Роль сорных растений в процессе детоксикации хлорорганических соединений

Казахский национальный университет

имени Аль-Фараби

МАГИСТРАТУРА БИОЛОГИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА

кафедра биотехнологии

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Роль сорных растений в процессе детоксикации

хлорорганических соединений

Алматы, 2007

РЕФЕРАТ

Диссертационная работа изложена на страницах печатного текста, включает таблиц, рисунков и источников литературы, из которых зарубежных авторов.

Ключевые слова и выражения: хлорорганические пестициды, ГХЦГ, ДДТ, стойкие органические загрязнители, толерантные растения, аккумуляция, детоксикация, фиторемедиация.

Цель работы: Определить аккумуляционную и детоксикационную способность дикорастущих видов с целью использования их в фиторемедиационных технологиях.

Материалы исследования: Образцы почв из территорий бывших хранилищ пестицидов, расположенных в Каскеленском районе, образцы вегетативных органов растений, выращенных на почве из территории бывших хранилищ пестицидов.

Методы исследования: метод хроматографии.

Результаты исследования: Идентифицировано содержание запрещенных хлорорганических пестицидов (метаболитов ДДТ и изомеров ГХЦГ) на почве из территорий бывших складских помещений, где хранились химические средства защиты растений. Установлено, что концентрация хлорорганических пестицидов в почве превышает предельно допустимые нормы в 62 раз.

Установлено, что пестициды как стресс фактор в зависимости от концентрации накопления пестицидов в почве обуславливают ускоренное прохождение стадий развития и наступления цветения.

Изучена возможность использования толерантных растений, произрастающих на исследуемой территории, для фиторемедиации загрязненных пестицидами почв.

Выявлены виды растений, способных к накоплению и детоксикации хлорорганических пестицидов. Полученные результаты могут быть использованы для разработки технологии фиторемедиации почв, загрязненных хлорорганическими пестицидами.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы . В связи с насыщением биосферы различными факторами мутагенной природы, способными проникать в клетки живых организмов и вызывать нарушения их генетической структуры, особую актуальность представляет эколого-генетическая оценка последствий загрязнения окружающей среды пестицидами.

Среди пестицидов особую опасность представляет группа хлорорганических пестицидов, относящихся к стойким органическим загрязнителям (СОЗ) . Эта проблема особо актуальна для стран бывшего СССР, где использование ДДТ и ГХЦГ получило большое распространение. В сельском хозяйстве Республики Казахстан остро стоит проблема накопления значительных объёмов запрещенных, непригодных к использованию и обезличенных устаревших пестицидов. В Казахстане, начиная с 1991 года в течение 3-5 лет, были разрушены многие складские помещения, где ранее хранились химические средства защиты растений. В настоящее время эти территории превратились в ''горячие точки'' и представляют большую экологическую опасность, так как многие пестициды остались под открытым небом. Среди них предполагается высокое содержание запрещенных стойких токсических веществ, которые согласно Стокгольмской конвенции, подписанной Казахстаном в 2001 году, должны быть уничтожены.

Ряд таких ''горячих точек'' находится в Каскеленском районе Алматинской области, и изучение их воздействия на биоту практически не проводилось. Кроме того, недалеко от этих точек располагаются населенные пункты, дачные участки, сельскохозяйственные поля, производится выпас скота, а также произрастают лекарственные травы. Поэтому изучение последствий и уровня загрязнения окружающей среды пестицидами, а также поиск возможностей их удаления представляется актуальным.

Исходя их вышеизложенного, целью настоящего исследования явилось эколого-генетическое исследование Каскеленсокго района Алматинской области и изучение возможностей фиторемедиации загрязненных почв.

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

• Идентифицировать и определить содержание метаболитов ДДТ и изомеров ГХЦГ в почве территории бывшего складского помещения.
• Изучить генотоксическое действие исследуемых пестицидов в выявленных концентрациях;
• Изучить возможности накопления исследуемых пестицидов в надземной и корневой частях следующих видов растений:Artemisia annuaL. Sp. Pl. (Полынь однолетняя), Xanthium strumariumL. (Дурнишник обыкновенный), Kochia Sieversiana(Кохия Сиверсовская), Kochia scoparia(Кохия веничная) .

Теоретическая значимость. Полученные результаты расширят представление о современном эколого-генетическом состоянии Алматинской области, о генотоксическом влиянии стойких органических пестицидов на живые организмы и о возможностях использования произрастающих на загрязненных территориях видов растений в фиторемедиационных технологиях.

Практическая значимость. Полученные в работе данные могут быть использованы при оценке генетических последствий загрязнения природной среды хлорорганическими пестицидами.

Для разработки фиторемедиационной технологии могут быть использованы растения, произрастающие на загрязненных пестицидами территориях Республики Казахстан.

Новизна. Впервые проведена эколого-генетическая оценка территории Каскеленского района Алматинской области, где ранее располагались склады химических средств защиты растений; идентифицированы метаболиты ДДТ и изомеры ГХЦГ и определено их содержание в почве изучаемой территории. Установлен повышенный фон загрязнения запрещенными пестицидами, а также мутагенный эффект выявленных концентраций пестицидов. Установлено, что растения, произрастающие на данных территориях, способны аккумулировать пестициды и, следовательно, могут быть использованы для разработки технологии фиторемедиации.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в сборнике материалов 3 съезда ВОГИС «Генетика в 21 веке: современное состояние и перспективы развития» (Москва, 2004) ; в сборнике материалов международной конференции Humboldt-Кolleg “Use of Geographic Information Systems and Simulation Models for Research and Decosion Support in Central Asian River Basins” (Ташкент, 2004) ; в сборнике материалов межвузовской студенческой научно-практической конференции ''Социум, молодежь, личность в мысли и деятельности. Год России в Казахстане'' (Алматы, 2004) ; в сборнике материалов III-й международной конференции молодых ученых и студентов (Алматы, 2003) и конференции молодых ученых и студентов КазНУ им. аль-Фараби (Алматы, 2005) .

Цель: Разработать технологию фиторемедиации окружающей среды загрязненной и пестицидами с использованием растений аккумулирующих и/или деградирующих пестициды.

Этап 1 . Изучение особенностей накопления пестицидов дикими видами растений в полевых условиях

Этап 2 . Изучение особенностей накопления пестицидов дикими видами растений в лабораторных условиях

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Природно-климатическая характеристика Каскеленского района

Каскеленский район по природно-экономической характеристике относится к предгорной овощемолочной зоне.

Основная часть района расположена в пределах 700 - 800 метров над уровнем моря. Глубина залегания грунтовых вод по долинам и логам - 5-6 м, а в холмисто-увалистой части - 10-20 м и более [1] . Климат континентальный [2] . Отличается сравнительно мягкой зимой, влажной прохладной весной, сухим жарким летом и продолжительной теплой осенью [1] . Средняя годовая температура зоны колеблется в пределах 7, 7 - 8, 7°. Средняя температура воздуха самого теплого месяца (июля) + 19, 3 - 22, 4°, холодного (января) - 3, 7-7, 4°/ Средняя годовая амплитуда составляет 28, 4 - 35, 9°, а абсолютная - 69-80°. Продолжительность периода со среднесуточной температурой выше +10° составляет 164 - 182 дня [2] . Годовое количество осадков составляет 463 - 779 мм Продолжительность зимы со снежным покровом составляет 101 - 104 дня. Высота снежного покрова колеблется от 8 до 30 см (1, 2) . Глубина промерзания почвы обычно не превышает 25-30 см. Средняя продолжительность безморозного периода - 149 дней. Влажность атмосферного воздуха колеблется от 25 до 80% [2] . .

Таким образом, степень увлажнения и температурный режим, продолжительность периода с температурой выше +10°, а также продолжительность безморозного периода создают благоприятные условия для развития различной растительности.

Почвa Каскеленского района относится к степной предгорной, пустынно-степной предгорной, а также к пустынно-равнинной зонам. Имеет холмисто-увалистый рельеф. Почвы светлокаштановые, обыкновенные сероземы, по склонам увалов местами эродированные. Доминируют светлокаштановые почвы, реже сероземы, и ещё реже встречаются черноземы и темнокаштановые почвы.

Площадь Каскеленского района составляет 327, 7 тыс. га., из них 1/3 - 102 тыс. га - пахотная площадь. В основном эти почвы не обеспечены водой (84%), но осваиваемые под богарное земледелие.

Степная предгорная зона. Степная зона подразделяется на две подзоны: первая соответствует поясу ковыльно-разнотравных степей с участием кустарников по склонам на горных черноземах среднегумусных и малогумусных, вторая - поясу ковыльно-типчаковых степей на темно-каштановых почвах.

Богатый растительный покров с хорошо развитой тонкой корневой системой многолетних трав, достаточная влажность и высокие температуры в летний период способствуют интенсивной микробиологической деятельности и процессам гумификации. Органические вещества этих почв содержат много гуминовых кислот.

Степная зона имеет наибольшее сельскохозяйственное значение; здесь сосредоточены основные земельные фонды бесполивного и поливного земледелия, садоводства и огородничества.

Пустынно-степная предгорная зона . Светлокаштановые карбонатные почвы располагаются ниже темнокаштановых почв и составляют верхнюю подзону пустынно-степной зоны.

Растительность светлокаштановых карбонатных почв типчаково-полынная и полынно-изеневая с участием ковыля, эбелека, мятлика луковичного. Общее их проективное покрытие составляет 70-80%. По мере продвижения на север, к подзоне сероземов, растительность и почвенный покров изменяются постепенно: уменьшается количество злаков, а почвы становятся все более светлыми.

Если между темнокаштановыми и светлокаштановыми почвами можно отчетливо провести границу, то это довольно трудно сделать по отношению к обыкновенным сероземам. Только по косвенным показателям, именно по выпадению из состава растительности злаков, а также по осветлению гумусового горизонта, можно установить смену типов почв.

Растительность на сероземных почвах представлена в основном полынью и ковылью, в небольшом количестве встречается прутняк, эбелек. Значительное участие в растительном покрове принимают эфемеры: мятлик луковичный, костер, мелкая осочка, маки и др. .

Зона пустынная равнинная. Сероземы эродированные пользуются широким распространением в пределах подзоны обыкновенных сероземов.

Сельскохозяйственное значение этих почв по сравнению с неэродированными аналогами значительно ниже. В силу смытости поверхностного горизонта они, разумеется, отличаются несколько меньшим плодородием [2] .

1. 3 Химические средства защиты растений, применяемые в Казахстане

Защита растений - мониторинг за появлением, развитием и распространением вредителей, болезней растений и сорняков, обеспечение долгосрочными и краткосрочными прогнозами, своевременное проведение мероприятий по борьбе с вредителями (4) .

В 50-х - 60-х гг. XX века в СССР применялось около 100 различных химических средств защиты растений (5) . В 70-х их количество достигло 140 (6) . В Казахстане в 60-х широко применялись инсектициды в борьбе против саранчовых и других насекомых. Против саранчовых массово применялся препарат ГХЦГ, против других вредителей (жуков, клопов) применялись такие препараты как ДДТ, метафос, хлорофос, вофатокс, линдан (γ-ГХЦГ) . Многие наиболее действенные препараты, которые применялись в Казахстане относятся к группе хлорорганических соединений: ДДТ, ГХЦГ, линдан, полихлорпинен (ПХП), хлориндан, гептахлор, алдрин, диэлдрин и многие другие (7) . В качестве гербицида, против таких сорных растений как куриное просо, марь белая, щирица, полынь, пырей ползучий и осот, широкое применение получил препарат симазин (8) . Против сорных растений овощных культур использовали гербициды ронит, ленацил, этам, хлоразан (9), прометрин, 2, 4-Д, хлор-ИФК, рамрод, префар, пирамин, прометрин, пропазин, тиллам, солан, семерон (10), 2КФ, хлорамп, банвел, трисбен, тордон (11), ялан, пропанид (12), дифениламид, аланап, А-1866 (13) и многие другие. Многие из ранее применяемых пестицидов устарели и не находят применения в сельском хозяйстве Казахстана, вместо стойких хлорорганических соединений (ХОС) и фосфорорганических пестицидов начали применять малостойкие пестициды и биопреператы. ХОС относятся к группе стойких органических загрязнителей (СОЗ) - это соединения и смеси которые обладают токсическими свойствами, устойчивостью к разложению и повышенной биоаккумуляцией. В результате трансграничного переноса по воздуху и воде, они осаждаются на большом расстоянии от источников их выброса, накапливаясь в водных и наземных экосистемах. СОЗ представляют наибольшую угрозу для здоровья людей и окружающей среды (14) . Фторорганические пестициды хотя и не относятся к группе СОЗ, но имеют более токсичный эффект по сравнению с хлорорганическими соединениями (15) .

Сельскохозяйственным культурам в нашей стране причиняют вред около 50 видов многоядных и свыше 100 - специализированных вредителей, более 70 видов болезней и не менее 120 видов сорных растений (16) . Освоение земель в Казахстане проходило в четыре этапа: начало было положено в 1860году; активное освоение пришлось на 1954-1964гг. ; почвозащитные системы земледелия применялись в 1965-1975гг. ; интенсивные технологии внедрялись в 1976-1992гг.

На современном этапе сократились пашня и площади, занятые сельскохозяйственными культурами. В результате много пашни перешло в залежи. Их появление обусловило увеличение зоны контакта между обрабатываемыми и необрабатываемыми участками и перераспределение насекомых на территории (17) . Начиная с 1997 г., наблюдается резкое увеличение площадей сельскохозяйственных культур и угодий, заселенных особо опасными вредителями (18) .

Перечень наиболее опасных вредных организмов, утвержденный постановлением Правительства РК от 10. 12. 2002 г. № 1295, включает следующие виды: клопа-черепашку, серую зерновую совку, паутинного клеща на хлопчатнике, ржавчину и септориоз зерновых культур, сусликов и мышевидных грызунов. Борьба с вышеперечисленными вредителями финансируется за счет бюджетных средств. Так, в течение 2000-2002 гг. на проведение мероприятий против указанных вредных организмов из республиканского бюджета ежегодно выделялось около 3 млрд. тг. В 2003-2005 гг. на эти цели предусмотрено 2, 8; 2, 5 и 2, 2 млрд. тг. Соответственно (19) . В 2000 г., площади, заселенные саранчовыми вредителями, составили 12, 0 млн. га, химические обработки были проведены на площади более 8 млн. га. На борьбу с саранчовыми вредителями в 2000 г. из республиканского бюджета была выделена сумма эквивалентная 20, 1 млн. долларов США.

Широкомасштабные химические обработки против саранчовых вредителей, проведенные в 2001 г. на площади около 4 млн. га, применение агротехнических методов борьбы против них привели к тому, что в следующем году объемы химических обработок против вредных саранчовых еще больше сократилось и составили около 1, 5 млн. га (при прогнозируемом объеме 1, 85 млн. га) ( 18), в 2002году было обработано 1, 2 млн. га. (20) . Против саранчовых (разнообразие которых составляет порядка 230 подвидов) в Казахстане широко применимы контактные инсектициды, такие как, сумитион, дурсбан (17), адонис, фастак (21) . Против паутинного клеща используют акарицид неорон, против совки инсектициды номолт и фастак (22) . Обнаружены новые вредители: в Алматинской области - белая бабочка, В Карагандинской области- червец Комстока (23) .

Потери урожая от сорных растений достигает 20-30%. В 2003 году на севере Казахстана сложились благоприятные условия для роста и развития сорных растений: овсюг обыкновенный, осот полевой и розовый, вьюнок полевой, горчак розовый и ползучий. Из обследованных площадей 84% были засорены всеми видами сорняков (24) . Особо актуально борьба с овсюгом, а также с головневыми заболеваниями зерновых культур, планируется субсидировать применение противоовсюжных гербицидов и протравителей семян, зерновых культур из бюджетных средств (19) . К ряду наиболее вредных сорных растений также относятся повилика, амброзия, паслен колючий, щирица, гречишка, марь и другие сорные растения (25) . Против сорных растений применяются препараты Авадекс БВ, пума-супер, топик, эверест (26), стинг 360в. р., раундап, 36% в. р., ураган 480, в. р. (24) и ряд других гербицидов.

Широко применимыми фунгицидами являются ридомил голд МЦ и ридомил МЦ (27) .

В Южном Казахстане имеется 200 видов вредителей и 70 видов сорных растений (22) . Установлено, что у 46 видов насекомых сформировались популяции, резистентные к инсектицидам (ФОС, пиретроиды) (28) .

Подавляющая часть применяемых в республике пестицидов - гербициды и инсектициды (14), но в последние года широко распространились заболевания культурных растений различными грибками в связи с этим набирает обороты использование фунгицидов (29) .

Более чем из 100 стран мира к нам ввозится огромное количество различной продукции. В Казахстане зарегистрированы 13 видов карантинных объектов: колорадский жук, капровый жук, червец Комстока, калифорнийская щитовка, восточная плодожорка, четырехпятнистая зерновка, филлоксера, американская белая бабочка, горчак ползучий, повилика, амброзия многолетняя, амброзия полыннолистная, паслен колючий (16) . По данным Таможенного комитета Министерства государственных доходов Республики Казахстан, в страну в 2000 году было завезено 4 026 346 кг гербицидов, 64 702 кг фунгицидов, 598 645 кг инсектицидов, 10 000 кг дефолиантов, 646 556 кг прочих пестицидов, всего - 5 346 249 кг. По официальным данным, в республику ввозятся только препараты, разрешенные для применения. По данным Таможенного комитета Министерства государственных доходов Республики Казахстан, по состоянию на 1 апреля 2001 г., в страну было ввезено более 6, 36 млн. кг пестицидов (30) .

В мае 2001 года была принята Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях - глобальное, имеющее обязательную юридическую силу для всех стран, соглашение по сокращению и прекращению выбросов СОЗ. Его целью является охрана здоровья населения и окружающей среды от воздействия СОЗ (31) . В аграрном секторе, несмотря на разнообразие используемых новых средств защиты растений, в анализируемых образцах обнаруживаются СОЗ 50-60 гг., такие как ГХЦГ, гептахлор, ДДТ (32) .

В январе-мае 2001 года в Казахстане была проведена предварительная инвентаризация устаревших и нежелательных к использованию пестицидов (в соответствии с Меморандумом о взаимопонимании, достигнутом между Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Казахстан (МПРООС РК) и UNEP Chemicals от 8 января 2001 года) и был выпущен отчет. Он содержит данные по инвентаризации запасов пестицидов (включая и пестициды из числа СОЗ), более не использующихся в Казахстане, и анализ собранной информации (31) .

---

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.

• Информатика
• Банковское дело
• Оценка бизнеса
• Бухгалтерское дело
• Валеология
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Религия
• Общая история
• Журналистика
• Таможенное дело
• История Казахстана
• Финансы
• Законодательство и Право, Криминалистика
• Маркетинг
• Культурология
• Медицина
• Менеджмент
• Нефть, Газ
• Искуство, музыка
• Педагогика
• Психология
• Страхование
• Налоги
• Политология
• Сертификация, стандартизация
• Социология, Демография
• Статистика
• Туризм
• Физика
• Философия
• Химия
• Делопроизводсто
• Экология, Охрана природы, Природопользование
• Экономика
• Литература
• Биология
• Мясо, молочно, вино-водочные продукты
• Земельный кадастр, Недвижимость
• Математика, Геометрия
• Государственное управление
• Архивное дело
• Полиграфия
• Горное дело
• Языковедение, Филология
• Исторические личности
• Автоматизация, Техника
• Экономическая география
• Международные отношения
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда