Оценка изменения содержания кадмия и алюминия в растениях гороха посевного под влиянием селена и кремния на ранней фазе вегетации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Большое количество сельскохозяйственных угодий находится в непосредственной близости к крупным городам, а значит, промышленным предприятиям и магистральным дорогам, что приводит к неизбежному загрязнению почв тяжелыми металлами, из которых наиболее токсичным является кадмий. Также в связи со снижением темпов известкования и применения минеральных удобрений в кислых почвах происходит накопление ионов алюминия. В настоящее время ведутся поиски среди различных видов растений, проявляющих устойчивость к воздействию токсикантов и способных к постепенному выносу (фитоэкстракции) их из окружающей среды. В качестве потенциальных кандидатов, наравне со злаками ( Poáceae ) и Капустными ( Brassicáceae ), могут рассматриваться представители из семейства Бобовых ( Fabaceae ). Исследования, проведенные в данной работе с разными по толерантности генотипами гороха посевного (дикая чувствительная линия SGE и созданный на ее основе устойчивый мутант SGECDt), показали, что предпосевная обработка семян микроэлементами в виде селена и кремния по-разному подействовала на выбранные генотипы. Кремний обладал более выраженным стресс-протекторным действием, стимулирующим рост обоих видов. Однако в отдельных вариантах он снижал степень выноса и закрепления токсикантов в биомассе, что не подходит для использования его в технологии фитоэкстракции. Селен, напротив, еще больше ингибировал урожайность, но способствовал большей аккумуляции алюминия в побегах. Биметаллический тип загрязнения проявился в снижении аккумуляции токсикантов в биомассе у обоих генотипов в среднем на 14,0 % в сравнении с моноэлементным типом. Обработка селеном и кремнием в целом не изменила картину, наблюдаемую нами в сравнении с моноэлементным типом загрязнения.

Об авторах

Ян Викторович Пухальский

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии; Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: puhalskyyan@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5233-3497

инженер-микробиолог 1-й категории, Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии; инженер-исследователь ВНИИ пищевых добавок - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова

196608, Российская Федерация, Санкт-Петербург, г. Пушкин, ш. Подбельского, 3; 191014, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Литейный пр., д. 55

Анастасия Игоревна Ковальчук

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: k.nastya4321@gmail.com
ORCID iD: 0009-0005-7206-2395

техник 1-й категории

196608, Российская Федерация, Санкт-Петербург, г. Пушкин, ш. Подбельского, 3

Святослав Игоревич Лоскутов

Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук

Email: lislosk@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8102-2900

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

191014, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Литейный пр., д. 55

Николай Иванович Воробьев

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: nik.ivanvorobyov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8300-2287

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

196608, Российская Федерация, Санкт-Петербург, г. Пушкин, ш. Подбельского, 3

Анатолий Иванович Осипов

Агрофизический научно-исследовательский институт

Email: aosipov2006@mail.ru
ORCID iD: 0009-0003-3181-3792

доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник

195220, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Гражданский пр., д. 14

Юрий Витальевич Косульников

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: kullavayn@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1134-3503

кандидат технических наук, научный сотрудник

196608, Российская Федерация, Санкт-Петербург, г. Пушкин, ш. Подбельского, 3

Андрей Петрович Кожемяков

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: kojemyakov@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-9657-2454

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

196608, Российская Федерация, Санкт-Петербург, г. Пушкин, ш. Подбельского, 3

Юрий Владимирович Лактионов

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: laktionov@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-6241-0273

кандидат биологических наук, заведующий лабораторией экологии симбиотических и ассоциативных ризобактерий

