Плотникова У.Д.* , Голубкина Н.А.
РГГPУ им. Серго Орджоникидзе ulyagulya3@gmail.com, ФГБНУ «Федеральный научный центр овощеводства», segolubkina45@gmail.com
Аннотация
Взаимодействие растений, грибов, лишайников, почвы и грунтовых вод в условиях полупустыни и засоления почв приводит к выработке специфичных стратегий адаптации организмов, включая избирательное накопление макро- и микроэлементов. На основе данных атомно-абсорбционно спектроскопии, ИСП-МС и флуорометрического анализа содержания селена проведена оценка минерального состава почвы, растений (Artemisia lerchiana и Rheum tataricum), грибов (Calvatia candida и Battarrea phaloides) и накипного лишайника (Diploschisters ocellatus) собранных в Богдинско-Баскунчакском заповеднике и выявлены значительные различия по уровню накопления макро- и микроэлементов. Высокое накопление природного антиоксиданта Se с биологическим коэффициентом концентрации (КБН), превышающим 1, было зарегистрировано впервые у грибов Calvatia candida и Battarrea phaloides. Впервые были выявлены повышенные уровни Cr и Sr в исследуемых объектах окружающей среды. Также установлено гипераккумулирование Sr корневищами Rheum tataricum (с КБН 16,2) и накипным лишайником D. Ocellatus (с КБН 10,8) и высокая Cr аккумулирующая способность данного лишайника (с КБН 7,6).
Ключевые слова
Заповедник, макро- и микроэлементы, почвы, растения, адаптация.
Теория
Адаптация растений, грибов и лишайников к стрессам окружающей среды во многом связана со специфическими особенностями накопления макро- и микроэлементов, выбором стратегии защиты от стрессовых факторов и способностью накапливать элементы, участвующие в антиоксидантной защите [3]. Исходя из вышесказанного, Богдинско
Баскунчакский заповедник предоставляет возможность оценить минеральный состав растений, лишайников, грибов, почв и грунтовых вод на полупустынной территории, расположенной на северо-востоке Прикаспийской низменности, в Астраханская области. Значительное засоление почвы, вызванное отложением соли в озере Баскунчак, повышенная инсоляция и дефицит влаги (среднегодовое количество осадков достигает 270 мм), интенсивные сезонные колебания температуры (от -40 до +40 °С) и частые ветры, вызывающие эрозию, вызывают формирование специфической адаптации живых организмов к условиям окислительного стресса. До настоящего времени большинство исследований, проведенных на территории Баскунчакского заповедника, носили преимущественно описательный характер и были посвящены оценке биоразнообразия флоры и фауны и изучению карстовых образований [1,2]. В связи с этим целью настоящего исследования было выявить особенности накопления макро- и микроэлементов между разными объектами окружающей среды - почвами, грунтовыми водами, растениями, грибами и лишайниками на этой территории. Выбор данных объектов исследования обусловлен в том числе тем, что выбранные организмы представляют собой три принципиальных группы живых существ: 1) использующие для роста и развития питательные вещества как почвы, так и аэрозолей (растения), 2) получающих питательные вещества из почвы (высшие грибы) 3) из воздуха (лишайники).
Образцы почвы, грунтовых вод, растений (Artemisia lerchiana и Rheum tataricum)), грибов (C. Candida, B. Phalloides) и лишайников (D.ocillatus) были собраны в период с 22 по 28 мая 20212022 годов на территории Богдинско-Баскунчакского природного заповедника (Рисунок 1).
