Ратушняк А.Ю., Рожина Э.В., Бердник С.В., Чахирев И.В., Ахметшина А.Д., д.б иол .н. Ратушняк А.А.

Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, г. Казань, Российская Федерации

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ СВИНЦА НА СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОРНЕЙ РОГОЗА УЗКОЛИСТНОГО

 

У макрофитов могут развиваться разные виды придаточных корней (водные, почвенные и стеблевые), сходные по своей этиологии (корневищные), но отличающиеся по количественно-анатомическим признакам и направленностью метаболических признаков. Ранее нами было установлено, что ответной реакцией рогоза узколистного на нагрузку по азоту является изменение степени аэрации (доли площади воздушных полостей от общей площади поперечного среза) у водных и почвенных придаточных ( Ратушняк , Абрамова, 2011).

Объектами исследований были два типа придаточных корней рогоза узколистного – водные и почвенные. Анатомические исследования проводили по методике, применяемой на кафедре ботаники Казанского федерального университета (Любарский, 1967; Полуянова, 2005). Согласно методике придаточные корни (почвенные и водные) образцы растительного материала предварительно промывали водопроводной водой и фиксировали в 70% этаноле. С целью исследования связи между интенсивностью образования воздухоносных полостей и возрастом паренхимных клеток в условиях нагрузки по уксуснокислому свинцу лезвием безопасной бритвы вручную делали поперечные срезы растительного материала придаточных корней на расстоянии 6 см и 3 см от апекса роста. Для водных корней допускалось делать срезы на участке 4 см ввиду сложности приготовления среза вручную из-за слишком малой толщины корня. Лист делили на три равных сегмента, вырезая из середины первого от верхушки сегмента кусочек 1 см , который использовали для приготовления анатомических срезов. Срезы фиксировали в глицерине. Анатомический анализ и микрофотографирование проводили с помощью светового микроскопа «Биолам-Р17». Для микрофотографирования использовали специализированный фотоаппарат MU 500 марки AmScope . Площади срезов, воздухоносных полостей высчитывались автоматически при помощи компьютерной программы ToupView . При этом площади срезов корней приравнивались к площади круга, а площади воздухоносных полостей – к площади эллипса. Определяли площадь поперечного среза ( S _п.с ) придаточного корня, площадь воздушных полостей ( S _в.п. ), а также их соотношение долю последних от общей площади среза (Д, %).

Выявленные изменения в анатомическом строении (общая площадь воздухоносных полостей, общая площадь среза, доля общей площади воздушных полостей от общей площади поперечного среза) у двух типов придаточных корней рогоза в условиях нагрузки по свинцу, также как и в контроле, специфичны типу корня, возрасту растительных тканей, периоду вегетации, концентрации внесенного загрязнения.

Почвенные корни: при воздействии уксуснокислого свинца в концентрации 0.25 мг/л через две недели (июнь) после постановки эксперимента на срезе 6 см от апекса отмечено повышение степени аэрации за счет разрушения тонкостенных паренхимных клеток и увеличения доли воздухоносных полостей до 12.9% от общей площади поперечного среза (в контроле – 7.2%). На срезе 3 см эффект разрушения не выявлен как в контроле, так и в опыте; при действии свинца в концентрации 2.5 мг/л эти показатели составляли, соответственно 62.2% и 55.0% ( 6 см ). Водные корни: у водных корней отмечен противоположный эффект – снижение скорости межклеточных разрушений в паренхиме. В варианте со свинцом в концентрации 0.25 мг/л доля площади воздухоносных полостей (Д) через две недели после постановки эксперимента составила 23.8% от общей площади поперечного среза, в контроле – 37.2% (на расстоянии 6 см от апекса); на расстоянии 3 см воздухоносные полости не выявлены; в варианте со свинцом – 23.5% и 1.1% ( 6 см от апекса), 40.0 и 60.0 (3см от апекса), соответственно.

Подобные исследования, проведенные уже через пять недель после внесения одноразовой нагрузки (июль), показали, что количественные показатели доли воздухоносных полостей от общей площади поперечного среза у двух типов придаточных корней изменялись в сторону повышения у почвенных корней и уменьшения у водных.

Анализ приведенных данных позволяет заключить, что доля воздухоносных полостей от общей площади поперечного среза почвенных и водных корней специфична:

– возрасту паренхимных клеток. Чем старше ткань, тем интенсивнее она подвергается воздействию возмущающего фактора. Эта зависимость наиболее выражена в большинстве контрольных вариантов у почвенных корней по сравнению с водными; при воздействии свинца эта закономерность сохраняется у почвенных корней, у водных – только в сентябре, октябре;

– концентрационной и сезонной динамике; з ависимость респонс-реакций количественно-анатомических признаков корней носит двухфазный характер, с максимумами откликов в июне и октябре; с повышением концентрации токсиканта (с 0.25 до 2.5 мг/л) усиливается с сезонными особенностями разнонаправленный процесс образования воздухоносных полостей у обоих типов корней, но более значимо – у водных; при этом происходит перераспределение интенсивности разрушения паренхимных клеток и образования воздухоносных полостей с водных корней, непосредственно контактирующих с растворенными в воде ионами свинца, на почвенные. Это способствует повышению их энергетического статуса. Как известно, в период адаптации в растении происходят дополнительные энергетические затраты (Пахомова, 1999), прежде всего, за счет усиления поглощения кислорода (Семихатова, 1995). У высшей водной растительности часть кислорода, образованного в процессе фотосинтеза, накапливается в своеобразных резервуарах – воздушных полостях, который в дальнейшем используется в процессе ее жизнедеятельности (Садчиков, 2004).