Влияние ионов никеля на формирование проростков гороха

Кузнецов Дмитрий Андреевич

(магистратура, 3 курс), Ендовицкая Ольга Александровна

Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого

факультет естественных наук

Научный руководитель: В. В. Иванищев, доктор биологических наук, старший научный сотрудник, заведующий кафедрой биологии и технологий живых систем

ВЛИЯНИЕ ИОНОВ НИКЕЛЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПРОРОСТКОВ ГОРОХА

Аннотация: изучено влияние широкого диапазона концентраций ионов никеля на формирование проростков гороха на раннем этапе онтогенеза. Показано, что концентрация ионов, равная 0,0005 мМ, способствовала нормальному развитию проростков, в то время как высокие концентрации приводили к негативным последствиям.

Abstract: The influence of the wide range of nickel on the formation of pea seedlings during early ontogeny was studied. It is indicated that the 0.0005 mM ions concentration result in normal growth of pea seedlings while higher concentrations lead to a decrease of this particular characteristic.

Ключевые слова: никель, горох посевной, прорастание семян, морфогенез, тяжёлые металлы.

Keywords: nickel, field pea, seed sprouting, morphogenesis, heavy metals.

Тяжёлые металлы относят к наиболее существенным загрязнителям окружающей среды, и их содержание возрастает вследствие функционирования промышленных предприятий, использования удобрений и пестицидов в сельском хозяйстве и т.п., что представляет угрозу для всех живых существ и в первую очередь - растений [1].

В жизни организмов тяжёлые металлы выполняют различные важные функции: например, они входят в состав ферментов, благодаря которым протекают биохимические реакции. При этом даже физиологически значимые металлы, которые в низких концентрациях необходимы для нормальной жизнедеятельности, при дальнейшем накоплении в среде или организме становятся прямой причиной нарушения хода протекания биохимических реакций и прочих процессов. Данное воздействие приводит к негативным последствиям для организма [1]. Такая картина подтверждает теоретические представления о нескольких зонах концентраций ионов тяжёлых металлов в среде, в пределах которых реализуются разные стратегии выживания растений.

Kuznetzov D. A. Endovitskaya O.A.

Д. А. Кузнецов О.А. Ендовицкая

Проблема присутствия ряда тяжёлых металлов ^е, Мп, Zn, Си, Mg, Мо, Ni) в организме растений имеет две составляющие [1]. С одной стороны, указанные металлы являются важными микроэлементами и в следовых количествах необходимы для разнообразных метаболических процессов растений. С другой - их чрезмерное содержание негативно сказывается на метаболизме растений [1].

Никель является важным микроэлементом растений, входящим в состав различных ферментов, которые участвуют во многих физиологических и биохимических процессах. Однако при повышенной концентрации в среде он способен оказывать негативный эффект на растения. Его физиологическое значение для растений многообразно, как и пути нейтрализации влияния избытка металла, поступающего в растительные организмы. Поступление ионов никеля и их транспорт внутри растения зависят от множества факторов, таких как концентрация ионов в среде, наличие других ионов, физиологическое состояние растительного организма и т.д. [3].

Виды растений существенно различаются по ответным реакциям, обусловленным разными механизмами, обеспечивающими устойчивость растений к избытку содержания металлов в среде. При этом показано конкурентное взаимодействие между разными металлами, а также их влияние на поступление питательных веществ в организм растений [2, с. 16-20].

Всё это обусловливает проведение исследований, направленных на развитие представлений о влиянии широкого спектра концентраций физиологически значимых тяжёлых металлов на прорастание семян и формирование проростков важных сельскохозяйственных культур. В связи с этим цель работы заключалась в изучении влияния ионов никеля на формирование проростков гороха. Задачи включали изучение влияния широкого спектра концентраций ионов никеля на всхожесть и энергию прорастание семян гороха, а также формирование проростков.

В качестве образца использовали горох (Pisum sativum L.) сорта «Фараон», так как данная культура достаточно неприхотлива и легко формирует проростки в условиях эксперимента.

Однолетнее травянистое растение. Корень стержневой, проникает в почву до 1,5 м. Боковые корни расположены в пахотном слое почвы. На корнях в симбиозе живут азотфиксирующие бактерии из рода Rhisobium.

Стебель несколько гранённый, слабый, полегающий, только штамбовые формы до налива бобов прямостоячие, чему способствуют цепляющиеся усики. Лист сложный, обычно состоит из черешка, 2-3 пар листочков и непарного числа усиков (3-5, иногда 7), являющихся видоизмененными листочками [2, с. 108-112].

Цветки с двойным околоцветником. Венчик мотылькового типа и состоит из 5 лепестков. Окраска венчика белая или розовая различной интенсивности: красно-пурпурная, красно-фиолетовая, зеленовато-красно-фиолетовая и редко белая. Парус окрашен слабее крыльев. Окраску цветка определяют по крыльям.

Чашечка колокольчатая, сростнолистная, вздутая с верхней стороны, с 5 зубцами (2 верхних значительно шире 3 нижних).

Выбор объекта и его характеристика

В цветке 10 тычинок (одна свободная и 9 сросшихся до половины в тычиночную трубку). Завязь почти сидячая, с семяпочками до 12 штук, столбик равен или короче завязи, у основания изогнут к ней почти под прямым углом.

Плод гороха, боб, состоит из двух створок с тремя - десятью семенами.

Семена округлые, угловато-округлые, овально-удлиненные, шаровидные, плоско- или неправильно-сдавленные. Горох - скороспелая зернобобовая культура с продолжительностью вегетационного периода 70-140 дней. Всходы появляются через 9-10 дней после посадки.

Методы исследования

Для стерилизации семена были обработаны раствором перманганата калия, затем трижды промыты проточной водой и один раз дистиллированной. Стерилизация проводилась непосредственно перед посадкой. Растения выращивали в виде водной культуры, используя дистиллированную воду с добавлением NiBr2 (бромид никеля).

Результаты экспериментов

Проведенное исследование показало, что максимальное количество проросших семян наблюдали до концентрации в среде NiBr2, равной 10-6 М, всхожесть при данных условиях составляла 100%.

Рис. 1. Изменение сырой массы побегов и корней проростков гороха в зависимости от концентрации бромида никеля (М) в среде

Исследование проростков показало, что бромид никеля в концентрациях 10-5 - 10-6 М оказывал активирующее влияние на величину сырой массы побегов проростков гороха. Концентрации соли бромида в 10-3 М вызывали очень значительное снижение показателя, а при 10-2 М прорастание семян равно нулю (рис. 1).

Рис.2. Изменение сухой массы побегов и корней проростков гороха в зависимости от концентрации бромида никеля (М) в среде

К^П^ОУ Б. А. ЕМоукэкауа О.А.

Д. А. Кузнецов О.А. Ендовицкая

Определение сухой биомассы проростков гороха показало наличие стимулирующего эффекта в отношении побегов и корней при концентрации 10-6 М, а также негативный эффект при концентрации 10-2 М (рис. 2).

Представленные результаты можно объяснить изменениями водного обмена, вызванного присутствием бромида никеля в среде. В отношении корневой системы проростков гороха наблюдали картину, аналогичную для сырой биомассы. Такие результаты могут свидетельствовать о том, что изменения водного обмена в корневой системе проростков гороха, вызванные присутствием бромида никеля, были менее выражены, чем в побегах.

Таким образом, показано, что возрастающие концентрации бромида никеля в среде приводят к изменениям сырой и сухой массы формирующихся проростков гороха, модификация которых может быть интерпретирована через влияние в первую очередь на водоудерживающую способность проростков.

Литература

1. Абрамова Э.А., Иванищев В.В. Исследование морфогенеза проростков при прорастании семян вики в присутствии ионов никеля // Известия ТулГУ. Естественные науки, 2012, пып. 2. - С. 246-252.

2. Витязев В.Г., Макаров И.Б. «Общее землеведение», Москва, 1991. -288 с.

3. Серегин И.В., Иванов В.Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения // Физиология растений, 2001, т.48. - С. 606-630.