ЦИНК И КАДМИЙ В ФИТОМАССЕ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ: ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТРАНСЛОКАЦИИ, АККУМУЛЯЦИИ И БАРЬЕРНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Обложка

Аннотация


В настоящей работе представлены результаты изучения особенностей распределения цинка и кадмия - элементов - геохимических аналогов - в фитомассе древесных растений лесных экосистем (центр Восточно-Европейской равнины). На основе анализа коэффициентов транслокации и дискриминации выявлено, что для деревьев, как правило, характерна активная транслокация цинка в надземные органы и существование корневого кадмиевого барьера. Установлено повышение селективности мембранных транспортных систем растений в на-правлении фотосинтезирующих органов. Показано, что барьерная функция древесины в отношении кадмия может быть обусловлена его преимущественным ксилемным транспортом в форме свободного иона Cd2+. Кроме того, выявлены некоторые аспекты видовой специфики аккумуляции цинка и кадмия в растениях, связанные с их геохимической специализацией и особенностями метаболизма тиоловых соединений.


О С Железнова

Лицо (автор) для связи с редакцией.
Zheleznova_rzn@mail.ru
Российский университет дружбы народов; Рязанский государственный университет им. С.А. Есенина ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198; ул. Свободы, 46, Рязань, Россия, 390000

Железнова Ольга Сергеевна - аспирант 2 курса экологического факультета Российского университета дружбы народов; техник-лаборант кафедры физической географии и методики преподавания географии Рязанского государственного университета имени С.А. Есенина.

Н А Черных

chernykh_na@rudn.university
Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198

Черных Наталья Анатольевна - доктор биологических наук, профессор; заведующая кафедрой судебной экологии с курсом экологии человека Российского университета дружбы народов.

С А Тобратов

tobratovsa@mail.ru
Рязанский государственный университет им. С.А. Есенина ул. Свободы, 46, Рязань, Россия, 390000

Тобратов Сергей Анатольевич - кандидат биологических наук, руководитель лаборатории геохимии ландшафтов при кафедре физической географии и методики преподавания географии Рязанского государственного университета имени С.А. Есенина, доцент.

