1.Введение 4
Основная часть
1. Обзор литературных источников по теме исследования
1.1. Исследования влияния алюминия на рост и развитие растений 9
1.2. Соединения алюминия в почве 14
1.2.1. Загрязнение почв промышленным алюминием 17
1.3. Литературный обзор материалов и методов.
1.3.1. Предмет исследования 19
1.3.2. Минеральное питание растений, как информационная основа для выбора рецепта гидропонного раствора.
1.З.2.1. История изучения минерального питания растений 27
1.З.2.2. Содержание зольных элементов в растворе З5
1.З.2.2.1. Макроэлементы и микроэлементы в растениях З9
1.З.2.З. Кислотность 4З
1.З.2.4. Итоговый раствор и особенности его приготовления 46
1.3.4. Основные гидропонные системы для выращивания растений 51
2. Материалы и методы.
2.1. Материалы 5З
2.2. Методы. Гидропонный раствор и гидропонная система для выращивания растений. Условия выращивания и кислотность.
2.2.1. Условия выращивания 5З
2.2.2. Кислотность 5З
2.2.З. Итоговый раствор и особенности его приготовления. Проращивание семян.
2.2.З.1. Проращивание семян овса в чашке Петри 54
2.2.3.2. Итоговый раствор и особенности его приготовления 55
2.2.4. Итоговой вариант гидропонной системы в работе 58
3. Анализ на газовом хроматографе и обработка данных.
3.1. Экстракция и пробоподготовка. Хроматографический метод.
3.1.1. Отбор пробы 60
3.1.2. Экстракция растений 61
3.1.3. Пробоподготовка и анализ на газовом хроматографе 61
3.2. Обработка хроматограмм и статистическая обработка полученных данных.
3.2.1. Обработка полученных хроматограмм с помощью программы PARADASe в версии 5.9 62
3.2.2. Подготовка статистической матрицы. Подбор метода статистики. Обработка выбранным методом.
3.2.2.1. Сравнение по морфологическим признакам 63
3.2.2.2. Кластерный анализ 66
3.2.2.3. Метод главных компонент 67
4. Выводы 69
5. Список литературы 70
Приложение 1 74
Фиторемедиация, как метод отчистки почв, является достаточно перспективным направлением для изучения, так как является экологичным и экономичным методом. На данный момент изучены способы отчистки почв таким методом от тяжелых металлов. Но есть основания полагать, что способность растений к поглощению не ограничивается только тяжелыми металлами. Проблема загрязнения почв промышленным алюминием является достаточно распространенной в мире. Исследования влияния алюминия на рост растений показали, что устойчивые к влиянию данного метала растения имеют ряд механизмов, позволяющих снизить его токсичность, например хелатирование токсичных ионов алюминия. Возможно, что такое свойство устойчивых к алюминию растений позволит отчищать почвы от него за счет накопления метала в растении (фиторемедиация почв), это гипотеза и будет проверена в данном исследовании. В качестве объекта исследования был выбран овес. Для этого будут получены хроматограммы растений, выращенных в гидропонном растворе с добавлением хлорида алюминия, вторая группа выращивается без него для сравнения.
Требуется выяснить оказывают ли условия произрастания влияние на профиль метаболитов выбранных растений.
Кислая почва не всегда является результатом антропогенного воздействия, в тропиках и субтропиках почва с pH ниже 5.5 может присутствовать естественным образом, однако в наших широтах наличие кислых почв это всегда результат деятельности человека, примерами такого воздействия являются - вырубка лесов, а загрязнение воздуха приводит к появлению кислотных дождей, которые закономерно меняют pH почвы в сторону кислотности. Токсичность Al стоит рассматривать, как один из наиболее важных ограничивающих факторов в сельскохозяйственном производстве во всем мире. Многие почвы, используемые в сельском хозяйстве, в том числе места, где были вырублены леса, считаются достаточно кислыми, и этот факт ограничивает рост многих восприимчивых видов растений.
Подсчитано, что около 30% всех земель на планете являются кислыми, токсичность алюминия в кислых почвах с pH ниже 5,5 влияет на производство основных продовольственных культур, овощей и товарных культур во всем мире. Около 50% потенциально пахотных земель в мире относятся к кислым. Алюминий (Al) является третьим по распространенности металлом в земной коре после кислорода и кремния. Токсичность Al в кислых почвах влияет на производство основных продовольственных культур, особенно зерновых, так как снижает их урожайность.
Низкое плодородие кислых почв связано с токсичностью алюмосодержащих минералов или марганцевых руд, иногда низкое плодородие наблюдается в местах низкого содержания важных для растений питательных элементов, например низкое содержание солей фосфорной кислоты или кальция и др. Но основной причиной все-таки является содержание растворимых форм алюминия в почве, которые влияют и на кислотность почвенных профилей и на возможность растений нормально развиваться, доказано, что водорастворимый алюминий присутствует на 67 % всех кислых почв.
Трехвалентный катион алюминия, т.е. Al3+, ограничивает рост растения. Поглощенный растениями алюминий препятствует росту корней и отрицательно влияет на рост растений в целом. Исследования механизмов токсичности алюминия и устойчивости растений к этому металлу важны для стабильного производства продуктов питания. Если понимать физиологическую и молекулярную основу токсичности алюминия и механизмы устойчивости растений к нему, становятся возможными разработки генетически модифицированных растений, устойчивых к токсичности алюминия, а также к фиторемедиации почв.
...
Выявлено, что алюминий в концентрации 10 мкм на литр раствора, не влияет на профиль метаболитов овса сорта Гаврош. Различия по морфологическим признакам между двумя группами (растения выращенными в растворе с хлоридом алюминия и контрольная группа, выращенная в нормальном растворе с оптимальным соотношением питательных элементов) отсутствуют. Следующим этапом исследования будет атомно-абсорбционный анализ на наличие алюминия в листьях исследуемых растений, которые росли в растворе с AlCl3. Обнаружение металла в образцах будет свидетельствовать о том, что овес накапливает алюминий, а его устойчивость к данному металлу позволит проводить фиторемедиационные мероприятия даже на сильно загрязненных алюминием почвах.
Если алюминий содержится в листьях двухнедельных образцов, выращенных в растворе с концентрацией алюминия 10 мкм, можно говорить о том, что овес накапливает данный метал без влияния на свой метаболизм.
Если эта гипотеза подтвердится, имеет смысл провести ряд испытаний концентраций алюминия в растворе на 1 мкм, 100 мкм и 200 мкм хлорида алюминия на 1 литр раствора, для того, чтобы оценить накапливает ли овес алюминий, если он содержится в ничтожно малых количествах для устойчивого к влиянию данного стресса растению, и проверить не появится ли влияние на профиль метаболитов при больших концентрациях.