РГГPУ им. Серго Орджоникидзе ulyagulya3@gmail.com, ФГБНУ «Федеральный научный центр овощеводства», segolubkina45@gmail.com
Аннотация
Взаимодействие растений, грибов, лишайников, почвы и грунтовых вод в условиях полупустыни и засоления почв приводит к выработке специфичных стратегий адаптации организмов, включая избирательное накопление макро- и микроэлементов. На основе данных атомно-абсорбционно спектроскопии, ИСП-МС и флуорометрического анализа содержания селена проведена оценка минерального состава почвы, растений (Artemisia lerchiana и Rheum tataricum), грибов (Calvatia candida и Battarrea phaloides) и накипного лишайника (Diploschisters ocellatus) собранных в Богдинско-Баскунчакском заповеднике и выявлены значительные различия по уровню накопления макро- и микроэлементов. Высокое накопление природного антиоксиданта Se с биологическим коэффициентом концентрации (КБН), превышающим 1, было зарегистрировано впервые у грибов Calvatia candida и Battarrea phaloides. Впервые были выявлены повышенные уровни Cr и Sr в исследуемых объектах окружающей среды. Также установлено гипераккумулирование Sr корневищами Rheum tataricum (с КБН 16,2) и накипным лишайником D. Ocellatus (с КБН 10,8) и высокая Cr аккумулирующая способность данного лишайника (с КБН 7,6).
Ключевые слова
Заповедник, макро- и микроэлементы, почвы, растения, адаптация.
Теория
Адаптация растений, грибов и лишайников к стрессам окружающей среды во многом связана со специфическими особенностями накопления макро- и микроэлементов, выбором стратегии защиты от стрессовых факторов и способностью накапливать элементы, участвующие в антиоксидантной защите [3]. Исходя из вышесказанного, Богдинско
Баскунчакский заповедник предоставляет возможность оценить минеральный состав растений, лишайников, грибов, почв и грунтовых вод на полупустынной территории, расположенной на северо-востоке Прикаспийской низменности, в Астраханская области. Значительное засоление почвы, вызванное отложением соли в озере Баскунчак, повышенная инсоляция и дефицит влаги (среднегодовое количество осадков достигает 270 мм), интенсивные сезонные колебания температуры (от -40 до +40 °С) и частые ветры, вызывающие эрозию, вызывают формирование специфической адаптации живых организмов к условиям окислительного стресса. До настоящего времени большинство исследований, проведенных на территории Баскунчакского заповедника, носили преимущественно описательный характер и были посвящены оценке биоразнообразия флоры и фауны и изучению карстовых образований [1,2]. В связи с этим целью настоящего исследования было выявить особенности накопления макро- и микроэлементов между разными объектами окружающей среды - почвами, грунтовыми водами, растениями, грибами и лишайниками на этой территории. Выбор данных объектов исследования обусловлен в том числе тем, что выбранные организмы представляют собой три принципиальных группы живых существ: 1) использующие для роста и развития питательные вещества как почвы, так и аэрозолей (растения), 2) получающих питательные вещества из почвы (высшие грибы) 3) из воздуха (лишайники).
Образцы почвы, грунтовых вод, растений (Artemisia lerchiana и Rheum tataricum)), грибов (C. Candida, B. Phalloides) и лишайников (D.ocillatus) были собраны в период с 22 по 28 мая 20212022 годов на территории Богдинско-Баскунчакского природного заповедника (Рисунок 1).
Рисунок 1. Места отбора проб на территории Богдинско-Баскунчакского заповедника. BNR: Баскунчак.Богдинско Баскунчакский природный заповедник; GG: Территория Зеленого сада; BS: берег озера
Для оценки минерального состава образцы растительного материала высушивали при температуре 25–30°С и гомогенизировали. Содержание Cr, Sr и Se в представителях растительного мира заповедника оценивали, используя метод ИСП-МС. Содержание в почвах стронция и хрома устанавливали методом ААС. Уровень Se во всех исследуемых объектах – с помощью флуорометрического метода анализа. Статистическую обработку результатов осуществляли, используя компьютерную программу Excel.
Исследование уровней накопления тяжелых металлов объектами окружающей среды Богдинско-Баскунчакского природного заповедника (двух территорий - восточного берега озера и территории Зеленого сада) выявило значимые уровни накопления хрома и стронция. (Таблица 1.)
Для оценки минерального состава образцы растительного материала высушивали при температуре 25–30°С и гомогенизировали. Содержание Cr, Sr и Se в представителях растительного мира заповедника оценивали, используя метод ИСП-МС. Содержание в почвах стронция и хрома устанавливали методом ААС. Уровень Se во всех исследуемых объектах – с помощью флуорометрического метода анализа. Статистическую обработку результатов осуществляли, используя компьютерную программу Excel.
Исследование уровней накопления тяжелых металлов объектами окружающей среды Богдинско-Баскунчакского природного заповедника (двух территорий - восточного берега озера и территории Зеленого сада) выявило значимые уровни накопления хрома и стронция. (Таблица 1.)
•Образцы собраны на территории Зеленого сада
Полученные результаты впервые показали высокие уровни Sr и Cr в почвах, грунтовых водах, лишайниках, грибах и растениях заповедника. Так, уровни этих элементов в воде «Водяной» пещеры достигали 6,78 мг/л (Sr) и 0,09 мг/л (Cr) при ПДК 7 и 0,05 соответственно, в то время как вода в колодце Зеленого сада имела уровень хрома, равный ПДК этого элемента. Среди представителей флоры заповедника максимальные уровни Sr были обнаружены в корневищах татарского ревеня. Принимая во внимание у растений, коэффициент биологического накопления Sr корневищами ревеня составляет 16. Еще одним аккумулятором Sr (с КБН 10,8) является накипной лишайник Diploschistes оcellatus- известный гипераккумулятор Ca [4], которому сопутствует Cr (по полученным данным, лишайник накапливает до 11.5% Ca) Сравнительно высокие уровни накопления Sr были зарегистрированы также в грибах Battaria phalloides и полыни Лерха, для которых коэффициент биологического накопления стронция составил соответственно 5,3 и 4,5 соответственно. Что касается Cr, то уровень накопления этого тяжелого металла возрастал в ряду: D. ocellatus<<B. phalloides<A. lerchiana = R. tataricum< C. candida. (Рисунок 2).
Полученные результаты впервые показали высокие уровни Sr и Cr в почвах, грунтовых водах, лишайниках, грибах и растениях заповедника. Так, уровни этих элементов в воде «Водяной» пещеры достигали 6,78 мг/л (Sr) и 0,09 мг/л (Cr) при ПДК 7 и 0,05 соответственно, в то время как вода в колодце Зеленого сада имела уровень хрома, равный ПДК этого элемента. Среди представителей флоры заповедника максимальные уровни Sr были обнаружены в корневищах татарского ревеня. Принимая во внимание у растений, коэффициент биологического накопления Sr корневищами ревеня составляет 16. Еще одним аккумулятором Sr (с КБН 10,8) является накипной лишайник Diploschistes оcellatus- известный гипераккумулятор Ca [4], которому сопутствует Cr (по полученным данным, лишайник накапливает до 11.5% Ca) Сравнительно высокие уровни накопления Sr были зарегистрированы также в грибах Battaria phalloides и полыни Лерха, для которых коэффициент биологического накопления стронция составил соответственно 5,3 и 4,5 соответственно. Что касается Cr, то уровень накопления этого тяжелого металла возрастал в ряду: D. ocellatus<<B. phalloides<A. lerchiana = R. tataricum< C. candida. (Рисунок 2).
Рисунок 2. Коэффициенты биологического накопления (КБН) Se, Cr и Sr в исследуемых живых организмах
Что касается аккумуляции селена живыми организмами, среди исследованных видов наибольшей способностью накапливать селен обладали грибы C. candida и особенно B. phalloides, характеризующиеся коэффициентом биологического накопления соответственно 1,1 и 11,3 (Рисунок 2.). Согласно литературным данным [5] коэффициенты биологического накопления селена высшими грибами более 10 характерны лишь для небольшой группы отдельных представителей рода Boletus, Agaricus, Amanita, Lycoperdon. Несмотря на антагонистические свойства селена в отношении тяжелых металлов, включая Sr и Cr, взаимосвязи между уровнями накопления этих элементов в исследованных объектах Богдинско- Баскунчакского природного заповедника, выявлено не было. Также не было выявлено превышение ПДК по данному элементу при анализе грунтовых вод (Таблица 1.)