  • Волков С.Н. Геохимическая эволюция кадмия в естественном и техногенном циклах миграции // Техногенез и биохимическая эволюция таксонов биосферы. Тр. Биогеохим. лаб. Т. 24. М.: Наука, 2003. С. 113-141.
  • Бингам Ф.Т., Коста М., Эйхенбергер Э. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов / под ред. Х. Зигеля, А. Зигель. М.: Мир, 1993. 368 c.
  • Серегин И.В. Распределение тяжелых металлов в растениях и их действие на рост: диcс. … д-ра биол. наук. М., 2009. 333 с.
  • Deram A., Denayer F.-O., Petit D., Haluwyn C.V. Seasonal variations of cadmium and zinc in Arrhenatherum elatius, a perennial grass species from highly contaminated soils // Environmental Pollution. 2006. Vol. 140. № 1. Р. 62-70. http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2005.06.025
  • Brekken A., Steinnes E. Seasonal concentrations of cadmium and zinc in native pasture plants: consequences for grazing animals // Science of the Total Environment. 2004. Vol. 326. № 1-3. Р. 181-195. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2003.11.023
  • Waters B.M., Grusak M.A. Whole-plant mineral partitioning throughout the life cycle in Arabidopsis thaliana ecotypes Columbia, Landsberg erecta, Cape Verde Islands, and the mutant line ysl1ysl3 // New Phytologist. 2008. Vol. 177. № 2. Р. 389-405. http://dx.doi. org/10.1111/j.1469-8137.2007.02288.x
  • Liu W., Ni J., Zhou Q. Uptake of heavy metals by trees: prospects for phytoremediation // Materials Science Forum. 2013. Vols. 743-744. Р. 768-781. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific. net/msf.743-744.768
  • Durand T.C., Baillif P., Albéric P., Carpin S., Label P., Hausman J.-F., et al. Cadmium and zinc are differentially distributed in Populus tremula x P. alba exposed to metal excess // Plant Biosystems - An International Journal Dealing with all Aspects of Plant Biology. 2011. Vol. 145. № 2. Р. 397-405. http://dx.doi.org/10.1080/11263504.2011.567787
  • Природа Рязанской области / под ред. В.А. Кривцова. Рязань: Рязанский государственный университет им. С.А. Есенина, 2008. 407 c.
  • Jing Y., Cui H., Li T., Zhao Z. Heavy metal accumulation characteristics of Nepalese alder (Alnus nepalensis) growing in a lead-zinc spoil heap, Yunnan, southwestern China // iForest - Biogeosciences and Forestry. 2014. Vol. 7. № 4. Р. 204-208. http://dx.doi.org/10.3832/ifor1082-
  • Álvarez-Fernández A., Díaz-Benito P., Abadía A., López-Millán A.-F., Abadía J. Metal species involved in long distance metal transport in plants // Frontiers in plant science. 2014. Vol. 5. № 105. http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2014.00105
  • Conn S., Gilliham M. Comparative physiology of elemental distributions in plants // Annals of Botany. 2010. Vol. 105. № 7. Р. 1081-1102. http://dx.doi.org/10.1093/aob/mcq027
  • Zhu Y-G., Smolders E. Plant uptake of radiocaesium: a review of mechanisms, regulation and application // Journal of Experimental Botany. 2000. Vol. 51. № 351. P. 1635-1645. http:// dx.doi.org/10.1093/jexbot/51.351.1635
  • Kitagishi K., Obata H. Effects of zinc deficiency on the nitrogen metabolism of meristematic tissues of rice plants with reference to protein synthesis // Soil Science and Plant Nutrition. 1986. Vol. 32. № 3. Р. 397-405. http://dx.doi.org/10.1080/00380768.1986.10557520
  • Marschner P., editor. Marschner’s Mineral Nutrition of Higher Plants. 3rd ed. Adelaide: School of Agriculture, Food and Wine, the University of Adelaide Australia, 2012. 672 p.
  • Brunner I., Luster J., Gunthardt-Goerg M.S., Frey B. Heavy metal accumulation and phytostabilisation potential of tree fine roots in a contaminated soil // Environmental Pollution. 2008. Vol. 152. № 3. Р. 559-568. http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2007.07.006
  • Belleghem F.V., Cuypers A., Semane B., Smeets K., Vangronsveld J., d’Haen J., et al. Subcellular localization of cadmium in roots and leaves of Arabidopsis thaliana // New Phytologist. 2007. Vol. 173. № 3. Р. 495-508. http://dx.doi.org/10.1111/j.1469-8137.2006.01940.x
  • [18] Кривцов В.А., Тобратов С.А., Водорезов А.В., Комаров М.М., Железнова О.С., Соловьева Е.А. Природный потенциал ландшафтов Рязанской области. Рязань: Рязанский государственный университет им. С.А. Есенина, 2011. 768 с.
  • Hagen-Thorn A., Stjernquist I. Micronutrient levels in some temperate European tree species: a comparative field study // Trees. 2005. Vol. 19. № 5. Р. 572-579. http://dx.doi.org/10.1007/ s00468-005-0416-5
  • Тобратов С.А., Попов В.И., Попова А.В. Факторы и закономерности миграции тяжелых металлов в лесных геосистемах Рязанского региона // Материалы регион. науч.-практич. Конф. «Вопросы региональной географии и геоэкологии» / под ред. В.А. Кривцова. Рязань: Рязанскиий государственный университет им. С.А. Есенина, 2007. С. 84-114.
  • Tobratov S.A., Zheleznova O.S., Krivtsov V.A. Critical loads-based ecological control of heavy metal deposition in natural and anthropogenic ecosystems: trial study // International Journal of Biology, Pharmacy and Allied Sciences. 2016. Vol. 5. № 11. Р. 3013-3028.
  • Domínguez M.T., Madrid F., Marañón T., Murillo J.M. Cadmium availability in soil and retention in oak roots: Potential for phytostabilization // Chemosphere. 2009. Vol. 76. № 4. Р. 480-486. http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2009.03.026
  • Österås A.H. Interactions between calcium and heavy metals in Norway spruce. Accumulation and binding of metals in wood and bark: dissertation. Stockholm: Department of Botany, Stockholm University, 2004. 52 p.
  • Hazama K., Nagata S., Fujimori T., Yanagisawa S., Yoeneyama T. Concentrations of metals and potential metal-binding compounds and speciation of Cd, Zn and Cu in phloem and xylem saps from castor bean plants (Ricinus communis) treated with four levels of cadmium // Physiologia Plantarum. 2015. Vol. 154. № 2. Р. 243-255. http://dx.doi.org/10.1111/ppl.12309
  • Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с.
  • Казнина Н.М., Титов А.Ф., Батова Ю.В. Содержание непротеиновых тиолов в клетках корня дикорастущих многолетних злаков при действии кадмия и свинца // Труды Карельского научного центра РАН. 2014. № 5. С. 182-187.
  • Sinclair S.A., Kramer U. The zinc homeostasis network of land plants // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 2012. Vol. 1823. № 9. Р. 1553-1567. http://dx.doi. org/10.1016/j.bbamcr.2012.05.016
  • Yruela I. Copper in plants: acquisition, transport and interactions // Functional Plant Biology. 2009. Vol. 36. № 5. Р. 409-430. http://dx.doi.org/10.1071/fp08288
  • Capuana M. Heavy metals and woody plants - biotechnologies for phytoremediation // iForest - Biogeosciences and Forestry. 2011. Vol. 4. № 1. Р. 7-15. http://dx.doi.org/10.3832/ifor0555-004
  • Хелдт Г.-В. Биохимия растений / под ред. А.М. Носова, В.В. Чуба. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. 471 с.
  • Bouain N., Shahzad Z., Rouached A., Khan G.A., Berthomieu P., Abdelly C., et al. Phosphate and zinc transport and signalling in plants: towarda better understanding of their homeostasis interaction // Journal of Experimental Botany. 2014. Vol. 65. № 20. P. 5725-5741. http://dx. doi.org/10.1093/jxb/eru314
  • Maestri E., Marmiroli M., Visioli G., Marmiroli N. Metal tolerance and hyperaccumulation: Costs and trade-offs between traits and environment // Environmental and Experimental Botany. 2010. Vol. 68. № 1. P. 1-13. http://dx.doi.org/10.1016/j.envexpbot.2009.10.011
  • Sofo A., Scopa A., Remans T., Vangronsveld J., Cuypers A. Biochemical and functional responses of Arabidopsis thaliana exposed to cadmium, copper and zinc // The plant family Brassicaceae: contribution towards phytoremediation. Anjum N.A., editor. 2012. Vol. 21. Р. 239-263. http:// dx.doi.org/10.1007/978-94-007-3913-0_9
  • Cappa J.J., Pilon-Smits E.A.H. Evolutionary aspects of elemental hyperaccumulation // Planta. 2014. Vol. 239. № 2. Р. 267-275. http://dx.doi.org/10.1007/s00425-013-1983-0
  • Schneider A., Kreuzwieser J., Schupp R., Sauter J.J., Rennenberg H. Thiol and amino acid composition of the xylem sap of poplar trees (Populus x canadensis ‘robusta’) // Canadian journal of botany. 1994. Vol. 72. № 3. Р. 347-351. http://dx.doi.org/10.1139/b94-046

Просмотры

Аннотация - 102

PDF (Russian) - 114


© Железнова О.С., Черных Н.А., Тобратов С.А., 2017

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.