Использование микрогаметофитного анализа для индикации палинотоксичного влияния пестицидов

Эмирова Д.Э., к.б.н. Ибрагимова Э.Э., д.б.н. Баличиева Д. В.

РВУЗ «Крымский инженерно-педагогический университет», АР Крым, Украина

Использование микрогаметофитного анализа для индикации палинотоксичного влияния пестицидов

Загрязнение окружающей природной среды токсикантами техногенного происхождения за последние десятилетия приобрело угрожающие масштабы. Поступление в окружающую среду нехарактерных для нее веществ несет прямую угрозу для представителей биоценозов и экосистем в целом. К числу антропогенных источников загрязнения окружающей среды относится современное сельское хозяйство [1], где используется широкий арсенал средств защиты растений [2]. В исследованиях многих авторов установлено, что использование ряда препаратов может отрицательно сказаться на урожае, привести к локальному загрязнению окружающей среды продуктами распада остаточных количеств пестицидов и нежелательным экологическим последствиям [3]. Для предотвращения последних необходимо проводить скрининг широко использующихся в агропромышленном комплексе препаратов с целью установления степени их токсичности для сельскохозяйственных культур [4]. В данном контексте хорошо зарекомендовал себя микрогаметофитный анализ [5]. В связи с этим в наших исследованиях мы использовали генеративные органы сельскохозяйственных растений для индикации палинотоксического действия ксенобиотиков на примере препарата ДНОК (с рекомендуемой нормой расхода 40 г на 10 л воды), имеющего широкое применение в агропромышленном комплексе Крыма [2] в качестве инсектицида, гербицида и фунгицида [6].

В качестве объекта исследования использовали проростки семян Zea mays L. сорта Среднеспелый (гибрид кадр 267 МВ), которые выращивали в открытом грунте в условиях обработки различными дозами ДНОК. Контрольные растения выращивали без обработки. Грунт экспериментальных делянок – чернозем, рН нейтральное. Рабочие концентрации готовили непосредственно перед применением. Обработку растений проводили однократно в фазу закладки и формирования мужских соцветий при помощи пульверизатора. Повторность эксперимента четырехкратная. У указанной культуры изучали стерильность мужского гаметофита. Материалом для исследований служили мужские генеративные органы Z. mays, обработанные 2, 4 (рекомендуемая доза), 8 и 16 г/л концентрациями пестицида ДНОК.

Изучение морфологической структуры пыльцевых зерен проводили при помощи системы анализа изображений, включающей микроскоп “LEICA DME” (объектив х4, х10, х40, х100 коэффициент увеличения тубусной линзы х0.10, х0.22, х0.65, х1,25), видеокамеру “CANON S80” и персональный компьютер. Фертильность пыльцевых зёрен определяли йодным методом на временных давленых препаратах [7]. В каждом экспериментальном варианте исследовали не менее 2000 штук пыльцевых зерен. Для сравнения полученные данные приводили к интенсивным показателям [8]. Палинотоксический эффект различных концентраций ДНОК – (ПЭ, %) по показателям фертильности пыльцы тест-растения рассчитывали по формуле [9].

Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета прикладных программ “Microsoft Excel 2000”. Достоверность различий полученных данных определяли с помощью t-критерия Стьюдента [10].

Экспериментальные данные показали, что между растениями, обработанными различными дозами исследуемого препарата, имеются определенные отличия по показателям фертильности мужского гаметофита. Фертильность пыльцевых зерен, продуцируемых генеративными органами растений контрольного варианта, в наших исследованиях достигала 97,5 % (при спонтанном уровне стерильности 2,5 %). Обработка опытных растений 2 г/л дозой ДНОК существенного влияния на генеративные органы тест-культуры не оказывала, о чем свидетельствует высокий уровень фертильности мужского гаметофита (95,2 %) и отсутствие достоверных различий с контрольным вариантом исследования.

При увеличении дозы тестируемого препарата в два раза (4 г/л, рекомендуемая доза) было отмечено достоверное снижение продукции фертильной пыльцы тест-растениями в 1,04 раза (р<0,05) по сравнению с контрольным вариантом исследования. Дальнейшее увеличение дозы препарата вызывало достоверное снижение продукции фертильных пыльцевых зерен и увеличение абортивных. В частности, при концентрации ДНОК 8 г/л было отмечено снижение фертильности мужского гаметофита Z. mays в 1,13 раза (р<0,01) по сравнению с контрольным вариантом, при 16 г/л – в 1,15 раза (р<0,001) соответственно.

Таким образом, мужской гаметофит Z. mays характеризуется высоким показателем фертильности, который достоверно снижался в диапазоне действия 4–16 г/л доз препарата ДНОК.

Параллельно был рассчитан показатель палинотоксического эффекта различных доз ДНОК на тест-растения. Низкие концентрации (2 г/л), в том числе и рекомендуемая к применению доза (4 г/л), палинотоксического эффекта на мужскую генеративную систему Z. mays не оказывали. Концентрации 8 и 16 г/л оказывали достаточно выраженное палинотоксичное влияние на мужской гаметофит Z. mays. Ранжирование полученных показателей ПЭ по классификации ЕС_10-90, позволило прийти к заключению, что ДНОК в изученном диапазоне концентраций оказывал среднетоксичное действие на мужские генеративные органы Z. mays.

Таким образом, низкие концентрации ДНОК (2 и 4 г/л) не оказывали палинотоксического влияния на мужской гаметофит Z. mays, высокие дозы препарата оказывали среднетоксичное действие, проявляющееся в повышенной продукции стерильной пыльцы.

Литература

1. Kookana R.S. Pesticide fate in farming systems: Research and monitoring / R.S. Kookana, B.W. Simpson // Abstr. International Symposium in Soil and Plant Analysis „Opportunities for the 21st Century: Eхpanding the Horizons for Soil, Plant and Water Analysis”, Brisbane, March 22-26, 1999. – Commun. Soil Sci. and Plant Anal. – 2000. – Vol. 31, № 11–14. – Р. 1641–1659.

2. Эмирова Д.Э. Анализ пестицидной нагрузки на сельскохозяйственные почвы Крыма / Д.Э. Эмирова, Э.Р. Алиев // Materialy IV Międzynarodowej naukowi-praktycznej konferenji «Strategiczne pytania światowej nauki – 2008». – Tym 8. Rolnictwo. Weterynaria. Chemia I chemiczne technologie. Ekologia. Geografia i geologia: Przemyśl. – Nauka i studia, 2008. – S. 63–66.

3. Охрана окружающей среды при использовании пестицидов / [Л. И. Бублик, В.П. Васильев, Н.А. Гороховский и др.; под ред. В.П. Васильева]. – К.: Урожай, 1983. – 128 с.

4. Ібрагімова Е.Е. Методичні підходи до екотоксичної оцінки пестицидів / Е.Е. Ібрагімова, Д.В. Балічиєва // Вісник аграрної науки. – 2007. – № 1. – С. 69–71.

5. Эмирова Д.Э. Палинотоксичное действие различных концентраций БИ-58 на генеративные органы Allium cepa L. / Д.Э. Эмирова, Э.Э. Ибрагимова // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Сер. «Биология, химия». – 2010. – Т. 23 (62), № 2. – С. 186–192.

6. Мартыненко В.И. Пестициды: Справочник. / В.И. Мартыненко , В.К. Промоненко и др. – М.: Агропроиздат, 1992. – 307 с.

7. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений / Паушева Зоя Петровна. – М.: Колос, 1980. – 304 с. – (Учебники и учебные пособия для высших сельскохозяйственных учебных заведений).

8. Мерков А.М. Санитарная статистика / А.М. Мерков, Л.Е. Поляков – М.: Медицина, 1974. – 384 с.

9. Декл. пат. на кор. мод. України 32513 Спосіб визначення палінотоксичності техногенних хімічних забруднювачів навколишнього середовища; G01N 33/00 G01N 1/00 / Д.В. Балічиєва, Е.Е. Ібрагімова, Д.Е. Емірова – № u200711625; Заявл. 22.10.2007; Опубл. 26.05.2008, Бюл. № 10. – 5 с.

10. Плохинский Н.А. Биометрия / Н.А. Плохинский – М.: МГУ, 1970. – 367 с.