Устойчивость семенного потомства растений из природных популяций Deschampsia cespitosa арктической зоны к повышенным концентрациям цинка

В условиях вегетационного опыта изучали устойчивость к высоким концентрациям цинка (110 и 165 мг/кг песчаного субстрата) в корнеобитаемой среде семенного потомства растений из трех природных популяций Deschampsia cespitosa, находящихся в разных районах Республики Карелия (Беломорском, Кемском и Лоухском), входящих в арктическую зону Российской Федерации (РФ). Приведено краткое описание климатических особенностей указанных районов и степени их загрязненности поллютантами. Установлено, что растения, выросшие из семян, собранных во всех трех популяциях, хорошо приживались на субстрате с избытком цинка, однако их дальнейший рост в этих условиях зависел от места сбора семян. Наиболее устойчивым к избытку цинка оказалось семенное потомство растений Беломорской популяции (самой южной из изученных), которые в природной среде произрастали в более благоприятных климатических условиях, однако на протяжении достаточно продолжительного времени подвергались наиболее сильному антропогенному воздействию. Растения же, выращенные из семян растений Лоухской популяции – самой северной, но расположенной на экологически чистой территории, – оказались гораздо менее устойчивы к избытку цинка в корнеобитаемой среде. Сделан вывод о возможности и перспективности использования D. cespitosa для восстановления загрязненных цинком территорий арктической зоны РФ. При этом подчеркивается, что для этих целей лучше использовать семена растений, произрастающих в естественных условиях на северных территориях с повышенным уровнем фоновой техногенной нагрузки.

1. Крючков В.В., Макарова Т.Д. Аэротехногенное воздействие на экосистемы Кольского Севера. Апатиты, 1989. 125 с.

2. Черненькова Т.В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение. М., 2002. 191 с.

3. Лянгузова И.В. Тяжелые металлы в северотаежных экосистемах России. Пространственно-временная динамика при аэротехногенном загрязнении. Saarbrucken, Германия, 2016. 264 с.

4. Лукина Н.В., Никонов В.В. Биогеохимические циклы в лесах севера в условиях аэротехногенного загрязнения. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1996.

5. Капелькина Л.П. О естественном зарастании и рекультивации нарушенных земель Севера // Успехи современного естествознания. 2012. № 11-1. С. 98–102.

6. Жиров В.К., Голубева Е.И., Говорова А.Ф., Хаитбаев А.Х. Структурно-функциональные изменения растительности в условиях техногенного загрязнения на Крайнем Севере. М., 2007. 166 с.

7. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Республики Карелия в 2015 г. Петрозаводск, 2016. 248 с.

8. Жуйкова Т.В., Мордвинова Е.С., Баймашева А.О., Фриз О.А. Фитоиндикация и промышленный регион // Биота горных территорий: история и современное состояние: Материалы конф. молодых ученых. Екатеринбург, 2002. С. 53–65.

9. Атабаева С.Д. Физиолого-биохимические основы действия тяжелых металлов на растения: Автореф. дис. … докт. биол. наук. Республика Казахстан. Алматы, 2007. 38 с.

10. Маджугина Ю.Г., Кузнецов В.В., Шевякова Н.И. Растения полигонов захоронения бытовых отходов мегаполисов как перспективные виды для фиторемедиации // Физиология растений. 2008. Т. 55(3). С. 453–463.

11. Zalewska M. Response of perennial ryegrass (Lolium perenne L.) to soil contamination with zinc // Journal of Elementology. 2012. Vol. 17. P. 329–343. doi: 10.5601/ jelem.2012.17.2.14

12. Казнина Н.М. Физиолого-биохимические и молекулярно-генетические механизмы устойчивости растений семейства Poaceae к тяжелым металлам: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. СПб., 2016. 48 с.

13. Kucharski R., Sas-Nowosielska A., Małkowski E., Japenga J., Kuperberg J.M., Pogrzeba M., Krzyżak J. The use of indigenous plant species and calcium phosphate for stabilization of highly metal polluted sites in southern Poland // Plant Soil. 2005. Vol. 273. P. 291–305. doi: 10.1007/s11104-004-8068-6.

14. Иванова Е.М., Холодова В.П., Кузнецов В.В. Биологические эффекты высоких концентраций меди и цинка и характер их взаимодействия в растениях рапса // Физиология растений. 2010. Т. 57, № 6. С. 864–873.

15. Mehes-Smith M., Nkongolo K.K. Physiological and cytological responses of Deschampsia cespitosa and Populus tremuloides to soil metal contamination // Water Air Soil Pollut. 2015. Vol. 226 (4). P. 125. DOI: 10.1007/s11270-015-2382-x

16. Информация о результатах государственного мониторинга земель (аналитическая записка). Беломорский район. Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии, 2018.

