Накопление цинка и меди в органах и тканях малины (Rubusidaeus L.) при разном уровне минерального питания

Малина красная (Rubus idaeus L.) является одной из распространенных ягодных культур. Ягоды малины служат ценным сырьем для пищевой и кондитерской промышленности. Благодаря богатому биохимическому составу, плоды малины успешно используют для профилактики и лечения сердечно-сосудистых, желудочных, простудных и других заболеваний. Целебными свойствами обладают не только ягоды малины, но и другие органы растения – листья, соцветия, стебли и корни. В листьях малины содержится аскорбиновой кислоты в 8 – 10 раз больше, чем в ягодах [1].

Широкое распространение малина красная получила у садоводов-любителей и выращивается в основной массе на дачных участках, которые нередко располагаются вблизи городов и шоссейных дорог. В связи с этим необходим контроль за содержанием микроэлементов в разных частях растений малины.

Однако, в настоящее время, изучение содержания микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов, проводится в основном на однолетних травянистых культурах [2, 3, 4]. Сведений о содержании тяжелых металлов в органах и тканях многолетних растений недостаточно. Малина красная (Rubus idaeus L.) исследована в этом отношении меньше, чем другие ягодные культуры. В исследованиях C.G.Kowalenko [5] изучено распределение микроэлементов в надземных органах малины сорта Willamette, с целью определения оптимальных уровней содержания элементов при растительной диагностике. Установлено, что различные условия минерального питания оказывают влияние на содержание тяжелых металлов в листьях малины. Так в работе Z.Karaklajic-Stajic et al. [6] показаны достоверные различия в содержании микроэлементов в листьях саженцев малины в зависимости от субстрата и некорневых подкормок [6]. В некоторых отечественных работах есть сведения о содержании микроэлементов в листьях и плодах малины [7]. Данных о содержании тяжелых металлов в подземных органах к настоящему времени практически не получено.

Целью настоящей работы было исследовать содержание цинка и меди в надземных и подземных органах малины и выявить возможное влияние минеральных удобрений на поступление этих элементов в растения.

Содержание Zn и Cu в органах и тканях малины сорта Спутница изучалось на плантации, расположенной в садовом массиве ФГБНУ ВНИИСПК (Орловская область). Почва опытного участка – серая лесная среднесуглинистая, хорошо окультуренная. Агрохимическая характеристика почвы участка представлена в таблице 1.

Таблица 1. Агрохимическая характеристика почвы опытного участка

Агрохимические показатели	Слой почвы
	0 – 20 см	20 – 40 см
рН KCl	5,01± 0,05	5,05± 0,04
Нгидр. мг-экв/100г	4,77± 0,20	4,60± 0,18
Содержание подвижного Р 2 О 5 , мг/кг	193,89 ±11,21	184,59 1±6,67
Содержание обменного К 2 О, мг/кг	127,29 ±13,34	90,89± 12,92
Содержание обменного Са2+, мг-экв/100г	15,79± 0,71	15,01± 0,21
Содержание обменного Мg2+, мг-экв/100г	6,14± 0,46	5,80± 0,17
Гумус, %	4,07± 0,07	3,84± 0,08

Плантация заложена в 2004 году. Растения выращивались на двух агрохимических фонах: без удобрений и при внесении N 90 P 90 K 90 . Выбор доз удобрений обусловлен рекомендациями для культуры [8]. Минеральные удобрения вносились ежегодно рано весной в виде аммиачной селитры, двойного суперфосфата, и сульфата калия. Повторность опыта трехкратная, расположение опытных делянок на участке - рендомизированное, площадь делянки – 5м².

Для изучения содержания цинка и меди в органах и тканях малины целые растения отбирались в 2012 и 2013 гг в фазу плодоношения. Далее, отобранные растения разделялись на органы: корень, корневище, двулетние (плодоносящие) побеги, однолетние побеги (побеги текущего года), латералы (плодовые веточки), плоды. У побегов кору и флоэму отделяли от древесины и анализировали эти ткани отдельно. Также отдельно анализировали листья плодоносящих и однолетних побегов.

Содержание цинка и меди в растительных пробах определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии по МУК 4.1.053-96. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве (в вытяжке СН 3 СООNН 4 , рН=4,8) определяли на атомноабсорбционном спектрофотометре в пламени ацетилен-воздух; валовое содержание ТМ – рентгенфлуоресцентным методом. Агрохимические показатели почвы определяли по стандартным методикам. Математическая обработка результатов проводилась методом двухфакторного дисперсионного анализа с использованием программы TVA

Земли опытного хозяйства ФГБНУ ВНИИСПК используются в садоводстве более пятидесяти лет. В раннее проведенных исследованиях показано превышение допустимых уровней содержания ТМ в почве и плодовой продукции для этой территории [9, 10]. Цинк и медь являются приоритетными загрязнителями, так как входят в состав средств защиты растений. Валовое содержание цинка в почве опытного участка превышает региональнофоновое в 4 раза, а содержание меди – в 1,5 раза (Табл.2).

Доля подвижных соединений ТМ в почве, выделяемых с помощью ацетатно-аммонийной вытяжки, составляет для цинка -1,74-1,5%, а для меди 3,77-2,86% от общего содержания элемента, то есть на 96-98% эти элементы прочно закреплены почвенными компонентами.

Распределение подвижных соединений Zn и Cu в корнеобитаемом слое почвы 0…40 см зависело от применения удобрений (Табл. 3).

В почве неудобренных делянок содержание элементов в слое 0…20 см было достоверно выше, чем в слое 20…40 см. При внесении удобрений подвижные формы ТМ распределялись в профиле почвы более равномерно Выявлено более высокое содержание Cu в слое 0 – 20см в варианте без применения удобрений, чем в варианте с N90P90K90.

Цинк и медь относятся к биогенным элементам. Цинк необходим растениям для образования дыхательных ферментов. Под его влиянием происходит увеличение содержания витамина С, каротина, углеводов и белков. Этот элемент усиливает рост корневой системы. Медь играет значительную роль в ряде важных физиологических процессов – фотосинтезе, дыхании, перераспределении углеводов, восстановлении и фиксации азота [14]. Однако в избыточных дозах медь и цинк являются токсикантами. Согласно ГОСТ 17.4.02-83, цинк относится к первому классу опасности, а медь – ко второму.

Таблица 2. Содержание изучаемых металлов в почве опытного участка, мг/кг

		Zn	Cu
Валовое содержание	0 – 20см	50,56±3,16	20,17±2,04
	20 – 40см	51,14±2,68	22,31±0,90
Содержание подвижных форм	0 – 20 см	0,88±0,07	0,76 ± 0,09
	20 – 40см	0,77±0,05	0,64± 0,05
Регионально-фоновое содержание вал. [11]		13,4	12,3
ОДК вал. [12].		110	66,0
ПДК подв. [13].		23,0	3,0

Таблица 3. Влияние агрофона на содержание подвижных соединений Zn и Cu в почве (мг/кг)

Элемент	Фактор А Агрофон	Фактор В Слой почвы		Средние по фактору А (НСР 05 А=0,10)
		0…20 см	20…40 см
Zn	Без удобрений	0,906	0,752	0,829
	N 90 P 90 K 90	0,848	0,761	0,805
	Средние по фактору В (НСР 05 В =0,10)	0,877	0,756	НСР 05 АВ=0,14
				(НСР 05 А=0,12)
Cu	Без удобрений	0,835	0,651	0,743
	N 90 P 90 K 90	0,672	0,639	0,655
	Средние по фактору В (НСР 05 В =0,12)	0,757	0,645	НСР 05 АВ=0,16

В условиях нашего опыта выявлено, что барьерным органом для изучаемых элементов был корень. Большее, по сравнению с другими частями растений, накопление металлов в корнях объясняется тем, что при проникновении в плазму происходит инактивация и депонирование значительных их количеств, в результате образования малоподвижных соединений с органическим веществом [15].

Установлено, что внесение минеральных удобрений является эффективным приемом усиления физиологических барьерных функций растений по отношению к тяжёлым металлам (ТМ) на границе «корень – надземные органы» [3]. Мы наблюдали, что накопление Zn и Cu в корнях увеличивалось при внесении минеральных удобрений (Табл. 4 и 5). Также внесение удобрений способствовало значимому росту концентрации Zn в корневищах.По данным C.G.Kowalenko [5] двулетние побеги и листья часто содержат больше Zn, чем однолетние. В нашем опыте надземные побеги содержали достоверно меньше Zn, чем подземные многолетние корневища. Достоверных различий по концентрации Zn в тканях одно- и двулетних побегов не наблюдалось (Табл. 4).

Таблица 4. Содержание Zn в органах и тканях малины в зависимости от агрофона, (мг/кг сух.в-ва) 2012-2013 гг.

