vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1029-8940-2020-65-2-229-238vestib-672Research ArticleСтатьиЭкспериментальная оценка влияния режима увлажнения почвы на накопление 137Cs побегами яровой пшеницыExperimental assessment of influence of soil moisture on the 137Cs accumulation in shoots of spring wheatНикитинА. Н.NikitinA. N.

Никитин Александр Николаевич – канд. с.-х. наук, заведующий лабораторией

ул. Федюнинского, 4, 246007, г. Гомель

Aleksander N. Nikitin – Ph. D. (Agricult.), Head of the Laboratory

4, Fedyuninski Str., 246007, Gomel

nikitinale@gmail.comШуранковаО. А.ShurankovaO. A.

Шуранкова Ольга Александровна – науч. сотрудник

ул. Федюнинского, 4, 246007, г. Гомель

Olga A. Shurankova – Researcher

4, Fedyuninski Str., 246007, Gomel

shurankova@list.ruЧешикИ. А.CheshykI. A.

Чешик Игорь Анатольевич – канд. мед. наук, доцент, директор

ул. Федюнинского, 4, 246007, г. Гомель

Ihar A. Cheshyk – Ph. D. (Med.), Assistant Professor, Director

4, Fedyuninski Str., 246007, Gomel

igor.cheshik@gmail.comЛефердГ. А.LeferdH. A.

Леферд Галина Аркадьевна – науч. сотрудник

ул. Федюнинского, 4, 246007, г. Гомель

Halina A. Leferd – Researcher

4, Fedyuninski Str., 246007, Gomel

leferd@mail.ruМищенкоЕ. В. MishchenkoYa. V.

Мищенко Егор Викторович – мл. науч. сотрудник

ул. Федюнинского, 4, 246007, г. Гомель

Yahor V. Mishchanka – Junior researcher

4, Fedyuninski Str., 246007, Gomel

60ssr@mail.ruЖуковскаяЕ. В.ZhukovskayaE. V.

Жуковская Евгения Викторовна – мл. науч. сотрудник

ул. Федюнинского, 4, 246007, г. Гомель

Evgenia V. Zhukovskaya – Junior researcher

4, Fedyuninski Str., 246007, Gomel

evgenia@yandex.byСухареваД. В.SukharevaD. V.

Сухарева Диана Витальевна – науч. сотрудник

ул. Федюнинского, 4, 246007, г. Гомель

Diana V. Suhareva – Researcher

4, Fedyuninski Str., 246007, Gomel

dianasuhareva@yandex.ruИнститут радиобиологии НАН БеларусиInstitute of Radiobiology of the National Academy of Sciences of Belarus202016052020652229238Copyright © Никитин А.Н., Шуранкова О.А., Чешик И.А., Леферд Г.А., Мищенко Е.В., Жуковская Е.В., Сухарева Д.В., 20202020Никитин А.Н., Шуранкова О.А., Чешик И.А., Леферд Г.А., Мищенко Е.В., Жуковская Е.В., Сухарева Д.В.Nikitin A.N., Shurankova O.A., Cheshyk I.A., Leferd H.A., Mishchenko Y.V., Zhukovskaya E.V., Sukhareva D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/672

Изучено влияние режима увлажнения почвы на интенсивность перехода 137Cs в злаковые растения на примере пшеницы яровой. В условиях фитокомнаты с регулируемым климатом выполнен анализ накопления 137Cs в побегах пшеницы яровой при режимах увлажнения почвы 40 % (недостаточная влагообеспеченность), 70 % (оптимальная влагообеспеченность) и 85 % (избыточная влагообеспеченность) от полной влагоемкости почвы на почвенных субстратах с оптимальным и низким содержанием основных минеральных элементов питания. По результатам вегетационного эксперимента показано, что увеличение влажности почвы от 40 до 85 % от полной влагоемкости существенно снижает содержание 137Cs в побегах. Характер зависимости между увлажнением и накоплением 137Cs надземными органами растений определяется агрохимическими особенностями почвы. На субстрате с оптимальным содержанием минеральных элементов питания разница в накоплении радиоизотопа надземными органами пшеницы между крайними по влагообеспеченности вариантами достигает четырехкратных значений, на субстрате с низким содержанием основных элементов питания – двукратных, при этом различия при влагообеспеченности 70 и 85 % отсутствуют. Выявленные зависимости не могут быть объяснены изменением содержания биодоступных форм 137Cs в почве, поскольку данный показатель существенно не изменяется при различных режимах увлажнения.

