Advances in Chemical PhysicsAdvances in Chemical PhysicsФизиология растений0015-33033034-6126The Russian Academy of Sciences64822710.31857/S0015330324010121NVHTRSЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleУстойчивость растений Sisymbrium lipskyi к цинку и их фиторемедиационный потенциалУстойчивость растений Sisymbrium lipskyi к цинку и их фиторемедиационный потенциалДроздоваИ. В.
Russian Federation
IDrozdova@binran.ruКалимоваБ. Б.КалимоваИ. Б.
Russian Federation
IDrozdova@binran.ruБеляеваА. И.
Russian Federation
IDrozdova@binran.ruПожвановГ. А.
Russian Federation
IDrozdova@binran.ruАлексеева-ПоповаН. В.
Russian Federation
Drozdova@binran.ruБотанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наукСанкт-Петербургский государственный университетРоссийский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена15012024711708028012025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0015-3303/article/view/648227

Изучено влияние повышенных концентраций цинка на рост, минеральный состав, содержание хлорофиллов и каротиноидов у северокавказского вида гулявника Липского Sisymbrium lipskyi N. Busch. Растения выращивали в песчаной культуре в присутствии 80, 160 и 320 мг Zn/кг субстрата. Показана относительно высокая устойчивость S. lipskyi к токсическому действию цинка при дозах 80 и 160 мг/кг, проявляющаяся в отсутствии значимого уменьшения накопления сухой биомассы, достоверных изменений в содержании и соотношении хлорофиллов (a/b) и сохранении водного статуса. Существенное ингибирующее воздействие цинка на рост и развитие сеянцев наблюдалось лишь при его концентрации 320 мг/кг субстрата и сопровождалось значимым снижением биомассы и содержания хлорофилла b. Обнаружено нарушение баланса минеральных элементов, связанное в значительной степени со снижением транслокации элементов из корней в надземные органы сеянцев. Преимущественное накопление цинка в корневой системе (за исключением варианта 320 мг) характеризует S. lipskyi как вид, способный ограничивать поступление цинка в надземные органы, о чем свидетельствуют низкие значения величины фактора транслокации. Эта особенность минерального обмена, наряду с относительно высокой устойчивостью к цинку, позволяет рассматривать S. lipskyi как перспективный вид для фитостабилизации почв при средних уровнях загрязнения.

Изучено влияние повышенных концентраций цинка на рост, минеральный состав, содержание хлорофиллов и каротиноидов у северокавказского вида гулявника Липского Sisymbrium lipskyi N. Busch. Растения выращивали в песчаной культуре в присутствии 80, 160 и 320 мг Zn/кг субстрата. Показана относительно высокая устойчивость S. lipskyi к токсическому действию цинка при дозах 80 и 160 мг/кг, проявляющаяся в отсутствии значимого уменьшения накопления сухой биомассы, достоверных изменений в содержании и соотношении хлорофиллов (a/b) и сохранении водного статуса. Существенное ингибирующее воздействие цинка на рост и развитие сеянцев наблюдалось лишь при его концентрации 320 мг/кг субстрата и сопровождалось значимым снижением биомассы и содержания хлорофилла b. Обнаружено нарушение баланса минеральных элементов, связанное в значительной степени со снижением транслокации элементов из корней в надземные органы сеянцев. Преимущественное накопление цинка в корневой системе (за исключением варианта 320 мг) характеризует S. lipskyi как вид, способный ограничивать поступление цинка в надземные органы, о чем свидетельствуют низкие значения величины фактора транслокации. Эта особенность минерального обмена, наряду с относительно высокой устойчивостью к цинку, позволяет рассматривать S. lipskyi как перспективный вид для фитостабилизации почв при средних уровнях загрязнения.

