Слайд 1 - Институт экологии Волжского бассейна РАН

1
Жизнеспособность
семенного потомства
Taraxacum officinale
s.l. из загрязненных
тяжелыми металлами
территорий
В. С. Безель, Т. В. Жуйкова*
Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург
* Нижнетагильский государственный социальнопедагогический институт (ф) Российского государственного
профессионально-педагогического университета,
Нижний Тагил
[email protected], [email protected]
2
 Сохранение репродуктивного потенциала
растений и способности к воспроизводству
является одним из ключевых факторов
поддержания численности природных
популяций, а, следовательно, их
жизнеспособности и устойчивости. Особое
значение эти процессы имеют в
нестабильных условиях, в том числе при
техногенной деградации среды обитания.
3
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ:
изучение адаптации растений к
условиям химического загрязнения
почв тяжелыми металлами по
показателям жизнеспособности
семенного потомства
Объект исследования:
Taraxacum officinale s.l.
T. off. f. dahlstedtii
4
ТЕХНОГЕННО НАРУШЕННАЯ
ТЕРРИТОРИЯ
5
отвал главного карьера Высокогорского горнообогатительного комбината
Fe: 16185 мкг/г; Zn - 343 мкг/г;
Cu – 288 мкг/г; Pb – 23 мкг/г;
Cd – 2 мкг/г.
6
ТРАВЯНИСТЫЕ СООБЩЕСТВА
ФОНОВАЯ
ЗОНА
Z = 1.0 отн. ед.
ИМПАКТНАЯ
ЗОНА
Z = 23.0 отн. ед.
Максимальные превышения фоновых значений:
Cd – 78 раз, Zn – 29 раз, Cu – 10 раз.
7
ОТБОР ПОЧВЫ
8
Сбор плодов (семянок)
ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА
9
10
НАБЛЮДЕНИЕ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
Энергия прорастания (Е, %), всхожесть (Всх, %) семян,
выживаемость (Вж, % от Всх), листообразование (Л, % от Вж)
11
Анализ ростовых критериев
длина корня, мм,
доля проростков с боковыми
корнями, % от ВЖ
12
Вариант 1
13
Вариант 2
Боковые корни, %
от ВЖ
Длина корня, мм
Листообразование
, % от выживших
Выживаемость
Всхожесть
Энергия
прорастания
% от часла посеянных
семян
ПОЧВА С ФОНА
60
0
14
p > 0,05
50
40
30
20
10
импакт
фон
СЕМЕННОЕ ПОТОМСТВО С ФОНОВОГО И ИМПАКТНОГО
УЧАСТКОВ
Боковые корни, %
от ВЖ
Длина корня, мм
Листообразование,
% от выживших
Выживаемость
Всхожесть
Энергия
% от часла посеянных семян
ПОЧВА С ЗАГРЯЗНЕННОГО
ТМ УЧАСТКА
50
0
15
60
p < 0,01
40
30
20
10
импакт
фон
СЕМЕННОЕ ПОТОМСТВО С ФОНОВОГО И ИМПАКТНОГО
УЧАСТКОВ
Показатели жизнеспособности
СХОДСТВО НАЧАЛЬНЫХ
ЭТАПОВ ОНТОГЕНЕЗА
Е
Вс
Вж
Дк
Бк
Л
0
100
200
300
400
500
Евклидова дистанция
600
16
17
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
УСПЕШНОСТЬ НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПОВ
ОНТОГЕНЕЗА
Начальные этапы
онтогенеза
Родители
Е
Всх
Вж
Среда
Л
Дк
Бк
В конечном счете резистентность растений к загрязненной тяжелыми металлами среде
определяется совокупностью показателей как наследованных от родительских особей (с учетом
условий их произрастания на фоновых и загрязненных почвах), так и условиями, в которых
протекает их онтогенез.
Популяция гетерогенна
С. С. Четвериков
18
Н. В. Глотов
«…речь должна идти о реакции на стрессирующие факторы исходно гетерогенной популяции
растений». Это означает, что средние значения полученных показателей онтогенеза не отражают
возможную гетерогенность популяции, включающую наличие в ней резистентных и низко
резистентных по отношению к загрязняющим факторам особей.
ЧАСТОТА ВСТРЕЧАЕМОСТИ ПРОРОСТКОВ
С РАЗНОЙ ДЛИНОЙ КОРНЕЙ
ПОЧВА ФОНОВАЯ
ПОЧВА ИМПАКТНАЯ
χ2 = 29,45; p < 0,001
χ2 = 13,24; p > 0,05
Длина корня, мм
>9
1
85
73
61
>1
20
11
9
99
79
59
39
19
9
0
49
5
37
2
10
2
25
15
13
20
металлоустойчивые
6
25
устойчивые к
1
традиционным факторам
40
35
30
25
20
15
10
5
0
<
30
Частота встречаемости
проростков, %
1
<
Частота встречаемости
проростков, %
35
19
Длина корня, мм
1 - семена с фона, 2 – семена с импакта
Результаты непараметрического
дискриминантного анализа
20
Сравнение общего репродуктивного потенциала растений
Е
Дк
Вж
4
2
1
Бк
Л
3
Вс
1 – фоновые семена на фоновой почве; 2 - фоновых семян на импактной почве;
3 – импактные семена на фоновой почве; 4 – импактнеы семена на импактной почве.
 Таким образом, ценопопуляции модельного вида
Taraxacum officinale s.l. в течение длительного
времени нормально функционируют на загрязненных
тяжелыми металлами почвах. В этих условиях
длительное время обеспечивается необходимый
уровень воспроизводства популяции. Исходя из этого,
можно говорить об адаптированности ценопуляций
техногенно нарушенных территорий не только к
изменению «традиционных» погодно-климатических
условий, но и химическому стрессу. Согласно нашим
данным, это возможно за счет постоянного
воспроизводства в условиях техногенного пресса
исходного, совпадающего по качеству с фоновым
семенного материала. В процессе последующего
онтогенеза возможен адаптивный отбор наиболее
приспособленных особей, соответствующих
требованиям стрессовой среды.
21
Авторы благодарны научному сотруднику лаборатории
экотоксикологии популяций и биоценозов кбн
Владимиру Сергеевичу Микрюкову
за помощь в статистическом анализе результатов
Работа выполнена при финансовой поддержке:
Правительства Свердловской области и Российского фонда
фундаментальных исследований
(проект № 13-04-96056-р_урал_а)
22