doi: 10.15389/agrobiology.2017.3.597rus
УДК 635.656:631.522/.524
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (экспериментальная часть — за счет проекта № 14-16-00137, статистическая и биоинформационная обработка данных — за счет проекта № 14-26-00094).
СОРТА ГОРОХА ПОСЕВНОГО (Pisum sativum L.) С НИЗКОЙ
АККУМУЛЯЦИЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЫ
Я.В. ПУХАЛЬСКИЙ1, М.А. ВИШНЯКОВА2, С.И. ЛОСКУТОВ1,
Е.В. СЕМЕНОВА2,
Э.А. СЕКСТЕ1, А.И. ШАПОШНИКОВ2,
В.И. САФРОНОВА1, А.А. БЕЛИМОВ1,
И.А. ТИХОНОВИЧ1, 3
Тяжелые металлы — один из самых распространенных загрязнителей сельскохозяйственных земель. Очистка (ремедиация) таких территорий затруднительна или невозможна. Перспективным подходом для получения экологически чистой продукции растениеводства на загрязненных почвах может быть селекция сортов с пониженной аккумуляцией тяжелых металлов. Целью представленной работы было изучение изменчивости гороха посевного (Pisum sativum L.) по способности аккумулировать и транспортировать из побега в семена тяжелые металлы и отбор сортов с низкой аккумуляцией тяжелых металлов из загрязненных почв. Объектом исследований стали 30 образцов из коллекции ВИР (Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, г. Санкт-Петербург). Вегетационный опыт проводили в летний период в теплице с естественными освещением и температурой (Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии, г. Санкт-Петербург). Семена гороха поверхностно стерилизовали и скарифицировали концентрированной H2SO4 в течение 30 мин, после чего проращивали течение 3 сут при 22 °С в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге. Проростки (по 5 шт.) высаживали в сосуды (3 сосуда на каждый генотип) с 5 кг дерново-подзолистой залежной почвы. За 10 сут до посева семян почву обогащали тяжелыми металлами в форме хлоридов (мг/кг): Cd — 5, Co — 25, Cr — 60, Cu — 10, Ni — 15, Pb — 100, Sr — 50, Zn — 50. Одновременно с этим вносили удобрения (мг/кг): NH4NO3 — 15, KNO3 — 200, KH2PO4 — 200, MgSO4 — 30, CaCl2 — 20, H3BO3 — 3, MnSO4 — 3, ZnSO4 — 3, Na2MoO4 — 1,5. Растения выращивали до фазы созревания семян, высушивали и размалывали до порошкообразного состояния. Образцы (отдельно побеги и семена) сжигали в смеси концентрированной азотной кислоты и 38 % Н2О2. Содержание тяжелых металлов и питательных элементов определяли на спектрометре ICPE-9000 («Shim-adzu», Япония). Изученные образцы существенно различались по накоплению тяжелых металлов в побегах и семенах, что свидетельствует о высокой вариабельности гороха посевного по аккумуляции тяжелых металлов и их транспорту из вегетативных органов в репродуктивные. Значения вариабельности для побегов и семян были сопоставимы по величине, но не коррелировали друг с другом. Содержание в побегах или семенах тяжелых металлов, а также питательных элементов во многих случаях положительно коррелировало, что могло быть связано с многообразием молекулярных транспортных каналов у растений и их низкой специфичностью. Между количеством Cd, Co, Cr, Ni, Р, Sr в побегах и семенах выявлена положительная корреляция, Zn и К — отрицательная. Полученные результаты свидетельствуют о специфичности механизмов, определяющих транспорт индивидуальных элементов из побега в семена, и барьера для транспорта абиогенных металлов из вегетативных органов в репродуктивные. Эффективность этих механизмов существенно зависит от генотипа растения. Показана возможность селекции сортов гороха с низким содержанием одновременно многих тяжелых металлов. Образцы гороха к-188, к-1027, к-1250, к-2593, к-3445, к-4788, к-5012, к-6468, к-8093 и к-8543 рекомендуется использовать в селекционных программах с целью получения экологически чистой продукции.
Ключевые слова: биоразнообразие, горох, загрязнение почв, тяжелые металлы, экологически чистая продукция.
PEA (Pisum sativum L.) CULTIVARS WITH LOW ACCUMULATION
OF
HEAVY METALS FROM CONTAMINATED SOIL
Ya.V. Puhalsky1, M.A. Vishnyakova2, S.I. Loskutov1,
E.V. Semenova2,
E.A. Sekste1, A.I. Shaposhnikov1,
A.A. Belimov1, I.A. Tikhonovich1, 3
Heavy metals are among the most common contaminants of agricultural lands. Cleaning (remediation) of such territories is extremely difficult or impossible. A promising approach for the production of environmentally friendly products of crop industry in the contaminated soils can be a selection of varieties with reduced accumulation of heavy metals. The aim of this work was to study the variability of pea in accumulation and transport of heavy metals from shoots to seeds and to identify varieties with low accumulation of heavy metals from contaminated soils. The objects of research were 30 varieties of pea (Pisum sativum L.) from the collection of Federal Research Center N.I. Vavilov All-Russia Institute of Plant Genetic Resources (St. Petersburg). The pot experiment was carried out in summer in a greenhouse with natural light and temperature (All-Russian Research Institute of Agricultural Microbiology, St. Petersburg). Pea seeds were surface-sterilized and scribbled with concentrated H2SO4 for 30 minutes and germinated for 3 days at 22 °C in Petri dishes with wet filter paper. The seedlings were planted in pots (5 seedlings per pot, 3 pots for each genotype) containing 5 kg of sod-podzolic fallow soil. Ten days before seed sowing the soil was enriched with heavy metals in the form of chlorides (mg/kg): Cd — 5, Co — 25, Cr — 60, Cu — 10, Ni — 15, Pb — 100, Sr — 50, Zn — 50. At the same time, fertilizers were applied (mg/kg): NH4NO3 — 15, KNO3 — 200, KH2PO4 — 200, MgSO4 — 30, CaCl2 — 20, H3BO3 — 3, MnSO4 — 3, ZnSO4 — 3, Na2MoO4 — 1.5. The plants were grown until the seed maturing phase, dried and ground to a powder. Samples (separately shoots and seeds) were digested in a mixture of concentrated nitric acid and 38 % H2O2. The content of heavy metals and nutrients was determined using ICPE-9000 spectrometer (Shimadzu, Japan). The studied samples differed significantly in the content of heavy metals in shoots and seeds that indicated a high variability of pea in the accumulation of heavy metals and their transport from vegetative to reproductive organs. The variability values for shoots and seeds were comparable in magnitude, but did not correlate with each other. The shoots or seed contents of various heavy metals, as well as nutrients, in many cases positively correlated, which could be due to the diversity of molecular transport channels in plants and their low specificity. There was positive correlation between the content of elements in shoots and seeds for Cd, Co, Cr, Ni, P, Sr, and negative was found between the shoot and seed contents of Zn and K. The results indicate specific mechanisms of transport of individual elements from shoot to seed and the barrier for abiogenic metal transport from vegetative to reproductive organs. The effectiveness of these mechanisms depends significantly on the plant genotype. The possibility of selection of pea varieties with a low content of many heavy metals simultaneously is shown. Pea varieties k-188, k-1027, k-1250, k-2593, k-3445, k-4788, k-5012, k-6468, k-8093 and k-8543 are recommended for use in selection programs for obtaining ecologically safe crop production.
Keywords: biodiversity, pea, soil contamination, heavy metals, environmentally friendly products.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии, |
Поступила в редакцию |
