Диссертация (1145773), страница 20
Текст из файла (страница 20)
40. Локализация Zn в стеблях растений A.caudatus при 300мкМ Zn в среде (точкизеленого цвета).Условия получения карты распределения Zn при сканировании выбранной зоны поверхностисреза стебля: Acc. Voltage: 15.0 kV. Resolution: 512 x 384 pixels. Viewed Resolution: 100%Process Time: 5.
Image Width: 275.6 µm. Mixed map: Zinc Ka1(green) [with image]983.3.2. Анализ формирования кристаллов оксалатов кадмия, цинка и кальция ворганах растений амарантаИсследования, ранее выполненные на растениях амаранта (Осмоловская и др., 2007;Попова, 2009), свидетельствовали, что оксалат играет важную функциональную роль впроцессах формирования ионного гомеостаза в листьях растений амаранта, что выражается,прежде всего, в формировании пулов нерастворимого оксалата кальция и, отчасти, магния входе онтогенеза листа.
Однако сведения о возможности участия оксалата в хелатированииионов Cd2+ или Zn2+ в растениях амаранта в литературе отсутствуют. В этой связи одной иззадач нашего исследования было установление присутствия кристаллов оксалатов кадмия,цинкаикальцияворганахрастенийамарантасиспользованиемметодаэнергодисперсионного анализа на растровом сканирующем электронном микроскопе TM3000и метода рентгенодифракционного анализа.Электронно-микроскопический анализ кристаллов оксалата Ca, Cd и Zn в листьяхA.caudatus выполняли на образцах, полученных из листьев с использованием методики,описанной в разделе 2 «Материалы и методы». Объектами исследования служили зрелыелистья контрольных растений и зрелые листья растений, экспонированных в течение 7 сутокв присутствии 90 мкМ Cd или 300 мкМ Zn.
Спектры излучения элементов, входящих всостав кристаллов, выделенных из листьев контрольных и опытных растений, представленына Рисунках 41-43. Как следует из полученных данных, кристаллы оксалата, выделенные излистьев контрольных растений, включали 3 элемента - Ca, O и C (Рисунок 41), тогда как вусловиях Cd или Zn воздействия в составе кристаллов оксалата было выявлено такжеприсутствие этих металлов (Рисунки 42 и 43).На основании оценки интенсивности соответствующих линий спектра, концентрациивсех элементов в составе исследованных образцов были выражены в весовых (Weight %) иатомных (Atomic %) процентах от общего количества элементов в анализируемой пробе.Согласно данным, привенным на Рисунке 42, доля Cd в выявленных кристаллах оксалатасоставляла 0,102%, тогда как доля Са - 38,945%, т.е.
весовое соотношение Cd:Ca в этихкристаллах составляло 1:390. Сопоставление этих данных с результатами элементногоанализа зрелых листьев (Рисунок. 15) позволяет полагать, что основная масса кадмия взрелых листьях A.caudatus может находиться в форме оксалата.Данные электронно-микроскопического анализа, выполненного на листьях растений,подвергнутых воздействию Zn, свидетельствовали, что доля Zn в выявленных кристаллах99оксалата оказалась существенно ниже, чем доля Cd, и составила 0,027% при 43.5% Ca(Рисунок.43), т.е. весовое соотношение Zn: Ca в этих кристаллах в 4 раза ниже соотношенияCd: Ca.
Поскольку цинк в зрелых листьях амаранта аккумулировался в концентрациях, в 2-3раза превышающих концентрацию кадмия (Рисунки 10, 28, 35), можно предположить, чтостепень участия цинка в кристаллах оксалата, в отличие от кадмия, невелика и оксалат неявляется принципиальной кислотой, участвующей в детоксикации цинка в листьях амаранта.Electron ImageImage Width: 553.0 µmQuantification SettingsQuantification methodAll elements (normalised)Weight %Weight % σAtomic %Carbon25.0270.55535.203Oxygen52.3170.64955.246Calcium22.6560.3679.550Рис 41. Спектральный анализ кристаллов оксалата кальция в зрелых листьях растенийA.caudatus в услоиях контроля.100Electron ImageImage Width: 83.0 µmSummary resultsElementWeight %Weight % σAtomic %Carbon29.3660.80645.346Oxygen31.5870.85936.616Calcium38.9450.64718.021Cadmium0.1020.2280.017Рис.
42. Спектральный анализ кристаллов оксалата кальция и оксалата кадмия в зрелыхлистьях A.caudatus после 7 суток экспонирования на растворе с 90мкМ Cd.101Electron ImageImage Width: 83.0 µmSummary resultsElementWeight %Weight % σAtomic %Carbon41.3360.86662.877Oxygen15.1391.14117.288Calcium43.4980.81319.828Zinc0.0270.1770.007Рис. 43. Спектральный анализ кристаллов оксалата кальция и оксалата цинка в зрелыхлистьях A.caudatus после 7 суток экспонирования на растворе с 300мкМ Zn.С использованием метода рентгенодифракционного анализабыло проведеноисследование фазового состава кристаллов оксалата в органах растений амаранта.
Объектамиисследования были как зрелые, так и ювенильные листья растений A.caudatus, собранныепосле 3-х и 7 суток воздействия 90 мкМ Cd, а также корни после 7 суток воздействия кадмия.Результаты рентгенофазового исследования, представленные на Рисунках 44-46, показали,что во всех образцах основной фазой оксалата является моногидрат оксалата кальция уэвеллит (CaC2O4 ·H2O), на пороге обнаружения показано присутствие дигидрата оксалатакальция- уэдделлита (CaC2O4·2H2O), количество его идентифицированных пиков меньше.102Проведенный анализ выявил также присутствие в листьях амаранта кристаллов безводногооксалата кадмия - CdC2O4.
Существенным явилось обнаружение этих кристаллов в зрелыхлистьях амаранта уже на 3-и сутки экспонирования растений на среде с 90 мкМ Cd (Рисунок44). После 7 сут Cd воздействия кристаллы оксалата кадмия были обнаружены не только взрелых листьях A.caudatus (Рисунок 45), но и в ювенильных листьях розетки (Рисунок 46).Возможность формирования в растениях кристаллов оксалата таких металлов, как Cd,Zn, Pb, обсуждается в литературе, однако имеющиеся сведения весьма противоречивы. Одниавторы наблюдали присутствие кристаллов оксалата Cd в растениях Spartina alternifloria,(Chai et al., 2012), а также включение Cd и Pb в кристаллы оксалата кальция у Eichhorniacrassipes (Mazen, Maghraby, 1997) и в проростках табака (Choi et al., 2001).
Однако в листьяхтаких растений как Corchorus olitorius L и Malva parviflora с использованием сканирующегомикроскопа включения Cd, Pb, Cu или Zn в кристаллы оксалата кальция обнаружено не было(Mazen et al., 2004; Faheed et al., 2013). Полученные нами данные позволяют заключить, чтокадмий, переносимый из корней в листья A.caudatus,способен хелатироваться в нихоксалатом с образование кристаллов CdC2O4, что, видимо, является принципиальныммеханизмом детоксикации этого металла на уровне листа.103Рис 44.
Рентгенодифракционный анализ фазового состава кристаллов оксалата в зрелыхлистьях A.caudatus после 3 суток воздействия 90мкМ Cd. Обозначения: оксалат кадмия CdC2O4 (зеленый), моногидрат - CaC2O4· 2H2O (фиолетовый).104Рис 45. Рентгенодифракционный анализ фазового состава кристаллов оксалата в зрелыхлистьях A.caudatus после 7 суток воздействия 90мкМ Cd. Обозначения: оксалат кадмия CdC2O4 (зеленый), моногидрат оксалата кальция (уэвеллит) - CaC2O4 ·H2O (красный),дигидрат оксалата кальция (уэдделлит) - CaC2O4· 2H2O (фиолетовый).105Рис 46. Рентгенодифракционный анализ фазового состава кристаллов оксалата в ювенильныхлистьях A.caudatus после 7 суток воздействия 90мкМ Cd. Обозначения: оксалат кадмия CdC2O4 (зеленый), моногидрат оксалата кальция (уэвеллит) - CaC2O4 ·H2O (красный),дигидрат оксалата кальция (уэдделлит) - CaC2O4· 2H2O (фиолетовый).1063.4.
Влияние органических кислот на поступление и распределение кадмия врастениях амарантаВ литературе определенное внимание уделяется вопросу роли органических кислот впроцессах детоксикации тяжелых металлов, в том числе, возможности их воздействия напоступление металлов в растения при экзогенном внесении кислот в окружающую среду(Turgut et al., 2004; Zhu, 2011; Lux et al., 2011). Нами было исследовано влияние несколькихорганических кислот (цитрат, сукцинат, аскорбат, оксалат) напоступление и дальнийтранспорт Cd в растениях A.caudatus путем их внесения в опытные растворы в форме Naсолей в концентрации 2,5 ммоль/л.Влияние цитрата и сукцината на поступление Cd исследовали в модельной системепри замене полного питательного раствора на 5 мМ раствор KNO3, чтобы исключитьвозможность формирование экзогенных комплексов цитрата с ионами Ca2+ или Mg2+питательного раствора.
Опыты проводили на фоне двух уровней рН среды, а именно, при 4,5или6,9.Результатыисследованияпоказали,чтовконтрольныхвариантахприэкспонировании растений на 5 мМ растворе KNO3 в присутствии 90мкМ Cd без внесенияорганических кислот, корни амаранта аккумулировали кадмий в концентрациях 10000 и12000 мкг/г сухой биомассы на фоне рН 4,5 и 6,9 соответственно (Рисунок 47, а), что в 3- 4раза выше концентраций, установленных при экспонировании растений на полномпитательном растворе (Рисунок 24) и, очевидно, вызвано отсутствием конкуренции состороны ионов Ca2+ и Mg2+.
Внесение цитрата привело к снижению аккумуляции Cd вкорнях в 1,6 раза при рН 4,5 и в 3 раза при рН 6,9 (Рисунок 47, а). Транспорт Cd в надземнуючасть растений также снижался в присутствии кислот, особенно сильное ингибированиеотмечалось на фоне рН 6,9 - до 7 раз в стеблях и до 3,5 раз - в листьях (Рис.47, б).
Эти данныевесьма убедительно показывают, что экзогенный цитрат резко ограничивал приток Cd и егосвязывание на уровне корней амаранта, а также свидетельствуют о вероятном отсутствиисовместного ксилемного транспорте Cd и цитрата в побег у растений амаранта.107абРис. 47. Влияние цитрата на поступление кадмия в органы растений A.caudatus при разныхзначениях рН среды (* p<0,05, **p<0,01). а-корни, б- надземная часть растений.Внесение сукцината, в отличие от цитрата, не привело к снижению притока кадмия вкорни амаранта.
Напротив, при рН 4,5 под влиянием экзогенного сукцината отмечаласьнекоторая стимуляция аккумуляции Cd в корнях растений (Рисунок 48). Однако транспортCd в надземную часть растений в присутствии сукцината резко снижался, как и в случае ихэкспонирования с цитратом, причем особенно сильно перенос Cd по ксилеме ингибировалсяпри рН 6,9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
