SCREENING OF PHYTOTOXIC EFFECT OF PESTICIDE BI-58 WITH USE OF ALLIUM CEPA L. AND ZEA MAYS L.


Cite item

Abstract

We carried out the comparative analysis of phytotoxic effect of BI-58 pesticide on morphometric indicators of roots of seeds of Zea mays L. and Allium cepa L. Results of the conducted research showed that BI-58 in the range of the studied concentrations (0,05 - 0,4 ml/l) had the negative impact on sprouts of Allium cepa and Zea mays' seeds which is shown in inhibition of a root gain and viability of seeds. This influence had the expressed dose-dependent character: increase of concentration of the tested preparation caused decrease in the studied indicators in both test cultures. The dose of 0,05 ml/l of phytotoxic action didn't render on sprouts of Allium cepa and Zea mays. It should be noted the concentration of BI-58 recommended for application (0,1 ml/l) had the expressed phytotoxic effect on test plants. It was established sprouts of Zea mays were more sensitive to toxic effect of pesticide, than Allium cepa. On the basis of these data this dose at cultivation of the tested cultures was recommended not to use. The further increase in concentration of BI-58 (0,2 and 0,4 ml/l) caused the interfaced increase of phytotoxic effect on Самарский научный вестник. 2015. № 2(11) 136 Д.Э. Эмирова СКРИНИНГ ФИТОТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ПЕСТИЦИДА БИ-58 ... the tested cultures. Length of roots of Allium sera decreased by 1,5 times at concentration of 0,2 ml/l and by 40,66% - at decrease in quantity of the sprouted seeds. The increase in concentration of a preparation (0,4 ml/l) caused decrease in length of roots of sprouts of the studied test culture and oppression of their viability. In particular, length of roots of Allium sera in this option of research decreased by 1,8 times in comparison with control, a viability indicator - by 46,16%. Pesticide had similar impact on Zea mays. In particular, at a dose of BI-58 of 0,2 ml/l length of backs of Zea mays decreased by 45,1%, a viability indicator - for 25,3% in comparison with control. The increase in concentration of the studied preparation twice (0,4 ml/l) caused decrease of the morforometric roots indicators for 52,1%, decrease in viability - for 28,8% in comparison with control option.

