Оренбургский государственный университет

Разработка новых подходов к снижению экологических рисков промышленного растениеводства через оптимизацию обмена токсических элементов в системе «почва — растение»

Проект № 23-76-10060

Руководитель — Федорова Д.Г.

Главной задачей проекта является проведение на принципиально новом уровне анализа влияния поступления тяжелых металлов (Cd, Pb) на анатомо-морфологические и физиолого-биохимические характеристики сельскохозяйственной масличной культуры Подсолнечник.

Выполнен эксперимент по изучению реакций растений Helianthus annuus L. сорта «Посейдон 625» на действие широкого диапазона концентраций кадмия (0,012, 0,024; 0,048; 0,096; 0,192; 0,384 мг/кг) и свинца (1,63; 3,26; 6,52; 13,04; 26,08; 52,16 мг/кг) в условиях смоделированной засухи.

Установлена концентрация осмотика, обеспечивающая лучшую дифференциацию проростков по степени прорастания семян - 7,4 % р-р сахарозы с осмотическим давлением на уровне 5 атм для моделирования условий засухи in vitro.

В сериях экспериментов по увеличению стрессирующего воздействия прослеживалось достоверное (при р<0,05) снижение общей оводненности и подвижной воды (ПВ). С увеличением действия стресс-факторов прослеживается достоверное (при р<0,05) снижение общей оводненности (ОВ) (засуха: 91,46 - 89,52%, ТМ: Cd - 92,84 - 89,77%, Pb - 92,84 - 89,39 %) проростков.

Выявлены диапазоны изменчивости показателей фотосинтетической системы подсолнечника в виде снижения фотосинтезирующей поверхности листа и содержания фотосинтетических пигментов (ФП) - хлорофилла Cl а, Cl b и каротиноидов (Car).

Установлены предельные концентрации металлов (Cd, Pb), на уровне которых отмечено значительное угнетение пигментов - для кадмия – 0,096 мг/кг, для свинца – 6,52 мг/кг. Установлено, что при одиночном влиянии металлов свинец оказался более токсичным для проростков, чем кадмий.

Площадь фотосинтезирующей поверхности (ПФП) при влиянии «металлического стресса» снижается при увеличении напряжения - максимальные значения не превышают 4,50 мг/см2 (в контроле 6,60 мг/см2).

Установлена взаимосвязь (p<0,05) параметров газообмена с общим содержанием пигментов в проростках. Увеличение напряженности от засухи достоверно снижало межклеточное содержимое диоксида углерода с 205 до 153 ммоль/моль, при этом наблюдалось снижение устьичной проводимости и интенсивности транспирации по сравнению с контролем на 40 %.

Продемонстрирована синхронная направленность работы низко- и высокомолекулярных антиоксидантов в ответ на ТМ. «Металлический» стресс, при достижении пороговых концентраций металлов, характеризуется уменьшением показателей каталазы (КАТ) в 2,0 (Рb) и 0,7 (Cd) раз в сравнении с одиночным влиянием металлов.

Согласно исследованиям жизнеспособности клеток концентрации кадмия 0,012 мг/кг и 0,024 мг/кг вызывали недостоверный рост показателя в среднем на 0,7 %, а дальнейшее увеличение дозы металла до максимальной обусловило снижение показателя до 83,6 %. Присутствие свинца только в дозах превышающих 3,62 мг/кг приводило к снижению показателя до 40 %.

Установлено, что в широком диапазоне почвенных свойств показатель содержания кадмия и свинца в растениях показал достоверную зависимость от рН и его значения описываются уравнениями регрессии для кадмия (y=0,177–0,012х, R^2=0,905 при р<0,008) и свинца (y=0,257–0,017, R^2=0,928 при р<0,0052), а также их концентраций в почве.

Посмотреть отчет за 2022 год