, свинец, мышьяк, и их метаболитами (1). Однако существуют металлы (алюминий и железо), содержащиеся в почве в большом количестве, отрицательное влияние которых обусловлено подвижностью ионов. В результате длительного воздействия на почву кислотных осадков содержание и распределение по профилю соединений железа и алюминия изменяются. Эти процессы связаны как с закономерностями миграции железо- и алюмогумусовых комплексов, так и собственно с трансформацией гидроокисных соединений и алюмосиликатов (2). хлорид алюминий ячмень пшеница

Подвижные формы железа по мере усиления кислотной нагрузки прогрессивно накапливаются в верхних горизонтах почвы; их содержание может увеличиваться в 3-5 раз. Аналогичные закономерности характерны для трансформации соединений алюминия, подвижные формы которого оказывают токсическое воздействие на корневую систему растений (2). Показано, что при повышении кислотности почвы концентрация алюминия и железа в почвенном растворе (ионы и органоминеральные комплексы) составляет соответственно 0,5 и 0,3 мг/л, в результате чего усиливается токсическое воздействие этих элементов (2, 3). Биота в тех или иных экосистемах или промышленных регионах испытывает комбинированное воздействие железа и алюминия, поэтому представляло интерес выяснить взаимодействие последних в почвенном растворе, что и явилось целью нашей работы.

Методика. Мы использовали растворы FeCl₃6Н₂О и AlCl₃6Н₂О; концентрация ионов Fe³⁺ и Al³⁺ составляла соответственно 0,3 и 0,5 мг/л, рН 5,0. Для определения комбинированного действия металлов семена ячменя сорта Турынгил (n = 100) помещали в чашки Петри и проращивали в исследуемых растворах в термостате при температуре 25 ^оС в темноте в течение 3 сут, после чего определяли энергию прорастания (%) как при раздельном, так и при комбинированном действии хлоридов железа и алюминия.

Для оценки фитотоксического действия ионов Fe³⁺ и Al³⁺ использовали отрезки колеоптилей пшеницы, так как колеоптили ячменя являются неудобным объектом для выявления действия тяжелых и токсичных металлов на процессы растяжения клеток (4). Этот биотест был специально разработан для анализа загрязнения почвы и успешно применялся для определения фитотоксического действия ионов алюминия, железа, кобальта и никеля (3-5).

Для оценки генотоксического действия металлов семена ячменя проращивали в растворах солей в течение 2 сут, после чего корешки, достигшие длины 5-10 мм, фиксировали в ацетоуксусном спирте и окрашивали ацетокармином. Давленые препараты просматривали под микроскопом при увеличении 400, подсчитывая митотический индекс (МИ) и частоту аберрантных клеток; в контроле семена проращивали в дистиллированной воде; повторность опытов 5-кратная.

Статистическую обработку данных проводили стандартными методами; достоверность различий определяли по коэффициенту Стьюдента (6).

Результаты. Энергия прорастания семян ячменя незначительно повышалась при действии ионов Fe³⁺ по сравнению с контролем -- соответственно 82,1 и 76,8 % (различие недостоверно). Под влиянием ионов Al³⁺ и при комбинированном воздействии элементов наблюдалось уменьшение энергии прорастания -- соответственно 50,8 и 61,8 %, однако в последнем случае различия были недостоверными.

В растворах хлоридов железа и алюминия МИ клеток корневой меристемы ячменя составлял соответственно 8,3 и 6,5 %, что достоверно отличалось от такового в контроле -- 9,3 %. При комбинированном действии железа и алюминия МИ равнялся 7,7 %, что свидетельствует о конкурентном действии ионов этих элементов. Частота хромосомных аберраций в клетках меристемы корешков проростков ячменя под влиянием ионов Al³⁺ возрастала в 2,5 раза; при действии ионов Fe³⁺ оставалась на уровне контроля (рис.).

