2025 Трансформация экосистем 8 (3), 198-208

Влияние марганца и кадмия на морфофизиологические и биохимические показатели проростков ячменя

Товстик Е.В., Олькова А.С. 

В лабораторном опыте исследовали действие различных концентраций Mn2+ (100–800 мг/л) и Cd2+ (10–80 мг/л) на растения ярового ячменя Hordeum vulgare L., сорт ‘Родник Прикамья’. Опыт проводили в рулонной культуре. Оценивали всхожесть семян, биомассу проростков, содержание свободных и связанных полифенолов в биомассе растений. Эффект марганца в низкой концентрации (100 мг/л) был стимулирующим: всхожесть семян и биомасса проростков ячменя увеличилась на 35 и 51% по сравнению с контролем. Повышенная концентрация Mn2+ (200–800 мг/л) ингибировала всхожесть семян и биомассу проростков ячменя (на 55–75% и 60–79%). Действие Cd2+ в пределах 10–80 мг/л было только угнетающим: всхожесть семян снизилась на 20–70%, биомасса проростков – на 23–78%. Биохимические реакции растений на стресс, вызванный марганцем и кадмием, различались. Марганец вызывал увеличение доли связанных полифенолов в общемполифенольномпрофиле проростков на 8, 12, 7 и 8% по сравнению с контролем. Кадмиевый стресс был компенсирован полифенолами только в наименьшей тестируемой концентрации (20 мг/л): доля связанных полифенолов возросла на 3.3% к контролю. При наиболее высоких концентрациях ионов исследуемых металлов (500–800 мг/л Mn2+ и 50–80 мг/л Cd2+) происходило снижение содержания полифенолов до контрольных значений, что свидетельствует об истощении адаптационных резервов растений.

Е. В. Товстик
Вятский государственный университет
610000, Россия, г. Киров, ул. Московская, д. 36


Анна Сергеевна Олькова
Вятский государственный университет
610000, Россия, г. Киров, ул. Московская, д. 36

