828

УДК 57.08

К.С. Рудомѐтов – студент; А.В. Ярома – студентка; С. В. Лихачев – научный руководитель, канд. с.-х. наук, доцент, ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕАКЦИИ ХЕМОТАКСИСА PARAMECIUM СAUDATUM

И DAPHNIA MAGNA В БИОТЕСТИРОВАНИИ

Аннотация. Представлены результаты применения методик биотестирова-

ния с помощью инфузорий (Paramecium сaudatum D.H. Lynn & E.B. Small) и даф-

нии магна (Daphnia magna Straus). В исследованиях использованы распространенные модельные токсиканты. Исследования проведены с использованием прибора «Биотестер 2».

Ключевые слова: биоиндикация, биотестирование, инфузория туфелька, дафния магна, модельные токсиканты, хемотаксис.

Биотестирование проб воды имеет значительное преимущество перед фи- зико-химическими исследованиями, средствами которых далеко не всегда удается обнаружить неустойчивые соединения или количественно определить ультрамалые концентрации экотоксикантов. В целом ряде случаев выполненный самыми современными средствами химический анализ не способен показать наличие токсикантов, тогда как использование биологических тест-объектов подтверждает их присутствие в исследуемой среде [1,4].

Водные одноклеточные – максимально быстро реагирующие на изменение окружающей среды биоиндикаторы. Их развитие и активность находятся в прямой связи с составом органических и неорганических веществ в среде, так как микроорганизмы способны разрушать соединения естественного и антропогенного происхождений [3]. Большинство методов биотестирования с использованием микроорганизмов основывается на регистрации их смертности под воздействием поллютантов. Но еще до гибели тест-объектов токсиканты влияют на изменение их поведенческой активности. Наиболее распространенным микроорганизмом в биотестировании являются инфузории. Данные организмы уплывают от токсиканта по градиенту в сторону меньшей концентрации.

В опыте с инфузориями необходимо было вывести чистую культуру в среде Лозина-Лозинского (Л-Л) для проведения опыта, концентрация клеток в кювете должна быть 500 – 1000 клеток/мл [4]. Важная особенность поведенческой реакции инфузорий – массовое перемещение организмов в верхние слои жидкости. В случае, если исследуемая проба не содержит токсических веществ, в кювете будет наблюдаться концентрирование клеток инфузорий в верхней зоне. Наличие в анализируемой пробе токсических веществ приводит к иному характеру перераспределения инфузорий в кювете, а именно: чем выше токсичность пробы, тем меньше инфузорий перемещается в верхнюю зону кюветы [4]. Данная хемотаксическая реакция реализуется только при условии наличия стабильного во време-

241

ни градиента концентраций химических веществ. Подобный градиент создаѐтся путем наслоения в вертикальной кювете на взвесь инфузорий загустителя и испытуемой жидкости:

1.Слой пробы (2 мл);

2.Слой ПВС с эозином (0,34 мл в соотношении 10/1,32);

3.Слой среды с инфузориями (2 мл).

При этом в измерительной кювете образуется стабильная граница раздела, сохраняемая в течение всего времени биотестирования. Эта граница не препятствует свободному перемещению инфузорий в предпочтительном для них направлении и при этом предотвращает перемешивание жидкости с инфузориями и опытной пробой. После создания в кювете двух зон в течение 30 мин. происходит перераспределение инфузорий по зонам.

Вкачестве опытной пробы согласно методике, были использованы: для контроля среда Л-Л и загрязнитель в виде раствора K2Cr2O7 разных концентраций [1].

Вбиотестировании широкое распространение получили ракообразные из отряда ветвистусых – дафнии. У дафний под воздействием токсикантов наблюдается изменение скорости передвижения. В опыте с использованием дафний для биоиндикации модельных токсикантов, по методике [6] в чашку Петри была помещена палетка с ячейками (10*10 мм). Параметр выражался в количестве пересечений линий (к.п.л.). В тестируемую среду объемом 15 мл поочередно выпускали по 1 дафнии из каждой параллели опыта. Всего в опыте 6 параллельных определения для каждого тестируемого варианта.

Полученные данные обрабатывали методами математической статистики с вычислением средних значений, стандартных отклонений и критерия Стьюдента для установления наличия математически значимой разницы с контрольными значениями. Критерием токсического действия считали математически значимое различие показателя активного перемещения Daphnia magna Straus в варианте, не содержащем токсических веществ (контроль), и в анализируемых пробах (варианты с использованием растворов токсикантов).

