Эколого-генетическая оценка накопления радионуклидов сортами овощных культур Крук, Андрей Викторович

Введение к работе

Актуальность темы диссертации

Овощные культуры являются одним из важнейших продуктов питания человека. По содержанию углеводов, витаминов, белков, минеральных солей, и других соединений овощи превосходят ряд пищевых продуктов. После аварии на ЧАЭС в Республике Беларусь особенно остро встала проблема получения экологически безопасных продуктов питання. В связи с Чернобыльской катастрофой около 2 млн. чел. проживает на территориях с плотностью загрязнения радиоцезием свыше 1 Ки/км", в пищевой рацион которых овощи поступают в основном из личных приусадебных участков. Для снижения суммарных дозовых нагрузок на человека необходимо разработать систему земледелия, гарантирующую получение экологически безопасной сельскохозяйственной продукции на загрязненной радионуклидами территории. Исследователями установлено, что накопление радионуклидов сельскохозяйственными растениями зависит от многих факторов: биологические особенности растений, почвенные характеристики, технология возделывания и др. Так, в ряде исследований (Анненков, Юдшщева, 1991; Пристер и др., 1991; Алексахин и др., 1992; В.И. Парфенов, Б.И. Якушев, Б.С. Мартинович и др., 1995; Д.А. Криволоцкий, Ф.А. Тихомиров и др., 1988) выявлена видовая и сортовая специфика растений по способности накапливать радиоактивные элементы, вполне достаточная, чтобы проводить отбор генотипов, характеризующихся минимальным накоплением радионуклидов. Подбор и создание экологически стабильных высокоурожайных сортов с минимальным накоплением радиоактивных элементов позволит без дополнительных затрат сократить их поступление с пищей в организм человека.

В связи с вышеизложенным представляется актуальным проведение исследований, направленных на снижение поступления радионуклидов в овощные культуры путем подбора или создания сортов с минимальным накоплением. Для решения данной задачи следует оценить сортовые особенности миграции радионуклидов в овощные растения. Особого внимания заслуживают селекционно-генетические методы реализации потенциала устойчивости растений к воздействию загрязненной ксенобиотиками среды.

Связь работы с крупными научными программами, темами

Представленные в диссертации научные результаты в основном получены в рамках научно-исследовательской темы кафедры зоологии и охраны природы ГГУ им. Ф. Скорины «Изучение экосистем в условиях низкого уровня радиоактивного загрязнения и использование интегрированных методов защиты растений для получения экологически чистой продукции» (ГБ-96-23Ф1) и частично в рамках Белорусско-Российского проекта «Анализ состояния и рациональное использование генетических ресурсов природных популяций»

2 (№Б99Р-143).

Цель и задачи исследования

Целью работы являлась оценка эколого-генетических параметров сортов овощных культур по урожайности и накоплению радионуклидов для подбора и создания высокоурожайных сортов, обеспечивающих стабильное получение экологически безопасной продукции на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению. Задачи исследования:

1. выявление наследственно обусловленных видовых и сортовых различий по накоплению радионуклидов у овощных культур (томаты, капуста, морковь, лук);

2. изучение корреляционных связей между накоплением радионуклидов и комплексом морфобиологических признаков;

3. оценка среды как фона для отбора генотипов овощных культур по признакам урожайности и накопления радионуклидов;

4. анализ селекционной ценности и экологической стабильности сортов овощных культур по урожайности и накоплению радионуклидов;

5. дискриминантный анализ почвенных характеристик для прогноза накоп-

ления Cs овощными культурами.

Объект исследования: овощные культуры (томаты, капуста, морковь, лук, свекла), возделываемые на загрязненных радионуклидами территориях.

Гипотеза

Существует наследственно обусловленная межвидовая и внутривидовая изменчивость по накоплению радионуклидов в продуктивных органах овощных растений. Оценка эколого-генетических параметров сортов позволит проводить их отбор для получения экологически безопасной продукции на территориях, загрязненных радионуклидами.

В процессе исследований первоначальная гипотеза подтвердилась.

Научная новизна и значимость полученных результатов

Впервые дана комплексная оценка эколого-генетических параметров сортов овощных культур по накоплению радионуклидов.

Выявлены межвидовые различия по накоплению радионуклидов овощными культурами (томаты, капуста, морковь, лук), достигающие для ¹³⁷Cs - 2,3 раза: для Sr - 21 раз. Установлены межсортовые различия по накоплению ^U7Cs (до 3,3 раза) и ⁹⁰Sr (до 2,6 раза).

Подобраны для возделывания в Республике Беларусь сорта овощных культур с минимальным накоплением ¹³⁷Cs: томаты - Спринт, капуста - Белорусская 85 и Амагер 611, морковь - Нантская 4 . Выявлены сорта, в меньших количествах накапливающие ⁹ Sr: томаты - Спринт и Ружа, капуста - Грибов-ский 147, морковь - Нантская 4 и Витаминная 6, лук - Ветразь, Янтарный,

Крывицкий ружовый, Сквирский.

Впервые у изученных культур установлены связи между накоплением радионуклидов и морфобиологическими признаками: средние и сильные прямые связи с длиной вегетационного периода, положительные связи средней и сильной степени с признаками урожайности у томатов и лука, отрицательные - с параметрами урожайности у капусты и моркови.

Впервые выделены сорта овощных культур, совмещающие высокую урожайность, экологическую стабильность и низкое накопление радионуклидов.

Разработаны модели по оценке накопления ¹³⁷Cs овощными культурами в зависимости от комплекса почвенных характеристик

Практическая значимость полученных результатов

Практическая значимость заключается в отборе экологически стабильных, урожайных сортов овощных культур с минимальным накоплением ¹³⁷Cs (капуста - Белорусская 85, морковь - Нантская 4) и ⁹⁰Sr (томаты - Спринт, лук -Крывицкий ружовый) , что позволит снизить дозовые нагрузки внутреннего облучения на человека и получать экологически безопасную продукцию сельскохозяйственного производства на радиоактивно загрязненных территориях.

Результаты работы используются в учебном процессе УО «ГГУ им. Ф. Скорипы» для повышения уровня подготовки студентов в области экологии и генетики, а также внедрены в хозяйствах «Стреличево» и «Судково» Хойник-ского района Гомельской области с целью получения экологически безопасной овощной продукции на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

6. Наследственно обусловленные видовые и сортовые различия в накоплении радионуклидов в продуктивных органах овощных культур (томаты, капуста, морковь, лук).

7. Превышение коэффициента накопления (Кн) ⁹⁰Sr для овощных культур по сравнению с Кн ¹³⁷Cs.

8. Зависимость перехода ^,37Cs и ⁹⁰Sr в изученные культуры от сортовой специфики (скороспелости, урожайности, габитуса).

9. Рекомендуемые сорта овощных культур, сочетающие высокую урожайность и стабильное незначительное накопление радионуклидов для возделывания в условиях радиоактивного загрязнения территорий.

10. Зависимость накопления ^l37Cs овощными культурами от комплекса почвенных характеристик.

Личный вклад соискателя

Работа выполнялась в 1996-2002 гг. на базе лабораторий биологического факультета Учреждения образования «Гомельский государственный университет имени Ф. Скорины» и частично, лабораторий кафедры сельскохозяйст-

4 венной биотехнологии и экологии БГСХА.

Соискатель самостоятельно выполнил экспериментальные исследования, статистическую обработку полученных данных, теоретическое обобщение результатов, участвовал в разработке программы и методики исследований, написании статей и тезисов докладов.

За помощь в обработке результатов автор выражает искреннюю благодарность докторанту кафедры ботаники и физиологии растений БГСХА Мельни-чуку А.Д. и заведующему лабораторией растениеводства НИИР МЧС РБ Тимофееву С.Ф.

Апробация результатов

Основные материалы диссертации доложены и представлены: на VII съезде БОГиС (Горки, 1997); I научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь и экологические проблемы современности» (Гомель, 1997); I Международной научно-практической конференции «Экология и молодежь» (Гомель, 1998); Международной научно-практической конференции «Сельскохозяйственная деятельность в условиях радиоактивного загрязнения» (Горки, 1998); Международной научно-практической конференции «Проблемы экологического образования в постчернобыльских условиях» (Мозырь, 1998); Международном конгрессе «Genetics and breeding for crop guality and resistance» (Viterbo, Italy, 1998); IV Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы Полесья и сопредельных территорий» (Гомель, 2002); V Международной научно-практической конференции "Экологические проблемы Полесья и сопредельных территорий"(Гомель, 2003 ); Международной конференции ведущих специалистов, молодых ученых и студентов «Сахаровские чтения 2003 года: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2003).

Опубликованность результатов

По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе 12 статей в журналах и сборниках научных трудов, 9 материалов и тезисов докладов конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, семи глав, заключения и приложений. Работа изложена на 119 страницах машинописного текста, включает 9 иллюстраций, 52 таблицы, 5 приложений. Список литературы включает 195 литературных источников, в том числе 21 иностранный.