В статье рассматриваются вопросы адаптации растений, связанные с техногенной деятельностью человека. С увеличением техногенного воздействия на окружающую среду связаны такие особенности семенной продуктивности, как увеличение массы 1000 семян, возрастание энергии прорастания и всхожести семян сорных растений.
Ключевые слова: техногенное воздействие, техногенный стресс, адаптации, масса 1000 семян, энергия прорастания, всхожесть семян, лопух большой, щавель конский.
Abstract. The article deals with the adaptation of plants associated with anthropogenic human activities. With the increase of anthropogenic impact on the environment related features such seed production, as the increase in mass of 1000 seeds, increase vigor and germination of weed seeds.
Keywords: technological impact, anthropogenic stress, adaptation, weight of 1000 seeds, germination energy, germination, burdock, sorrel.
Загрязненная среда обитания вследствие техногенной деятельности человека вызывает многообразные адаптации организмов, позволяющие им выживать в измененных условиях. Объекты биоценоза выступают как накопители, перераспределители и фильтры на пути потока химических элементов в биосферном круговороте вещества и энергии, из которого растения не могут выйти и подвергаются воздействиям на территории обитания [6]. Стремясь повысить сопротивляемость к антропогенным стрессорам, растения модифицируют метаболические процессы [2, 3, 7], изменяется жизнеспособность семенного потомства [4].
Выявленные в работе особенности семенной продуктивности растений, такие как увеличение массы 1000 семян и возрастание энергии прорастания и всхожести с увеличением техногенного воздействия, дают представление об адаптационных способностях растений, произрастающих в зоне техногенного стресса.
Целью работы явилось изучение адаптационных возможностей семенной продуктивности лопуха большого (Arctiumlappa, L.) и щавеля конского (Rumexconfertus, Willd.) в условиях техногенного стресса. Для реализации поставленной целирешались задачи: определить массу 1000 семян,энергию прорастания и всхожесть семян в районах с разной техногенной нагрузкой.
Вопрос зависимости урожайности и крупности семян растений обсуждается давно. На преимущество крупных семян перед средними и мелкими в неблагоприятных условиях при прорастании семян и в начале развития растений указывают С.М. Белецкий и Л.Г. Ковалев [1]. Специалисты отдела семеноводства ВНИИМК провели детальный анализ результатов многочисленных работ по взаимосвязи крупности семян и их урожайных свойств и пришли к выводу, что ввиду отсутствия единого мнения по данному вопросу и недостаточности сведений о специфических особенностях семян растений различного направления целесообразно проведение дальнейших исследований в этой области [5].
Материал для исследования был собран на 5-ти участках с разной техногенной нагрузкой: участок № 1 – Кремницкая свалка ТБО без системы дренажа и отвода жидкости, расположенная в Бутурлинском районе; участок № 2 – полотно железной дороги р.п. Бутурлино; участок № 3 – овраг, примыкающий к Арзамасскому заводу коммунального машиностроения (Коммаш); участок № 4 – территория Арзамасского машиностроительного завода (АМЗ). В качестве контроля был выбран участок поляны смешанного леса, площадью 200 м2 с серой лесной почвой, расположенный в Нижегородской области Бутурлинского района.
Собранные воздушно-сухие семена хранили в бумажных пакетах при комнатной температуре. Семена растений проращивали в трех повторностях(в каждой по 100 семян) в темноте на фильтровальной бумаге в чашках Петри при температуре +20ºС, периодически увлажняя дистиллированной водой. Энергию прорастания определяли на 3-й день, а лабораторную всхожесть – на 7-й день, семя считали проросшим, если длина корешка была не меньше диаметра семени. Оценка достоверности значений проводилась методом вариационной статистики с использованием t-критерия Стьюдента в условиях достоверной вероятности, равной 95%, программой Excel.
В результате проведенного исследования установлено, что на всех опытных участках семена лопуха большого были достоверно крупнее контрольных значений, а наиболее крупные, превосходящие контроль более чем на 2,1 грамма, собраны в г. Арзамасе на территории АМЗ и возле железной дороги (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость массы 1000 семян лопуха большого от района исследования
В районе предприятия машиностроения «Коммаш» семена также отличались довольно крупными размерами (5,8 г), что больше контрольных значений на 1,5 г. Лопух большой, произраставший на Кремницкой свалке, имел массу 1000 семян в среднем на 1,2г больше аналогичного показателя лесных растений, выросших на поляне, где антропогенное воздействие минимально. Наибольшая техногенная нагрузка складывается в зоне Арзамасского машиностроительного завода, железной дороги и завода «Коммаш», где собраны образцы наиболее крупных семян, что свидетельствует о наибольшей приспособленности лопуха большого к данным условиям. Техногенная нагрузка несколько меньше в зоне свалки, что проявляется для данного вида растения в формировании более мелких семян.
Самые крупные семена щавеля конского собраны возле завода «Коммаш», их масса 4,5 г, что больше контрольных значений почти в 2,4 раза (рис. 2). Около ОАО «АМЗ» данное растение нами не обнаружено.Достаточно большой массой также обладали семена конского щавеля, выросшие на железнодорожных насыпях, они крупнее «лесных» в среднем на 1,3 грамма. Семена растений, собранных с Кремницкой свалки обладали массой 2,3г, что практически не отличалисьот контрольных значений.
Рис. 2. Зависимость массы 1000 семян щавеляконскогоот района исследования
Очевидно, растения, адаптируясь к стрессовым техногенным условиям (выбросы промышленных предприятий, автомобильный и железнодорожный транспорт) стремятся к образованию максимально крупных семян для обеспечения наибольшего их прорастания.
В ходе исследования было установлено, что наибольшей энергией прорастания обладают семена лопуха большого, взятые с участка железнодорожных насыпей: 80,3 %, что на 9,7 % больше контрольных (табл. 1). Также данные семена имеют самую большую всхожесть 87,6%, что на 8,7 % больше контрольных значений.
Таблица 1
Энергия прорастания и всхожесть семянлопуха большого в зависимости от техногенной нагрузки
|
Вариант |
Е прорастания, % (M ± m) |
Р |
Всхожесть семян, % (M ± m) |
Р |
|
Контроль |
70,6 ± 0,3 |
- |
78,9 ± 0,1 |
- |
|
АМЗ |
76,2 ± 0,1 |
≤ 0,001 |
82,4 ± 0,2 |
≤ 0,005 |
|
Коммаш |
78,1 ± 0,1 |
≤ 0,02 |
83,5 ± 0,1 |
≤ 0,01 |
|
Ж/Д |
80,3 ± 0,2 |
≤ 0,005 |
87,6 ± 0,2 |
≤ 0,001 |
|
Свалка |
72,8 ± 0,2 |
> 0,05 |
80,1 ± 0,1 |
≤ 0,005 |
Достаточно большой энергией прорастания (78,1 %) обладают семена растений, выросшие вблизи завода коммунального машиностроения (Коммаш) и собранные с территории АМЗ (76,2 %), что соответственно на 7,5 % и на 5,6 % больше контроля (рис. 3). У семян, собранных с данных участков, наблюдается повышенная всхожесть, в сравнении с контролем: Коммаш – 83,5% и АМЗ – 82,4%, что на 4,6% и 3,5% превышает контрольные цифры.
Повышенная энергия прорастания и всхожесть семян лопуха большогона территориях,примыкающих к железной дороге и предприятиям машиностроения, свидетельствуют о приспособленности данного вида к произрастанию в местах высокого техногенного воздействия. Также на этих территориях семена обладали повышенной крупностью в отличие от контрольных значений, где техногенная нагрузка минимальна.
Семена лопуха, произраставшего на свалке, ненамного (на 2,2 %) отличаются энергией прорастания от семян, собранных в лесной зоне и на 1,2% имеют большую всхожесть. Видимо в зоне полигона ТБОдля данного вида растения складываются менее жесткие условия произрастания по сравнению с территориями, прилегающими к заводам и железнодорожному полотну. Здесь также были собраны более мелкие семена лопуха.
Рис. 3. Зависимость энергии прорастания и всхожести семянлопуха большого
от района исследования
Самой большой энергией прорастания обладаютсемена щавеля конского, собранные возле железной дороги на железнодорожных насыпях (88,1%), что на 15,6 % больше контрольных значений, всхожесть семян выше контроля на 10,9% (табл. 2).
Таблица 2
Энергия прорастания и всхожесть семянщавеля конского в зависимости от техногенной нагрузки
|
Вариант |
Е прорастания, % (M ± m) |
Р |
Всхожесть семян, % (M ± m) |
Р |
|
Контроль |
72,5 ± 0,1 |
- |
81,4 ± 0,1 |
- |
|
Коммаш |
80,3 ± 0,3 |
≤ 0,001 |
87,9 ± 0,2 |
≤ 0,005 |
|
Ж/Д |
88,1 ± 0,1 |
≤ 0,005 |
92,3 ± 0,1 |
≤ 0,001 |
|
Свалка |
76,4 ± 0,2 |
≤ 0,01 |
84,1 ± 0,2 |
≤ 0,01 |
Семена щавеля, собранные в районе завода «Коммаш», также обладают повышенной энергией прорастания – 80,3 % (на 8,1 % больше контроля) и повышенной всхожестью 87,9% (на 6,5% больше контроля). Отмечена достоверная разница по данным показателям (3,9% и 2,7%) между семенами контрольного участка и семенами щавеля, выросшего на свалке ТБО.
Более высокие показатели посевных качеств семянщавеля конскогона территориях с высокойантропогенной нагрузкой свидетельствуют о приспособленности данного растения к техногенному стрессу.
Рис. 4. Зависимость энергии прорастания и всхожести семянщавеля конского
от района исследования
Таким образом, в ходе исследования установлено, что сорные растения, адаптируясь к стрессовым техногенным условиям (выбросы промышленных предприятий, автомобильный и железнодорожный транспорт) стремятся к образованию максимально крупных семян для обеспечения наибольшего их прорастания и всхожести.
Энергия прорастания и всхожесть семян лопуха большого и щавеля конского повышены в условиях техногенного стресса, что свидетельствует о приспособленности растений к особенностям данной территории.
Наибольшая техногенная нагрузка проявляется в районах Арзамасского машиностроительного завода, Арзамасского завода коммунального машиностроения и железной дороги.
Литература:
1. Базель В.С., Позолотина Н.В., Бельский Е.А., Жуйкова Т.В. Изменчивость популяционных параметров: адаптация к токсическим факторам среды // Экология. – 2001. – № 6. – С. 447–453.
2. Белецкий С.М., Ковалев Л.Г. Крупность семян и урожай // Селекция и семеноводство. – 1969. – № 4. – С. 60–63.
3. Воробьев Г.В., Алябьев А.Ю., Огородникова Т.И., Хамидуллин А.Ф., Воробьев В.Н. Адаптивные возможности одуванчика лекарственного в условиях загрязнения атмосферы автомобильным транспортом //Экология. – 2014. – № 2. – С. 91–96.
4. Позолотина В.Н., Антонова В.Н., Безель В.С., Журавлева Т.В., Северюхина О.А. Пути адаптации ценопопуляций одуванчика лекарственного к длительному химическому и радиационному воздействию // Экология. –2006. – № 6. – С. 440–445.
5. Хатнянский В.И., Волгин В.В., Пивень Л.Е. Влияние крупности семян на их посевные и урожайные свойства // Научно-технический бюллетень ВНИИМК. – Краснодар.– 2005. – Вып. 1 (132).– С. 42–48.
6. Цаценко Л.В., Синельникова А.С. Пыльцевой анализ в селекции // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). – 2012. – №03(077) [Электронный ресурс]. URL: http://ej.kubagro.ru/archive.asp?n=77 (дата обращения 12.10.2014).
7. Шашурин М.М., Журавская А.Н. Изучение адаптивных возможностей растений в зоне техногенного воздействия // Экология. – 2007. – № 2. – С. 93–98.