Full Text

Постановка проблемы. В настоящее время общество столкнулось с рядом экологических проблем, являющихся результатом загрязнения окружающей природной среды. Источниками загрязнения природы вредными веществами являются не только промышленность и транспорт [1-3], но и современное сельскохозяйственное производство с его высоким уровнем химизации [4, 5]. Недостаточно обоснованное применение новых химических средств, в первую очередь инсектицидов, представленных более опасными, чем фунгициды и гербициды, веществами, привело к ряду случаев гибели водных и наземных животных и загрязнению пищевых продуктов [6]. Данный факт представляет реальную угрозу для здоровья человека, являющегося конечным звеном трофических цепей [7]. Обзор основных исследований по данной проблематике. Сельское хозяйство - важнейшая составная часть хозяйственного комплекса Крыма. Об этом свидетельствует его удельный вес в национальном доходе - 35% [8, 9]. Анализ динамики пестицидной нагрузки позволяет прийти к заключению, что за последние годы наметилась тенденция увеличения количества используемых препаратов [10, 11], что может привести к загрязнению почв и сельскохозяйственной продукции остаточными количествами пестицидов и их метаболитами [12]. В сельском хозяйстве региона используется много ядохимикатов и удобрений. При невысокой культуре земледелия часть их попадает в подземные и поверхностные воды, загрязняет сельскохозяйственную продукцию, убивает живые организмы, нарушая равновесие в природной среде [8, 9]. В Крыму довольно широкое применение имеют медный купорос, ГХЦГ, реглон, базагран, фундазол, каратэ, БИ-58, ДНОК и др. [11, 13]. Непростая экологическая обстановка в Крыму вызвала необходимость расширения масштабов исследований действия техногенных химических загрязнений на высшие растения, используемые в качестве тест-систем [14]. В последние десятилетия для скрининга токсического влияния различных антропогенных поллютантов широко используют методы биоиндикации, так как биологические тесты имеют важное значение в оценке состояния окружающей среды [15]. Данный факт приобретает значимую актуальность в связи с тем, что результаты химического анализа, проводимого с помощью сложного аналитического оборудования, не всегда позволяют оценить истинную опасность разнобразных загрязнителей на среду обитания и прогнозировать последствия их воздействия на биотический компонент экосистем. Известно, что многие загрязняющие вещества, попадая в окружающую среду, могут претерпевать в ней различные превращения, усиливая при этом свое токсическое действие. В связи с этим особую актуальность приобрели биометоды интегральной оценки качества среды (атмосферы, гидросферы, педосферы), в частности, биотестирование и биоиндикации [16]. В силу того, что растения составляют основную массу живого вещества планеты, они широко используются в подобного рода исследованиях (фитоиндикация) [17]. Анализ литературы свидетельствует, что многие исследователи для изучения токсического действия пестицидов используют сельскохозяйственные культуры в качестве тест-объектов. При этом наиболее информативным источником фитотоксического действия исследуемых препаратов является исследование ингибирования их корневого роста [18-20], так как длина проростков и корешков являются важными биологическими параметрами, отражающими негативное влияние поллютантов почвы и воды [15]. Определение цели статьи, постановка задач. Целью нашего исследования явилось изучение влияния различных концентраций БИ-58 на морфометрические показатели проростков Allium cepa L.и Zea mays L., так как данный препарат имеет широкое использование в агропромышленном комплексе Крымского региона [11]. Изложение основного материала исследования. В качестве объекта исследования использовали проростки семян Allium cepa L. сорта Халцедон и Zea mays L. сорта Среднеспелый (гибрид кадр 267 МВ). У указанных культур изучали энергию прорастания семян и фитотоксичность различных доз БИ-58, документированную на основе ингибирования корневого прироста и угнетения всхожести. Материалом для исследований служили семена Allium cepa и Zea mays, обработанные 0,05; 0,1 (рекомендуемая доза); 0,2 и 0,4 мл/л коцентрациями пестицида БИ-58 при 6-часовой экспозиции. Контроль - дистилированная вода. Проращивание проводили при постоянной температуре и влажности. По всем вариантам исследования учитывали следующие параметры: 1) всхожесть (%) - количество проросших семян (отношение общего количества семян к проросшим); 2) длину корешков, на основании которой рассчитывали показатель фитотоксичности (Х, %) [21]. Морфометрический анализ проростков осуществляли на третьи сутки после экспозиции для чего измеряли штангенциркулем длину всех проросших за время инкубации корешков с точностью до 1мм. Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета прикладных программ “Microsoft Excel 2000”. В качестве критерия оценки достоверности наблюдаемых изменений использовали t-критерий Стьюдента [22]. Экспериментальные исследования проводились в 4-х кратной последовательности. В эксперименте использовали пестицид БИ-58 новый (40% концентрат эмульсии) с рекомендуемой нормой расхода 10 мл на 20 л воды - препарат фирмы BACF ОАО ВИРТАН-ПРОМЭКС (Россия). Результаты проведенного исследования свидетельствуют, что изученный препарат оказывал определенное влияние на тест-культуры, что проявлялось в ингибировании корневого прироста по всем вариантам исследования (табл. 1, 2). Таблица 1 - Влияние различных доз БИ-58 на проростки Allium cepa L. (М±m, n=4) № Вариант Средняя длина, мм Фитотоксичность (Х), % Всхожесть, % 1. К 7,0±0,16 - 93,33±1,76 2. 0,05 мл/л 7,5±0,21 - 72,00±1,53* 3. 0,1 мл/л 5,8±0,02*** 17,14 57,67±1,45* 4. 0,2 мл/л 4,6±0,14*** 34,28 52,67±1,20* 5. 0,4 мл/л 3,9±0,09*** 44,28 46,67±1,45* Примечание: Тут и далее - отличия от контроля достоверны при * р<0,05; ** р<0,01; ***p<0,001 (tst = 2,0 - 2,7 - 3,5). Таблица 2 - Влияние различных доз БИ-58 на изучаемые показатели проростков Zea mays L. (М±m, n=4) № Вариант Средняя длина, мм Фитотоксичность (Х), % Всхожесть, % 1. К 7,1±0,66 - 80,25±2,87 2. 0,05 мл/л 7,5±0,40 - 79,00±2,73 3. 0,1 мл/л 4,1±0,42* 42,25 56,25±4,11** 4. 0,2 мл/л 3,9±0,17** 45,07 55,00±5,87* 5. 0,4 мл/л 3,4±0,21** 52,11 51,50±2,75** Данные, представленные в таблице 1, свидетельствуют, что изученный препарат в дозе 0,05 мл/л оказывал стимулирующее влияние на рост корней Allium cepa, однако данные изменения не являлись статистически достоверными. В нашем исследовании мы наблюдали достоверное снижение показателя всхожести на 21,33% по сравнению с контрольным вариантом. Однако при увеличении концентрации препарата проявлялось его негативное действие по всем вариантам исследования, что вызывало увеличение показателя ингибирования корневого прироста при снижении всхожести. В частности, при концентрации 0,1 мл/л длина (рекомендуемая доза) корней Allium cepa снижалась в 1,2 раза по сравнению с контрольным вариантом, показатель всхожести - на 35,66%. При концентрации 0,2 мл/л длина корней лука уменьшилась в 1,5 раза при снижении количества проросших семян на 40,66%. Как видим, указанные концентрации БИ-58 (0,05; 0,1 и 0,2 мл/л) вызывали достоверное снижение всхожести семян в диапазоне 20-41%. Увеличение концентрации препарата (0,4 мл/л) вызвало уменьшение длины корней проростков исследованной тест-культуры и снижение их всхожести. В частности, длина корней в данном варианте исследования снизилась в 1,8 раза по сравнению с контролем, показатель всхожести - на 46,16%. Исследование действия БИ-58 на проростки Zea mays, позволило установить, что тестируемый препарат на данную культуру оказывал аналогичное влияние. В частности, препарат в дозе 0,05 мл/л оказывал положительное влияние на рост корней кукурузы. Однако при увеличении его концентрации проявлялся фитотоксический эффект, что вызывало увеличение показателя ингибирования корневого прироста и всхожести семян (см.табл. 2). При концентрации 0,1 мл/л длина корней Zea mays снижалась на 57,7% по сравнению с контрольным вариантом, показатель всхожести - на 24,0%. Следует отметить, что данная доза препарата является рекомендуемой для применения в сельскохозяйственном производстве, однако, в наших исследованиях она проявляла выраженное фитотоксическое действие. При увеличении дозы препарата наблюдалось прогрессивное снижение элонгации корней тест-культуры и энергии прорастания семян. В частности, при дозе БИ-58 0,2 мл/л длина корешков Zea mays снизилась на 45,1%, показатель всхожести - на 25,3% по сравнению с контролем. Увеличение концентрации исследуемого препарата в два раза (0,4 мл/л) вызвало снижение морфорометрических показателей корешков на 52,1%, снижение всхожести - на 28,8% по сравнению с контрольным вариантом. Параллельно нами был произведен расчет показателя фитототоксичности (Х, %) БИ-58 в указанном диапозоне концентраций. Результаты исследования свидетельствуют, что доза 0,05 мл/л фитотоксического действия на проростки Allium cepa и Zea mays не оказывала. Увеличение дозы препарата вызывало угнетение корневого прироста и, как следствие, увеличение показателя фитотоксичности (см. табл. 1). Установлено, что БИ-58 в концентрации, рекомендуемой к применению (0,1 мл/л) обладал выраженным фитотоксическим действием на тест-культуры, причем проростки Zea mays оказались более чувствительными к токсическому действию препарата. Следовательно, концентрация БИ-58 (0,1 мл/л), рекомендуемая к производству, оказывает фитотоксическое действие на тест-культуры, в силу чего не рекомендуется к использованию при их возделывании. Дальнейшее увеличение концентрации БИ-58 (0,2 и 0,4 мл/л) вызывало сопряженное увеличение фитотоксического эффекта на тестируемые культуры. Полученные данные подтверждают необходимость установления нетоксичных доз препаратов с целью рекомендации их к применению в сельскохозяйственном производстве. Выводы и перспективы дальнейших изысканий. Результаты проведенного исследования показали, что БИ-58 в диапазоне изученных концентраций (0,05 - 0,4 мл/л) оказывал негативное влияние на проростки семян Allium cepa и Zea mays, проявляющееся в ингибировании корневого прироста и всхожести семян. Данное влияние имело выраженный дозозависимый характер: повышение концентрации тестируемого препарата вызывало снижение изученных показателей у обеих тест-культур. Следует отметить, что концентрация БИ-58, рекомендуемая к применению (0,1 мл/л), обладала выраженным фитотксическим эффектом на исследованные тест-культуры, при этом было установлено, что проростки Zea mays оказались более чувствительными к токсическому действию препарата. На основании этих данных было рекомендовано не использовать данную дозу при возделывании тестируемых культур. В целом, данные проведенного исследования подтверждают необходимость установления нетоксичных доз пестицидов с целью рекомендации их к применению в сельскохозяйственном производстве.

×

About the authors

Dilyara Enverovna Emirova

Crimean Engineering and Pedagogical University

Author for correspondence.
Email: emirovadilyara@mail.ru

Crimean Engineering and Pedagogical University, Simferopol, Republic of Crimea (Russia)

Crimean Engineering and Pedagogical University, Simferopol, Republic of Crimea (Russia)

References

  1. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высш. шк., 1988. 115 с.
  2. Иванов В.Н., Сторчевус В.К. Экология и автомобилизация. К.: Будивэльнык, 1990. 128 с.
  3. Тищенко Д. Вплив автотранспортного забруднення на деякі компоненти системи антиоксидантного захисту у інтродуцентів роду Cotoneaster medic. Вісник львів. ун-ту Серія біологічна. 2009. Вип. 50. С. 151-156
  4. Kookana R.S., Simpson B.W. Pesticide fate in farming systems: Research and monitoring: 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.
  5. Rapport devaluation sur la gestion et el bilan du programme de maitrise des pollutions dorigine agricole // Amenag. et nature. 2000. № 136. Р. 58-73.
  6. Охрана окружающей среды при использовании пестицидов / Бублик Л.И., Васильев В.П., Гороховский Н.А. и др.; под ред. В.П. Васильева. К.: Урожай, 1983. 128 с.
  7. Эмирова Э.С., Ибрагимова Э.Э. Влияние сельскохозяйственных поллютантов на организм человека // Адаптация учащихся всех ступеней образования в условиях современного образовательного процесса: материалы X Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / Под общ. ред. В.Н. Крылова. Арзамас: АФ ННГУ. 2014. С. 321-324.
  8. География Крыма: Учеб. пособ. для учащ. общеобразоват. учеб. заведений / Л.А. Багрова, В.А. Боков, Н.В. Багров. К.: Лыбидь, 2001. 304 с.
  9. Экология Крыма. Справочное пособие / Под ред. Н.В. Багрова и В.А. Бокова. С.: Крымское учебно-педагогическое государственное издательство, 2003. 360 с.
  10. Эмирова Д.Э., Алиев Э.Р. Анализ пестицидной нагрузки на сельскохозяйственные почвы Крыма // 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.
  11. Эмирова Д.Э. Анализ пестицидной нагрузки на агроценозы Крыма // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. Выпуск 15. Биологические науки. Симферополь: НИЦ КИПУ, 2008. С. 69-71.
  12. Справочник по пестицидам: Гигиена применения и токсикология / Седокур Л.К.; Под ред. А.В. Павлова. К.: Урожай, 1986. 432 с.
  13. Ибрагимова Э.Э. Оценка экологической опасности пестицидов, широко применяемых в земледелии Крыма // Культура народов Причерноморья. № 73. 2006. С. 151-156.
  14. Ібрагімова Е.Е. Екологічна оцінка дії техногенних хімічних забруднень на цитогенетичні показники вищих рослин в умовах Криму: Автореф. дис. ... канд. біол. наук. К., 2008. 20 с.
  15. Евгеньев М.И. Тест-методы и экология // Соросовский образовательный журнал. 1999. № 1. С. 29-34.
  16. Биоиндикация загрязнителей наземных экосистем / Под ред. Р. Шуберта.М.: Мир, 1988. 350 с.
  17. Николаевский В. С. Экологическая оценка загрязнения среды и состояния наземных экосистем методами фитоиндикации. Пушкино: ВНИИЛМ, 2002. 220 с.
  18. Magnani T. Saggi di fitotossicita su sottoprodotti destinati al suolo agricolo. Confronto fra metodiche // Biol. Ital. 1996. Vol. 26. № 3. Р. 49-53.
  19. Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Оценка фито- и цитотоксической активности соединений тяжелых металлов и алюминия с помощью корневой апикальной меристемы лука // Цитология и генетика. 2001. Т. 35. № 1. С. 3-9.
  20. Fiskesj G., Ed. S. O’Hare, Atterwill C.K. Allium test // Methods in Molecular Biology - 43. In Vitro Toxicity Testing Protocols - Totowa, NJ: Copyright Humana Press Inc. 1995. P. 119-127.
  21. Федорова Г.В. Практикум з біогеохімії для екологів: Навчальний посібник. Київ: «КНТ», 2007. 288 с.
  22. Плохинский Н.А. Биометрия. М.: МГУ, 1970. 367 с.

Copyright (c) 2015 Emirova D.E.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies