Фитотоксичность цезия для ряски малой Lemna minor L.

Автор: Боднарь Ирина Сергеевна, Чебан Евгения Васильевна

Статья в выпуске: 2 (44), 2022 года.

Бесплатный доступ

Загрязнение радиоцезием поверхностных водоемов является одним из наиболее опасных для биоты и человека. Двойственность токсического действия радионуклидов на живые организмы выражается в совместном влиянии радиации и химического агента в виде ионов тяжелого металла. Исследование реакции растений на стабильный цезий актуально для раскрытия механизмов действия радиоактивных изотопов, а также поиска эффективных фиторемедиаторов загрязненных участков водных объектов. В данной работе изучена фитотоксичность цезия для свободноплавающего пресноводного растения ряски малой (Lemna minor L.). Лабораторную культуру выращивали на среде Штейнберга с добавлением 0.17; 0.51; 0.85; 1.19; 1.36; 1.53; 2.55; 3.4 ммоль/л цезия. Через семь дней после начала эксперимента подсчитывали удельную скорость роста, число растений с хлорозами и некрозами, среднюю площадь поверхности фронда. Биохимические показатели (сумму хлорофиллов (a + b), каротиноиды, малоновый диальдегид) определяли через четыре дня после начала эксперимента. Стабильный цезий в концентрациях, встречающихся в природе, нетоксичен для ряски. Цезий в миллимолярных концентрациях оказывал тормозящее действие на удельную скорость роста, приводил к сокращению средней площади фрондов, появлению растений с хлорозами и некрозами. Высокие концентрации цезия обладали прооксидантными свойствами, увеличивая перекисное окисление липидов мембран, что подтверждалось возрастанием содержания малонового диальдегида. Воздействие цезия привело к снижению концентрации хлорофиллов (a + b) и каротиноидов до 20 % от уровня контрольных растений. Результаты исследования подтвердили возможность использования Lemna minor для фиторемедиации загрязненных радиоцезием водоемов.

Еще

Lemna minor l, фитотоксичность, стабильный цезий, фиторемедиация, радиоцезий

Короткий адрес: https://sciup.org/147240075

IDR: 147240075

Список литературы Фитотоксичность цезия для ряски малой Lemna minor L.