Для наглядной демонстрации методики нами были выбраны растворы двух модельных токсикантов – сульфат серы и бихромат калия.

При получении результатов опыта с инфузориями использовали возможность прибора «Биотестер 2» выводить средний результат за 5 измерений с одинаковым интервалом в 22 секунды. После проведения опыта с 3 кюветами, усредняли значения для пересчѐта на индекс токсичности в условных в условных единицах (формула).

, где

Iк – величина тест-реакции в контрольном варианте; Ion – величина тест-реакции для исследуемой пробы. Результаты исследований представлены в таблице 1.

242

Таблица 1

Результаты биотестирования с помощью прибора «Биотестер 2» (токсикант K2Cr2O7)

По индексу токсичности можно судить об высокой токсичности в варианте № 2 и отсутствии токсичности у пробы №5, у промежуточных проб наблюдается прямая зависимость между токсичностью и концентрацией.

В исследованиях с дафниями использованы два модельных токсиканта (таблица 2).

Таблица 2

Учет хемотаксиса дафний в опытах с CuSO4 и K2Cr2O7 в качестве токсикантов

Таким образом, по сравнению с контролем при добавлении ионов меди во всех вариантах опыта наблюдается повышение двигательной активности рачков, в то время как при добавлении бихромата калия наблюдается угнетение двигательной активности дафний, что свидетельствует о более высокой токсичности ионов хрома. Стимуляция активности в диапазоне 0,001 - 0,01 мг/л (витальные дозы) концентраций меди вполне закономерно, так как медь в микродозах является элементом, необходимым для большинства животных. Также можно отметить, что в вариантах с низкой концентрацией токсикантов (0,01 – 0,001 мг/л Cu2+ и 1 – 0,5 мг/л Cr6+ ), наблюдались случаи продолжительного движения дафнии внутри ячейки палетки, не заходя за еѐ границы, что по методике не подлежало регистрации. использование реакции хемотакиса дафний является перспективным в биотестировании.

Литература

1.Бубнов А.Г. Биотестовый анализ – интегральный метод оценки качества обьектов окружающей среды / А.Г. Бубнов. – Иваново: Изд-во ГОУ ВПО Иван.гос.хим.-технол.ун-т., 2007 – 112 с.

2.Измайлова Н.Л. Биотестирование и биоиндикация состояния водных объектов / Н.Л. Измайлова, О.А. Ляшенко, И.В. Антонов. – СПб.: СПбГТУРП, 2014. – 52 с.

3.Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию / В.А. Исидоров. – СПб: Хи-

миздат, 1999. – 144 с.

243

4.Кокова В.Е. Непропорционально – проточная культура простейших / В.Е. Кокова, Г.М. Лисовский. – Новосибирск: Наука, 1982 – 188 с.

5.Мелехова О.П., Егорова Е.И., Евсеева Т.И. и др. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование / под ред. Мелеховой, О.П. и Егоровой, Е.И. – М.: Издательский центр "Академия", 2007.– 288 с.

6.Олькова А.С., Санникова Е.А. и др. Оценка токсичности природных и техногенных сред по двигательной активности Daphnia magna [Электронный ресурс]. Способ доступа: https://science-education.ru/ru/article/view?id=26428 (дата обращения: 5.03.2018).

УДК 582.962

А.А. Рукавицына – студентка магистратуры; Н.Л. Колясникова – научный руководитель, профессор, ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ИЗУЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН ПОДОРОЖНИКА БОЛЬШОГО (PLANTAGO MAJOR L.)

Аннотация. В качестве объекта исследования взяты семена подорожника большого (Plantago major L.). Была изучена энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян через 3 и 5 месяцев сухого хранения после сбора. Лабораторная всхожесть семян подорожника большого в среднем составила 52%, а энергия прорастания – 38%.

Ключевые слова: подорожник большой, Plantago major L., лабораторная всхожесть, энергия прорастания.

