Оцінка фітотоксичності природних розсолів Передкарпатського гірського прогину у лабораторному експерименті за життєвими показниками кукурудзи, жита озимого та ячменю ярого

Інтегральним кількісним показником морфо-функціональних змін біотестора слугував індекс проростання насіння (ІПН), який розраховували за формулою 4.

(4)

4. Результати досліджень та їх обговорення

4.1 Хіміко-аналітичний аналіз розсолів

Результати хіміко-аналітичних досліджень вказують на значну мінералізацію розсолів Передкарпатського гірського прогину - 388 г/л, що дозволяє віднести їх до категорії «природні ропи» (табл. 4.1).

Таблиця 4.1. Загальна мінералізація і хімічний склад природних розсолів Передкарпатського гірського прогину

Наведений запис являє собою псевдодріб, у чисельнику якого вказані відсотки щодо кількості речовини еквівалента в порядку зменшення їх вмісту, а в знаменнику - в такому ж порядку, катіони. Зліва дробу зазначена загальна мінералізація (М), а справа - водневий показник (рН). У формулі вказані тільки ті іони, вміст яких перевищує 1%.

Таким чином, відповідно до наведеної формули, розсоли з джерела належать до хлоридно-гідрокарбонатно-натрієво-содових вод.

4.2 Визначення схожості насіння S. Сereale, H. Sativum та Zea mays L на водному середовищі за дії різної концентрації розсолів

Для проростання насіння необхідні певні умови, передусім - вода. Процес проростання насіння розпочинається після адсорбції води крізь мікропіле та насіннєві оболонки завдяки біоколоїдам, якими є білки, крохмаль, геміцелюлоза, пектинові речовини. Набрякання цих речовин створює силу для розриву оболонки. Зародок збільшується у розмірах завдяки росту клітин розтягуванням і поглинанню води. Зародковий корінець виходить в наслідок розриву насінної шкірки і насінину вважають пророслою.

Як свідчать результати біотестування, ропа природних джерел с. Росільна відзначається значною фітотоксичністю, що проявляється зменшенням енергії проростання насіння S. Сereale, H. Sativum, Z. Мays. Інгібуючий ефект значно варіює залежно від виду-біотестера та концентрації ропи у розчині (табл. 4.2).

Таблиця 4.2. Показники енергії проростання та схожості для ячменю ярого (Hordeum sativum J.), жита озимого (Secale cereale L.) та кукурудзи (Zea mays L.) за різної концентрації ропи у розчині

Zea mays L. проявляє більшу чутливість до впливу розсолів, порівняно з Secale сereale L. та H. sativum.

Результати хронічного експерименту вказують на наявність апроксимаційної залежності між енергією проростання та схожістю насіння кукурудзи, жита озимого та ячменю ярого.

Енергія проростання кукурудзи солодкої при 25% концентрації розсолів складає 20 %, що в 4,8 рази менша від контролю (96%), а схожість насіння на 7-й день експерименту 1,7 рази менша від контролю і складає 58%. Натомість, в всіх інших варіантах експерименту енергія проростання та схожість рівна 0 (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схожість насіння кукурудзи (Zea mays L.) при експозиції на водному середовищі із різною концентрацією розсолів: А - на 3-й день; В - на 7-й день

У контрольному варіанті на 3-ій день експерименту проростає 90% насінин S. Сereale (рис. 4.2), а схожість на 7-ий день становить - 100%.

Рис. 4.2. Схожість насіння жита озимого (Secale Cereale L.) при експозиції на водному середовищі із різною концентрацією розсолів (на 3-день)

За дії розсолів спостерігається зниження інтенсивності проростання насіння жита озимого, прямопропорційне концентрації ропи у розчині. При 25% концентрації розсолів (ІV) енергії проростання насіння є нижчим контрольного значення у 2 рази і складає 46%, при 50% концентрації - у 5,6 разів (16%), а при 75% і 100 % концентрації ропи проростання відсутнє. Аналогічна тенденція зберігається і на 7-ий день хронічного експерименту.

Біотестування, проведене на H. sativum дає неоднозначні та доволі суперечливі результати. Максимальна енергія проростання на 3-мий день експерименту в IV дослідному варіанті (25% розчин ропи) і рівна 90 %, що в 2 рази перевищує контрольний показник (45%). При двохкратному розведенні енергія проростання не перевищує 1 %, а при більших концентраціях ропи рівна 0. Отже, природні розсоли при невеликій концентрації солей здатні стимулювати проростання насіння H. sativum, та інгібувати ростовий процес при зростання концентрації солей. Гальмування проростання, імовірно, зумовлено високим вмістом хлор-аніонів, які у великих концентраціях згубно діють на дану зернову культуру.

Індекс схожості насіння кукурудзи та жита озимого знижується прямо пропорційно концентрації ропи у розчині від 100 у контролі до 0 при концентрації ропи 75% і вище.

У ячменю ярого індекс схожості насіння при 25%-ій концентрації ропи удвічі перевищує контрольний показник і різко знижується при подальшому збільшенні концентрації, сягаючи нульового значення уже при 75%.

4.3 Визначення енергії проростання насіння S. Сereale, H. Sativum на ґрунті за дії різної концентрації розсолів

Схожість насіння визначали також пророщенням даних культур (H. Sativam та S Cereale) при експозиції на ґрунті, який зволожували різним ступенем концентрації розсолів. Дані дослідження показали, що енергія проростання в жита озимого максимальна в контролі і на 7-й день становить 83,3 % , а зі збільшенні концентрації розсолів до 25% різко зменшується сягаючи 23,3 % ( табл. 4.3). Натомість максимальна енергія проростання у ячменю ярого (H. Sativum) спостерігається на 10-й день у IV варіанті експерименту (25% концентрація ропи) і становить 80%, що на 23,4% більша від контролю. А із збільшенням концентрації проростання насіння різко зменшується і при 100% концентрації розсолів сягає нуля.

Таблиця 4.3. Швидкість проростання жита озимого (Secale Cereale L.) у ґрунті, з різною концентрацією розсолів при зволоження

Порівнюючи результати отримані на середовищі різної концентрації розсолів та у ґрунті можна вважати, що тенденція енергії проростання та індексу схожості, як у жита озимого так і у ячменю ярого зберігається. Так, жито озиме характеризується зменшенням енергії проростання, а також зменшенням індексу схожості із збільшенням концентрації розсолів, як при експозиції на водному середовищі (при 25% концентрації ІС зменшується до 51%) так і у ґрунті (до 44%). Натомість, ячмінь ярий характеризується більшою енергією проростання при концентрації розсолів 25% та більшим індексом схожості порівняно із контролем (в 2 рази на водному середовищі та в 1,5 рази на ґрунті).

Отримані нами результати свідчать, що динаміка проростання та схожість насіння жита озимого та ячменю ярого є чутливими та інформативними тест-реакціями для оцінки засоленості ґрунту. Такі тест-реакції є перспективними для проведення фітооцінки засоленості ґрунту, на їх основі можна розробляти методичні рекомендації для фітоіндикації засолення територій.

4.4. Морфометричні параметри проростків S. Сereale, H. Sativum та Zea mays, як тест-реакція на дію засолення ґрунту

Ріст є інтегральним показником функціонального стану рослини. Тому здатність інгібувати або стимулювати ростові процеси як на рівні організму, так і окремих органів можна розглядати як один з найінформативніших показників токсичності середовища чи окремих факторів впливу.

Для з'ясування біологічних наслідків впливу природних розсолів проводили морфометричний аналіз коренів і пагонів проростків рослин-біотесторів з подальшим визначенням відповідних індексів

Проростки кукурудзи, жита озимого і ячменю ярого чутливо реагують на зміну концентрації ропи у середовищі достовірною зміною аналізованих морфометричних параметрів. Для всіх видів характерне зниження індексу кореня на 55% (для H. sativum), 70% (для S. сereale) і 79% ( для Zea mays) при 25% вмісті ропи у розчині; на 80-85 та 0 %, відповідно, при 50% вмісті й на 75 - 95% - при 75% вмісті.

Індекс пагона є більш стабільною характеристикою, а його зміна має виражену видову специфіку й вказує на більшу резистентність ячменю ярого до засолення середовища. У проростків жита озимого індекс пагона знижується на 52% при концентрації ропи 25% і на 95 -98% при вмісті 50 і 75%, відповідно.

У проростків ячменю ярого за аналізованою ознакою прослідковується пряма, близька до лінійної, залежність «доза-ефект», на що вказує характер зміни індексу пагона. Так, при 25% концентрації ропи у розчині індекс пагона складає 75% від контролю; при 50% - 33%, а при 75% - 15%. При концентрації 100% пагони і корені не розвивається.

Таким чином, можна припустити, що схожість насіння ілюструє прямий вплив концентрації розсолів, тоді як довжина коренів і пагонів проростків є реакцією на опосередкований вплив аніонів та катіонів, наявних у ропі. Апроксимаційний характер залежності «доза-ефект» свідчить про високу чутливість тест-системи. Це вказує на доцільність використання даної тест-реакції при проведенні біоіндикаційних досліджень засолених ґрунтів.

Імовірно, що більша стабільність реакції пагонів на вплив розсолів зумовлена відсутністю їх прямого контакту з ропою, а пригнічення їх росту зумовлені висхідною міграцією катіонів і аніонів від кореня.

Відповідно до проведених розрахунків, найбільш інформативним показником токсичності розсолів є індекс проростання насіння (ІПН), який інтегрує аналізовані тест-реакції та свідчить про ступінь резистентності рослин-біотеторів.

Для ячменю ярого встановлене поступове зменшення індексу проростання насіння, обернено пропорційне концентрації ропи у розчині: від 50,2% при трьохкратному розведенні до 6,3% - при двохкратному. Залежність «доза-ефект» має, при цьому, апроксимаційний характер.

У жита озимого та кукурудзи індекс проростання насіння різко знижується до 7,5% при 25% вмісті ропи у розчині, а при подальшому збільшення концентрації прямує до нуля. Така реакція є свідченням низької адаптивної спроможності виду в умовах засолення середовища.

4.5 Zea mays, як біотестор токсичності сольового забруднення ґрунтів околиці с. Росільни

Апроксимаційний характер залежності «доза-ефект» між аналізованими морфо-функціональними показниками кукурудзи і концентрацією ропи у середовищі свідчить про високу чутливість тест-системи і найменшу адаптивну здатність виду до умов сольового стресу. Саме з цим пов'язаний вибір даної культури як біотестора токсичності сольового забруднення ґрунтів околиці с. Росільни.

Результати проведених досліджень свідчать, що ґрунт відібраний безпосередньо біля джерела розсолів характеризується високим ступенем засоленості, оскільки в третьому варіанті експерименту не спостерігається схожості насіння Zea mays.

Таблиця 4.4. Довжина пагонів проростків Zea mays L. при експозиції на ґрунтах із різною засоленістю

Натомість таблиця 4.4 ілюструє, що середня довжина проростків кукурудзи в 2-му варіанті на 14-й день становить 5,05 см, що на 0,38 см більша від контролю. Аналогічна ситуація спостерігається із показниками середньої маси кореня та пагона проростків кукурудзи.

Більша довжина та маса проростків кукурудзи в 2-му варіанті експерименту порівняно із контролем, очевидно, пояснюється вищою родючістю ґрунту.

Отже, можна припусти, що проби ґрунти, які були відібрані на відстані 7 км від сольових джерел (ґрунт із городніх ділянок території с. Росільна), є мало засоленими, тобто характеризуються малою кількістю чи відсутністю іонів натрію та хлору. А проби ґрунту, які відбиралися на відстані 1-5 м характеризуються високим ступенем засоленості. Це свідчить про недоцільність їх використання в сільському господарстві.

Висновки

засолення ґрунт рослинний ячмень

1 Природні розсоли Перекарпатського гірського прогину належать до категорії хлоридно-гідрокарбонатно-натрієво-содових вод із загальною мінералізацією 388 г/л.

2 Природні розсоли характеризуються вираженим біологічним ефектом, інтенсивність якого визначається їх концентрацією у середовищі. Проявами токсичних властивостей розсолів є пригнічення інтенсивності проростання насіння й інгібування росту коренів і пагонів проростків рослин біотесторів: Hordeum Sativam J, Secale Cereale L та Zea mays L.

3 Енергія проростання насіння та морфометричні параметри проростків кукурудзи, жита озимого та ячменю ярого чутливо реагують на зміну концентрації розсолів у середовищі і можуть слугувати тест-ознаками при біологічній оцінці засолених середовищ.

4 Зміна морфометричних параметрів коренів проростків є більш лабільною ознакою, порівняно з пагонами. Індекс проростання насіння відзначається максимальною інформативністю серед застосованих показників.

5 Досліджені види (Hordeum Sativam J, Zea mays L та Secale Cereale L) належать до різних категорій солестійкісті. За реакцією аналізованих морфо-функціональних параметрів Hordeum Sativam J можна віднести до категорії солестійких видів, а Secale Cereale L. - видів із середньою солестійкістю, Zea mays L -не солестійких (галофобних) видів.

6 Апроксимаційний характер залежності «доза-ефект» між аналізованими морфо-функціональними показниками ячменю ярого і концентрацією ропи у середовищі свідчить про високу чутливість тест-системи і більшу адаптивну здатність виду до умов сольового стресу.

7 Ґрунти, що залягають безпосередньо біля джерела розсолів характеризуються високою засоленістю, на що вказують енергія проростання насіння та морфометричні параметри проростків кукурудзи, яка є найбільш чутливою до сольового стресу. Натомість, проби ґрунту відібрані на городніх ділянках і використані, як субстрат для пророщування кукурудзи, після аналізування схожості та морфометричних параметрів проростків, свідчать про незначну засоленості даних територій.

8 Зважаючи на вищу адаптивну здатність ячменю ярого до впливу різних концентрацій природних розсолів, цей вид може бути рекомендований, як сільськогосподарська культура у місцях з найвищим ступенем засоленості ґрунтів.

Література

1. Адаменко О.М. Екологічна геологі: [підручник для студентів вищих навчальних закладів екологічних, геологічних, географічних спеціальностей] / О.М. Адаменко, Г.І. Рудько - К.: Манускрипт, 1997. - 337с.

2. Бондаренко М.Д. Динаміка і прогноз стану геологічного середовища соляних і сірчаних родовищ Передкарпаття 2001 року: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. геол. наук : спец. 04.00.01. «Геологія» / М.Д. Бондарченко. - Л., 2001. - 20с.

3. Борис М.К. Скарби землі долинської / М.К. Борис. - Брошнів : Таля, 2009. - 180с.

4. Брагинський Л.П. Методологические аспекты токсикологического биотестирования на Daphnia magna Str. и других ветвистоусых ракообразних (критический обзор) // Гидробиол. журн. ? 2000. ? Т.36, №5. ? С.50

5. Брайон О.В. Анатомія рослин / О.В. Брайон, В.Л. Чикаленко. - К.: Вища шк., 1995. - 369с.

Размещено на Allbest.ru