The aim of this research was to analyze the effect of soil moisture regime on the intensity of 137Cs transfer into cereals using spring wheat as a model species. Accumulation of 137Cs in shoots of spring wheat grown on soil substrates differ by water and nutrients content was analyzed. The investigated water regimes were 40 % (insufficient moisture supply), 70 % (optimal moisture supply) and 85 % (excessive moisture supply) of full moisture capacity of the soils; substrates with optimal and low content of essential mineral nutrients were used in the experiment. The plants were grown in a chamber with controlled climate conditions. Increasing water content in the soil from 40 to 85 % of the total moisture capacity significantly reduces the 137Cs content in plants. The shape of the relationship between soil moisture and the soil-to-plant transfer of 137Cs depends on the agrochemical characteristics of the soil. The difference in the radioisotope accumulation in the shoots of wheat grown on extreme water regimes is about four times when substrate with optimum content of nutrients was used. The difference is less than two times when substrate with a low content of essential nutrients was used; moreover, there are no differences between the 70 and 85 % variants on a substrate with low content of nutrients. The revealed dependencies cannot be explained by the change in the share of bioavailable forms of 137Cs in the soil since it does not significantly change in soils with different moisture regimes.

цезий-137пшеницапочваводный режимкоэффициент накопленияcesium-137wheatsoilwater regimesoil-to-plant transfer factorРабота выполнена в рамках Государственной программы научных исследований «Природопользование и экология» на 2016–2020 гг.The investigations were supported by State program of scientific research “Environmental management and ecology”, 2016–2020.ReferencesЛогинов, В. Ф. Глобальные и региональные изменения климата: причины и следствия / В. Ф. Логинов. – Минск : ТетраСистемс, 2007. – 496 c.Loginov V. F. Global and regional climate changes: cause and effect. Minsk, TetraSistems Publ., 2007. 496 p. (in Russian).Will global warming affect soil-to-plant transfer of radionuclides? / M. Dowdall [et al.] // J. Environmental Radioactivity. – 2008. – Vol. 99, N 11. – P. 1736–1745. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2008.06.012Dowdall M., Standring W., Shaw G., Strand P. Will global warming affect soil-to-plant transfer of radionuclides? Journal of Environmental Radioactivity, 2008, vol. 99, no. 11, pp. 1736–1745. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2008.06.012Михайловская, JI. Н. Влияние режима увлажнения на подвижность радионуклидов в почвах аварийной зоны Чернобыльской АЭС / Л. Н. Михайловская, Е. Н. Караваева, И. В. Молчанова // Экология. – 1992. – № 2. – С. 76–79.Mikhailovskaya L. N., Karavaeva E. N., Molchanova I. V. Influence of water regime of soils in impact-zone of Chernobyl NPP. Ekologiya = Ecology, no. 2, pp. 76–79 (in Russian).Перельман, А. И. Геохимия ландшафта / А. И. Перельман. – М. : Географгиз, 1961. – 496 c.Perel’man A. I. Landscapes geochemistry. Moscow, Geografgiz Publ., 1961. 496 p. (in Russian).Молчанова, И. В. Эколого-геохимические аспекты миграции радионуклидов в почвенно-растительном покрове / И. В. Молчанова, Е. Н. Караваева. – Екатеринбург : Рос. акад. наук. Урал. отд-ние, 2001. – 160 с.Molchanova I. V., Karavaeva E. N. Ecological and geochemical sides of radionuclides migration in soil-plant cover. Ekaterinburg, Russian Academy of Sciences, Ural Branch, 2001. 160 p. (in Russian).Анненков, Б. Н. Основы сельскохозяйственной радиологии / Б. Н. Анненков, Е. В. Юдинцева. – М. : Агропромиздат, 1991. – 286 с.Annenkov B. N., Yudintseva E. V. Basics of agricultural radiology. Moscow, Agropromizdat Publ., 1991. 