Введение к работе
Актуальность исследования. Изучение поведения поллютантов, в том числе тяжелых металлов (ТМ), в биосфере весьма актуально, поскольку они представляют серьезную экологическую проблему. Среди химических элементов ТМ являются наиболее токсичными, так как обладают большим сродством к физиологически важным органическим соединениям и способны инактивировать последние, а также могут накапливаться в организме, вызывая явно выраженное не только специфическое, но и хроническое действие. Тяжелые металлы ингибируют фотосинтез, нарушают минеральное питание, изменяют водный баланс и гормональный статус растений, тормозят рост и снижают продуктивность (Кошкин, 2010).
Площади загрязненных почв на территории России выше предельно допустимой концентрации (ПДК) ТМ составляют: хромом - 1,7, медью - 1,3, никелем - 0,8, свинцом - 0,7, кадмием - 0,26, цинком - 0,11%. Согласно результатам обследования сельскохозяйственных угодий в РФ, загрязнение почвы тяжелыми металлами происходит прежде всего на полях вокруг промышленных центров цветной и чёрной металлургии, предприятий химической и электрохимической промышленности, машиностроения, энергетики и других зон повышенного техногенного воздействия на окружающую среду. За пределами промышленных зон основные источники поступления ТМ в почву - транспорт, осадки и удобрения (Соколов, Черников, 1999).
В связи с этим неслучаен интерес к фиторемедиации - комплексу мероприятий, направленных на очистку окружающей среды (почвы и воды) от различных токсикантов с помощью растений. Используя эти приемы, можно проводить очистку территорий от многих видов загрязнения, включая тяжелые металлы (Прасад, 2003).
Разные виды растений обладают неодинаковой устойчивостью к действию тяжелых металлов. Так, растения-аккумуляторы, отличаясь высокой степенью устойчивости к ТМ, способны транспортировать последние в надземные органы, что позволяет использовать такие растения для фиторемедиации. Рапс (Brassica napus L. ssp. oleifera) может оказаться одним из перспективных видов для этой цели, поскольку относится к семейству Brassicaceae, насчитывающему наибольшее количество видов природных металлофитов (Hamlin, 2002; Cosio et al., 2004; Purakayastha et al., 2008).
Кроме того, на фоне нарастающего дефицита нефти поиск новых источников энергии становится все более актуальным. При этом особую значимость имеют альтернативные виды топлива из возобновляемых источников энергии - растительные масла, отходы сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, биомасса. В России
складываются благоприятные условия для выращивания рапса и производства рапсового масла для биодизельного топлива, в т.ч. на загрязненных почвах. Однако в этом случае может возникнуть проблема вторичного загрязнения территории тяжелыми металлами, образующимися при сгорании биотоплива.
Представляет также практический интерес использование незагрязненного растительного масла для питания человека, а жмыха и шрота после отжима из семян масла - в животноводстве.
Цель исследования: определить устойчивость к ТМ и фиторемедиационный потенциал растений рапса, а также возможность использования урожая семян, выращенного на загрязненных ТМ территориях, на пищевые, кормовые и технические цели.
Задачи исследования:
Выяснить способность растений ярового рапса аккумулировать РЬ, Cd и Zn в органах при различных уровнях искусственного загрязнения почвы этими металлами
Изучить действие ТМ на продуктивность растений и структуру урожая
Оценить характер влияния ТМ на содержание и выход масла, а также его жирнокислотный состав
Охарактеризовать фиторемедиационный потенциал сортов рапса с контрастным содержанием эруковой кислоты
Научная новизна. Впервые изучено действие кадмия, свинца и цинка при моновидовом загрязнении на продуктивность, элементы структуры урожая рапса, а также выход масла с урожаем и его жирнокислотный состав. Показано, что ТМ не оказывают значимого эффекта на жирнокислотный состав масла, однако его использование на пищевые цели ограничено. В сравнительных исследованиях впервые оценивалась фиторемедиационная способность двух сортов, отличающихся содержанием эруковой кислоты. Показано, что рапс обладает хорошей способностью очищать почву от Zn. По степени отрицательного влияния ТМ изучаемые показатели продуктивности и качества урожая располагались в следующий ряд в убывающей последовательности: выход масла с растения > масса семян > число семян с растения > коэффициент хозяйственной эффективности. Снижение выхода масла обусловлено главным образом уменьшением семенной продуктивности, определяемой преимущественно снижением числа семян с растения на фоне незначительного снижения содержания масла в семенах.
Практическая значимость. Экспериментально доказано, что рапс -перспективный вид для очистки почв, загрязненных Zn. Рапс способен давать урожай на умеренно и сильно загрязненных ТМ почвах. Полученный шрот можно использовать в качестве корма в животноводстве при дозах ТМ в
почве: РЬ - до 100, Cd - до 1, Zn - до 100 мг/кг почвы. Масло на пищевые
цели можно применять при загрязнении почвы РЬ менее 100, Cd - менее 2, Zn - менее 200 мг/кг почвы а при большем - использовать в качестве биотоплива. При этом его жирнокислотный состав, в т.ч. содержание эруковой кислоты, при разных дозах ТМ различается несущественно.
Апробация работы. Материалы данной работы были представлены на Межинститутском научном молодежном семинаре ИФР РАН «Актуальные проблемы физиологии, молекулярной биологии и биотехнологии растений» 20 мая 2010 года, 17-ом съезде Федерации европейского общества физиологов растений (FESPB, 4-9 июля 2010 года в Испании), Координационном совещании «Научное обеспечение отрасли рапсосеяния -состояние, проблемы и задачи на 2011-2015 гг» (12-14 июля 2010 года, г. Липецк), Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс» 9-12 ноября 2010 г (ИФР РАН), Международной научной конференции молодых ученых и специалистов 23-24 апреля 2009г (РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева), Международной научно-практической конференции, посвященной 145-летию РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева «Адаптация сельского хозяйства России к меняющимся погодно-климатическим условиям» 7-10 декабря 2010 года.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, из которых одна статья в журнале из списка ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, изложения полученных результатов, обсуждения, заключения и выводов. Работа
