| Авторы |
Оксана Анатольевна Арефьева, кандидат биологических наук, доцент кафедры природной и техносферной безопасности, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А. (Россия, г. Саратов, ул. Политехническая, 77), oarefeva@inbox.ru
Любовь Николаевна Ольшанская, доктор химических наук, профессор, профессор кафедры природной и техносферной безопасности, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А. (Россия, г. Саратов, ул. Политехническая, 77), ecos123@mail.ru
Ренат Шавкатович Валиев, кандидат биологических наук, ассистент кафедры медико-биологических дисциплин, Медицинский университет «Реавиз» (Россия, г. Саратов, ул. Верхний Рынок, 10), rw_84@mail.ru
|
| Аннотация |
Актуальность и цели. Работы, направленные на поиск эколого- и энергосберегающих технологий очистки вод от тяжелых металлов, являются весьма актуальными. Целью настоящей работы явилось изучение способов усиления полноты извлечения ионов меди, никеля и железа из водных сред ряской малой при воздействии электромагнитного излучения (ЭМИ) КВЧ, а также ее регенерации после процесса фиторемедиации в присутствии в растворах добавок катиона кальция.
Материалы и методы. Для изучения процессов удаления ионов тяжелых металлов (ИТМ) из модельных растворов растениями ряски при воздействии электромагнитного излучения частотой 65 ГГц применяли высокочастотный генератор сигналов Г4-142. После облучения ЭМИ растения ряски помещали в модельные растворы, имитирующие сточные воды, содержащие ионы тяжелых металлов, приготовленные на основе отстоянной водопроводной воды. Остаточное количество ИТМ после фиторемедиации определяли вольтамперометрическим и фотометрическим способами, используя роботизированный комплекс «Экспертиза ВА – 2D» с электродом «3 в 1» и КФК-3. В экспериментах по регенерации ряски малой применяли гистохимические методы. Статистическая значимость различий проводилась по медианам в выборках, рассчитывая H-критерий Краскела – Уоллиса.
Результаты. В результате исследований установлено, что эффективность очистки модельных растворов от ионов меди облученной ряской составила 85–90 %. Этот показатель немного ниже эффективности очистки раствора ряской, не подвергнутой облучению. На процессы извлечения меди из растворов влияла природа аниона. Катионы меди лучше извлекались из сульфатного раствора. Извлечение ионов никеля облученной ряской происходило интенсивнее, нежели необлученной ряской, но в обоих случаях с низкими скоростями. Эффективность извлечения катионов железа составила 52–75 %. Эксперименты по регенерации ряски после фиторемедиации показали, что материнские и дочерние клетки оказываются более устойчивыми к тяжелым металлам, чем вегетативные. Такая устойчивость может быть связана с селективной чувствительностью различных органов растений к химическим агентам.
Выводы. Установлено, что при действии ЭМИ КВЧ диапазона 65 ГГц процесс извлечения ряской катионов меди, железа и никеля протекал интенсивнее. Эффективность очистки воды от ИТМ достигала 75–90 %. Выявлено влияние радиуса катиона и размера аниона соли на скорость извлечения ряской ИТМ. Показано положительное влияние сульфат ионов на процесс проникновения металлов в объем фитомассы ряски. Показана возможность регенерации ряски малой после извлечения ею из модельных растворов ионов Ni2+ и Cu2+ (С = 1 и 10 мг/л) как с добавкой, так и без добавки ионов кальция. При этом листецы ряски после выдержки в растворах с содержанием катионов меди 1 мг/л при последующей высадке на питательную среду сохранили способность продуцировать почки и размножаться. При выдержке ряски в более концентрированных средах (Cu2+ 10 мг/л) даже в присутствии кальция растения погибали, т.е. регенерация не происходила. При содержании в растворе катиона никеля в концентрациях 1 и 10 мг/л достигалась регенерация ряски в присутствии ионов кальция. Без добавок кальция регенерации ряски не происходило.
|
| Список литературы |
1. Серегин И. В., Кожевникова А. Д. Гистохимические методы определения локализации тяжелых металлов и стронция в тканях высших растений // Физиология растений. 2011. Т. 58, № 4. С. 617–623.
2. Протасов В. Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. М. : Финансы и статистика, 2000. С. 116–119.
3. Ольшанская Л. Н., Собгайда Н. А. Фиторемедиация металлов из вод. Влияние внешних физических полей на ускорение процессов фиторемедиации : монография. Berlin : LAPLAMBERT Academic Pablishing, 2012. 156 с.
4. Salt D. E., Blaylock M. J., Kumar N., Dushenkov V. [et al.]. Phitoremediation: A Novel Strategy for the Removal of Toxic Metals from the Environment Using Plants // Biotechnology. 1995. Vol. 13, № 5. P. 468–474.
5. Ольшанская Л. Н., Арефьева О. А., Русских М. Л. Разработка энергосберегающей технологии доочистки промышленных и бытовых стоков от ионов тяжелых металлов // Альтернативная энергетика и экология. 2011. № 6. С. 84–89.
6. Ольшанская Л. Н., Русских М. Л., Арефьева О. А. Интенсификация процессов извлечения тяжелых металлов из стоков методом фиторемедиации с применением энергии электромагнитного излучения и добавок NaCl // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2013. № 8. С. 42–44.
7. Гапеев А. Б., Чемерис Н. К. Механизмы биологического действия электромагнитного излучения крайне высоких частот на клеточном уровне // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2007. № 2–4. С. 44–61.
8. Nayyef M. A., Sabbar A. A. Efficiency of duckweed (Lemna minor L.) in phytotreatment of wastewater pollutants from Basrah oil refinery // Journal of Applied Phytotechnology in Environmental Sanitation. 2012. Vol. 1, № 4. P. 163–172.
9. Jafari N., Akhavan M. Effect of pH and metal concentration on phytoaccumulation of zinc by three duckweeds species // American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Sciences. 2011. Vol. 10 (1). P. 34–41.
10. Khellaf N., Zerdaoui M. Growth response of the duckweed Lemna gibba L. to copper and nickel phytoaccumulation // Ecotoxicology. 2010. Vol. 19. P. 1363–1368.
11. Kaur L., Gadgil K., Sharma S. Role of pH in the accumulation of lead and nickel by common duckweed (Lemna minor) // International Journal of Bioassays. 2012. № 1. P. 191–195.
12. Валиев Р. Ш., Ольшанская Л. Н., Арефьева О. А., Бодня А. А., Шайхиев И. Г. Исследование локализации тяжелых металлов в тканях и органах растений рода ряска Lemna L. в процессе их извлечения из водных сред // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, № 1. С. 222–225.
13. Les D. H., Landolt E., Crawford D. J. Systematics of the Lemnaceae (duckweeds): inferences from micromolecular and morphological data // Plant Systematics and Evolution. 1997. Vol. 204. P. 161–177.
14. Гайдукова С. Е., Ракитин А. Л., Равин Н. В. [и др.]. Разработка системы генетической трансформации ряски малой Lemna minor // Экологическая генетика. 2008. Т. 6, № 4. С. 20–28.
15. Hoagland D. R., Arnon D. I. The water-culture method for growing plants without soil//California Agricultural Experimental Station Circular. 1950. Vol. 347. P. 1–32.
16. Валиев Р. Ш., Ольшанская Л. Н., Головина Л. В. Изучение ответных реакций ряски крошечной Lemna perpusilla Torr. на медь // Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия : материалы III Междунар. науч.- практ. конф. (г. Новосибирск, 15–16 августа 2014 г.). Новосибирск : Международный научный институт “Educatio”, 2014. Ч. 5. С. 155–159.
17. Гайдышев И. Анализ и обработка данных : спец. справочник. СПб. : Питер, 2001. 752 с.
18. Ольшанская Л. Н., Собгайда Н. А., Русских М. Л. Сочетанное влияние электрических и магнитных полей на процессы фиторемедиации // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология : докл. Междунар. конф. «Композит-2010». Саратов : СГТУ, 2010. С. 452–454.
19. Ольшанская Л. Н., Арефьева О. А., Русских М. Л. Воздействие квазивысоких частот на растения (ряска малая LEMNA M) и их применение в очистке сточных вод // Вестник ХНАДУ. 2011. № 52. С. 64–68.
20. Денисова С. А., Рогачева С. М., Кузнецов П. Е., Малинина Ю. П. [и др.]. Поиск биологически активных частот электромагнитного излучения миллиметрового диапазона // Научно-технические аспекты обеспечения безопасности при уничтожении, хранении и транспортировке химического оружия : тез. докл. III науч.-практ. конф. М., 2006. С. 365–366.
21. Рогачева С. М., Денисова С. А., Шульгин С. В. [и др.]. Экологические аспекты действия миллиметрового излучения низкой интенсивности на живой организм // Проблемы региональной экологии. 2008. № 1. С. 72–76.
22. Бецкий О. В., Кислов В. В., Лебедева Н. Н. Миллиметровые волны и живые системы. М. : Сайнс пресс, 2004. 271 с.
23. Ольшанская Л. Н., Русских М. Л., Арефьева О. А., Собгайда Н. А. [и др.]. Фиторемедиационные энергосберегающие технологии в решении проблем загрязнения гидросферы // Инноватика и экспертиза. 2012. Вып. 2 (9). С. 166–171.
24. Prasad M. N. V., Malec P., Waloszek A. [et al.]. Physiological responses of Lemna trisulca L. (duckweed) to cadmium and copper bioaccumulation // Plant Science. 2001. № 161. P. 881–889.
25. Смирнов П. Р., Тростин В. Н. Структура концентрированных водных растворов электролитов с кислородосодержащими анионами. Иваново : ИХНР РАН, 1994. 260 с.
26. Drost W., Matzke M., Backhaus T. Heavy metal toxicity to Lemna minor: studies on the time-dependence of growth inhibition and the recovery after exposure // Chemosphere. 2007. Vol. 67 (1). P. 36–42.
27. Gopalapillai Y., Hale B., Vigneault B. Effect of major cations (Ca2+, Mg2+, Na+, K+) and anions (SO4 2–, Cl–, NO3–) on Ni accumulation and toxicity in aquatic plant (Lemna minor L.): Implications for Ni risk assessment // Environmental Toxicology and Chemistry. 2013. Vol. 32, № 4. P. 810–821.
28. Kinraide T. B. Three Mechanisms for the Calcium Alleviation of Mineral Toxicities // Plant Physiology. 1998. Vol. 118. P. 513–520.
29. Bres P., Crespo D., Rizz P. [et al.]. Capacity of the macrophytes Lemna minor and Eichhornia crassipes to remove nickel // Agricultural Research Journal. URL: http://ria. inta.gov.ar/english/wp-content/uploads/2012/04/Bh-10067-Bres-inglespress.pdf
30. Chiu M. M., Falk R. H. Ultrastructural Study on Lemna perpusilla // Cytologia. 1971. Vol. 40. P. 313–322.
31. Wang Y.-M., Kinraide T. B., Wang P. [et al.]. Surface electrical potentials of root cell plasma membranes: implications for ion interactions, rhizotoxicity, and uptake // International Journal of Molecular Sciences. 2014. Vol. 15. P. 22 661–22 677.
32. Zhou D.-M., Wang P. A novel approach for predicting the uptake and toxicity of metallic and metalloid ions//Plant Signaling & Behavior.2011.Vol.6 (3).P. 461–465.
33. Meijer L. E., Sutton D. L. Influence of Plant Position on Growth of Duckweed // Journal of Aquatic Plant Management. 1987. Vol. 25. P. 28–30.
|