доктор биологических наук, профессор
morgan-abend@mail.ru

Алексейчук, Г.Н., Ламан, Н.А., 2005. Физиологическое качество семян сельскохозяйственных культур и методы его оценки. Право и экономика, Минск, Беларусь, 48 с.
Алябышева, Е.А., 2023. Влияние солей свинца на морфофизиологические показатели донника белого (Melilotus albus Medik.). Вестник Марийского государственного университета. Серия «Сельскохозяйственные науки. Экономические науки» 9 (2), 131–138. https://doi.org/10.30914/2411-9687-2023-9-2-131-138
Арзамазова, А.В., Кинжаев, Р.Р., Белецкая, Д.В., 2020. Оценка токсичности нефтезагрязненных почв по показателямвсхожести семян и длины корней проростков пшеницы (Triticum aestivum L.). Проблемы агрохимии и экологии 4, 51–55. https://doi.org/10.26178/AE.2020.51.76.007
Бостубаева, М.Б., Науанова, А.П., Nauanova, A.P., 2022. Оценка фитотоксичности и ростостимулирующих свойств различных концентрации иловых осадков сточных вод на проростки льна масличного. Herald of Science of S. Seifullin Kazakh Agro Technical Research University 2 (113), 170–178. https://doi.org/10.51452/kazatu.2022.2(113).1030
Зыкова, Ю.Н., Скугорева, С.Г., Товстик, Е.В., Ашихмина, Т.Я., 2017. Подходы к оценке состояния городских почв методами биотестирования с использованием организмов различной систематической принадлежности и данных химического анализа. Теоретическая и прикладная экология 3, 38–46. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2017-3-038-046
Коваль, Е.В., Огородникова, С.Ю., 2023. Обработка семян биопленками цианобактерий для повышения устойчивости растений в условиях химического загрязнения метилфосфонатами. Трансформация экосистем 6 (1), 3–11. https://doi. org/10.23859/estr-220609
Космачева, А.Г., 2020. Исследование токсичности дерново-подзолистой почвы, загрязненной
антибиотиками различных групп, методом лабораторного фитотестирования. Сборник материалов V Международной научно-практической конференции "Трансграничное сотрудничество в области экологической безопасности и охраны окружающей среды." Гомель, Беларусь, 290–296.
Красноперова, С.А., 2015. Морфологический анализ и резистентность растений, рекомендуемых для фиторемедиации нефтезагрязненных почв. Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение 4 (44), 184–188.
Морозова, Т.С., Ширяев, А.В., Тимофеев, Т.А., 2020. Агроэкологическая оценка фитотоксичности почв естественных ценозов и агроценоза. Инновации в АПК: проблемы и перспективы 2, 185–190.
Санеева, Е.А., Зорькина, О.В., Нефедьева, Е.Э., 2022. Исследование фитотоксического действия тебуконазола, протиоконазола, флудиоксонила и препаратов на их основе на энергию прорастания и рост проростков пшеницы и горчицы белой. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture 14 (5), 166–186. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2022-14-5-166-186
Симонова, О.А., Лисицын, Е.М., Товстик, Е.В., 2019. Сравнительное содержание марганца в верхних горизонтах почв Кировской области. Естественные и технические науки 10 (136), 127–131. https://doi.org/10.25633/ETN.2019.10.23
Терехова, В.А., Воронина, Л.П., Николаева, О.В., Бардина, Т.В., Калмацкая, О.А. и др., 2016. Применение фитотестирования для решения задач экологического почвоведения. Использование и охрана природных ресурсов в России 3, 37–41.
Agrawal, M., Agrawal, S.B., 1999. Effects of air pollution on plant diversity. In: S.B. Agrawal, M. Agrawal (eds.), Environmental pollution and plant responses. Lewis, New York, USA, 137–152.
Chen, Y., Huang, L., Liang, X., Dai, P., Zhang, Y. et al., 2020. Enhancement of polyphenolic metabolism as an adaptive response of lettuce (Lactuca sativa) roots to aluminum stress. Environmental Pollution 261, 114230. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114230
Driesen, E., Van den Ende, W., De Proft, M., Saeys, W., 2020. Influence of environmental factors light, CO2, temperature, and relative humidity on stomatal opening and development: a review. Agronomy 10 (12), 1975. https://doi.org/10.3390/agronomy10121975
Eghbaliferiz, S., Iranshahi, M., 2016. Prooxidant activity of polyphenols, flavonoids, anthocyanins and carotenoids: Updated review of mechanisms and catalyzing metals. Phytotherapy Research 30, 1379–1391.
Erofeeva, E.A., 2022. Environmental hormesis of non-specific and specific adaptive mechanisms in
plants. Science of The Total Environment 804, 150059. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150059
Goncharuk, E.A., Zagoskina, N.V., 2023. Heavy metals, their phytotoxicity, and the role of phenolic antioxidants in plant stress responses with focus on cadmium: review. Molecules 28, 3921. https://doi.org/10.3390/molecules28093921
Juknys, R., Vitkauskaitė, G., Račaitė, M., Venclovienė, J., 2012. The impacts of heavy metals on oxidative stress and growth of spring barley. Central European Journal of Biology 7, 299–306. https://doi.org/10.2478/s11535-012-0012-9
Qaderi, M.M., Martel, A.B., Strugnell, C.A., 2023. Environmental factors regulate plant secondary metabolites. Plants 12 (3), 447. https://doi.org/10.3390/plants12030447
Shoeva, O.Y., Khlestkina, E.K., 2018. Anthocyanins participate in the protection of wheat seedlings against cadmium stress. Cereal Research Communications 46 (2), 242–252. https://doi.org/10.1556/0806.45.2017.070
Tan, Y., Duan, Y., Chi, Q., Wang, R., Yin, Y. et al., 2023. The role of reactive oxygen species in plant response to rRadiation. International Journal of Molecular Sciences 24 (4), 3346. https://doi.org/10.3390/ijms24043346
Tuladhar, P., Sasidharan, S., Saudagar, P., 2021. 17 – Role of phenols and polyphenols in plant defense response to biotic and abiotic stresses. In: Jogaiah, S. (ed.), Biocontrol Agents and Secondary Metabolites. Applications and Immunization for Plant Growth and Protection. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 419–441. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822919-4.00017-X
Wang, M., Chen, Z., Song, W., Hong, D., Huang, L., Li, Y., 2021. A review on cadmium exposure in the population and intervention strategies againstc toxicity. Bulletin of Environmental Pollution and Toxicology 106 (1), 65–74. https://doi.org/10.1007/s00128-020-03088-1