Механизм гипераккумуляции цезия: как растения противостоят питательным дисбалансам в условиях загрязнения

О. С. Железнова^1, *, С. А. Тобратов¹

¹Рязанский государственный университет им. С.А. Есенина,
ул. Свободы, 46, Рязань, 390000 Россия
*E-mail: zheleznova_rzn@mail.ru
Поступила в редакцию 06.09.2018 г.
После доработки 04.02.2019 г.
Принята к публикации 21.06.2019 г.

Изложены результаты теоретических, полевых и лабораторных исследований по выявлению растений-гипераккумуляторов радиоцезия (¹³⁷Cs) в экосистемах центра Русской равнины и изучению ключевых черт их физиологии, определяющих способность к повышенному накоплению ¹³⁷Cs в надземной фитомассе (в первую очередь в наиболее физиологически активных органах – листьях и годичных побегах). Исследования проведены в смешанных лесах дальней зоны радиоактивных выпадений спустя 30 лет после аварии на Чернобыльской АЭС (юго-запад Мещерской низменности в пределах Рязанской обл. РФ). На основе измерений удельной активности ¹³⁷Cs и ⁴⁰К в образцах фитомассы и почв рассчитывались коэффициенты дискриминации ⁴⁰К/¹³⁷Cs. Установлено, что ¹³⁷Cs, в отличие от его геохимического аналога ¹³⁷К, накапливается преимущественно в корневых системах. Однако некоторым видам, наоборот, свойственна гипераккумуляция ¹³⁷Cs, характерная для зеленых мхов (роды Polytrichum, Dicranum, Pleurozium) и папоротников (Pteridium aquilinum), а также для Calluna vulgaris, листьев и тонких ветвей Quercus robur, Populus tremula, Betula pubescens. Интерпретация полученных данных осуществлена с привлечением результатов исследований в области радиоэкологии, биохимии минерального питания растений и физиологии мембранного транспорта. Разработана концептуальная модель вовлечения ¹³⁷Cs в физиологические процессы. Установлено, что существует специфичная группа гипераккумуляторов ¹³⁷Cs, не обладающая филогенетическим единством, но объединяемая общностью механизмов минерального питания. Ключевая особенность гипераккумуляторов ¹³⁷Cs – способность к интенсивному питанию нитратной формой азота и ее восстановлению в надземных органах. Она характерна как для видов, происходящих из аридных областей низких широт (Q. robur, представители Amaranthaceae, Chenopodioideae, Asteraceae), с ариданитным типом питания, так и для гумидокатных пионерных видов (P. tremula, B. pubescens) с быстрыми темпами роста и высокой нитратредуктазной активностью в листьях. Такие растения могут быть использованы в целях фиторемедиации загрязненных ¹³⁷Cs почв при невысоком уровне загрязнения.

DOI: 10.1134/S0044459619050099

Полный текст статьи доступен на сайте Elibrary.ru (необходимо зарегистрироваться).