Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Садакова К.А. 1 Колясникова Н.Л. 1

---

1 ФГБОУ ВПО Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д. Н. Прянишникова

Впервые проведено исследование содержания тяжелых металлов в пыльце Pinus sylvestris L. атомно-абсорбционным методом. Выявлены аномалии и определены фертильность и жизнеспособность пыльцевых зерен Pinus sylvestris L. в зависимости от района произрастания общепринятыми цитологическими методиками с использованием ацетокармина, раствора Люголя и питательной среды на основе агара для проращивания пыльцевых зерен. Фертильность пыльцы снижается в загрязненном районе. Процент и спектр аномалий увеличивается в неблагополучной экологической обстановке. Выявлена корреляция между появлением некоторых аномалий пыльцевых зерен и концентрацией тяжелых металлов в пыльце. Снижается жизнеспособность и возрастает количество пыльцевых зерен, пораженных грибным мицелием, в импактной зоне.

Статья в формате PDF

129 KB

Pinus sylvestris L.

фертильность

аномалии

тяжелые металлы

пыльцевые зерна

1. Алексеев, Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю. В. Алексеев. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 142 с.

2. Валетова, Е.А. Влияние техногенного загрязнения на репродуктивную способность сосны обыкновенной: автореф. дис… канд. биол. наук /Е.А. Валетова. – Барнаул, 2009. – 25 с.

3. Васильев, А.А. Тяжелые металлы в почвах города Чусового: оценка и диагностика загрязнения / А. А. Васильев, А. Н. Чащин. – Пермь: ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2011. – 188 с.

4. Калашник, Н.А. Аномалии пыльцы у ели сибирской в различных экологических условиях /Н.А. Калашник // Научные ведомости Белгородского гос. ун-та. – Серия: Естеств. науки. – 2011. – № 3-1(98). – С. 105–109.

5. Поддубная-Арнольди, В. А. Цитоэмбриология покрытосеменных растений / В. А. Поддубная-Арнольди. – М.: Наука, 1976. – Т.1. – 508 с.

6. Солнцева, М. П. Влияние промышленного и транспортного загрязнения среды на репродукцию семенных растений /М.П. Солнцева, К.П. Глазунова // Журнал общей биологии. – Т. 71. – 2010. – № 2. – С. 163–175.

7. Третьякова, И.Н. Пыльца сосны обыкновенной в условиях экологического стресса / И.Н. Третьякова, Н.Е. Носкова // Экология. – 2004. – № 1. – С. 26–33.

8. Тужилова, Л.И. Использование Pinus sylvestris L. в фитоиндикации загрязнения территорий в местах уничтожения химического оружия: автореф. дис… канд. биол. наук /Л.И. Тужилова. – Пенза, 2009. – 18 с.

9. Чикенева, И.В. Исследование опасностей антропогенного влияния Орско – Новотроицкого промышленного узла / И.В. Чикенева // Известия ОГАУ. – 2012. – № 3 (35). – С. 236–240.

10. Kurmann, M. H. Palynological evidence of conifer evolution / М.Н.Kurmann // 15th Int. Bot. Congr. – Yokogama, 1993. – C. 30.

Одним из опаснейших загрязнителей является группа тяжелых металлов. В окружающую среду тяжелые металлы попадают за счет интенсивных выбросов золы, шлака, дыма, пыли, других отходов промышленных предприятий, различных средств для ухода за дорогами, деятельности цементных заводов и т.д. [3]. Тяжёлые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах, так как они являются высокотоксичными веществами и отвечают за мутагенные эффекты [9].

К тяжелым металлам относятся свыше 40 элементов, имеющих атомную массу больше 50 [1]. Наиболее распространенными из них являются следующие: Pb, Cd, Hg, Cu, Zn, Sn, V, Cr, Mo, Mn и Ni.

Вычленение какого-либо конкретного вещества, вызывающего  развитие аномалий в генеративной сфере, затруднительно, т.к. негативное воздействие вещества и ответная реакция растения значительно разнесены во времени [6].

Палинологический метод, учитывающий соотношение нормальных и аномальных, фертильных и стерильных пыльцевых зерен, является одним из инструментов биомониторинга.

Цель наших исследований - изучить фертильность пыльцевых зерен, аномалии строения и содержание тяжелых металлов в пыльце сосны обыкновенной, произрастающей в условиях разной антропогенной нагрузки.

Материал и методы исследований

Исследовали древостои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в сосняках - зеленомошниках. Районы, где произрастают деревья, участвовавшие в исследовании, были условно разделены на 3 категории: условно-чистый район, без признаков атмосферного загрязнения (Красновишерский район Пермского края), условно-чистый, но под возможным влиянием атмосферных выбросов близ расположенного города (поселок городского типа Полазна) и загрязненный, с хорошо развитой промышленностью и сетью автодорог, город (г. Пермь). В 2010-2013 гг. на всех указанных участках собирали образцы пыльцы с 10 деревьев на каждом участке.

Микростробилы собирали на высоте 3-4 метра с северной и северо-восточной стороны дерева. Микростробилы фиксировались в уксуснокислом спиртовом растворе (фиксатор Кларка), затем переводились в 80 % этиловый спирт на хранение. Содержание крахмала в пыльцевых зернах определяли в растворе Люголя по степени окрашивания в 4-балльной системе: неокрашенные, слабо окрашенные, средне окрашенные и сильно окрашенные пыльцевые зерна. В целом, неокрашенные пыльцевые зерна - стерильные, окрашенные в разной степени - фертильные. Для исследования фертильности пыльцы из каждого образца (микростробилы одного дерева) изготавливали 10 препаратов, все препараты просматривали в 10 полях зрения. Проращивание пыльцы проводили в 15 %-ном растворе сахарозы на агаровом субстрате при температуре 26 ºС, через 7 дней подсчитывали число проросших пыльцевых зерен [7]. В целом было приготовлено и изучено 2000 препаратов. Для определения содержания тяжелых металлов в пыльце атомно-адсорбционным методом микростробилы собирали в конверты из фильтровальной бумаги, высушивали и просеивали через фильтр.

Математическую обработку результатов исследования проводили с помощью программы Microsoft Excel 2010.

Результаты

            Анализ фертильности пыльцевых зерен показывает, что в 2010-2012 гг. процент фертильности был достаточно высок, варьировал от 69,6 до 89,8 % (г. Пермь) и от 73,9 до 97,5 % (пос. Полазна) (табл.1). Надо отметить, что фертильность пыльцы у сосны обыкновенной, произрастающей в относительно чистом районе - недалеко от пос. Полазна, была на 4-10 % выше, чем у деревьев в г. Перми.

В 2013 г., в отличие от предыдущих лет исследований, обнаружено значительное снижение фертильности до 11,5 % (г. Пермь) и 31,2 % (пос. Палазна). Также при проращивании пыльцы только в 2013 г. полностью отсутствовал рост пыльцевых трубок во всех опытах. При этом у 15 % исследованных пыльцевых зерен с деревьев г. Перми и у 6 % - из пос. Полазна наблюдали заражение грибным мицелием. По-видимому, это можно объяснить ухудшением погодных условий в 2013 г., более влажной и холодной весной.

Таблица 1

Фертильность пыльцевых зерен сосны обыкновенной

(йодная методика) в 2010-2013 гг.

            В результате исследований морфологии пыльцевых зерен было выявлено 9 аномалий (табл. 2). Аномалии, когда у пыльцевого зерна развивалось четыре воздушных мешка или пыльцевое зерно было нормального размера, но с мелкими воздушными мешками, наблюдались только в выборке из загрязненного района (г. Пермь). В то же время  пыльцевые зерна с тремя воздушными мешками были обнаружены во всех выборках.

В целом процент пыльцевых зерен с нарушениями в строении в условиях г. Перми был в 2-3 раза больше, чем в условиях Красновишерского района (условно чистый район).

Таблица 2

Аномалии пыльцевых зерен сосны обыкновенной в 2010-2013 гг.

            Содержание тяжелых металлов в исследованной пыльце сосны заметно колебалось из года в год, например, количество магния в образцах из г. Перми в 2010 году составляло 3669,89 мкг/г, но в 2011 этот показатель был равен 912,97 мкг/г. В 2010 году пробы не отличались достоверно по содержанию кобальта, в 2011 году выборки из Красновишерского района и г. Перми не отличались достоверно по количеству железа и марганца (табл. 3).

Таблица 3

Содержание тяжелых металлов в пыльце сосны обыкновенной

В целом, пыльца из Красновишерского района и пыльца из пос. Полазна не отличались достоверно по содержанию тяжелых металлов. Содержание 8 из 11 обнаруженных тяжелых металлов в пыльцевых зернах сосны обыкновенной из г. Перми значительно превышало их концентрацию в пыльце из пос. Полазна.

В ходе исследования была выявлена также сильная положительная связь между появлением мелких пыльцевых зерен с нормально развитыми воздушными мешками и концентрацией в пыльце хрома, марганца, кобальта, никеля и меди (при р =0,99). Содержание никеля и появление пыльцевых зерен с двумя нерасправившимися воздушными мешками также находятся в сильной положительной связи. Появление пыльцевых зерен нормального размера с мелкими воздушными мешками вызывают высокие концентрации магния, железа и цинка.

Выводы

1. Фертильность пыльцевых зерен сосны обыкновенной из г. Перми оказалась ниже на 4-10 %, чем в условиях условно-чистого района (пос. Полазна).
2. Стерилизация пыльцевых зерен связана с нарушениями строения и заражением грибным мицелием.
3. Выявлено 9 аномалий пыльцевых зерен сосны обыкновенной. Пыльца с увеличенным числом воздушных мешков и  мелких размеров наблюдалась только в г. Перми.
4. Максимальная концентрация исследованных элементов в пыльце отмечена для магния (719,75-3669,89 мкг/г) и марганца (77,66-1027, 06 мкг/г), минимальное содержание характерно для кобальта (0,12-3,61 мкг/г) и свинца (0,26-2,75 мкг/г).

Еремченко О.З., д.б.н., профессор, зав. кафедрой физиологии растений и микроорганизмов ФГБОУ ВПО Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь;

Переведенцева Л.Г., д.б.н., профессор кафедры ботаники и генетики растений ФГБОУ ВПО Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь.

Библиографическая ссылка