Биоабсорбция некоторых химических элементов агарикоидными макромицетами в условиях Приволжской лесостепи

Размещено на http://www.allbest.ru

Биоабсорбция некоторых химических элементов агарикоидными макромицетами в условиях Приволжской лесостепи

Иванов А.И., Костычев А.А.

Интенсивные исследования по изучению элементного состава базидиальных макромицетов начались в 70 годах XX столетия. В результате было установлено, что многие из них проявляют себя как биоаккумуляторы определенных элементов (Kalaи et al., 2000). Это связывают в первую очередь с осмотрофным типом питания, благодаря которому, базидиальные макромицеты обладают способностью к активной аккумуляции некоторых элементов, которая выражена гораздо значительнее, чем у высших растений, произрастающих в тех же условиях (Nuorteva et al., 1986, Svoboda et al., 2000). Немаловажным является и тот факт, что мицелий, пронизывая верхний слой почвы, представляет собой фильтр для поступающих в почву химических соединений (Ingrao et al., 1992). В работах, посвященных изучению этой проблемы, отмечается что, главными факторами, влияющими на содержание элементов в плодовых телах грибов разных видов, являются их биологические особенности. Так Тайлер обнаружил значительные различия концентраций тяжелых металлов в плодовых телах грибов разных видов, произрастающих в сходных почвенных условиях (Tyler, 1980). Большая часть изученных в отношении элементного состава грибов относится к двум трофическим группам симбиотрофов и напочвенных сапротрофов. Мицелий первых находится в почвенной толще значительно глубже, тогда как поверхностный мицелий сапротрофов использует элементы питания верхних горизонтов А0 - А1, более подверженных загрязнению. Поэтому среди напочвенных сапротрофов значительно большее количество видов накапливает высокие концентрации тяжелых металлов (Laaksovirta & Alakujala, 1978; Laaksovirrta & Lodenius, 1979; Kuusi et al., 1981; Melgar et al., 1998).

Большинство отечественных и зарубежных публикаций, по рассматриваемой проблеме, посвящены накоплению тяжелых металлов плодовыми телами грибов в условиях техногенного загрязнения, тогда как сведения об аккумуляции в условиях фонового состояния экосистем носят отрывочный и противоречивый характер. Кроме того, в большинстве работ изучение закономерностей характера биоаккумуляции лимитируется либо узким видовым набором, либо небольшим количеством исследуемых элементов. Поэтому целью нашей работы было изучение характера накопления железа, кобальта, марганца, никеля, свинца, цинка, хрома и мышьяка макромицетами разных таксономических и трофических групп в условиях лесных экосистем приволжской лесостепи в пределах Пензенской области.

Сбор плодовых тел изучаемых видов грибов проводился в лесных экосистемах в 2005-2006 гг. Всего было собрано 294 образца, относящихся к 80 видам, то есть по каждому виду анализировалось не менее трех образцов. Способность к биоабсорбции оценивалась в условиях различных подтипов серых лесных почв, содержание изучаемых элементов в которых находится в пределах ПДК и ниже (МУ 4266-87). Наиболее распространенными из них являются светло-серые лесные маломощные супесчаные почвы и светло-серые лесные среднемощные суглинистые.

Работа осуществлялась на базе кафедры биологии и экологии ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» и экоаналитической лаборатории Регионального центра государственного контроля и мониторинга по Пензенской области ФГУ ГосНИИЭНП МПР РФ. Анализ грибов осуществлялся рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре «Спектроскан Макс-GF1E». Принцип действия спектрометра основан на выделении характеристических линий флуоресцентного излучения исследуемого образца, возбуждаемого излучением острофокусной рентгеновской трубки, регистрации интенсивности этих линий и пересчета их в концентрации соответствующих элементов.

