Pea (Pisum sativum L.) cultivars with low accumulation of heavy metals from contaminated soil | Сорта гороха посевного (Pisum sativum L.) с низкой аккумуляцией тяжелых металлов из загрязненной почвы

Английский. Heavy metals are among the most common contaminants of agricultural lands. Cleaning (remediation) of such territories is extremely difficult or impossible. The aim of this work was to study the variability of pea in accumulation and transport of heavy metals from shoots to seeds and to identify varieties with low accumulation of heavy metals from contaminated soils. The objects of research were 30 samples of pea (Pisum sativum L.) from the collection of the Federal Research Center under N.I. Vavilov All-Russia Institute of Plant Genetic Resources (St. Petersburg). The pot experiment was carried out in summer in a greenhouse with natural light and temperature. Pea seeds were surface-sterilized and scribbled with concentrated H2SO4 for 30 minutes and germinated for 3 days at 22 deg C in Petri dishes with wet filter paper. The seedlings were planted in pots (5 seedlings per pot, 3 pots for each genotype) containing 5 kg of sod-podzolic fallow soil. 10 days before seed sowing the soil was enriched with heavy metals in the form of chlorides (mg/kg): Cd - 5, Co - 25, Cr - 60, Cu - 10, Ni - 15, Pb - 100, Sr - 50, Zn - 50. At the same time, fertilizers were applied (mg/kg): NH4NO3 - 15, KNO3 - 200, KH2PO4 - 200, MgSO4 - 30, CaCl2 - 20, H3BO3 - 3, MnSO4 - 3, ZnSO4 - 3, Na2MoO4 - 1.5. The studied samples differed significantly in the content of heavy metals in shoots and seeds that indicated a high variability of pea in the accumulation of heavy metals and their transport from vegetative to reproductive organs. There was positive correlation between the content of elements in shoots and seeds for Cd, Co, Cr, Ni, P, Sr, and negative was found between the shoot and seed contents of Zn and K. The results indicate specific mechanisms of transport of individual elements from shoot to seed and the barrier for abiogenic metal transport from vegetative to reproductive organs. The possibility of selection of pea varieties with a low content of many heavy metals simultaneously is shown.

Русский. Тяжелые металлы - один из самых распространенных загрязнителей сельскохозяйственных земель. Целью представленной работы было изучение изменчивости гороха посевного (Pisum sativum L.) по способности аккумулировать и транспортировать из побега в семена тяжелые металлы и отбор сортов с низкой аккумуляцией тяжелых металлов из загрязненных почв. Объектом исследований стали 30 образцов из коллекции ВИР (Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, г. Санкт-Петербург). Вегетационный опыт проводили в летний период в теплице с естественными освещением и температурой. Семена гороха поверхностно стерилизовали и скарифицировали концентрированной H2SO4 в течение 30 мин, после чего проращивали течение 3 сут при 22 град. С в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге. Проростки (по 5 шт.) высаживали в сосуды (3 сосуда на каждый генотип) с 5 кг дерново-подзолистой залежной почвы. За 10 сут до посева семян почву обогащали тяжелыми металлами в форме хлоридов (мг/кг): Cd - 5, Co - 25, Cr - 60, Cu - 10, Ni - 15, Pb - 100, Sr - 50, Zn - 50. Одновременно с этим вносили удобрения (мг/кг): NH4NO3 - 15, KNO3 - 200, KH2PO4 - 200, MgSO4 - 30, CaCl2 - 20, H3BO3 - 3, MnSO4 - 3, ZnSO4 - 3, Na2MoO4 - 1,5. Изученные образцы существенно различались по накоплению тяжелых металлов в побегах и семенах, что свидетельствует о высокой вариабельности гороха посевного по аккумуляции тяжелых металлов и их транспорту из вегетативных органов в репродуктивные. Между количеством Cd, Co, Cr, Ni, Р, Sr в побегах и семенах выявлена положительная корреляция, Zn и К - отрицательная. Полученные результаты свидетельствуют о специфичности механизмов, определяющих транспорт индивидуальных элементов из побега в семена, и барьера для транспорта абиогенных металлов из вегетативных органов в репродуктивные. Показана возможность селекции сортов гороха с низким содержанием одновременно многих тяжелых металлов.