vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2021-11-2-228-235vuzbiochemi-599Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYВлияние гумусовых кислот низинного торфа на ремедиационные свойства растений пшеницы при комплексном загрязнении тяжелыми металламиInfluence of humic acids in lowland peat on the remediation properties of wheat plants against heavy metal contaminationКирдейТ. А.KirdeyT. A.

Кирдей Татьяна Александровна – кандидат биологических наук, доцент кафедры агрономии и агробизнеса.

153012, Иваново, ул. Советская, 45.

Tatiana A. Kirdey - Cand. Sci. (Biology), Associate Professor, Agronomy and Agrobusiness Department, Ivanovo State Agricultural Academy by D.K. Belyaev.

45, Sovetskaya St., Ivanovo, 153012.

t.a.kirdey@mail.ruИвановская государственная сельскохозяйственная академия им. Д.К. БеляеваРоссияIvanovo State Agricultural Academy by D.K. BelyaevRussian Federation202103072021112228235Copyright © Кирдей Т.А., 20212021Кирдей Т.А.Kirdey T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/599

Фиторемедиация является перспективной технологией очистки почвы и воды от тяжелых металлов. Несмотря на свидетельства повышения накопления тяжелых металлов культурными растениями под влиянием природных комплексообразователей - гумусовых кислот, их эффективность в фиторемедиации остается малоизученной. В связи с этим цель настоящей работы состояла в выяснении особенностей влияния препарата гумусовых кислот торфа на ремедиационный потенциал растений пшеницы (Triticum aestivum L.) при комплексном загрязнении тяжелыми металлами. Влияние полиметаллического загрязнения на ремедиационные свойства пшеницы изучали в модельных вегетационных экспериментах с использованием водной культуры. Растения выращивали на питательном растворе Хогланда. Комплексное действие тяжелых металлов создавали при использовании 10 мкмоль/л CdSO4, 25 и 50 мкмоль/л CuSO4, 500 и 1000 мкмоль/л Pb(NO3)2 в различных сочетаниях с добавлением препарата гумусовых кислот торфа (0,005%) или без него. Фиторемедиационную эффективность препарата гумусовых кислот определяли по выносу тяжелых металлов в фазу колошения пшеницы. В результате исследований установлено, что фиторемедиационная эффективность препарата гумусовых кислот определяется как усилением поглощения тяжелых металлов, так и снижением их токсического действия на растения. При комплексном загрязнении раствора тяжелыми металлами, которое характеризовалось высокой токсичностью, в вариантах с добавлением гумусовых кислот накопление растениями пшеницы меди и кадмия повысилось в 1,2-2,5 раза. Данные свидетельствуют о возможности использования препарата гумусовых кислот торфа в фиторемедиационных технологиях в качестве эффектора фитоэкстракции тяжелых металлов.

Phytoremediation is a promising technology for removing heavy metals from soil and water. Despite the pronounced increase in heavy metal accumulation by cultivated plants under the influence of naturally occurring complexing agents, such as humic acids, their efficiency in phytoremediation has been poorly studied. In this regard, the aim of this work is to elucidate the effect of peat humic acid formulations on the remediation potential of wheat plants (Triticum aestivum L.) against heavy metal contamination. The influence of polymetallic pollution on the remediation properties of wheat was studied in model vegetation experiments using a culture solution. Plants were grown in a Hoagland nutrient solution. A complex exposure to heavy metals was simulated using 10 pmol/L CdSO4, 25 and 50 pmol/L CuSO4, 500 and 1000 pmol/L Pb(NO3)2 in various combinations with or without the addition of a peat humic acid formulation (0.005%).

The phytoremediation efficiency of the humic acid formulation was determined by the removal of heavy metals during the heading stage of wheat growth. The research results showed that the phytoremediation efficiency of the humic acid formulation is defined by both an increase in the absorption of heavy metals and a decrease in their toxic action on the plants. In the case of mixed contamination of the solution with highly toxic heavy metals, the samples with humic acids showed a 1.2-2.5-fold increase in the accumulation of copper and cadmium by wheat plants. The data demonstrates the possibility of using the formulation of peat humic acids in phytoremediation technologies as an effector of heavy metal phytoextraction.

пшеницагумусовые кислотытяжелые металлысвинецкадмиймедьфиторемедиацияwheathumic acidsheavy metalsleadcadmiumcopperphytoremediationReferencesLyanguzova I.V. Dynamic trends of heavy metal contents in plants and soil under different industrial air pollution regimes // Russian Journal of Ecology. 2017. Vol. 48. Issue 4. P. 311-320. https: //doi.org/10.1134/S1067413617040117Lyanguzova IV. Dynamic trends of heavy metal contents in plants and soil under different industrial air pollution regimes. Russian Journal of Ecology. 2017;48(4):311-320. https://doi.org/10.1134/S1067413617040117Гиниятуллин Р.Х., Бактыбаева З.Б. Особенности накопления Cd и Ni лиственницей Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.) в условиях техногенеза // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2020. N 51. C. 141-161. https://doi.org/10.17223/19988591/51/8Giniyatullin RH, Baktybaeva ZB. Features of Cd and Ni accumulation by Larix sukaczewii Dyl. under technogenesis. Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Biologiya = Tomsk State University Journal of Biology. 2020;51:141-161. (In Russian) https://doi.org/10.17223/19988591/51/8Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях / пер. с англ. Д.В. Гричука, Е.П. Янина; под ред. Ю.Е. Саета. М.: Мир, 1989. 439 с.Kabata-Pendias A, Pendias Kh. Trace elements in soils and plants. Moscow: Mir; 1989, 439 p. (in Russian)Prasad M.N.V. Phytoremediation of metal-polluted ecosystems: hype for commercialization // Russian Journal of Plant Physiology. 2003. Vol. 50. Issue 5. Р. 686-701. https://doi.org/10.1023/A:1025604627496Prasad MNV. Phytoremediation of metal-polluted ecosystems: hype for commercialization. Russian Journal of Plant Physiology. 2003;50(5): 686-701. https://doi.org/10.1023/A:1025604627496Baker A.J.M. Accumulators and excluders -strategies in the response of plants to heavy metals // Journal of Plant Nutrition. 1981. Vol. 3. Issue 1-4. P. 643-654. https://doi.org/10.1080/01904168109362867Baker AJM. Accumulators and excluders -strategies in the response of plants to heavy metals. Journal of Plant Nutrition. 1981;3(1-4):643-654. https://doi.org/10.1080/01904168109362867Pilon-Smits E. Phytoremediation // Annual Review of Plant Biology. 2005. Vol. 56. P. 15-39. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.56.032604.144214Pilon-Smits E. Phytoremediation. Annual Review of Plant Biology. 2005;56:15-39. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.56.032604.144214Prieto M.J., Acevedo SOA, Prieto G.F., Nallely T.G. Phytoremediation of soils contaminated with heavy metals // Biodiversity International Journal. 2018. Vol. 2. Issue 4. P. 362-376. https://doi.org/10.15406/bij.2018.02.00088Prieto MJ, Acevedo SOA, Prieto GF, Nallely TG. Phytoremediation of soils contaminated with heavy metals. Biodiversity International Journal. 2018;2(4):362-376. https://doi.org/10.15406/bij.201 8.02.00088Yan A., Wang Y., Tan S.N., Mohd Yusof M.L., Ghosh S., Chen Z. Phytoremediation: A promising approach for revegetation of heavy metal-polluted land // Frontiers in Plant Science. 2020. Vol. 11. Р. 359. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00359Yan A, Wang Y, Tan SN, Mohd Yusof ML, Ghosh S, Chen Z. Phytoremediation: A promising approach for revegetation of heavy metal-polluted land. Frontiers in Plant Science. 2020;11:359. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00359Evangelou M.W.H., Robinson B.H., Gunthardt-Goerg M.S., Schulin R. Metal uptake and allocation in trees grown on contaminated land: implications for biomass production // International Journal of Phytoremediation. 2012. Vol. 15. Issue 1. P. 77-90. https://doi.org/10.1080/15226514.2012.670317Evangelou MWH, Robinson BH, Gunthardt-Goerg MS, Schulin R. Metal uptake and allocation in trees grown on contaminated land: implications for biomass production. International Journal of Phytoremediation. 2012;15(1):77-90. https://doi.org/10.1080/15226514.2012.670317Salt D.E., Blaylock M., Kumar N.P., Dushenkov V., Ensley B.D., Chet I., Raskin I. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants // Biotechnology. 1995. Vol. 13. Issue 5. P. 468-475. https://doi.org/10.1038/nbt0595-468Salt DE, Blaylock M, Kumar NP, Dushenkov V, Ensley BD, Chet I, Raskin I. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Biotechnology. 1995; 13(5):468-475. https://doi.org/10.1038/nbt0595-468Vamerali T., Bandiera M., Mosca G. Field crops for phytoremediation of metal-contaminated land. A review // Environmental Chemistry Letters. 2010. Vol. 8. Issue 1. P. 1-17. https://doi.org/10.1007/s10311-009-0268-0Vamerali T, Bandiera M, Mosca G. Field crops for phytoremediation of metal-contaminated land. A review. Environmental Chemistry Letters. 2010;8(1):1-17. https://doi.org/10.1007/s10311-009-0268-0Lee M., Yang M. Rhizofiltration using sunflower (Helianthus annuus L.) and bean (Phaseolus vulgaris L. var. vulgaris) to remediate uranium contaminated groundwater // Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 173. Issue 1-3. P. 589-596. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.08.127Lee M, Yang M. Rhizofiltration using sunflower (Helianthus annuus L.) and bean (Phaseolus vulgaris L. var. vulgaris) to remediate uranium contaminated groundwater. Journal of Hazardous Materials. 2010;173(1-3):589-596. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.08.127Jensen J.K., Holm P.E., Nejrup J., Borggaard O.K. A laboratory assessment of potentials and limitations of using EDTA, rhamnolipids, and compost-derived humic substances (HS) in enhanced phytoextraction of copper and zinc polluted calcareous soils // Soil and Sediment Contamination: an International Journal. 2011. Vol. 20. Issue 7. P. 777-789. https://doi.org/10.1080/15320383.2011.609198Jensen JK, Holm PE, Nejrup J, Borggaard OK. A laboratory assessment of potentials and limitations of using EDTA, rhamnolipids, and compost-derived humic substances (HS) in enhanced phytoextraction of copper and zinc polluted calcareous soils. Soil and Sediment Contamination: an International Journal. 2011;20(7):777-789. https://doi.org/10.1080/15320383.2011.609198Halim M., Conte P., Piccolo A. Potential availability of heavy metals to phytoextraction from contaminated soils induced by exogenous humic substances // Chemosphere. 2003. Vol. 52. Issue 1. P. 265-275. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00185-1Halim M, Conte P, Piccolo A. Potential availability of heavy metals to phytoextraction from contaminated soils induced by exogenous humic substances. Chemosphere. 2003;52(1):265-275. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00185-1Evangelou M.W.H., Daghan H., Schaeffer A. The influence of humic acids on the phytoextraction of cadmium from soil // Chemosphere. 2004. Vol. 57. Issue 3. P. 207-213. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2004.06.017Evangelou MWH, Daghan H, Schaeffer A. The influence of humic acids on the phytoextraction of cadmium from soil. Chemosphere. 2004;57(3):207-213. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2004.06.017Кирдей Т.А. Влияние гумата на фиторемедиационные свойства пшеницы при возрастающих концентрациях нитрата свинца // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 4. С. 110-115. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-4-110-115Kirdey TA. The influence of humate on the phytoremediation properties of wheat with increasing concentrations of lead nitrate. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2017;7(4):110-115. (In Russian) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-4-110-115Чураков А.А. Запасы торфа в России // Лесной вестник. 2003. N 3. С. 22-25.Churakov AA. Peat reserves in Russia. Lesnoi vestnik = Forestry bulletin. 2003;3:22-25. (In Russian)Пат. № 2310633, Российская Федерация. Способ получения жидких торфяных гуматов / Ю.А. Калинников, И.Ю. Вашурина, Т.А. Кирдей; патентообладатель ООО «Научно-производственная фирма “Недра”»; заявл. 15.06.2006; опубл. 20.11.2007. Бюл. № 32. 4 с.Kalinnikov JA, Vashurina IJ, Kirdej TA. Method for production of liquid peat humates. Patene RF, no. 2310633; 2006. (In Russian)Hoaglond DR, Arnon DE. The water-culture method for growing plants without soil. California Agriculture Experimental Station. 1950. Available from: https://ia800306.us.archive.org/6/items/watercultureme3450hoag/watercultureme3450hoag.pdf [Accessed 25th Novemder 2020].Hoaglond DR, Arnon DE. The water-culture method for growing plants without soil. California Agriculture Experimental Station. 1950. Available from: https://ia800306.us.archive.org/6/items/wa-tercultureme3450hoag/watercultureme3450hoag.pdf [Accessed 25th Novemder 2020].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.