Выводы
Впервые выявлены повышенные уровни хрома и стронция в объектах окружающей среды Богдинско-Баскунчакского заповедника и установлены высокая селен аккумулирующая способность грибов B.phalloides и Calvatia candida, гипераккумулирование Sr корневищами ревеня татарского R. tataricum и накипным лишайником D. Ocellatus. Аккумулятором хрома является лишайник D.ocellatus. Результаты, полученные в ходе данного исследования, могут быть использованы для оценки адаптивности растений, лишайников и высших грибов в условиях оксидантного стресса, вызванного жесткими абиотическими факторами. Данные могут оказаться важными для оценки особенностей адаптационной способности грибов, лишайников и растений к условиям полупустыни.
Библиография
1. Глаголев С.Б.; Бармин А.Н.; Кондрашин Р.Б., Иолин М.М.; Дшуваев Н.С. Флора и
фауна Баскунчакского заповедника Волгоград, Царицин, 2007, 128 стр. 2. Головачев И.В. Мониторинг карстовых провалов в окрестностях озера Баскунчак:
Геология, география и глобальная энергетика. 2022, 1(84), 117-124. 3. Munn, M. Seven plant capacities to adapt to abiotic stress J. Exp. Bot, 2023, 74(15), 4308
4323
4. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace Elements in Soils and Plants. 2011, 4th Edition, CRC Press, Boca Raton.
5. Pilon-Smits, E.A.H. On the ecology of selenium accumulation in plants. Plants 2019, 8,
197. https://doi.org/10.3390/plants8070197.
Что касается аккумуляции селена живыми организмами, среди исследованных видов наибольшей способностью накапливать селен обладали грибы C. candida и особенно B. phalloides, характеризующиеся коэффициентом биологического накопления соответственно 1,1 и 11,3 (Рисунок 2.). Согласно литературным данным [5] коэффициенты биологического накопления селена высшими грибами более 10 характерны лишь для небольшой группы отдельных представителей рода Boletus, Agaricus, Amanita, Lycoperdon. Несмотря на антагонистические свойства селена в отношении тяжелых металлов, включая Sr и Cr, взаимосвязи между уровнями накопления этих элементов в исследованных объектах Богдинско- Баскунчакского природного заповедника, выявлено не было. Также не было выявлено превышение ПДК по данному элементу при анализе грунтовых вод (Таблица 1.)
Выводы
Впервые выявлены повышенные уровни хрома и стронция в объектах окружающей среды Богдинско-Баскунчакского заповедника и установлены высокая селен аккумулирующая способность грибов B.phalloides и Calvatia candida, гипераккумулирование Sr корневищами ревеня татарского R. tataricum и накипным лишайником D. Ocellatus. Аккумулятором хрома является лишайник D.ocellatus. Результаты, полученные в ходе данного исследования, могут быть использованы для оценки адаптивности растений, лишайников и высших грибов в условиях оксидантного стресса, вызванного жесткими абиотическими факторами. Данные могут оказаться важными для оценки особенностей адаптационной способности грибов, лишайников и растений к условиям полупустыни.
Библиография
1. Глаголев С.Б.; Бармин А.Н.; Кондрашин Р.Б., Иолин М.М.; Дшуваев Н.С. Флора и
фауна Баскунчакского заповедника Волгоград, Царицин, 2007, 128 стр. 2. Головачев И.В. Мониторинг карстовых провалов в окрестностях озера Баскунчак:
Геология, география и глобальная энергетика. 2022, 1(84), 117-124. 3. Munn, M. Seven plant capacities to adapt to abiotic stress J. Exp. Bot, 2023, 74(15), 4308
4323
4. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace Elements in Soils and Plants. 2011, 4th Edition, CRC Press, Boca Raton.
5. Pilon-Smits, E.A.H. On the ecology of selenium accumulation in plants. Plants 2019, 8,
197. https://doi.org/10.3390/plants8070197.
Проект "Климат и экология" реализуется при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации