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

Обложка

Цитировать

Полный текст

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.

Об авторах

О С Железнова

Российский университет дружбы народов; Рязанский государственный университет им. С.А. Есенина

Автор, ответственный за переписку.
Email: Zheleznova_rzn@mail.ru

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.

ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198; ул. Свободы, 46, Рязань, Россия, 390000

Н А Черных

Российский университет дружбы народов

Email: chernykh_na@rudn.university

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

ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198

С А Тобратов

Рязанский государственный университет им. С.А. Есенина

Email: tobratovsa@mail.ru

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.

ул. Свободы, 46, Рязань, Россия, 390000

Список литературы

  1. Volkov S.N. Geokhimicheskaya evolyutsiya kadmiya v estestvennom i tekhnogennom tsiklakh migratsii. Tekhnogenez i biokhimicheskaya evolyutsiya taksonov biosfery. Tr. Biogeokhim. lab. Moscow: Nauka, 2003; 24: 113—141. (In Russ.).
  2. Bingam F.T., Kosta M., Eikhenberger E. Nekotorye voprosy toksichnosti ionov metallov. Zigel’ Kh, Zigel’ A, editors. Moscow: Mir, 1993. (InRuss.).
  3. Seregin IV. Raspredelenie tyazhelykh metallov v rasteniyakh i ikh deistvie na rost [dissert.ation]. Moscow, 2009. (In Russ.).
  4. 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, 140 (1): 62—70. http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2005.06.025
  5. Brekken A., Steinnes E. Seasonal concentrations of cadmium and zinc in native pasture plants: consequences for grazing animals. Science of the Total Environment. 2004, 326 (1-3): 181—195. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2003.11.023
  6. 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; 177 (2): 389—405. http://dx.doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.02288.x
  7. Liu W., Ni J., Zhou Q. Uptake of heavy metals by trees: prospects for phytoremediation. Materials Science Forum. 2013; 743—744: 768—781. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.743-744.768
  8. 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; 145 (2): 397—405. http://dx.doi.org/10.1080/11263504.2011.567787
  9. Krivtsov V.A., editor. Priroda Ryazanskoi oblasti. Ryazan: Ryazanskii gosudarstvennyi universitet im. S.A. Esenina, 2008. (In Russ.).
  10. 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; 7 (4): 204—208. http://dx.doi.org/10.3832/ifor1082-007
  11. 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; 5 (105). http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2014.00105
  12. Conn S., Gilliham M. Comparative physiology of elemental distributions in plants. Annals of Botany. 2010; 105 (7): 1081—1102. http://dx.doi.org/10.1093/aob/mcq027
  13. Zhu Y.-G., Smolders E. Plant uptake of radiocaesium: a review of mechanisms, regulation and application. Journal of Experimental Botany. 2000; 51 (351): 1635—1645. http://dx.doi.org/10.1093/jexbot/51.351.1635
  14. 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; 32 (3): 397—405. http://dx.doi.org/10.1080/00380768.1986.10557520
  15. 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.
  16. Brunner I., Luster J., Gunthardt-Goerg M.S., Frey B. Heavy metal accumulation and phytostabilisation potential of tree fine roots in a contaminated soil. EnvironmentalPollution. 2008; 152 (3): 559—568. http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2007.07.006
  17. Belleghem F.V., Cuypers A., Semane B., Smeets K., Vangronsveld J., d’Haen J., et al. Subcellular localization of cadmium in roots and leaves ofArabidopsis thaliana.New Phytologist. 2007; 173 (3): 495—508. http://dx.doi.org/10.1111/j.1469-8137.2006.01940.x
  18. Krivtsov V.A., Tobratov S.A., Vodorezov A.V., Komarov M.M., Zheleznova O.S., Solov’eva E.A. Prirodnyi potentsial landshaftov Ryazanskoi oblasti.Ryazan: Ryazanskii gosudarstvennyi universitet im. S.A. Esenina, 2011. (In Russ.).
  19. Hagen-Thorn A., Stjernquist I. Micronutrient levels in some temperate European tree species: a comparative field study. Trees. 2005; 19 (5): 572—579. http://dx.doi.org/10.1007/s00468-005-0416-5
  20. Tobratov S.A., Popov V.I., Popova A.V. Faktory i zakonomernosti migratsii tyazhelykh metallov v lesnykh geosistemakh Ryazanskogo regiona. (Conference proceedigs) Materialy regional’noi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Voprosy regional’noi geografii i geoekologii». Krivtsov V.A., editor. Ryazan: Ryazanskiii gosudarstvennyi universitet im. S.A. Esenina, 2007: 84—114. (In Russ.).
  21. 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; 5 (11): 3013—3028.
  22. Domínguez M.T., Madrid F., Marañón T., Murillo J.M. Cadmium availability in soil and retention in oak roots: Potential for phytostabilization. Chemosphere. 2009; 76 (4): 480—486. http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2009.03.026
  23. 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.
  24. 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; 154(2): 243—255. http://dx.doi.org/10.1111/ppl.12309
  25. Titov A.F., Kaznina N.M., Talanova V.V. Tyazhelye metally i rasteniya. Petrozavodsk: Karel’skii nauchnyi tsentr RAN, 2014. (In Russ.).
  26. Kaznina N.M., Titov A.F., Batova Yu.V. Soderzhanie neproteinovykh tiolov v kletkakh kornya dikorastushchikh mnogoletnikh zlakov pri deistvii kadmiya i svintsa. Trudy Karel’skogo nauchnogo tsentra RAN. 2014; (5): 182—187. (In Russ.).
  27. Sinclair S.A., Kramer U. The zinc homeostasis network of land plants. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Molecular Cell Research. 2012; 1823 (9): 1553—1567. http://dx.doi.org/10.1016/j.bbamcr.2012.05.016
  28. Yruela I. Copper in plants: acquisition, transport and interactions. Functional Plant Biology. 2009; 36 (5): 409—430. http://dx.doi.org/10.1071/fp08288
  29. Capuana M. Heavy metals and woody plants — biotechnologies for phytoremediation. iForest — Biogeosciences and Forestry. 2011; 4 (1): 7—15. http://dx.doi.org/10.3832/ifor0555-004
  30. Kheldt G.-V. Biokhimiya rastenii. Nosov A.M., Chub V.V., editors. Moscow: BINOM. Laboratoriya znanii, 2011. (In Russ.).
  31. 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; 65 (20): 5725—5741. http://dx.doi.org/10.1093/jxb/eru314
  32. 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; 68 (1): 1—13. http://dx.doi.org/10.1016/j.envexpbot.2009.10.011
  33. 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; 21: 239—263. http://dx.doi.org/10.1007/978-94-007-3913-0_9
  34. Cappa J.J., Pilon-Smits E.A.H. Evolutionary aspects of elemental hyperaccumulation. Planta. 2014; 239 (2): 267—275. http://dx.doi.org/10.1007/s00425-013-1983-0
  35. 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; 72 (3); 347—351. http://dx.doi.org/10.1139/b94-046

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».