286 p. (in Russian).Ehlken, S. Environmental processes affecting plant root uptake of radioactive trace elements and variability of transfer factor data: a review / S. Ehlken, G. Kirchner // J. Environmental Radioactivity. – 2002. – Vol. 58, N 2–3. – P. 97–112. https://doi.org/10.1016/s0265-931x(01)00060-1Ehlken S., Kirchner G. Environmental processes affecting plant root uptake of radioactive trace elements and variability of transfer factor data: a review. Journal of Environmental Radioactivity, 2002, vol. 58, no. 2–3, pp. 97–112. https://doi.org/10.1016/s0265-931x(01)00060-1Воздействие эпибрассинолида на накопление 137 Cs, 90 Sr, 241 Am чернобыльских эмиссий травостоем пойменного злакового луга при разных уровнях влажности и трофности почвы / Т. А. Будкевич [др.] // Ботаника (исследования): cб. науч. тр. / Ин-т эксперим. ботаники НАН Беларуси. – Минск : Право и экономика, 2009. – Вып. 37. – С. 341–356.Budkevich T. A., Zabolotnyi A. I., Kas’yanchik S. A., Kudryashov V. P. The effect of epibrassinolide to the biological mobility of 137 Cs, 90 Sr, 241 Am under different soil moisture and trofic levels on the cereal water meadow. Botanika (issledovaniya): sbornik nauchnykh trudov [Botany (research): collection of scientific papers], 2009, vol. 37, pp. 341–356 (in Russian).Куликов, Н. В. Влияние режима почвенного увлажнения на переход стронция-90, цезия-137 и церия-144 из почвы в раствор / Н. В. Куликов, И. В. Молчанова, Е. Н. Караваева // Экология. – 1973. – № 4. – С. 57–62.Kulikov N. V., Molchanova I. V., Karaeva E. N. Influence of soil water regime on the transfer of strontium-90, cesium-137 and cerium-144 from soil into solution. Ekologiya = Ecology, 1973, no. 4, pp. 57–62 (in Russian).Козлова, А. А. Учебная практика по физике почв : учеб.-метод. пособие. – Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2009. – 81 с.Kozlova A. A. Study practice on soil physics. Irkutsk, Irkutsk State University, 2001. 81 p. (in Russian).Головко, Т. К. Дыхание растений (физиологические аспекты) / Т. К. Головко. – СПб. : Наука, 1999. – 204 с.Golovko T. K. Respiration of plants. Physiological aspects. Sankt-Peterburg, Nauka Publ., 1999. 204 p. (in Russian).McCree, K. J. Whole-plant carbon balance during osmotic adjustment to drought and salinity stress / K. J. McCree // Austral. J. Plant. Physiol. – 1986. – Vol. 13, N 1. – P. 33–44. https://www.publish.csiro.au/fp/PP9860033McCree K. J. Whole-plant carbon balance during osmotic adjustment to drought and salinity stress. Australian Journal of Plant Physiology, 1986, vol. 13, no. 1, pp. 33–44. https://www.publish.csiro.au/fp/PP9860033Veen, B. W. Relation between root respiration and root activity / B. W. Veen // Plant Soil. – 1981. – Vol 63, N 1. – P. 73–78. https://www.publish.csiro.au/fp/PP9860033Veen B. W. Relation between root respiration and root activity. Plant and Soil, 1981, vol. 63, no. 1, pp. 73–78. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-009-8314-4_53Кузнецов, В. В. Физиология растений / В. В. Кузнецов, Г. А. Дмитриева. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М. : Высш. шк., 2006. – 742 с.Kuznetsov V. V., Dmitrieva G. A. Plants physiology. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2006. 742 p. (in Russian).Cakmak, I. The role of potassium in alleviating detrimental effects of abiotic stresses in plants / I. Cakmak // J. Plant Nutr. Soil Sci. – 2005. – Vol. 168, N 4. – P. 521–530. https://doi.org/10.1002/jpln.200420485Cakmak I. The role of potassium in alleviating detrimental effects of abiotic stresses in plants. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2005, vol. 68, no. 4, pp. 521–530. https://doi.org/10.1002/jpln.200420485Cakmak, T. Role of mineral nutrients in photosynthesis and yield formation / T. Cakmak, C. Engels // Mineral nutrition of crops: mechanisms and implications / ed. Z. Rengel. – New York, 1999. – P. 141–168.Cakmak T., Engels C. Role of mineral nutrients in photosynthesis and yield formation. Mineral nutrition of crops: mechanisms and implications. New York, 1999, pp. 141–168.Hu, Y. Drought and salinity: A comparison of their effects on mineral nutrition of plants / Y. Hu, U. Schmidhalter // J. Plant Nut. Soil Sci. – 2005. – Vol. 168, N 4. – P. 541–549. https://doi.org/10.1002/jpln.200420516Hu Y., Schmidhalter U. Drought and salinity: a comparison of their effects on mineral nutrition of plants. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2005, vol. 168, no. 4, pp. 541–549. https://doi.org/10.1002/jpln.200420516Hu, L. Effects of cytokinin and potassium on stomatal and photosynthetic recovery of kentucky bluegrass from drought stress / L. Hu, Z. Wang, B. Huang // Crop Sci. – 2013. – Vol. 53, N 1. – P. 221–231. https://doi.org/10.2135/cropsci2012.05.0284Hu L., Wang Z., Huang B. Effects of cytokinin and potassium on stomatal and photosynthetic recovery of kentucky bluegrass from drought stress. Crop Science, 2013, vol. 53, no. 1, pp. 221–231. https://doi.org/10.2135/cropsci2012.05.0284Gierth, M. Potassium transporters in plants-involvement in K + acquisition, redistribution and homeostasis / M. Gierth, P. Mäser // FEBS Letters. – 2007. – Vol. 581, N 12. – P. 2348–2356. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2007.03.035Gierth M., Mäser P. Potassium transporters in plants-involvement in K + acquisition, redistribution and homeostasis. FEBS Letters, 2007, vol. 581, no. 12, pp. 2348–2356. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2007.03.035Molecular biology of K + transport across the plant cell membrane: what do we learn from comparison between plant species? / A.-A. Véry [et al.] // J. Plant Physiol. – 2014. – Vol. 171, N 9. – P. 748–769. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2014.01.011Véry A. A., Nieves-Cordones M., Daly M., Khan I., Fizames C., Sentenac H. Molecular biology of K + transport across the plant cell membrane: What do we learn from comparison between plant species? Journal of Plant Physiology, 2014, vol. 171, no. 9, pp. 748–769. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2014.01.011Osmotic stress responses and plant growth controlled by potassium transporters in arabidopsis / Y. Osakabe [et al.] // Plant Cell. – 2013. – Vol. 25, N 2. – P. 609–624. https://doi.org/10.1105/tpc.112.105700Osakabe Y., Arinaga N., Umezawa T., Katsura S., Nagamachi K., Tanaka H. [et al.]. Osmotic stress responses and plant growth controlled by potassium transporters in arabidopsis. Plant Cell, 2013, vol. 25, no. 2, pp. 609–624. https://doi.org/10.1105/tpc.112.105700The high affinity K + transporter AtHAK5 plays a physiological role in plant at very low K + concentrations and provides a caesium uptake pathway in arabidopsis / Z. Qi [et al.] // J. Experim. Botany. – 2008. – Vol. 59, N 3. – P. 595–607. https://doi.org/10.1093/jxb/erm330Qi Z., Hampton C. R., Shin R., Barkla B. J., White P. J., Schachtman D. P. The high affinity K + transporter AtHAK5 plays a physiological rolein plantaat very low K + concentrations and provides a caesium uptake pathway in arabidopsis. Journal of Experimental Botany, 2008, vol. 59, no. 3, pp. 595–607. https://doi.org/10.1093/jxb/erm330Burger, A. Stable and radioactive cesium: A review about distribution in the environment, uptake and translocation in plants, plant reactions and plants’ potential for bioremediation / A. Burger, I. Lichtscheidl // Sci. Total Envir. – 2018. – Vol. 618. – P. 1459–1485. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.09.298Burger A., Lichtscheidl I. Stable and radioactive cesium: A review about distribution in the environment, uptake and translocation in plants, plant reactions and plants’ potential for bioremediation. Science of the Total Environment, 2018, vol. 618, pp. 1459–1485. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.09.298

The authors declare that there are no conflicts of interest present.