196608, Российская Федерация, Санкт-Петербург, г. Пушкин, ш. Подбельского, 3

Список литературы

  1. Elkina GYa. Plant response to polyelement contamination of podzolic soils with heavy metals. Agrochemistry. 2017;(7):78–85. (In Russ.). https://elibrary.ru/item.asp?id= 29394888.
  2. Hasan SA, Fariduddin Q, Ali B, Hayat S, Ahmad A. Cadmium: toxicity and tolerance in plants. Journal of Environmental Biology. 2009;30(2):165–174. https://www.researchgate.net/publication/41396456_Cadmium_Toxicity_and_tolerance_ in_plants.
  3. Haider FU, Liqun CС, Coulter JA, Cheema SA, Wu J, Zhang R, Wenjun M, Farooq M. Cadmium toxicity in plants: Impacts and remediation strategies. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2021;211:111887. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111887.
  4. Abou Seeda MA, Abou El-Nour EAA, Maha MS Abdallah, Hala MS El- Bassiouny, Abd El-Monem AA. Physiological Effects of Cadmium on Plants: A review. Middle East Journal of Agriculture Research. 2023;12(02):267–362. https://doi.org/10.36632/mejar/ 2023.12.2.19.
  5. Zulfiqar U, Jiang W, Xiukang W, Hussain S, Ahmad M, Maqsood MF, Ali N, Ishfaq M, Kaleem M, Haider FU, Farooq N, Naveed M, Kucerik J, Brtnicky M, Mustafa A. Cadmium Phytotoxicity, Tolerance, and Advanced Remediation Approaches in Agricultural Soils; A Comprehensive Review. Frontiers in Plant Science. 2022;13. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.773815.
  6. Kolesnikov SI, Kazeev KSh, Valkov VF, Ponomareva SV. Ranking of chemical elements according to their environmental hazard for the soil. Reports of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2010;(1):27–29. (In Russ.). https://elibrary.ru/item.asp?id= 12975273.
  7. Lapushkina AA, Alenicheva AD, Vernichenko IV, Shchuklina OA, Voronchikhina IN. Agroecological assessment of changes in cadmium content in spring barley plants under the influence of selenium and silicon. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2021;29(2):138–146. (In Russ.). https://elibrary.ru/item.asp?id=47814864.
  8. Neenu S, Karthika KS. Aluminium toxicity in soil and plants. Harit Dhara. 2019;2(1):15–19.
  9. Gupta N, Gaurav SS, Kumar A. Molecular basis of aluminium toxicity in plants: a review. American Journal of Plant Sciences. 2013;4(12С):21–37. https://doi.org/10.4236/ajps. 2013.412A3004.
  10. Vishnyakova MA, Semenova EV, Kosareva IA, Kravchuk ND, Loskutov SI, Pukhalsky JV, Shaposhnikov AI, Sazanova AL, Belimov AA. Method for rapid assessment of aluminum tolerance in pea (Pisum sativum L.). Agricultural biology. 2015;50(3):353–360. (In Russ.). https://elibrary.ru/item.asp?id=23651341.
  11. Belimov AA, Safronova VI, Tsyganov VE, Borisov AY, Kozhemyakov AP, Stepanok VV, Martenson A, Gianinazzi' Pearson V, Tikhonovich IA. Genetic variability in tolerance to cadmium and accumulation of heavy metals in pea (Pisum sativum L.). Euphytica. 2003;131(1):25–35. https://doi.org/10.1023/A:1023048408148.
  12. Shamsi IH, Wei K, Jilani G, Zhang GP. Interactions of cadmium and aluminum toxicity in their effect on growth and physiological parameters in soybean. Journal of Zhejiang University SCIENCE B. 2007;8(3):181–188. https://doi.org/10.1631/jzus.2007.B0181.
  13. Cunha LO, Prado RM. Synergy of Selenium and Silicon to Mitigate Abiotic Stresses: a Review. Gesunde Pflanzen. 2023;75(14):1461–1474. https://doi.org/10.1007/s10343022-00826-9.
  14. Tsyganov VE, Belimov AA, Borisov AY, Safronova VI, Georgi M, Dietz K-J, Tikhonovich IA. A Chemically Induced New Pea (Pisum sativum L.) Mutant SGECdt with Increased Tolerance to, and Accumulation of Cadmium. Annals of Botany. 2007;99(2):227–237. https://doi.org/10.1093/aob/mcl261.
  15. Belimov AA, Shaposhnikov AI, Azarova TS, Makarova NM, Safronova VI, Litvinskiy VA, Nosikov VV, Zavalin AA, Tikhonovich IA. Microbial Consortium of PGPR, Rhizobia and Arbuscular Mycorrhizal Fungus Makes Pea Mutant SGECdt Comparable with Indian Mustard in Cadmium Tolerance and Accumulation. Plants. 2020;9(8):975. https://doi.org/10.3390/plants9080975.
  16. Sabitov MM. The influence of precursors and fertilizers on the productivity and economic efficiency of peas in the forest-steppe conditions of the Volga region. Perm Agrarian Bulletin. 2017;3(19):106–113. (In Russ.). https://elibrary.ru/item.asp?id=30009686.
  17. López-Chuken UJ, López-Domínguez U, Parra-Saldivar R, Moreno-Jiménez E, Hinojosa-Reyes L, Guzmán-Mar JL, Olivares-Sáenz E. Implications of chlorideenhanced cadmium uptake in saline agriculture: modeling cadmium uptake by maize and tobacco. International Journal of Environmental Science and Technology. 2012;9:69– https://doi.org/10.1007/s13762-011-0018-2
  18. Shedeed SI, Fawzy ZF, El-Bassiony AM. Nano and mineral selenium foliar application effect on pea plants (Pisum sativum L.). Bioscience Research. 2018; 15(2):645–654.
  19. Novikova NE, Samsonova NE. The influence of silicon compounds on the process of germination of pea seeds and the protection of seedlings from oxidative damage. Bulletin of Agrarian Science. 2020;2(83):21–28. (In Russ.). https://elibrary.ru/item.asp?id= 42808951.
  20. Ladonin DV. Competitive relationships of ions during soil contamination with heavy metals. Soil science. 2000;10:1285–1293. (In Russ.).
  21. Polcaro AM, Mascia M, Palmas S, Vacca A, Tola G. Competitive Sorption of Heavy Metal Ions by Soils. Environmental Engineering Science. 2003;20(6):607–616. https://doi.org/10.1089/109287503770736122

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».