1 Жизнеспособность семенного потомства Taraxacum officinale s.l. из загрязненных тяжелыми металлами территорий В. С. Безель, Т. В. Жуйкова* Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург * Нижнетагильский государственный социальнопедагогический институт (ф) Российского государственного профессионально-педагогического университета, Нижний Тагил bezel@ipae.uran.ru, hbfnt@rambler.ru 2 Сохранение репродуктивного потенциала растений и способности к воспроизводству является одним из ключевых факторов поддержания численности природных популяций, а, следовательно, их жизнеспособности и устойчивости. Особое значение эти процессы имеют в нестабильных условиях, в том числе при техногенной деградации среды обитания. 3 ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: изучение адаптации растений к условиям химического загрязнения почв тяжелыми металлами по показателям жизнеспособности семенного потомства Объект исследования: Taraxacum officinale s.l. T. off. f. dahlstedtii 4 ТЕХНОГЕННО НАРУШЕННАЯ ТЕРРИТОРИЯ 5 отвал главного карьера Высокогорского горнообогатительного комбината Fe: 16185 мкг/г; Zn - 343 мкг/г; Cu – 288 мкг/г; Pb – 23 мкг/г; Cd – 2 мкг/г. 6 ТРАВЯНИСТЫЕ СООБЩЕСТВА ФОНОВАЯ ЗОНА Z = 1.0 отн. ед. ИМПАКТНАЯ ЗОНА Z = 23.0 отн. ед. Максимальные превышения фоновых значений: Cd – 78 раз, Zn – 29 раз, Cu – 10 раз. 7 ОТБОР ПОЧВЫ 8 Сбор плодов (семянок) ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА 9 10 НАБЛЮДЕНИЕ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ Энергия прорастания (Е, %), всхожесть (Всх, %) семян, выживаемость (Вж, % от Всх), листообразование (Л, % от Вж) 11 Анализ ростовых критериев длина корня, мм, доля проростков с боковыми корнями, % от ВЖ 12 Вариант 1 13 Вариант 2 Боковые корни, % от ВЖ Длина корня, мм Листообразование , % от выживших Выживаемость Всхожесть Энергия прорастания % от часла посеянных семян ПОЧВА С ФОНА 60 0 14 p > 0,05 50 40 30 20 10 импакт фон СЕМЕННОЕ ПОТОМСТВО С ФОНОВОГО И ИМПАКТНОГО УЧАСТКОВ Боковые корни, % от ВЖ Длина корня, мм Листообразование, % от выживших Выживаемость Всхожесть Энергия % от часла посеянных семян ПОЧВА С ЗАГРЯЗНЕННОГО ТМ УЧАСТКА 50 0 15 60 p < 0,01 40 30 20 10 импакт фон СЕМЕННОЕ ПОТОМСТВО С ФОНОВОГО И ИМПАКТНОГО УЧАСТКОВ Показатели жизнеспособности СХОДСТВО НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПОВ ОНТОГЕНЕЗА Е Вс Вж Дк Бк Л 0 100 200 300 400 500 Евклидова дистанция 600 16 17 ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ УСПЕШНОСТЬ НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПОВ ОНТОГЕНЕЗА Начальные этапы онтогенеза Родители Е Всх Вж Среда Л Дк Бк В конечном счете резистентность растений к загрязненной тяжелыми металлами среде определяется совокупностью показателей как наследованных от родительских особей (с учетом условий их произрастания на фоновых и загрязненных почвах), так и условиями, в которых протекает их онтогенез. Популяция гетерогенна С. С. Четвериков 18 Н. В. Глотов «…речь должна идти о реакции на стрессирующие факторы исходно гетерогенной популяции растений». Это означает, что средние значения полученных показателей онтогенеза не отражают возможную гетерогенность популяции, включающую наличие в ней резистентных и низко резистентных по отношению к загрязняющим факторам особей. ЧАСТОТА ВСТРЕЧАЕМОСТИ ПРОРОСТКОВ С РАЗНОЙ ДЛИНОЙ КОРНЕЙ ПОЧВА ФОНОВАЯ ПОЧВА ИМПАКТНАЯ χ2 = 29,45; p < 0,001 χ2 = 13,24; p > 0,05 Длина корня, мм >9 1 85 73 61 >1 20 11 9 99 79 59 39 19 9 0 49 5 37 2 10 2 25 15 13 20 металлоустойчивые 6 25 устойчивые к 1 традиционным факторам 40 35 30 25 20 15 10 5 0 < 30 Частота встречаемости проростков, % 1 < Частота встречаемости проростков, % 35 19 Длина корня, мм 1 - семена с фона, 2 – семена с импакта Результаты непараметрического дискриминантного анализа 20 Сравнение общего репродуктивного потенциала растений Е Дк Вж 4 2 1 Бк Л 3 Вс 1 – фоновые семена на фоновой почве; 2 - фоновых семян на импактной почве; 3 – импактные семена на фоновой почве; 4 – импактнеы семена на импактной почве. Таким образом, ценопопуляции модельного вида Taraxacum officinale s.l. в течение длительного времени нормально функционируют на загрязненных тяжелыми металлами почвах. В этих условиях длительное время обеспечивается необходимый уровень воспроизводства популяции. Исходя из этого, можно говорить об адаптированности ценопуляций техногенно нарушенных территорий не только к изменению «традиционных» погодно-климатических условий, но и химическому стрессу. Согласно нашим данным, это возможно за счет постоянного воспроизводства в условиях техногенного пресса исходного, совпадающего по качеству с фоновым семенного материала. В процессе последующего онтогенеза возможен адаптивный отбор наиболее приспособленных особей, соответствующих требованиям стрессовой среды. 21 Авторы благодарны научному сотруднику лаборатории экотоксикологии популяций и биоценозов кбн Владимиру Сергеевичу Микрюкову за помощь в статистическом анализе результатов Работа выполнена при финансовой поддержке: Правительства Свердловской области и Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 13-04-96056-р_урал_а) 22