МИКРОКЛОНАЛЬНОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ РАСТЕНИЙ КАК МЕТОД ПРОИЗВОДСТВА ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ ПОЛИГОНОВ ТКО
|
АННОТАЦИЯ 3
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ И ТЕРМИНОВ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 9
1.1 Общая характеристика ТКО и полигонов ТКО 9
1.2 Загрязнение почв в процессе эксплуатации полигонов ТКО 10
1.3 Рекультивация и фиторемедиация полигонов ТКО 12
1.4 Выбор растений для фиторемедиации полигонов ТКО 16
1.4.1 Критерии выбора растений для фиторемедиации полигонов ТКО 16
1.4.2 Характеристика барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC 17
1.4.3 Характеристика калины обыкновенной Viburnum opulus L 19
1.5 Микроклональное размножение посадочного материала 21
1.5.1 Подготовка питательных сред 22
1.5.2 Отбор эксплантов и введение в культуру in vitro 23
1.5.3 Размножение in vitro 25
1.5.4 Укоренение in vitro 26
1.5.5 Адаптация в нестерильных условиях и доращивание 27
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2.1 Объекты исследования 30
2.2 Приготовление и стерилизация питательных сред и посуды 30
2.3 Стерилизация эксплантов 40
2.4 Введение в культуру 42
2.5 Размножение in vitro 45
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 47
3.1 Стерилизация эксплантов 47
3.2 Введение в культуру 48
3.3 Размножение in vitro 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 62
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ И ТЕРМИНОВ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 9
1.1 Общая характеристика ТКО и полигонов ТКО 9
1.2 Загрязнение почв в процессе эксплуатации полигонов ТКО 10
1.3 Рекультивация и фиторемедиация полигонов ТКО 12
1.4 Выбор растений для фиторемедиации полигонов ТКО 16
1.4.1 Критерии выбора растений для фиторемедиации полигонов ТКО 16
1.4.2 Характеристика барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC 17
1.4.3 Характеристика калины обыкновенной Viburnum opulus L 19
1.5 Микроклональное размножение посадочного материала 21
1.5.1 Подготовка питательных сред 22
1.5.2 Отбор эксплантов и введение в культуру in vitro 23
1.5.3 Размножение in vitro 25
1.5.4 Укоренение in vitro 26
1.5.5 Адаптация в нестерильных условиях и доращивание 27
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2.1 Объекты исследования 30
2.2 Приготовление и стерилизация питательных сред и посуды 30
2.3 Стерилизация эксплантов 40
2.4 Введение в культуру 42
2.5 Размножение in vitro 45
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 47
3.1 Стерилизация эксплантов 47
3.2 Введение в культуру 48
3.3 Размножение in vitro 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 62
Складирование на полигонах — наиболее используемый метод размещения ТКО. На сегодняшний день огромные земельные площади не только в РФ, но и во всем мире заняты под объекты хранения и захоронения отходов. По данным Счетной палаты РФ в 2019 году образовано 65 млн тонн ТКО, или 450 кг на человека. Приоритетным способом обращения с ТКО в РФ остается захоронение — более 90 % отходов направляется на полигоны и свалки, которые занимают территорию площадью в 4 млн га [10]. С каждым годом объем отходов увеличивается, для их хранения и захоронения отчуждаются все большие территории. Площадь свалок и полигонов для захоронения отходов ежегодно увеличивается на 2,5-4 %. Переработке подвергается менее 10 % ТКО. В результате практически все эти отходы размещаются на специализированных полигонах, санкционированных (а порой и несанкционированных) свалках [9].
Отходы, размещенные на свалках и полигонах, оказывают негативное влияние на атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвенный покров, растения, расположенные вблизи свалок. Поэтому в соответствии с действующей на территории РФ нормативной базой завершающим этапом эксплуатации полигонов, направленным на обеспечение санитарных и экологических требований, является рекультивация, которая производится в два этапа — технический и биологический. Перспективным методом биологической рекультивации представляется фиторемедиация — использование растений для выведения или нейтрализации загрязняющих веществ. Поскольку при эксплуатации и закрытии полигонов образуется слоистая толща, то в перекрывающие отходы грунты из ТКО поступают различные токсичные вещества, в том числе тяжелые металлы, что со временем создает опасность загрязнения ими поверхностных слоев почвы. По этой причине при проведении рекультивационных работ рекомендованы к посадке растения с высокой фиторемедиационной способностью [30]. Однако помимо способности накапливать в биомассе большое количество тяжелых металлов растения должны соответствовать целому перечню критериев: иметь развитую и глубокую корневую систему, соответствовать климатическим условиям территории полигона, быть здоровыми и свободными от вредителей и т. д. Для сохранения такого большого числа признаков необходимо использовать вегетативные способы размножения, исключающие возможность их ненаследования. Одним из таких является микроклональное размножение.
