Влияние повышенных концентраций цинка в субстрате на физиолого-биохимические показатели растений Elytrigia repens

Цинк является одним из необходимых для нормального роста и развития растений химическим элементом. Он входит в состав всех основных классов ферментов и для более, чем 300 из них является кофактором. Наряду с этим, цинк играет важную роль в метаболизме растений, биосинтезе белка и клеточном делении, участвует в синтезе хлорофилла и предохраняет его от распада, влияет на ассимиляцию азота. Однако высокие концентрации цинка, подобно другим тяжелым металлам, токсичны для растений. Повышение уровня этого металла в окружающей среде оказывает сильное негативное влияние на рост и развитие растений, снижает их способность к репродукции, что может приводить к нарушению естественного растительного покрова. В этой связи, изучение дикорастущих видов растений, устойчивых к повышенному содержанию цинка в почве, представляет не только теоретический, но и практический интерес для их использования в фитостабилизации загрязненных почв.

В вегетационных условиях изучали влияние повышенной концентрации цинка на некоторые физиолого-биохимические показатели у одного из доминирующих в травянистых фитоценозах Европейского Севера дикорастущих видов злаков - пырея ползучего (Elytrigia repens L.). Семена проращивали в лабораторных условиях в чашках Петри при температуре воздуха 22° в течение 7 дней, после чего проростки высаживали в сосуды с песком объемом 1 дм3. В опытных вариантах в сосуды добавляли цинк в концентрации 160 мг/кг субстрата. Спустя 40 дней оценивали влияние металла на морфофизиологические показатели, определяли количество цинка в подземных и надземных органах а также определяли количество цинка в подземных и надземных органах и содержание в клетках корня и листа непротеиновых тиолов: глутатиона (GSH) и фитохелатинов (ФХ).

Проведенный химический анализ показал, что пырей ползучий накапливает значительные концентрации цинка в корнях, тогда как в побегах его количество оказалось почти в 2,5 раза меньше. При этом у растений в значительной степени, замедляется рост корня, а ингибирующего действия на рост побега не наблюдается. Более того, в присутствии металла увеличивалась площадь листовой пластинки и возрастало число побегов кущения. При изучении воздействия цинка на фотосинтетический аппарат растений обнаружено некоторое снижение количества фотосинтетических пигментов и интенсивности фотосинтеза. Вместе с тем отрицательного влияния на параметры, характеризующие активность фотосистемы II, не выявлено. В присутствии цинка в клетках корня и листа растений значительно повышалось содержание ФХ. При этом количество GSH в листьях снижалось, очевидно, вследствие его расходования его молекул на синтез ФХ, тогда как в корнях - увеличивалось. Возрастание уровня GSH в клетках свидетельствует об индукции его синтеза, что, как полагают, может способствовать повышению устойчивости растений.

Таким образом, проведенные исследования показали, что цинк в изученной концентрации оказывает ингибирующее действие на рост корня, содержание фотосинтетических пигментов и интенсивность фотосинтеза. Однако результаты исследований показали высокую металлоустойчивость пырея ползучего, которая обеспечивается различными механизмами, действующими на уровне организма (возрастание числа побегов кущения), органа (увеличение площади листа при некотором снижении скорости фотосинтеза) и клетки (повышение содержания непротеиновых тиолов). Результаты исследования свидетельствуют также о возможности использования этого вида злаков для фитостабилизации почв, загрязненных цинком.

А. Д. Рыхлова