Накопления химических элементов в луковицах чеснока озимого (Allium sativum L)

П ри создании и использовании в производстве техно-генно устойчивых сортов сельскохозяйственных культур закономерно возникает ряд научных и организационных задач: изучить генофонд культурных растений и выделить доноры, обладающие эффективным поглощением и утилизацией элементов питания, а также накапливающие минимальное количество экотоксикантов в товарной части урожая; выявить биологические особенности сортов, накапливающих максимальное и минимальное количество экотоксикантов (содержание макро- и микроэлементов, толерантность к абиотическим и биотическим стрессовым факторам среды, комбинационная способность, эколого-географическое происхождение, адсорбционная и транспортная активность корневых систем и др.), а затем, используя показатели, высоко коррелирующие с накоплением радионуклидов и тяжелых металлов в растениях, разработать принципы отбора генотипов для создания сортов, накапливающих минимальное количество экотоксикантов [5, 8, 13].

Цель, материал и методы исследований

Целью настоящего исследования было выявление корреляционных связей между микроэлементами, тяжелыми металлами и радионуклидами в луковицах чеснока озимого.

Материалы и методы

Исследования проводили в полевых условиях Московской области на базе ВНИИССОК в 2012-2015 годах на коллекционном питомнике чеснока озимого (30 сортообразцов). Луковицы выращивали на дерново-подзолистой почве, тяжелосуглинистой. Изучение образцов проводили в соответствии с ОСТ 46 71- 78, этап I. Лабораторно-полевые опыты по общепринятой методике [6], «Методических указаний по экологическому испытанию овощных культур в открытом грунте» (1987), «Методических указаний по селекции луковых культур» (1997), «Методических указаний по определению содержания 90Sr и 137Cs (1985). Содержание 137Cs и 90Sr в луковицах определяли в лаборатории Испытательного центра пищевой продукции, продовольственного сырья, кормов, почв, грунтов, агрохимикатов и воды ГЦАС «Московский», с помощью гамма – радиометрического метода определения (ГОСТ 10179-96). Исследования по определению микроэлементов в луковицах чеснока озимого проводили в ООО «МИКРОНУТРИЕНТЫ». Методы анализа: масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (МС-ИСП), атомноэмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП). Аппаратура: Квадрупольный масс-спектрометр Nexion 300 D (Perken Elmer, США); атомно-эмиссионный спектрометр Optima 2000 DV (Perken Elmer, США). Значения ПДК токсичных элементов в овощах приведены согласно Санитарным правилам и нормам СанПиН 2.3.2.560-96 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов». Обработка данных проведена методами статистического и корреляционного анализа по Б.А. Доспехову [6].

Результаты исследований

Корреляции по накоплению различных химических эле-

90 Sr

1 ,

137Cs ментов могут варьировать, и в значительной степени определяются условиями выращивания растений [2, 7, 9]. Это было отмечено и в наших исследованиях – по многим корреляционным парам характер и степень зависимости между накоплением элементов в разные годы существенно различался. В связи с этим, к селекционно-значимым корреляциям были отнесены только те, которые по модулю имели стабильно высокие или средние значения коэффициентов с одним и тем же знаком направленности, как по годам, так и по средним значениям содержания элементов.

Как показал анализ полученных результатов, изученные химические элементы по числу таких взаимосвязей можно расположить в следующем порядке:

по общему числу

137Cs    > Al > Ca > B, Mn >    90Sr, Mg > Fe, K, Ni > Zn, P, Cd > Si, Cr, Cu > Na, Pb

• (9)                (8)              (7)                (6)                     (5)                     (3)                        (2)                       (1)                     (0)

в т.ч. с высокими коэффициентами

137Cs, Ca        > B > Al, Mg > Mn, Ni, Cd, Cu

(5)                                 (4)                          (3)                              (1)

По основным макро- и микроэлементам достоверно высокие положительные взаимосвязи были выявлены между средним накоплением в луковицах чеснока озимого Са и следующих элементов: Mg, Al и B; а также в парах: Mg-B и Al-Mn, а средняя зависимость (0,50< r <0,70) в десяти парах элементов: K-P, Al-K, Al-Mg, Al-Fe, Al-B, Mn-Mg, Mn-Fe, Mn-B, Cr-Ni (положительная) и в паре Ca-Zn (отрицательная).

Необходимо отметить, что в исследованиях Н.С. Дудченко [7], также была отмечена сильная положительная корреляция между железом и марганцем в овощной продукции многолетних луков. Корреляции между другими элементами были слабыми, либо не стабильны по годам.

Для целевой селекции на низкое накопление экотоксикантов особое значение имеют корреляционные связи между накоплением в луковицах Allium sativum L. тяжелых металлов и радионуклидов с другими химическими элементами. Корреляционный анализ не выявил значимых стабильных связей между накоплением свинца и другими элемента- ми. В отличие от него, в отношении кадмия установлена отрицательная взаимосвязь между его накоплением меди (r= -0,71) и кремния (r= -0,66).

В отношении радионуклидов, выявлено большее количество значимых корреляционных связей между их накоплением и содержанием в луковицах чеснока других химических элементов (рис. 1). Это высокие положительные корреляционные связи между накоплением 137Cs с содержанием алюминия (r=0.85), кальция (r=0,78), бора (r=0,77) и магния (r=0,72); и средние - с марганцем, фосфором, калием и железом (r=0,54-0,61). По накоплению 90Sr высокие коэффициенты корреляции отмечены только с содержанием кальция (r=0,76) и алюминия (r=0,74); и средние с бором и магнием (r=0,65 и 0,57 соответственно). Между содержанием радионуклидов и накоплением других химических элементов на протяжении всего периода исследований наблюдалась слабая или нестабильная взаимосвязь, либо ее отсутствие. Между накоплением самих радионуклидов

Коэффициенты корреляции между средним содержанием химических элементов в луковицах образцов чеснока озимого, 2012-2014 годы

Элеме нт	Cd	Pb	Cu	Ca	P	K	Mg	Cr	Fe	Zn	Al	B	Ni	Si
Pb	0,17
Cu	-0,71	0,09
Ca	-0,41	-0,36	-0,15
P	0,08	0,04	0,11	-0,16
K	-0,09	-0,05	0,22	0,37	0,51
Mg	0,15	0,05	-0,18	0,85	0,08	0,37
Cr	-0,09	0,30	0,40	-0,02	-0,15	0,11	0,15
Fe	0,10	0,29	-0,24	0,29	0,40	0,45	0,49	0,06
Zn	-0,27	0,28	0,49	-0,55	0,43	-0,10	-0,35	-0,02	-0,03
Al	-0,29	-0,23	-0,04	0,75	0,19	0,62	0,62	0,00	0,56	-0,21
B	0,09	-0,14	-0,32	0,73	-0,02	-0,01	0,80	-0,03	0,32	-0,25	0,55
Ni	-0,09	-0,01	0,17	-0,18	0,20	0,03	0,03	0,50	-0,03	0,28	0,03	0,06
Si	-0,66	-0,15	0,41	0,20	0,08	0,29	0,02	-0,23	0,09	-0,07	0,24	-0,05	-0,39
Mn	0,08	-0,23	-0,44	0,57	0,25	0,27	0,59	-0,21	0,73	-0,17	0,71	0,53	0,04	-0,11

коэффициенты корреляции по годам составили от 0,42 до 0,68, а по средним значениям - r= 0,85.

Установленные взаимосвязи, по-видимому, можно объяснить известным фактом, что некоторые химические элементы могут являться маркерами накопления радионуклидов и тяжёлых металлов, конкурируя и взаимодействуя с ними на всех этапах метаболизма [1, 10, 11, 12]. С нашей точки зрения, для отбора перспективных образцов для селекции чеснока озимого на низкое накопление радионуклидов наибольший интерес представляет высокая зависимость их накопления с содержанием в луковицах кальция. В данном случае целесообразно отбирать формы с низким содержанием кальция. При селекции на низкое накопление кадмия для предварительной оценки образцов можно использовать отрицательную взаимосвязь с накоплением элементов меди и кремния, отбирая формы с высоким их содержанием [3, 4, 8].

Для селекции важное значение имеет выявление корреляционных связей между другими количественными признаками растений и накоплением химических элементов в луковицах Allium sativum L. Однако значимых стабильных взаимосвязей, представляющих ценность по разным направлениям селекции чеснока озимого, не установлено. Хотя прослеживается тенденция – более устойчивые к болезням образцы чеснока озимого накапливают меньше кадмия (r= -0,47), но больше свинца (r= 0,49). У образцов с высоким накоплением калия может снижаться процент перезимовки луковиц (r= -0,57), при большем накоплении цинка и железа – зимостойкость увеличивается (r=0,80; r=0,57). Исходя из полученных результатов, для повышения зимостойкости чеснока озимого можно использовать внекорневые подкормки препаратами с высоким содержанием этих элементов.