Частота хромосомных аберраций (%) в клетках меристемы корней проростков ячменя при действии растворов, содержащих хлориды металлов в концентрации, равной 1 ПДК для питьевой воды: I, II, III и IV -- соответственно контроль, Fe³⁺, Al³⁺ и Fe³⁺+Al³⁺

При комбинированном воздействии ионов Fe³⁺ и Al³⁺ частота аберраций в клетках меристемы уменьшалась в 1,3 раза по сравнению с таковой в растворе, содержащем только ионы Al³⁺. Ионы Fe³⁺ подавляли рост отрезков колеоптилей пшеницы: 2,4 мм против 3,1 мм в контроле (разница недостоверна). Под влиянием ионов Al³⁺ прирост отрезков колеоптилей достоверно уменьшался в 3 раза, а при комбинированном действии ионов Fe³⁺ и Al³⁺ составлял 1,62 мм.

Итак, фитотоксическое действие ионов Al³⁺ в присутствии ионов Fe³⁺ уменьшается. О механизме этого явления пока можно высказать только предположения. Во-первых, в клетках корней ячменя при действии ионов Fe³⁺, возможно, индуцируется синтез белков, аналогичных трансферрину или лактоферрину у животных. Эти белки могут связываться с ионами Al³⁺, делая их неактивными и не влияющими на процессы деления клеток меристемы. Во-вторых, ионы Fe³⁺, вероятно, индуцируют образование в клетках органических кислот, которые связывают свободный алюминий как в прикорневой зоне, так и межклеточном или внутриклеточном пространстве корней ячменя (7). В-третьих, ионы Fe³⁺, проникая в клетки корней ячменя, могут индуцировать в них синтез белков-фитохелатинов, некоторые из которых так же, как и аналоги ферритина, связываются с ионами Al³⁺, делая их функционально неактивными, подобно тому, как это наблюдается у растений, предварительно подвергнутых -облучению (8). Возможны и другие объяснения этого феномена. Так или иначе рассматриваемые механизмы обеспечивают защиту растений от губительного действия ионов алюминия.

Литература

1. Б е с п я т ы х С. Агроэкологический мониторинг в интенсивном земледелии. Химизация сельского хозяйства, 1991, 7: 107-110.

2. О р л о в С.Д., В а с и л ь е в с к а я В.Д. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв. М., 1994.

3. С ы н з ы н ы с Б.И., Б у л а н о в а Н.В., К о з ь м и н Г.В. О фито- и генотоксическом действии алюминия на проростки пшеницы. С.-х. биол., 2002, 1: 104-109.

4. Методические указания «МВИ интегрального уровня загрязнения почвы техногенных районов методом биотестирования». РД 52.18.344-58. Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. М., 1993.

5. А м о с о в а Н.В., Т а з и н а И.А., С ы н з ы н ы с Б.И. Фито- и генотоксическое действие ионов железа, кобальта, никеля на физиологические показатели различных видов растений. С.-х. биол., 2003, 5: 49-54.

6. У р б а х В.Ю. Биометрические методы. М., 1964.

7. С ы н з ы н ы с Б.И., Н и к о л а е в а О.Н., З у х л я д а Н.Н. Роль органических кислот в снижении фитотоксического действия алюминия на некоторые сорта российских пшениц. Вест. РАСХН, 2004, 3: 42-45.

8. Д а н и л и н а И.А., Д и к а р е в В.Г., Г е р а с ь к и н С.А. -Излучение увеличивает синтез фитохелатинов в проростках ярового ячменя. Сер. Радиационная биология. Радиоэкология, 2004, 44, 1: 91-94.

Annotation

ABOUT COMPLEX ACTION BY ALUMINIUM AND IRON IONS ON BARLEY AND WHEAT SEEDLINGS

N.V. Amosova, B.I. Synzynys

The authors investigated the individual and the complex action of aluminium chloride and iron chloride on barley and wheat seedlings in water solutions. The phyto- and genotoxic action of aluminium chloride on barley seedlings were estimated. It was shown, that phytotoxic action of Al³⁺ is reducing in the presence of Fe³⁺. The mechanism of antagonistic effect during the complex action of aluminium and iron ions is discussed.

Размещено на Allbest.ru