В результате исследований установлено, что аккумуляция изучаемых элементов плодовыми телами грибов определяется главным образом видовой принадлежностью. Средняя концентрация железа в плодовых телах грибов составила 127,65 мг/кг воздушно-сухой массы. К видам, интенсивно аккумулирующим этот элемент можно отнести Amanita phalloides, Cortinarius triumphans, Lactarius quietus, Rozites caperata, Russula ionochlora, Xerocomus subtomentosus, в базидиомах которых средние концентрации составили 295,5; 300,5; 258,05; 281,75; 557,90; 561,52 мг/кг воздушно-сухой массы соответственно. Статистически значимая корреляция между содержанием железа в базидиомах грибов и его концентрацией в субстрате отмечена для Lepista nuda (0,834 P=0,05); Russula xerampelina (0,995 P=0,05).

Средняя концентрация кобальта составила 2,68 мг/кг воздушно-сухой массы. Максимальная способность к аккумуляции этого элемента выражена у Amanita citrina и Chalciporus piperatus, в плодовых телах которых концентрация кобальта составила 4,12 и 7,92 мг/кг соответственно. Достоверная корреляция между содержанием кобальта в базидиомах грибов и его концентрацией в субстрате установлена для Leccinum auranticum (0,999 P=0,05).

Среди изучаемых нами грибов в группу биоаккумуляторов марганца условно можно отнести Amanita rubescens, Cortinarius alboviolaceus, Lycoperdon perlatum, Lepista flaccida, L. nebularis, L. nuda, Russula foetens, R. ionochlora, Suillus granulatus, в плодовых телах которых концентрация марганца была выше 25 мг/кг при средней - 15,59 мг/кг. Выявлена достоверная отрицательная зависимость между содержанием марганца в плодовых телах Russula xerampelina и его концентрацией в субстрате (-0,941; Р=0,05).

Выраженная способность к аккумуляции никеля обнаружена для Cortinarius triumphans, Lactarius piperatus, Macrolepiota procera, в базидиомах которых концентрация никеля составила 7,24; 6,82; 4,55 мг/кг при средней - 2,79 мг/кг. Достоверной корреляции между содержанием в плодовых телах и субстрате для данного элемента не выявлено.

Важность таксономической принадлежности грибов сильно прослеживается на примере свинца, максимальные концентрации которого отмечены для Calvatia utriformis, Lycoperdon perlatum, принадлежащих к одному семейству (17,54 и 17,00 мг/кг соответственно, при средней - 2,91 мг/кг). Статистически значимая зависимость между содержанием свинца в плодовых телах грибов и концентрацией в субстрате обнаружена для Russula xerampelina (-0,965 Р=0,05) и Lepista nebularis (0,998 Р=0,05).

Виды, проявляющие склонность к аккумуляции цинка широко представлены практически во всех изучаемых таксономических группах. К ним условно можно отнести Calvatia utriformis, Macrolepiota rhacodes, Lactarius deliciosus, L. piperatus, Leccinum duriusculum, L. variicolor, Lycoperdon perlatum, Suillus luteus, Tricholoma flavovirens, T. terreum. В плодовых телах этих видов концентрация цинка составила 159,1; 131,95; 138,25; 121,47; 126,06; 130,95; 150,8; 128,80; 126,38; 125,78 мг/кг соответственно при средней - 80,92 мг/кг. Статистически значимая корреляция между содержанием цинка в плодовых телах и его концентрацией в субстрате установлена для Lactarius citriolens (0,972 Р=0,05) и Lepista nebularis (0,977 Р=0,05).

Способность к биоаккумуляции хрома отмечена для Amanita pantherina, A. phalloides, Lactarius volemus, Russula adusta, R. delica, Lepista saeva, Leucopaxillus giganteus. Концентрация хрома в их плодовых телах превышала среднюю в 2-4 раза и составила 1,38; 1,74; 1,48; 1,35; 1,34; 1,38; 1,50 мг/кг соответственно. В качестве вида индикатора загрязнения окружающей среды рассматриваемым элементом можно предложить Boletus impolitus, в плодовых телах которого концентрация хрома составила 3,01 мг/кг. Статистически значимая корреляция между содержанием хрома в базидиомах макромицетов и концентрацией в субстрате установлена для Macrolepiota procera (0,999 Р=0,05) и Hygrophorus sp. (0,959 Р=0,05).