Подорожник большой (Plantago major L.) является многолетним травянистым растением из сем. Plantaginaceae. В России и сопредельных странах распространѐн повсеместно, кроме Крайнего Севера, как сорное растение. Растет он на влажных лугах, по обочинам дорог, часто встречается на посевах и огородах. Растительное сырье видов рода подорожник (Plantago L.) является перспективным источником биологически активных веществ и используется в виде лекарственного средства отхаркивающего действия [3, 5]. Так как сбор дикорастущего подорожника экономически не выгоден, то предпринимаются попытки введения его в культуру, для этого создаются промышленные плантации вблизи фармацевтических заводов, в основном на Украине [4]. Поэтому возникает необходимость в детальном изучении стратегии размножения подорожника большого, что позволит расширить знания о данном виде и наиболее эффективно использовать его в медицинской практике.

Целью данной работы являлось изучение всхожести семян подорожника большого (Plantago major L.). Для достижения данной цели были поставлены задачи: определение периода от момента закладки семян до начала прорастания, энергии прорастания, продолжительности прорастания и учет лабораторной всхожести семян подорожника большого.

Семена подорожника большого (Plantago major L.) были собраны в августе 2017г в г. Перми вдоль тротуара близ остановки «Разгуляй». До проведения опыта семена хранились в сухом темном помещении при комнатной температуре. Семена подорожника имеют удлиненную ромбическую форму. С одной стороны семе-

244

на выпуклые, с другой – слегка вогнутые. В центре вогнутой (брюшной) стороны находится семенной рубчик в виде белого пятна. По размеру семена очень мелкие: 1,1–1,4 мм длиной, 0,5–0,8 мм шириной, менее 0,05 мм толщиной. Цвет семян варьируется от серовато-коричневого до бурого, почти черного. Вес 1000 семян составляет 0,12–0,14 г.

Согласно методике (ГОСТ 12038–84), семена подорожника большого были разложены по 100 штук в четырехкратной повторности на четырех слоях стерильной увлажненной дистиллированной водой фильтровальной бумаге в чашках Петри. Каждый день фиксировалась температура среды и влажность фильтровальной бумаги. Чашки Петри держались при естественных условиях освещения, при температуре 21–23оС, ложе увлажнялось дистиллированной водой через день

[1, 2].

Опыт проводили в два срока: с 20.11.2017г. по 02.12.2017г., через 3 месяца хранения семян и с 07.02.2018г. по 20.02.2018г. через 5 месяцев. Результаты исследований представлены в таблице.

Наблюдения показали, что сначала семена подорожника становились глянцевыми, увеличивались в размерах. Затем появлялся зародышевый корешок, такие картины мы наблюдали на 4-й день после посева семян. Далее был заметен рост гипокотиля. Через 9–12 дней семядоли приобретали зеленую окраску, высвобождаясь от кожуры семени. Таким образом, для подорожника характерен эпигейный тип прорастания семян.

Таблица

Энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян подорожника большого

(Plantago major L.)

Энергия прорастания семян подорожника большого в период с 20.11.2017 по 02.12.2017 на 4-е сутки после посева варьировала от 15 до 42%, в среднем составила 33%. Лабораторная всхожесть семян на 9–12 сутки варьировала от 39 до 82%, в среднем – 63%.

Согласно методике определения лабораторной всхожести семян, по четырем пробам отклонения результатов анализа отдельных проб от среднеарифметического значения не должны превышать величину допустимого отклонения, равным ± 9%. Поскольку фактические отклонения всех четырех проб от среднего значения всхожести более 9%, то анализ был повторен. В период с 07.02.2018 по 20.02.2018 энергия прорастания семян подорожника большого колебалась в пределах 29–44% и в среднем составила 38%. Значение лабораторной всхожести ва-

245

рьировалось от 46 до 56%, в среднем – 52%. При этом отклонения результатов анализа отдельных проб от среднеарифметического значения не превысили допустимого отклонения, равного ± 10%.

По данным М.Г. Николаевой, М.В. Разумовой, В.Н. Гладковой семена подорожника большого светочувствительные; за первые 5 месяцев сухого хранения всхожесть семян падала до 10–30 %, а с января она вновь возрастала [2]. По результатам наших исследований такая тенденция не выявлена. Всхожесть семян через 5 месяцев сухого хранения в среднем оказалась ниже на 11%, чем через 3 месяца хранения семян.

Таким образом, установлено, что через 5 месяцев сухого хранения лабораторная всхожесть семян подорожника большого составила в среднем 52%, а энергия прорастания семян – в среднем 38%. Благодаря большой семенной продуктивности, такая всхожесть семян является, на наш взгляд, достаточной для сохранения популяции вида.

Литература

1.ГОСТ 12038 – 84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Введ. с 01.07.86. М.: Изд-во стандартов, 2011. 30 с.

2.Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян Л.: Изд-во Наука, 1985. 348с.

3.Оленников Д.Н., Samuelsen A.B., Танхаева Л.М. Подорожник большой (Plantago major L.). Химический состав и применение // Химия растительного сырья. 2007. №2. С.37-50.

4.Семенова В.В. Онтогенез и структура интродукционной популяции Plantago major L.

вЯкутском ботаническом саду // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2017. №4. С.63-67.

5.Цицин Н.В. Атлас и ресурсов лекарственных растений СССР. М.: Государственное издательство медицинской литературы, 1962. 711с.

УДК 631.4

И. В. Рычкова – студентка; В. Ю. Гилев – научный руководитель, кад. с.-х. наук, доцент,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ПОЧВЫ ЭЛЮВИАЛЬНОГО ТИПА ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ ДВУХ ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН ПЕРМСКОГО КРАЯ

Аннотация. В работе изучены особенности почвообразования, приведен анализ природных условий, описаны морфологические и физико-химические свойства почв, дана оценка особенности развития элювиального процесса в разных почвенно-климатических зонах Пермского края.

Ключевые слова: элювиальный процесс почвообразования.

Элювиальный процесс почвообразования охватывает широкий круг элементарных процессов почвообразования, связанных с разрушением или

преобразованием минеральной и органической массы почвы в специфическом элювиальном горизонте с выносом из него продуктов этого разрушения или преобразования нисходящими либо латеральными (боковыми) водными внутрипочвенными потоками. В результате этого элювиальный горизонт становится обед-

246

ненным теми или иными соединениями и относительно обогащенным оставшимися на месте соединениями [1].

Цель работы: изучение почв элювиального типа почвообразования двух почвенно-климатических зон Пермского края

В соответствии с поставленной целью в работе необходимо решить следующие задачи:

1.Изучить особенности почвообразования Коми-Пермяцкого округа и Кунгурского района Пермского края.

2.Заложить почвенные разрезы под лесной растительностью, сделать их морфологическое описание.

3.Исследовать биохимические, физико-химические и физические особенности почв.

В Пермском крае по почвенно-климатическим условиям выделено 3 зоны: северная, центральная и южная. В исследовании были выбраны две зоны: северная (Коми-Пермяцкий округ, Кудымкарский район) и южная (Кунгурский район).

Коми-Пермяцкий округ расположен на границе зон средней и южной тайги

вверхнем течении реки Кама. Климат континентальный. Рельеф ледниковый. Около 4/5 территории покрыто еловыми и елово-пихтовыми лесами. Почвы главным образом подзолистые и дерново-подзолистые. Почвообразующие породы пермские глины или известковые породы.

Кунгурский район расположен на юго-востоке края, в Среднем Предуралье. Климат Кунгурского района умеренно-континентальный. Рельеф – волнистый, провалы, карсты. Растительность этого района очень разнообразна. Преобладают почвы дерново-средне- и сильноподзолистые, серые лесные. Почвообразующие породы Кунгурского района в основном представлены элювиальноделювиальными глинами и суглинками, образовавшимися из пород пермской системы, а так же покровными отложениями [2].

Объектами исследования были дерново-подзолистые и серые лесные почвы Пермского края.

Разрез № 1 был заложен в д. Климова, Кудымкарский район, КомиПермяцкий округ, Пермский край. Хвойный лес (10Е) с разнотравьем: земляника лесная, манжетка, папоротник, мхи и лишайники. Почва дерновоглубокоподзолистая остаточно-карбонатная среднесуглинистая на карбонатном элювии.

Разрез № 2 был заложен в Кунгурском районе на северо-запад от д. Колпашники в лесу. Лиственный лес (8Б, 2Ос). В подлеске шиповник. Почва серая лесная среднемощная тяжелосуглинистая почва на покровной бескарбонатной лессовидной глине.

Исследуемые почвы характеризуются следующими морфологическими признаками: на поверхности залегает опад хвойных и лиственных пород. Обе почвы имеют четко выраженные гумусовые горизонты мощностью от 15 см (разрез №1) до 28 см (разрез №2). Элювиальный процесс сильнее выражен в дерновоподзолистой почве, имеется ясно выраженный подзолистый горизонт мощностью 22 см. Серая лесная имеет лишь признаки оподзоленности в виде белесой присыпки в нижней части гумусового горизонта. По гранулометрическому составу

247

дерново-подзолистая почва среднесуглинистая, серая лесная – тяжелосуглинистая. Материнскими породами являются у дерново-подзолистой почвы элювий мергелей, у серой лесной – бескарбонатная лессовидная глина.

Изучение физико-химических показателей позволяет диагностировать процессы почвообразования, говорить об их направленности и интенсивности. Например, для почв элювиального типа почвообразования характерна кислая реакция среды, небольшое количество гумуса, резкое его снижение вниз по профилю почвы. Кроме того, данные почвы характеризуются низкой емкостью катионного обмена и ненасыщенностью основаниями.

Рис. 1. Профильная динамика содержания гумуса

Содержание гумуса в дерново-подзолистой почве низкое, в серой лесной – среднее. У дерново-подзолистой почвы отмечается резкое снижение содержания гумуса по профилю. У серой лесной более менее постепенное снижение гумуса по профилю.

Рис. 2. Профильная динамика обменной кислотности почв (рНKCl) Реакция среды в обеих почвах кислая. В дерново-подзолистой почве с го-

ризонта В2 отмечается нейтральная реакция среды.

Рис. 3. Профильная динамика гидролитической кислотности почв

248

Гидролитическая кислотность в дерново-подзолистой почве изменяется по профилю от нейтральной до очень сильнокислой. У серой лесной почвы от близко к нейтральной в нижней части профиля и до очень сильнокислой в верхней части профиля.

Рис. 4. Профильная динамика суммы обменных оснований

Сумма обменных оснований в дерново-подзолистой почве наблюдается от повышенной до высокой. В горизонте В2 – очень высокая, т.к. почва остаточнокарбонатная. В серой лесной почве сумма высокая по всему профилю.

Рис. 5. Профильная динамика емкости катионного обмена

У обеих почв емкость катионного обмена умеренно высокая. В дерновоподзолистой почве в горизонте В1 емкость катионного обмена высокая.

Рис. 6. Профильная динамика степени насыщенности почв основаниями

В обеих почвах степень насыщенности основаниями вниз по профилю от повышенной до высокой.

Результаты определений гранулометрического состава почв является одним из основным диагностических признаков развития элювиальногоиллювиальных процессов. Для почв элювиального ряда характерно обеднение

249

верхней части профиля илистой фракции и ее накопление в иллювиальном горизонте.

а б Рис. 7. Профильная динамика содержания илистой фракции (а)

ифизической глины (б).

Вверхней части профиля наблюдается снижение содержания илистой фракции. В иллювиальной части профиля наблюдается накопление ила у обеих почв. Иллювиальность выражена сильнее у серой лесной почвы.

Гранулометрический состав верхней части профиля у дерново-подзолистой почвы среднесуглинистый, в нижней части – тяжелосуглинистый. Серая лесная характеризуется тяжелым гранулометрическим составом верхней части профиля,

внижней части профиля – глинистым.

Таким образом, по результатам исследования можно сделать выводы, что несмотря на карбонатность материнской породы в дерново-подзолистых почвах в северной почвенно-климатической зоне признаки развития элювиального процесса выражены более ярко в южной зоне, чем серых лесных почвах.

Литература

1.Апарин Б.Ф. Почвоведение. Москва: Издательство центр «Академия», 2012. 256 с.

2.Коротаев Н.Я. Почвы Пермской области. Пермь: Пермское книжное издательство,

1962. 281 с.

УДК 631.4

П.Ш. Сайранова – студентка; И.А. Самофалова – научный руководитель, канд. с.-х. наук, доцент,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

КИСЛОТНЫЙ СЛЕД В ГОРНЫХ ПОЧВАХ (ХРЕБЕТ ЧУВАЛЬСКИЙ КАМЕНЬ, ЗАПОВЕДНИК «ВИШЕРСКИЙ»)

Аннотация: В статье представлены кислотные следы трех типов почв, сформировавшихся в разных высотно-растительных поясах Северного Урала. Установлены типовые и индивидуальные различия почв по природе почвенной кислотности.

Ключевые слова: кислотный след, почвообразовательный процесс, горные почвы, заповедник.

250