Фактор А Органы и ткани растения	Фактор В Агрофон		Средние по фактору А (НСР 0.05 А=0,80)
	Без удобрений	N 90 P 90 K 90
Корни	4,830	5,977	5,403
Корневища	4,230	5,569	4,899
Кора и флоэма двулетних побегов	2,019	2,176	2,097
Древесина двулетних побегов	2,244	1,820	2,032
Листья двулетних побегов	1,970	1,664	1,817
Кора и флоэма однолетних побегов	2,491	3,052	2,771
Древесина однолетних побегов	2,244	2,097	2,171
Листья однолетних побегов	1,161	1,300	1,231
Латералы (плодовые веточки)	1,527	0,951	1,239
Плодоложе	0,623	0,575	0,599
Плоды	2,949	1,994	2,471
Средние по фактору В (НСР 0.05 В =0,34)	2,393	2,470	НСР 0.05 АВ=1,14

Для некоторых ягодных культур сем. Rosaceae Juss. , например - для земляники, показано интенсивное накопление Zn в плодах [16]. Концентрация элемента в плодах малины существенно не отличалась от содержания его в проводящих тканях побегов, но была достоверно выше, чем в плодовых веточках и плодоложах. На неудобренных делянках коцентрация Zn в плодах была существенно выше, чем в листьях однолетних побегов.

Аккумуляция Cu в растениях малины происходила прежде всего в корнях и корневищах. При этом на неудобренном фоне корни содержали достоверно меньше элемента, чем корневища, а при внесении N90P90K90 наблюдалось противоположное соотношение концентраций (табл. 5).

Таблица 5. Содержание Cu в органах и тканях малины в зависимости от агрофона, (мг/кг сух.в-ва) 2012-2013 гг.

Фактор А Органы и ткани растения	Фактор В Агрофон		Средние по фактору А (НСР 0.05 А=0,46)
	Без удобрений	N 90 P 90 K 90
Корни	3,578	4,516	4,047
Корневища	4,161	3,642	3,902
Кора и флоэма двулетних побегов	1,443	1,118	1,281
Древесина двулетних побегов	1,280	1,260	1,270
Листья двулетних побегов	1,823	1,513	1,668
Кора и флоэма однолетних побегов	1,903	2,212	2,058
Древесина однолетних побегов	3,330	2,653	2,992
Листья однолетних побегов	1,374	1,145	1,261
Латералы (плодовые веточки)	1,615	1,136	1,396
Плодоложе	0,790	0,686	0,729
Плоды	1,608	1,700	1,654
Средние по фактору В (НСР 0.05 В =0,19)	2,086	1,960	НСР 0.05 АВ=0,65

Кора, флоэма и древесина однолетних побегов малины содержали достоверно больше Cu, чем аналогичные ткани двулетних. При этом проводящие ткани двулетних побегов существенно не различались по содержанию Cu, в то время как в однолетних побегах древесина содержала на 20 – 40% больше этого элемента, чем кора и флоэма. Это различие было более выраженным, когда растения малины выращивались без применения минеральных удобрений. Также следует отметить, что в древесине однолетних побегов на неудобренных делянках содержание Cu было достоверно выше, чем в аналогичной ткани растений, выращиваемых на фоне N90P90K90.

Наименьшее содержание Cu, как и Zn, отмечено в плодоложах. В плодах концентрация Cu была на уровне других надземных органов, но достоверно ниже, чем в древесине однолетних побегов.

Изучение особенностей накопления Zn и Cu в растениях малины показало, что:

• -    Zn и Cu накапливаются прежде всего в подземных органах – корнях и корневищах, наименьшее содержание элементов отмечено в плодоложах;

• -    надземные побеги содержат достоверно меньше Zn (в 2…2,5 раза), чем подземные многолетние корневища, концентрация цинка в тканях одно- и двулетних побегов достоверно не отличается;

• -    кора, флоэма и древесина однолетних побегов малины содержат достоверно больше Cu, чем аналогичные ткани двулетних; древесина однолетних побегов содержит на 20 – 40% больше Cu, чем кора и флоэма;

• -    плоды содержат Zn и Cu в концентрациях, близких к другим надземным органам;

• -    накопление Zn и Cu в корнях малины увеличивается при внесении минеральных удобрений, что свидетельствует об усилении физиологических барьерных функций по отношению к ТМ на границе «корень – надземные органы».