Боднарь И. С., Чебан Е. В. Влияние 24-эпибрассинолида на ростовые показатели, уровень окислительного стресса и фотосинтетических пигментов ряски малой (Lemna minor L.) после воздействия тяжелых металлов // Принципы экологии. 2020. № 1. С. 27-42. DOI: 10.15393/ j1.art.2020.9422.
Боднарь И. С., Юшкова Е. А., Зайнуллин В. Г. Влияние у-излучения на морфометрические характеристики ряски малой (Lemna minor L.) // Радиационная биология. Радиоэкология. 2016. Т. 56, № 6. С. 617-622. DOI: 10.7868/S0869803116060035.
Вакуловский С. М., Газиев Я. И., Колесникова Л. В., Петренко Г. И., Тертышник Э. Г., Уваров А. Д. 137Cs и 90Sr в поверхностных водных объектах Брянской области в 1987-2002 гг. // Атомная энергия. 2006. Т. 100, № 1. С. 68-74.
Василенко И. Я. Радиоактивный цезий-137 // Природа. 1999. № 3. С. 70-76.
Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений / Под ред. Вл. В. Кузнецова, В. В. Кузнецова, Г. А. Романова. М.: Бином. Лаб. знаний, 2012. 487 с.
Нормы радиационной безопасности (НРБ 99) . М.: Минздрав России, 1999. 115 с.
Осипов Д. И., Духовная Н. И., Тряпицына Г. А., Дерябина Л. В., Пряхин Е. А. Планктонные сообщества озера Карачай // Вопросы радиационной безопасности. 2011. № 5. С. 50-59.
Платонова Е. В., Карташов А. В., Беляев Д. В., Карпычев И. В. Гипераккумуляция цезия ряской Lemna minor // Известия Самарского НЦ РАН. 2019. Т. 21, № 2. С. 51-59.
Пряхин Е. А., Дерябина Л. В., Гаврилова Е. В., Тряпицына Г. А., Аклеев А. В. Некоторые показатели состояния биоты водоема В-17. Пилотные исследования // Вопросы радиационной безопасности. 2009. № 5. С. 86-91.
Сапожников Ю. А., Алиев Р. А., Калмыков С. Н. Радиоактивность окружающей среды . М.: Бином. Лаб. знаний, 2006. 286 с.
Avery S. V. Caesium accumulation by microorganisms: uptake mechanisms, cation compartmentalization and toxicity // Journal of Industrial Microbiology. 1995. Vol. 14. P. 76-84. DOI: 10.1007/BF01569888.
Burger A., Lichtscheidl I. Stable and radioactive cesium: A review about distribution in the environment, uptake and translocation in plants, plant reactions and plants' potential for bioremediation // Science of The Total Environment. 2018. Vol. 618. P. 1459-1485. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.09.298.
Carini F., Lombi E. Foliar and soil uptake of 134Cs and 85Sr by grape vines // Science of the Total Environment. 1997. Vol. 207. P. 157-164. DOI: 10.1016/s0048-9697(97)00261-1.
Fregoni M. Viticoltura Generale. Roma: REDA, 1985. pp. 172-239.
Gaillardet J., Viers J., Dupre B. Trace elements in river waters // Treatise on Geochemistry / Eds. D. H. Heinrich, K. T. Karl. Amsterdam: Elsevier-Pergamon, 2003. P. 225-272. DOI: 10.1016/B0-08-043751-6/05165-3.
Genies L., Martin L., Kanno S., Chiarenza S., Carasco L., Camilleri V., Vavasseur A., Henner P., Leonhardt N. Disruption of AtHAK/KT/KUP9 enhances plant cesium accumulation under low potassium supply // Physiol Plant. 2021. Vol. 173 (3). P. 1230-1243. DOI: 10.1111/ppl.13518.
Greenwood N. N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements (2nd Ed.). Pergamon Press, 1997. 1341 p.
Hampton R. R., Hampstead B. M., Murray E. A. Selective hippocampal damage in rhesus monkeys impairs spatial memory in an open-field test // Hippocampus. 2004. Vol. 14 (7). P. 808-818. DOI: 10.1104/ pp.104.046672.
Heath R. L., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation // Archives in Biochemistry and Biophysics. 1968. Vol. 125. P. 189-198.
Ihara H., Kumagai A., Hori T., Nanba K., Aoyagi T., Takasaki M., Katayama Y. Direct comparison of bacterial communities in soils contaminated with different levels of radioactive cesium from the first Fukushima nuclear power plant accident // Science of the Total Environment. 2021. P. 1-8. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.143844.
Imanaka T., Hayashi G., Endo S. Comparison of the accident process, radioactivity release and ground contamination between Chernobyl and Fukushima-1 // Journal of Radiation Research. 2015. Vol. 56, No S1. P. 56-61. DOI: 10.1093/jrr/rrv074.
Kamel H., Eskander S., Aly M. Physiological response of Epipermnum aureum for cobalt-60 and casium-137 translocation and rhizofiltration // Int. J. Phytorem. 2007. Vol. 9. P. 403-417. DOI: 10.1080/15226510701606281.
Konoplev A. V., Golosov V. N., Yoschenko V. I., Nanba K., Onda Y., Takase T., Wakiyama Y. Vertical distribution of radiocesium in soils of the area affected by the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant accident // Eurasian Soil Sci. 2016. Vol. 49. P. 570-580. DOI: 10.1134/S1064229316050082.
Lichtenthaler H. K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes // Methods in Enzymology. 1987. № 148. P. 350-382. DOI: 10.1016/0076-6879(87)48036-1.
Madoz-Escande C., Henner P., Bonhomme T. Foliar contamination of Phaseolus vulgaris with aerosols of 137Cs, 85Sr, 133Ba and 123mTe: influence of plant development stage upon contamination and rain // J. Environmental Radioactivity. 2004. Vol. 73. P. 49-71. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2003.08.001.
Mathurin F. A., Astrom M. E., Drake H., Maskenskaya O. M., Kalinowski B. E. REE and Y in groundwater in the upper 1.2 km of Proterozoic granitoids (Eastern Sweden) - Assessing the role of composition and origin of groundwaters, geochemistry of fractures, and organic/inorganic aqueous complexation // Geochim. Cosmochim Acta. 2014. Vol. 144. P. 342-378. DOI: 10.1016/j.gca.2014.02.001.
Mikami S., Maeyama T., Hoshide Y., Sakamoto R., Sato S., Okuda N. Spatial distributions of radionuclides deposited onto ground soil around the Fukushima Daiichi nuclear power plant and their temporal change until December 2012 // Journal of Environmental Radioactivity. 2015. Vol. 139. P. 320-343. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2014.09.010.
OECD Guidelines for the testing chemicals. Lemna sp. Growth Inhibition Test. Organisation for Economic Co-operation and Development. Paris, 2006. 22p.
Pinder III J., Hinton T., Whicker F. Foliar uptake of cesium fro the water column by aquatic macrophytes // J. Environ. Radioact. 2006. Vol. 85. P. 23-47. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2005.05.005.
Saito K., Tanihata I., Fujiwara M., Saito T., Shimoura S., Otsuka T., et al. Detailed deposition density maps constructed by large-scale soil sampling for gamma-ray emitting radioactive nuclides from the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant accident // Journal of Environmental Radioactivity. 2015. Vol. 139. P. 308-319. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2014.02.014.
Soderlund M., Lusa M., Lehto J., Hakanen M., Lahdenpera, A. Sorption of iodine, chlorine, technetium and cesium in soil. Posiva Working Report. 2011. 04. 130 p.
Steinberg R. Mineral requirement of Lemna minor L. // Plant Physiol. 1946. Vol. 21. P. 42-48. DOI: 10.1104/ pp.21.1.42.
Teerstra D. K., Cerny P., Chapman R. Compositional heterogeneity of pollucite from High Grade Dyke, Maskwa Lake, southeastern Manitoba // Canadian Mineralogist. 1992. Vol. 30. P. 687-697.
Twenty-five years after Chornobyl accident: safety for the future. National report of Ukraine. Kyiv: KIM, 2011. 328 p.
White P. J., Broadley M. R. Mechanisms of caesium uptake by plants // New Phytol. 2000. Vol. 147. P. 241-256.
Yan D., Zhao Y., Lu A., Wang S., Xu D., Zhang P. Effects of accompying anions on cesium retention and translocation via droplets on soybean leaves // J. Environmental Radioactivity. 2013. Vol. 126. P. 232-238. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2013.08.009.
Zhang Y., Liu G. Effects of cesium accumulation on chlorophyll content and fluorescence of Brassica juncea L. // Journal of Environmental Radioactivity. 2018. Vol. 195. P. 26-32. DOI: 10.1016/j. jenvrad.2018.09.017.

Еще

Статья научная