По способности биосорбции мышьяка среди изучаемых макромицетов условно можно выделить виды, проявляющие склонность к аккумуляции и концентрирующие данный элемент в экстремальных количествах. К первым относятся Cortinarius auroturbinatus, Hebeloma sp., Lactarius deliciosus, Lycoperdon perlatum, Tricholoma imbricatum (22,90; 7,96; 12,31; 27,01; 16,33 мг/кг соответственно), ко вторым - Lepista nuda, Leucopaxillus giganteus (36,17; 42,85 мг/кг соответственно). Средняя концентрация этого элемента составила 3,61 мг/кг. Достоверная корреляционная связь между содержанием мышьяка в плодовых телах и концентрацией в субстрате отмечена для Lepista nuda (0,965 Р=0,05), что на ряду со способностью к активной биоабсорбции рассматриваемого элемента позволяет использовать этот вид в качестве биоиндикатора загрязнения окружающей среды мышьяком.

В результате исследований было установлено, что сапротрофные макромицеты, в сравнении с симбиотрофами, обладают большей способностью к биоабсорбции всех изучаемых элементов, за исключением никеля, для которого различий между трофическими группами не выявлено. Так средняя концентрация марганца в плодовых телах симбиотрофов составила 13,37 мг/кг, когда как в базидиомах подстилочных сапротрофов ? 25,22 мг/кг. Еще больший контраст наблюдается при оценке способности к биоаккумуляции таких элементов как свинец и мышьяк. В плодовых телах симбиотрофов средние концентрации свинца и мышьяка составили 1,85 и 2,20 мг/кг, тогда как в базидиомах гумусовых сапротрофов ? 11,05 и 15,03 мг/кг соответственно.

На основе полученных данных можно сделать вывод, что способность накапливать в плодовых телах определенные химические элементы определяется в первую очередь биологическими особенностями гриба и является специфичной для каждого вида. В тоже время для некоторых видов макромицетов величина биабсорбции находилась и в тесной связи с содержанием химических элементов в субстрате. Например, сочетание высокой абсорбционной способности по отношению к мышьяку с ее зависимостью от содержания этого элемента в субстрате проявляет Lepista nuda, что позволяет её рассматривать как идеальный индикатор загрязнения окружающей среды мышьяком.

Литература

биоабсорбция аккумуляция гриб химический

1. МУ 4266-87 «Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами».

2. Ingrao G., Belloni P., Santaroni G.P. Mushrooms as biological monitors of trace elements in the environment // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 1992. Vol. 161, No 1. P. 113-120.

3. Kalaи P., Svoboda L. A review of trace element concentration in edible mushrooms // Food Chemistry. 2000. Vol. 69. P. 273-281.

4. Kuusi T., Laaksovirta K., Liukkonen-Lilja H., Lodenius M., & Piepponen S. Lead, cadmium, and mercury contents of fungi in the Helsinki // Annales Botanici Fennici. 1981. Vol. 16. P. 208-212.

5. Laaksovirta K. & Alakujala P. Lead, cadmium and zink contents of fungi in the parks of Helsinki // Anneles Botanici Fennici. 1978. Vol. 15. P. 253-257.

6. Laaksovirrta K. & Lodenius M. Mercury content of fungi in Helsinki // Anneles Botanici Fennici. 1979. Vol. 16. P. 208-212.

7. Melgar M., Alonso J., Perez-Lopez M., & Garcia M.A. Influence of some factors in toxicity and accumulation of cadmium from edible wild macrofungi in nw Spain // Journal of Environmental Science and Health/ 1998. Vol. 33 (4). P. 439-455.

8. Nuorteva P., Autio S., Lehtonen J., Lepistц A., Ojala S., Seppдnen A., Tulisalo E., Veide P., Viipuri J & Willamo R. Levels of iron, aluminium, zink, cadmium and mercury in plants growing in the surroundings of an acidified and a non-acidified lake in Espoo, Finland // Anneles Botanici Fennici. 1986. Vol. 23. P. 333-340.

9. Tyler G. Metals in sporophores of basidiomycetes. Transactions of the British Mycological Society. 1980. Vol. 74 (1). P. 41-49.

Размещено на Allbest.ru