Sisymbrium lipskyiаккумуляцияминеральные элементыпигментытоксичностьустойчивостьфиторемедиацияцинкПравительство РФGovernment of the Russian Federation121032500047-1Правительство РФGovernment of the Russian Federation1021071912881-5-1.6.11Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace elements in soils and plants. Boca Raton: CRC Press LLC, 2001. 432 p.Плеханова И.О., Бамбушева В.А. Экстракционные методы изучения состояния тяжелых металлов в почвах и их сравнительная оценка // Почвоведение. 2010. Т. 9. С. 1081.Marschner H. Marschner’s Mineral nutrition of higher plants. London: Elsevier Ltd., 2012. 651 p.Bonnet M., Camares O., Veisseire P. Effect of Zinc and influence of Acremonium lolli on growth parameters, chlorophyll a fluorescence and antioxidant enzyme activity of ryegrass // J. Exp. Bot. 2000. V. 51. P. 945. http://doi.org/10.1093/jxb/51.346.945Broadley M.R., White P.J., Hammond J.P., Zelko I., Lux A. Zinc in plants // New Phytol. 2007. V. 173. P. 677. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.01996.xReeves R.D., Baker A.J.M., Jaffré T., Erskine P.D., Echevarria G., Van Der Ent A. A global database for plants that hyperaccumulate metal and metalloid trace elements // New Phytol. 2017. V. 218. P. 407. http://dx.doi.org/10.1111/nph.14907McIntyre T. PhytoRem: A Global CD-ROM database of aquatic and terrestrial plants that sequester, accumulate, or hyperaccumulate heavy metals. Hull, Quebec: Environment Canada, 2001.Azizi M., Faz A., Zornoza R., Martinez-Martinez S., Acosta J.A. Phytoremediation potential of native plant species in mine soils polluted by metal(loid)s and rare earth elements // Plants. 2023. V. 12. P. 1219. http://doi.org/10.3390/plants12061219Whiting S.N., Reeves R.D., Richards D., Johnson M.S., Cooke J.A., Malaisse F., Paton A., Smith J.A.C., Angle J.S., Chaney R.L., Ginocchio R., Jaffré T., Johns R., McIntyre T., Purvis O. et al. Research priorities for conservation of metallophyte biodiversity and their potential for restoration and site remediation // Restor. Ecol. 2004. V. 12. P. 106. https://doi.org/10.1111/j.1061-2971.2004.00367.xPollard A.J., Powell K.D., Harper F.A., Smith J.A.C. The genetic basis of metal hyperaccumulation in plants // Crit. Rev. Plant Sci. 2002. V. 21. P. 539. https://doi.org/10.1080/0735-260291044359Drozdova I., Alekseeva-Popova N., Kalimova I., Bech J., Roca N. Research of reclamation of polluted mine soils by native metallophytes: some cases // Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis. 2019. V. 19. P. 164. https://doi.org/10.1144/geochem2018-037Kozhevnikova A.D., Erlikh N.T., Zhukovskaya N.V., Obroucheva N.V., Ivanov V.B., Belinskaya A.A., Khutoryanskaya M.Y., Seregin I.V. Nickel and zinc effects, accumulation and distribution in ruderal plants Lepidium ruderale and Capsella bursa-pastoris // Acta Physiol. Plant. 2014. V. 36. P. 3291. http://doi.org/10.1007/s11738-014-1697-3Repkina N., Nilova I., Kaznina N. Effect of zinc excess in substrate on physiological responses of Sinapis alba L. // Plants. 2023. V. 12. P. 211. https://doi.org/10.3390/plants12010211Дорофеев В.И. Brassicaceae Burnett, nom. cons., nom. alt. (Cruciferae Juss., nom. cons.). Конспект флоры Кавказа / Под ред. А.Л. Тахтаджяна. СПб.-М.: Товарищество научных изданий КМК. 2012. С. 371.Потапенко Ю.Я. Геология Карачаево-Черкесии. Карачаевск: Карачаево-Черкесский государственный университет. 2004. 154 с.Lichtenthaler H.K., Buschmann C. Chlorophylls and carotenoids: Measurement and characterization by UV‐VIS spectroscopy // Current protocols in food analytical chemistry. 2001. P. F4.2. http://doi.org/10.1002/0471142913.faf0403s01Mahmoudi H., Salah I.B., Zaouali W., Zorrig W., Smaoui A., Ali T., Gruber M., Ouerghi Z., Hosni K. Impact of zinc excess on germination, growth parameters and oxidative stress of sweet basil (Ocimum basilicum L.) // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2021. V. 106. P. 899. http://doi.org/10.1007/s00128-021-03188-6Kholodova V.P., Volkov K.S., Kuznetsov Vl.V. Adaptation of the common ice plant to high copper and zinc concentrations and their potential using for phytoremediation // Russ. J. Plant Physiol. 2005. V. 52. P. 748. http://doi.org/10.1007/s11183-005-0111-9Marichali A., Dallali S., Ouerghemmi S., Sebeia H., Hosni K. Germination, morpho-physiological and biochemical responses of coriander (Coriandrum sativum L.) to zinc excess // Ind. Crops Prod. 2014. V. 55. P. 248. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2014.02.033Yahaghi Z., Shirvani M., Nourbakhsh F., Pueyo J.J. Uptake and effects of lead and zinc on alfalfa (Medicago sativa L.) seed germination and seedling growth: Role of plant growth promoting bacteria // South African Journal of Botany. 2019. V. 124. P. 573. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2019.01.006Liščáková P., Namaz A., Molnárová M. Recipropal effects of copper and zinc in plants // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2022. V. 19. P. 9297. http://doi.org/10.1007/s13762-021-03854-6Алексеева-Попова Н.В., Моченят К.И. Внутрипопуляционные различия реакции Salvia stepposa на избыток цинка в среде // Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов / Под ред. Н.В. Алексеевой-Поповой. Ленинград: Лениздат, 1991. С. 47.Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. 2014. 194 с.Лаврентьева Г.В. Поведение тяжелых металлов Co, Cu, Zn, Cd и радионуклидов 60Co, 65Zn в системе твердая фаза почв – почвенный раствор – растение. Дис. … канд. биол. наук. Обнинск. 2008. 148 с.Tripathy B.C., Pattanayak G. Chlorophyll biosynthesis in higher plants // Photosynthesis / Eds. J.J. Eaton-Rye et al. Springer. 2012. P. 63. http://doi.org/10.1007/978-94-007-1579-0_3Lefévre I., Vogel-Mikuš K., Jeromel L., Vavpetič P., Planchon S., Arčon I., T. Van Elteren J., Lepoint G., Gobert S., Renaut J., Pelicon P., Lutts S. Differential cadmium and zinc distribution in relation to their physiological impact in the leaves of the accumulating Zygophyllum fabago L. // Plant, Cell Environ. 2014. V. 37. P. 1299. http://doi.org/10.1111/pce.12234Давыдова В.Н., Моченят К.И. Накопление и распределение металлов у Phlomis tuberosa при избытке цинка в среде // Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов / Под ред. Н.В. Алексеевой-Поповой. Ленинград: Лениздат. 1991. С. 80.Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В., Марченко С.И., Иванов В.П. Анализ ростовых процессов Pinus sylvestris L. на ранних стадиях онтогенеза в условиях хронического действия цинка // Лесной журнал. 2011. Т. 2. С. 12.Glińska S., Gapińska M., Michlewska S., Skiba E., Kubicki J. Analysis of Triticum aestivum seedling response to the excess of zinc // Protoplasma. 2016. V. 253. P. 367. https://doi.org/10.1007/s00709-015-0816-3Cornu J.-Y., Deinlein U., Horeth S., Braun M., Schmidt H., Weber M., Persson D.P., Husted S., Schjoerring J.K., Clemens S. Contrasting effects of nicotianamine synthase knockdown on zinc and nickel tolerance and accumulation in the zinc/cadmium hyperaccumulator Arabidopsis halleri // New Phytol. 2015. V. 206. P. 738. https://doi.org/10.1111/nph.13237Ibiang Y.B., Mitsumoto H., Kazunori S. Bradyrhizobia and arbuscular mycorrhizal fungi modulate manganese, iron, phosphorus, and polyphenols in Soybean (Glycine max (L.) Merr.) under excess zinc // Environ. Exp. Bot. 2017. V. 137. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2017.01.011Kaur H., Garg N. Zinc toxicity in plants: a review // Planta. 2021. V. 253. P. 129. http://doi.org/ 10.1007/s00425-021-03642-zJain A., Srivastava S., Solomon S., Shrivastava A.K. Impact of excess zinc on growth parameters, cell division, nutrient accumulation, photosynthetic pigments and oxidative stress of sugarcane (Saccharum spp.) // Acta Physiol. Plant. 2010. V. 32. P. 979. http://doi.org/10.1007/s11738-010-0487-9Tani F.H., Barrington S. Zinc and copper uptake by plants under two transpiration rates. Part II. Buckwheat (Fagopyrum esculentum L.) // Environmental Pollution. 2005. V. 138. P. 548. http://doi.org/10.1016/j.envpol.2004.06.004Ouni Y., Mateos-Naranjo E., Abdelly C., Lakhdar R. Interactive effect of salinity and zinc stress on growth and photosynthetic responses of the perennial grass, Polypogon monspeliensis // Ecological Engineering. 2016. V. 95. P. 171. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2016.06.067Cambrollé J., Mancilla-Leytón J.M., Muñoz-Vallés S., Luque T., Figueroa M.E. Zinc tolerance and accumulation in the salt-marsh shrub Halimione portulacoides // Chemosphere. 2012. V. 86. P. 867. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.10.039Andrejić G., Gajić G., Prica M., Dželetović Ž, Rakić T. Zinc accumulation, photosynthetic gas exchange, and chlorophyll a fluorescence in Zn-stressed Miscanthus × giganteus plants // Photosynthetica. 2018. V. 56. P. 1249. https://doi.org/10.1007/s11099-018-0827-3Задворная А.К., Казнина Н.М., Холопцева Е.С. Влияние повышенных концентраций цинка в субстрате на рост и фотосинтетический аппарат горчицы белой // Труды КарНЦ РАН. Сер. Экспериментальная биология № 3 / Под ред. В.А. Илюха. Петрозаводск: Институт биологии КарНЦ РАН, 2021. С. 68.http://doi.org/10.17076/eb1392СанПин 4266-87. Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами. Москва: Министерство здравоохранения СССР, 1987. 25 с.