Для фиторемедиации полигонов ТКО были выбраны барбарис Тунберга Berberis thunbergii DC. и калина обыкновенная Viburnum opulus L. В литературе рассматриваются условия микроклонального размножения калины обыкновенной Viburnum opulus L. [28]
[58] [64] [74], калины лавролистной V. tinus L. [65], калины душистой V. odoratissimum Ker Gawl. [69], калины зубчатой V. dentatum L. [66] [68], V. treleasei Gand. [61]. Также
исследованы условия микроклонального размножения барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. [45], барбариса илийского B. iliensis M. Pop. [15] [40] [51] [45], барбариса разноножкового B. heteropoda Schrenk [19] [45], барбарис каркаралинского B. karkaralensis Kornil. & Potapov [51], барбариса амурского B. amurensis Rupr. [45], барбариса цельнокрайного B. integerrima Bunge [45], барбариса корейского B. koreana Palib. [45], барбариса монетного B. nummularia Bunge [45], барбариса продолговатого B. oblonga (Regel) C.K.Schneid. [45], барбариса сибирского B. sibirica Pall. [45], барбариса
обыкновенного B. vulgaris L. [45]. Несмотря на достаточную изученность вопроса
микроклонального размножения видов рода Барбарис Berberis L. и Калина Viburnum L., изученность условий микроклонального размножения калины обыкновенной Viburnum opulus L., а в особенности барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. проведено недостаточно полно .
Объект исследования — метод производства посадочного материала для фиторемедиации полигонов ТКО.
Предмет исследования — микроклональное размножение барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
Целью данной работы является разработка технологических условий микроклонального размножения барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
1. Подобрать методы стерилизации эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
2. Подобрать питательные среды и концентрации гормонов для введения в культуру и размножения эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
3. Рассчитать стерильность, жизнеспособность и коэффициент размножения эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
Защищаемые положения:
1. Стерилизация эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. агентом «Синергетик» в концентрации 70 % и эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. агентом «Бриллиант Классик» в концентрации 10 % со стерильностью не менее 50 %.
2. Введение в культуру эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. на средах MS БАП 1 ИМК 0,01; MS БАП 0,5 ИМК 0,01; WPM БАП 1 ИМК 0,01 и эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. на средах MS БАП 2 ИУК 0,4, QL и WPM с жизнеспособностью не менее 50 %.
3. Размножение эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. на средах MS БАП 1 ИМК 0,01; MS БАП 0,5 ИМК 0,01; WPM БАП 1 ИМК 0,01 и эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. на средах MS БАП 2 ИУК 0,4, QL и WPM с коэффициентом размножения не менее 2.
Выражаю благодарность своему научному руководителю Валентине Викторовне Жарковой, научному консультанту Денису Александровичу Ивасенко и сотрудникам лаборатории ООО «Дарвин» за неоценимую помощь в написании выпускной квалификационной работы.
Отходы, размещенные на свалках и полигонах, оказывают негативное влияние на атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвенный покров, растения, расположенные вблизи свалок. Поэтому в соответствии с действующей на территории РФ нормативной базой завершающим этапом эксплуатации полигонов, направленным на обеспечение санитарных и экологических требований, является рекультивация, которая производится в два этапа — технический и биологический. Перспективным методом биологической рекультивации представляется фиторемедиация — использование растений для выведения или нейтрализации загрязняющих веществ. Поскольку при эксплуатации и закрытии полигонов образуется слоистая толща, то в перекрывающие отходы грунты из ТКО поступают различные токсичные вещества, в том числе тяжелые металлы, что со временем создает опасность загрязнения ими поверхностных слоев почвы. По этой причине при проведении рекультивационных работ рекомендованы к посадке растения с высокой фиторемедиационной способностью [30]. Однако помимо способности накапливать в биомассе большое количество тяжелых металлов растения должны соответствовать целому перечню критериев: иметь развитую и глубокую корневую систему, соответствовать климатическим условиям территории полигона, быть здоровыми и свободными от вредителей и т. д. Для сохранения такого большого числа признаков необходимо использовать вегетативные способы размножения, исключающие возможность их ненаследования. Одним из таких является микроклональное размножение.
Для фиторемедиации полигонов ТКО были выбраны барбарис Тунберга Berberis thunbergii DC. и калина обыкновенная Viburnum opulus L. В литературе рассматриваются условия микроклонального размножения калины обыкновенной Viburnum opulus L. [28]
[58] [64] [74], калины лавролистной V. tinus L. [65], калины душистой V. odoratissimum Ker Gawl. [69], калины зубчатой V. dentatum L. [66] [68], V. treleasei Gand. [61]. Также
исследованы условия микроклонального размножения барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. [45], барбариса илийского B. iliensis M. Pop. [15] [40] [51] [45], барбариса разноножкового B. heteropoda Schrenk [19] [45], барбарис каркаралинского B. karkaralensis Kornil. & Potapov [51], барбариса амурского B. amurensis Rupr. [45], барбариса цельнокрайного B. integerrima Bunge [45], барбариса корейского B. koreana Palib. [45], барбариса монетного B. nummularia Bunge [45], барбариса продолговатого B. oblonga (Regel) C.K.Schneid. [45], барбариса сибирского B. sibirica Pall. [45], барбариса
обыкновенного B. vulgaris L. [45]. Несмотря на достаточную изученность вопроса
микроклонального размножения видов рода Барбарис Berberis L. и Калина Viburnum L., изученность условий микроклонального размножения калины обыкновенной Viburnum opulus L., а в особенности барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. проведено недостаточно полно .
Объект исследования — метод производства посадочного материала для фиторемедиации полигонов ТКО.
Предмет исследования — микроклональное размножение барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
Целью данной работы является разработка технологических условий микроклонального размножения барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
1. Подобрать методы стерилизации эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
2. Подобрать питательные среды и концентрации гормонов для введения в культуру и размножения эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
3. Рассчитать стерильность, жизнеспособность и коэффициент размножения эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
Защищаемые положения:
1. Стерилизация эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. агентом «Синергетик» в концентрации 70 % и эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. агентом «Бриллиант Классик» в концентрации 10 % со стерильностью не менее 50 %.
2. Введение в культуру эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. на средах MS БАП 1 ИМК 0,01; MS БАП 0,5 ИМК 0,01; WPM БАП 1 ИМК 0,01 и эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. на средах MS БАП 2 ИУК 0,4, QL и WPM с жизнеспособностью не менее 50 %.
3. Размножение эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. на средах MS БАП 1 ИМК 0,01; MS БАП 0,5 ИМК 0,01; WPM БАП 1 ИМК 0,01 и эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. на средах MS БАП 2 ИУК 0,4, QL и WPM с коэффициентом размножения не менее 2.
Выражаю благодарность своему научному руководителю Валентине Викторовне Жарковой, научному консультанту Денису Александровичу Ивасенко и сотрудникам лаборатории ООО «Дарвин» за неоценимую помощь в написании выпускной квалификационной работы.
Увеличение объемов образования ТКО и площади территорий, отведенных под размещение ТКО, является серьезной экологической проблемой. Согласно государственным докладам «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации...» за 2013-2022 гг. количество образованных ТКО увеличилось в 3 раза — с 15 до 46 млн тонн в год, а площадь территорий, отведенных под размещение ТКО, за 2010-2020 гг. увеличилась на 15 % — с 114,9 до 131,9 тыс. га [35] [36] [37] [38]. Это в совокупности с ограниченностью земельных ресурсов и негативным воздействием ТКО на окружающую среду неизбежно ведет не только к юридической, но и физической обязательности полной рекультивации полигонов ТКО.
В связи высокой загрязненностью грунтов полигонов ТКО тяжелыми металлами на этапе биологической рекультивации возможно использование метода фиторемедиации. Для этого необходимо подобрать растения, способные безопасно для самих себя аккумулировать тяжелые металлы. После анализа литературных источников для фиторемедиации полигонов ТКО были выбраны барбарис Тунберга Berberis thunbergii DC. и калина обыкновенная Viburnum opulus L. Однако помимо способности накапливать в биомассе большое количество тяжелых металлов растения должны соответствовать определенному перечню критериев, например, быть здоровыми и свободными от вредителей и т. д. Для сохранения большого числа признаков необходимо использовать вегетативные способы размножения, исключающие возможность их ненаследования. Одним из таких является микроклональное размножение.
В ходе работы были подобраны методы стерилизации, питательные среды и концентрации гормонов для введения в культуру и размножения, а также рассчитаны стерильность, жизнеспособность и коэффициент размножения эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Стерилизация эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. агентом «Синергетик» в концентрации 70 % прошла не очень успешно: контаминированы 48,65 %.
2. Для введения в культуру эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. лучше всех из 3 исследованных сред подходит WPM БАП 1 ИМК 0,01 — жизнеспособность эксплантов равна 66,67 %.
3. Для размножения эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. наиболее подходит среда WPM БАП 1 ИМК 0,01 — коэффициент размножения после третьего пассажа равен 2,33.
4. Стерилизация эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. агентом «Бриллиант Классик» в концентрации 10 % прошла успешно: стерильны 100 %, что свидетельствует о пригодности данного состава для стерилизации данного вида растений.
5. Для введения в культуру эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. одинаково подходят все 3 исследованные среды MS БАП 2 ИУК 0,4, QL и WPM — жизнеспособность эксплантов равна 100 %.
6. Для размножения эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. наиболее подходит среда QL — коэффициент размножения после первого пассажа равен 3.
Автором даны следующие рекомендации по применению полученных результатов:
1. Необходимо продолжение экспериментов по подбору метода стерилизации для эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC.
2. Необходимо также продолжение экспериментов по подбору условий для укоренения и адаптации эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
3. В случае использования калины обыкновенной Viburnum opulus L. в целях фиторемедиации полигонов ТКО для экстракции тяжелых металлов необходимо подобрать правильные удобрения, позволяющие решить проблему дефицита необходимых микроэлементов в тканях растений.
В связи высокой загрязненностью грунтов полигонов ТКО тяжелыми металлами на этапе биологической рекультивации возможно использование метода фиторемедиации. Для этого необходимо подобрать растения, способные безопасно для самих себя аккумулировать тяжелые металлы. После анализа литературных источников для фиторемедиации полигонов ТКО были выбраны барбарис Тунберга Berberis thunbergii DC. и калина обыкновенная Viburnum opulus L. Однако помимо способности накапливать в биомассе большое количество тяжелых металлов растения должны соответствовать определенному перечню критериев, например, быть здоровыми и свободными от вредителей и т. д. Для сохранения большого числа признаков необходимо использовать вегетативные способы размножения, исключающие возможность их ненаследования. Одним из таких является микроклональное размножение.
В ходе работы были подобраны методы стерилизации, питательные среды и концентрации гормонов для введения в культуру и размножения, а также рассчитаны стерильность, жизнеспособность и коэффициент размножения эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Стерилизация эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. агентом «Синергетик» в концентрации 70 % прошла не очень успешно: контаминированы 48,65 %.
2. Для введения в культуру эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. лучше всех из 3 исследованных сред подходит WPM БАП 1 ИМК 0,01 — жизнеспособность эксплантов равна 66,67 %.
3. Для размножения эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. наиболее подходит среда WPM БАП 1 ИМК 0,01 — коэффициент размножения после третьего пассажа равен 2,33.
4. Стерилизация эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. агентом «Бриллиант Классик» в концентрации 10 % прошла успешно: стерильны 100 %, что свидетельствует о пригодности данного состава для стерилизации данного вида растений.
5. Для введения в культуру эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. одинаково подходят все 3 исследованные среды MS БАП 2 ИУК 0,4, QL и WPM — жизнеспособность эксплантов равна 100 %.
6. Для размножения эксплантов калины обыкновенной Viburnum opulus L. наиболее подходит среда QL — коэффициент размножения после первого пассажа равен 3.
Автором даны следующие рекомендации по применению полученных результатов:
1. Необходимо продолжение экспериментов по подбору метода стерилизации для эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC.
2. Необходимо также продолжение экспериментов по подбору условий для укоренения и адаптации эксплантов барбариса Тунберга Berberis thunbergii DC. и калины обыкновенной Viburnum opulus L.
3. В случае использования калины обыкновенной Viburnum opulus L. в целях фиторемедиации полигонов ТКО для экстракции тяжелых металлов необходимо подобрать правильные удобрения, позволяющие решить проблему дефицита необходимых микроэлементов в тканях растений.
