Алыбаева-Статья РУДН

Алыбаева Р.А.
ОЦЕНКА НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ И В РАСТЕНИЯХ
ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В ТЕХНОГЕННОМ АГРОЦЕНОЗЕ
Казахский национальный университет им. Аль-Фараби
[email protected]
Были исследованы почва и различные генотипы озимой пшеницы в ВосточноКазахстанском агроценозе, с целью оценки накопления, таких приоритетных для этого региона
тяжелых металлов, как кадмий и медь цинк и свинец. В почве концентрация свинца не
превышает, а цинка, меди и кадмия превышает ПДК. В семенах количество свинца и меди не
превышает, а цинка превышает ПДК для семян, в содержании кадмия выявлены значительные
генотипические различия.
Восточный Казахстан характеризуется наличием большого числа промышленных
предприятий, которые загрязняют почвы агроценозов тяжелыми металлами. При этом
могут загрязняться и сельскохозяйственные растения, выращиваемые на таких почвах,
поэтому поиск мер защиты пищевой цепи от тяжелых металлов – актуальная проблема.
Одним из способов регулирования качества окружающей среды может явиться создание
и использование сортов растений, характеризующихся минимальным накоплением
загрязнителей. Растения, выращиваемые на загрязненных почвах, проявляют
значительные межвидовые
и межсортовые
различия в ответных реакциях на
загрязнение [1, 2]. При создании и использовании в производстве техногенно
устойчивых сортов сельскохозяйственных культур возникает задача – изучить генофонд
культурных и дикорастущих растений и выделить доноры, обладающие эффективным
поглощением и утилизацией элементов питания, а также накапливающие минимальное
количество загрязнителей в товарной части урожая [1].
Объектами исследования стали сорта озимой пшеницы, районированные в регионе
Восточного-Казахстана. Эксперименты были выполнены
в полевых условиях,
естественного загрязнения почвы кадмием, медью, свинцом и цинком, которые
являются приоритетными загрязнителями почвы Восточно-Казахстанской области [3].
Растения выращивались на экспериментальных участках п. Опытное поле (пригород
Усть-Каменогорска) ВК НИИСХ. Исследуемые ТМ определяли методом атомной
абсорбции на приборе AAnalyst 300 фирмы “Perkin Elmer”. Также определялись
вегетативные показатели и урожайность в условиях естественного загрязнения среды.
Проведение опытов и определение физиолого-генетических показателей проводилось
по методике полевого опыта [4].
Наши исследования показали, что содержание тяжелых металлов в прикорневой
зоне генотипов озимой пшеницы неодинаковое. По отношению к ПДК не наблюдается
превышение концентрации свинца, но наблюдается превышение концентрации цинка,
меди и кадмия (рисунок 1).
Исследование накопления исследуемых тяжелых металлов по органам озимой
пшеницы показало, что цинк накапливается во всех органах, медь - преимущественно в
корнях и листьях, кадмий премущественно в корнях и листях, присутствует также в
стеблях и семенах, свинец – преимущественно в листьях. Выявлены большие
генотипические различия по накоплению цинка, меди, кадмия и свинца по органам
растений.
160
140
120
мг/кг
100
80
60
1
40
2
20
3
0
4
мг/кг
мг/кг
мг/кг
мг/кг
Zn
Cu
Cd
Pb
5
ПДК
Почва
Генотипы: 1- Сибинка, 2-Булава, Минг 2,
3-116/271, 5-Комсомольская 56
Рисунок 1. Содержание цинка, меди, кадмия и свинца в почве прикорневой зоны
различных генотипов озимой пшеницы
Исследование содержания цинка, меди, кадмия и свинца в семенах генотипов
озимой пшеницы показали, что цинк накапливается в значительном количестве и его
содержание превышает ПДК для зерна во всех генотипах. Содержание свинца и меди в
семенах изучаемых сортов озимой пшеницы не превышает ПДК для этого металла в
зерне (рисунок 2).
семена
100
1
2
3
4
5
ПДК
мг/кг
80
60
40
20
0
Zn
Cu
Cd
Pb
Генотипы: 1-Сибинка, 2-Булава, 3-Минг 2, 4116\271, 5-Красноводопадская 56
Рисунок 2. Содержание цинка, меди, кадмия и свинца в семенах различных
генотипов озимой пшеницы
По мнению некоторых исследователей, уровень тяжелого металла кадмия в
продуктах питания является проблемой продовольственной безопасности. Сокращение
кадмия в зерне является одним из приоритетов программ селекции [5]. Наши
исследования показали, что содержание кадмия превышает ПДК для зерна почти во всех
вариантах опыта, только у таких генотипов, как Минг-2 и Комсомольская-56 - меньше
уровня ПДК.
Таким образом, к накоплению изучаемых тяжелых металлов наиболее устойчивыми
оказались сорта озимой пшеницы Минг-2 и Комсомольская-56. Содержание кадмия,
меди и свинца в семенах этих сортов не превышает ПДК, цинка незначительно
превышает ПДК. Так как цинк не является токсичным элементом, а такие токсичные
металлы как кадмий и свинец мало накапливаются в семенах этих сортов, то можно
рекомендовать их для дальнейшего использования в селекции на металлоустойчивость.
Исследование фенологических показателей и урожайности генотипов показали, что
лучше других генотипов перезимовали сорта Сибинка и Минг (рисунок 3). Количество
растений перед уборкой наибольшее у сортов Минг 2 и 116/271. Это свидетельствут о
том, что наиболее устойчивым к неблагоприятным условиям среды во время летней
вегетации оказались сорта Минг 2 и 116/271, процент сохранившихся растений
наибольший у этих сортов (рисунок 3).
100
80
1
60
%
2
3
40
4
5
20
0
%перезимов ки
% сохранности
Генотипы: 1-Сибинка. 2-Булава, 3- Минг-2, 4-Комсомольская
56, 5-116/271
Рисунок 3 – Процент перезимовки и сохранности перед уборкой растений различных
генотипов озимой пшеницы
Исследование урожайности растений с делянки показало, что среди изучаемых
генотипов наибольшую урожайность показывает сорт озимой пшеницы 116/271,
несколько меньшую сорта – Булава и Минг 2, меньшую сорт- Комсомольская 56,
наименьшую сорт – Сибинка (рисунок 4).
Наибольшую урожайность сорта 116/271 можно связать с лучшей сохранностью
растений во время летней вегетации, хорошую урожайность сортов Булава и Минг 2 - с
хорошей перезимовкой растений. Кроме того, сорта Минг 2 и 116/271 быстрее других
сортов входят в фазу кущения. Можно сделать вывод, что урожайность растений
связана их способностью быстрее входить в фазу кущения, успешно перезимовывать,
сохраняться во время летней вегетации.
урож ай
гр/м2
250
200
1
150
2
3
100
4
50
5
0
Генотипы
1-Сибинка, 2-Булава, 3-Минг-2, 4-Комсомольская 56, 5116/271
Рисунок 4. Урожай с делянки различных генотипов озимой пшеницы
Сорт озимой пшеницы Минг-2 можно рекомендовать для выращивания в условиях
Восточно-Казахстанского региона при загрязнении почвы тяжелыми металлами, так как
растения этого сорта мало накапливают тяжелые металлы, имеют хорошие показатели
развития, перезимовки, урожайности.
Литература:
1. Молчан И.М. Селекционно-генетические аспекты снижения содержания
экотоксикантов в растениеводческой продукции // Сельскохозяйственная
биология. -1996. -№ 1. -С. 55-66.
2. Медведев П.В., Федотов В.А. Исследование влияния природно-географических и
сортовых факторов на накопление тяжелых металлов яровой пшеницей // Вестник
ОГУ.-2009. -№6 (100). –С.222-226.
3. Алыбаева Р.А. Оценка экологического состояния почв города Усть-Каменогорска
// Вестник КазНУ. Серия экологическая. -2007. -№ 2 (21). -С.40-44.
4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. -М: Агропромиздат, 1985. –351 с.
5. RE Knox, CJ Pozniak, FR Clarke et al. Chromosomal location of the cadmium uptake
gene (Cdu1) in durum wheat // Genome. -2009, -№ 52 (9). –P. 741 –747.
Alybaeva R.A.
EVALUATION OF HEAVY METALS ACCUMULATION IN SOIL AND IN
PLANTS OF WINTER WHEAT IN THE TECHNOGENIC AGROCOENOSIS
Kazakh National University named after Al-Farabi
Soil and different genotypes of winter wheat in East Kazakhstan agrocoenosis were investigated, to
assess the accumulation of prioritized for the region of heavy metals such as cadmium, copper, zinc and
lead. The soil lead concentrations do not exceed and concentration of zinc, copper and cadmium
exceeds the MPC. In the seeds the quantity of lead and copper does not exceed, and the quantity of zinc
exceeds the MCL for the seeds, the content of cadmium revealed significant genotypic differences.