17. Информация о результатах государственного мониторинга земель (аналитическая записка). Кемский район. Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии, 2018.

18. Информация о результатах государственного мониторинга земель (аналитическая записка). Лоухский район. Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии, 2018.

19. Тарчевский И.А. Метаболизм растений при стрессе. Казань: Фэн, 2001. 448 с.

20. Кузнецов В.В. Физиологические механизмы адаптации и создание стресс-толерантных трансгенных растений // Проблемы экспериментальной ботаники. Купревичские чтения VII. Минск: Тэхналогiя, 2009. С. 5–78.

21. Любезнова Н.В. Динамика развития ювенильных растений на гераниево-копеечниковых лугах альпийского пояса Северо-Западного Кавказа // Вестник Московского университета. 2014. Сер. 16. Биология. № 1. С. 47–52.

22. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск, 2007. 172 с.

23. Казнина Н.М., Титов А.Ф., Лайдинен Г.Ф., Таланов А.В. Устойчивость щетинника зеленого к повышенным концентрациям цинка // Изв. РАН. Серия биол. 2009. № 6. С. 677–684.

24. Khudsar T., Mahmooduzzafar, Iqbal M., Sairam R.K. Zinc-induced changes in morpho-physiological and biochemical parameters in Artemisia annua // Biol. Plant. 2004. Vol. 48, No. 2. P. 255–260. DOI: 10.1023/B:BIOP.0000033453.24705.f5

25. Sagardoy R., Morales F., Lopez-Millan A.F., Abadia A., Abadia J. Effects of zinc toxicity on sugar beet (Beta vulgaris L.) plants grown in hydroponics // Plant Biology. 2009. Vol. 11. P. 339–350.

26. Glińska S., Gapińska M., Michlewska S., Skiba E., Kubicki J. Analysis of Triticum aestivum seedling response to the excess of zinc // Protoplasma. 2016. Vol. 253. P. 367–377. DOI 10.1007/s00709-015-0816-3

27. Казнина Н.М., Титов А.Ф., Лайдинен Г.Ф., Батова Ю.В. Влияние цинка на некоторые физиологические процессы и показатели у дикорастущих злаков // Мат-лы межд. конф. «Структурные и функциональные отклонения от нормального роста и развития растений под воздействием факторов среды». (Петрозаводск, 20–24 июня 2011 г.). Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. С. 116–120.

28. Sumeonidis L. Tolerance of Festuca rubra L. to zinc in relation to mycorrhizal infection // Biol. Metals. 1990. Vol. 3. P. 204–207.

29. Bonnet M., Camares O., Veisseire P. Effects of zinc and influence of Acremonium lolii on growth parameters, chlorophyll a fluorescence and antioxidant enzyme activities of ryegrass (Lolium perenne L. cv Apollo) // J. Exp. Bot. 2000. Vol. 51, No. 346. P. 945–953.

30. Jiang X., Wang C. Zinc distribution and zincbinding forms in Phragmites australis under zinc pollution // Journal of Plant Physiology. 2008. Vol. 165. P. 697–704. DOI: 10.1016/j.jplph.2007.05.011

31. Jiang W., Liu D. Pb-induced cellular defense system in the root meristematic cells of Allium sativum L. // BMC Plant Biol. 2010. 10:40. http://www.biomedcentral.com/1471-2229/10/40.

32. Laidinen G.F., Kaznina N.M., Batova Yu.V., Titov A.F. The resistance of Phleum pratense and Elytrigia repens to high concentrations of Zinc // Biology Bulletin. 2018. Vol. 45, No. 5. P. 454–460.

33. Бессонова В.П. Клеточный анализ роста корней Lathyrus odoratus L. при действии тяжелых металлов // Цитология и генетика. 1991. Т. 25, № 5. С. 18–22.

34. Иванов В.Б., Быстрова Е.И., Серегин И.В. Сравнение влияния тяжелых металлов на рост корня в связи с проблемой специфичности и избирательности их действия // Физиология растений. 2003. Т. 50, № 3. С. 445–454.

35. Poschenrieder C., Gunse B., Barcelo J. Influence of cadmium on water relations, stomatal resistance and abscisic acid content in expanding bean leaves // Plant Physiol. 1989. Vol. 90. P. 1365–1371.

36. Tamas L., Bočová B., Huttová J., Mistrík I., Ollé M. Cadmium-induced inhibition of apoplastic ascorbate oxidase in barley roots // J. Plant Growth Regul. 2006. Vol. 48. P. 41–49.

37. Sharma S.S., Dietz K.J. The relationship between metal toxicity and cellular redox imbalance // Trends Plant Sci. 2009. V. 14. P. 43–50. DOI 10.1016/j.tplants.2008.10.007.