Цинния и табак способны расти в почвах, загрязненных тяжелыми металлами

11:16, 22 июня 2022

Растения задерживают медь и даже начинают быстрее цвести [фоторепортаж]

Цинния и табак приспосабливаются к наличию меди, тяжелого металла, содержащегося в уральских почвах. Они способны удерживать металл в своих клеточных структурах, ограничивая его перенос и влияние на побеги. Это выяснили ученые в ходе экспериментов, результаты которых представлены в кандидатской диссертации младшего научного сотрудника научной лаборатории «Биотехнологии поддержания и восстановления компонентов природных и трансформированных биосистем» УрФУ Анастасии Тугбаевой, а также опубликованы в журнале Horticulturae.

Для Урала, особенно для Свердловской и Челябинской областей, характерен высокий уровень содержания меди в почвах. Эта проблема очень актуальна для промышленных городов, ведь наличие тяжелых металлов в почве приводит к масштабному отчуждению сельскохозяйственных земель, снижению урожайности и продуктивности растений. В ходе экспериментов ученые показали, что растения семейства астровых и пасленовых, а именно цинния и табак, способны расти в загрязненных почвах. Они связывают ионы тяжелых металлов в клеточных стенках корня и ограничивают их транспорт в надземную часть растений.

«Это растения — исключатели меди, их корневая система выполняет функцию накапливания меди. На примере циннии мы впервые показали, что она может расти на почвах, загрязненных медью, и даже быстрее переходить к цветению, чем в чистых почвах. То есть ее можно использовать для озеленения территорий, она будет хорошо расти. Табак, важная сельскохозяйственная культура, полезное удобрение, в наших экспериментах также адаптировался к длительному воздействию меди и рос сопоставимо с контрольными растениями, несмотря на высокое содержание меди в субстрате», — рассказывает Анастасия Тугбаева.

Эксперименты проводились в условиях, приближенных к реальным почвам Екатеринбурга и его окрестностей. Ученые воссоздали условия уровня влажности и температуры, характерные для региона, и проверяли влияние различных концентраций сульфата меди на рост растений и ряд физиолого-биохимических характеристик.

«Мы проводили эксперименты в течение 20, 40, 60 дней и использовали субстраты, в которых содержание меди могло даже превышать ее содержание в почвах Екатеринбурга и окрестностей, — поясняет Анастасия Тугбаева. — Под влиянием меди в корне и стебле растений усиливается экспрессия пяти генов, отвечающих за синтез фенольных соединений и лигнина. Лигнин — один из компонентов клеточной стенки растений, который делает ее более прочной. Именно лигнин является механизмом приспособления растений, ограничивающим переход металлов из клеточной стенки и воздействия металлов на внутриклеточную структуру растения».

Исследование выполнено при поддержке РНФ (проект № 22–24–00817). Ранее сотрудники лаборатории при помощи генной модификации вывели сорт табака, способный очистить почву от токсичных веществ и тяжелых металлов.

Справка

Медь является токсикантом промышленного происхождения. По данным организации наблюдательной сети Росгидромета, в опасную категорию загрязнения почв медью в Свердловской области входят города Ревда и Кировград. Умеренно опасная категория загрязнения почв металлами в Верхней Пышме, Полевском и Первоуральске. Загрязненная почва представляет опасность не только с точки зрения поступления в организм человека токсичных веществ с продуктами питания, она также является источником вторичного загрязнения приземного слоя воздуха, поэтому наблюдениям за загрязнением почв городов уделяют большое внимание.