Статья: Влияние техногенного загрязнения на водообменные процессы при прорастании семян сосны обыкновенной

Влияние техногенного загрязнения на водообменные процессы при прорастании семян сосны обыкновенной

Носкова Н.Е.

Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Россия

The effect of technogenic pollution on water cycle of Scotch pine germinating seeds has been investigated. The characteristics of water uptake, water loss and water-retaining capacity were detected. The reduction of water-retaining capacity of Scotch pine germinating seeds according to pollution gradient was revealed. It indicates on depressed tempo of nutrient storage and weakening of water-pump capacity during seed ripening under pollution.

Процесс прорастания семян у растений строго детерминирован и обусловлен наследственной программой организма, выработанной в ходе филогенеза. Это сложный физиологический процесс, включающий этапы физического насыщения водой, мобилизации запасных питательных веществ, растяжения клеток гипокотиля, активизацию клеток корневой меристемы (Обручева, 1993, 2008). Прорастание семян решающим образом зависит от наличия воды и питательных веществ, накапливаются в эндосперме в процессе эмбриогенеза (Кравченко, 1972, Обручева, 1994, 2008). Поступление воды в семя и ее распределение в процессе набухания носит гетерогенный характер, и сопровождается сначала гидратацией полимеров, затем гидролизом запасных питательных веществ, вслед за которыми в эндосперме идут синтетические процессы (Аскоченская, 1984, Обручева, 1993, 1994). Сначала в семени появляется пленочная вода, которая сорбируется на поверхности микрокапилляров в тканях эндосперма. Позднее появляется «жидкая» вода, которая заполняет объем капилляров. После этого становится возможным проникновение воды в клетки (Аскоченская, Головина, 1984). Вода включается в обменные процессы и может находиться как в свободном, так и в связанном состоянии. Вода, находящаяся в сводном состоянии при высушивании набухших семян испаряется, тогда, как связанная вода остается. Следовательно, показатель водоотдачи соответствует количеству свободной воды в набухших семенах, а водоудерживающая способность - количеству воды в связанном состоянии. Содержание связанной воды в семенах, т.о., отражает способность растительного организма накапливать запасные питательные вещества в эндосперме в ходе эмбриогенеза и определяет насасывающую способность семян в процессе их прорастания.

Сосна обыкновенная, один из основных видов - лесообразователей Сибири, имеет важное народнохозяйственное значение. Организм сосны чутко реагирует на воздействие неблагоприятных факторов среды, в том числе, техногенного происхождения. Под воздействием загрязнителей у сосны обыкновенной угнетаются ростовые процессы, нарушается репродукция, снижаются посевные качества семян.

В данной работе исследовали влияние техногенеза на водообменные процессы в семенах сосны обыкновенной на первом этапе прорастания - этапе физического насыщения водой.

Объектом исследования послужила сосна обыкновенная из естественных древостоев зеленой зоны г. Красноярска, расположенных в районах с разным уровнем техногенного загрязнения (табл.1).

На территории каждого древостоя проводился сбор образцов зрелых шишек. Шишки отбирались из нижней части кроны 20 - 25 деревьев в количестве 20-25 шт. Шишки, собранные на каждом из участков смешивались и отбирались по 100 шт. от каждого древостоя, формируя средний образец. Из среднего образца отбирались образцы в количестве 50 шт. семян с каждой площади в трех повторностях. Определяли показатели: количество поглощенной воды, водоотдачу, водоудерживающую способность семян, определяли формы воды в набухших семенах.

Для этого определялся начальный вес семян (a), семена замачивались в водопроводной воде, раскладывались на фильтровальной бумаге и после исчезновения воды с поверхности - взвешивались на технических весах. Взвешивания проводились каждые два часа до установления постоянного веса (b). Далее набухшие семена раскладывались на фильтровальной бумаге и высушивались в условиях комнатной температуры. Взвешивания проводились каждые два часа до установления постоянного веса (c).

Таблица 1 - Уровень загрязнения воздушными поллютантами территорий исследуемых древостоев сосны обыкновенной (по «Нормированный...», 1998)

Проводился расчет показателей водообмена:

1. количество поглощенной воды: d = b - a,

2. водоотдачи: i = b - c

3. водоудерживающей способности: k = b - c

Полученные данные обрабатывались статистическими методами. Достоверность различий между средними значениями признаков оценивалась по критерию Стъюдента.

Исследования показали достоверные различия (P<0,05) показателей водообмена в семенах из районов с разным уровнем техногенного загрязнения. Наибольшее количество поглощенной воды характерно для семян из Э/х «Погорельский бор» (табл. 2). Количество поглощенной воды у семян из Академгородка на 24 %, а у семян из п. Березовки - на 33% меньше, чем у семян из э/х «Погорельский бор». Показатели водоотдачи и водоудерживающей способности у семян из Э/х «Погорельский бор» также имели наибольшее значение по сравнению с семенами из двух других древостоев. Так водоотдача у семян из Академгородка составила 83%, а из п. Березовки - 82% от водоотдачи из Э/х «Погорельский бор», а водоудерживающая способность, соответственно, 66% и 41%. Таким образом, установлено закономерное уменьшение показателей водообмена семян с увеличением уровня техногенного загрязнения. Для всех древостоев характерен невысокий уровень эндогенной изменчивости показателей от очень низкого до низкого (табл.2). Исключение составила водоудерживающая способность семян (10-28 %), что соответствует уровням эндогенной изменчивости от низкого до повышенного.

Таблица 2 - Показатели водообмена в процессе прорастания семян сосны обыкновенной (М±m, С,%)

Поступающая в процессе набухания семян вода постепенно включается в обменные процессы и находится в них, как в связанном, так и в свободном состоянии. Было установлено, что в зависимости от места произрастания сосны обыкновенной 62-77% от поступившей воды в процессе набухания семян находится в свободном, и только 23-38% - в связанном состоянии (рис.1). Как видно из рисунка, доля связанной воды в семенах сосны уменьшается с увеличением загрязнения, а количество воды в свободном состоянии, наоборот, возрастает.

загрязнение семя сосна водообменный

Таким образом, снижение водоудерживающей способности семян сосны обыкновенной с увеличением техногенного загрязнения указывает на снижение темпов накопления запасных питательных веществ и ослабление насасывающей способности семян в процессе их созревания в присутствии поллютантов.

Литература

1. Аскоченская Н.А. Состояние воды в растительной клетке. Обмен воды в семенах растений. / Аскоченская Н.А., Головина Е.А. // М.: Колос - 1984а. 12. Вып. 3. С. 394 - 397.

2. Аскоченская Н.А. Водный режим семян / Аскоченская Н.А. // М: Колос - 1984б.11 Вып. 4. С. 258 - 263.

3. Кравченко Г.Л. Этапы онтогенеза сосны обыкновенной / Кравченко Г.Л. // Лесоведение - 1972. - № 6. С.44-54.

4. Нормированный по экологической опасности зональный ореол аэрогенного геохимического загрязнения Красноярской агломерации. Карта ЦМС Красноярского УГМС. Красноярск, 1998.

5. Обручева Н.В. Запуск роста осевых органов и его подготовка при прорастании семян, находящихся в вынужденном покое. 1 Накопление осмотиччески-активных веществ в осевых органах семян кормовых бобов / Обручева Н.В., Антипова О.В., Иванова И.М., // Физиология растений. Том 3, №5. - 1993 С. 742-748.

6. Обручева Н.В. Запуск роста осевых органов и его подготовка при прорастании семян, находящихся в вынужденном покое. 2 Инициация «кислого роста » в осевых органах семян кормовых бобов. / Обручева Н.В., Антипова О.В.// Физиология растений. Том 41, №3. 1994. С.443-447.

7. Обручева Н.В. Растяжение клеток как неотъемлемая составляющая роста наземных растений // Онтогенез. Том 39, № 1, Январь-Февраль 2008, С. 15-27