STUDY OF SUBSTRATE HEAVY METALS POLLUTION EFFECT ON MUSHROOMS FRUITING BODY SIZES IN URBAN ECOSYSTEMS

Гордеева И.В.

Кандидат биологических наук, Уральский государственный экономический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СУБСТРАТА ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА РАЗМЕРЫ ПЛОДОВЫХ ТЕЛ ГРИБОВ В ГОРОДСКИХ ЭКОСИСТЕМАХ

Аннотация

Известно, что мицелий высших базидиальных грибов обладает способностью активно абсорбировать из субстрата тяжелые металлы, накапливающиеся в плодовых телах. В то же время потенциал использования макромицетов в качестве биоиндикаторов до сих пор остается малоизученным. В  данной статье приведены результаты анализа влияния содержания тяжелых металлов в почве на массу, диаметр шляпки и высоту плодовых тел грибов трех видов – Agaricus bitorquis, Agaricus arvensis  и Coprinus comatus, произрастающих в городских условиях. Показано, что наибольшие достоверные различия по массе плодовых тел грибов парковой и придорожной территории наблюдаются только для Coprinus comatus, у которого плодовые тела, собранные на экологически более благополучной территории отличаются большей массой.

Ключевые слова: биоиндикация, городские экосистемы, плодовые тела грибов, тяжелые металлы, загрязнение почвы.

Gordeeva I.V.

PhD in Biology, Ural State University of Economics

STUDY OF SUBSTRATE HEAVY METALS POLLUTION EFFECT ON MUSHROOMS FRUITING BODY SIZES IN URBAN ECOSYSTEMS

 Abstract

It is known that the mycelium of higher basidiomycetes is able to actively absorb substrate heavy metals accumulating in the fruiting bodies. At the same time the potential of using macromycetes as bio-indicators is still poorly studied. This paper is devoted to evaluation of some fruiting bodies parameters of mushrooms of three species – Agaricus bitorquis, Agaricus arvensis and Coprinus comatus growing in the park area and the roadside area. It was shown that the soil contamination effect on the fruiting bodies sizes depended on the species of fungus. Significant differences in the fruiting bodies weight of fungi from park and roadside territory are observed only for C. cognatus.

Keywords: bioindication, urban ecosystems, fruiting bodies of mushrooms, heavy metals, soil pollution.

Биоиндикация традиционно относится к числу наиболее популярных методов экологического мониторинга вследствие относительно несложной методики исследования, достаточно высокой эффективности и разнообразия видов живых организмов, которые могут использоваться в качестве тест-объектов. К сожалению, потенциал использования в качестве подобных объектов высших базидиальных грибов до сих пор недостаточно изучен, несмотря на повсеместное распространение представителей данного царства, в том числе и в антропогенно измененных условиях, а также популярность базидиомицетов, включая дикорастущих, в качестве продуктов питания у значительной части населения многих стран, в том числе России [1-5].

Являясь неотъемлемым компонентом разнообразных лесных и парковых экосистем, шляпочные грибы в полной мере подвергаются воздействию всех стрессовых факторов, включая загрязнение атмосферы и особенно почвенного покрова ионами тяжелых металлов – цинка, кадмия, свинца, ртути и др. Известно, что многолетний мицелий обладает способностью активно поглощать данные компоненты из почвы, вследствие чего концентрация ряда токсичных для организма человека металлов в плодовых телах грибов нередкопревышает аналогичные показатели для субстрата, что позволяет ряду исследователей рекомендовать некоторые виды с наиболее интенсивной абсорбционной способностью к использованию в качестве естественных биоремедиаторов [6]. В то же время плодовые тела грибов, произрастающих вблизи предприятий металлургической отрасли промышленности, автострад с интенсивным транспортным потоком и даже эксплуатируемых рудных месторождений, могут быть токсичными для человеческого организма [7-9]. Многочисленными исследованиями с использованием атомно-эмиссионного анализапоказано, что концентрация ионов ряда тяжелых металлов, в первую очередь, свинца и кадмия в плодовых телах грибов положительным образом коррелирует с содержанием данных ионов в почве, но в то же время носит видоспецифичный характер и не зависит от съедобности (несъедобности) конкретного вида грибов с точки зрения человека [8-9]. Гораздо больше дискуссий вызывает вопрос о влиянии концентраций ионов тяжелых металлов всубстрате на основные количественные характеристики плодовых тел – массу, высоту и диаметр шляпки. По мнению ряда исследователей, повышенное содержание свинца, кадмия, ртути и других металлов в почве оказывает угнетающее воздействие на плодовые тела [4], в то же время существуют также данные о наличии стимулирующего эффекта ионов тяжелых металлов на рост грибов или же об отсутствии какой-либо зависимости вообще [8]. Очевидно, что, как уже отмечалось выше, реакция грибов на данный стресс-фактор может носить видоспецифичный характер.

В настоящей работе исследовалось влияние повышенных концентраций металлов в субстрате на три количественных параметра: массу, высоту и диаметр шляпки у трех видов грибов – шампиньона двукольцевого Agaricus bitorquis, шампиньона полевого Agaricus arvensis  и навозника белого Coprinus comatus, собранных с разных участков в пределах территории г. Екатеринбурга, крупного индустриального и делового центра с интенсивным транспортным потоком, входящего в число наиболее загрязненных городов РФ. Сбор материала осуществлялся вдоль автострад и на территории городских парков  в период интенсивного роста плодовых тел на протяжении августа-сентября 2015 г. Ранее с использованием метода вытеснения было показано, что плодовые тела шампиньона двукольцевого, собранные на придорожной и парковой территории, значительно отличаются по концентрации содержащихся в них тяжелых металлов, что может быть использовано для качественной биоиндикации [10]. В данном случае нас интересовало влияние содержания тяжелых металлов в субстрате на количественные показатели плодовых тел. Выборка из придорожной территории включала 144 плодовых тела Ag.bitorquis, 179 – Ag. arvensis  и 92 – C.comatus в возрасте 2-3 суток; выборка из парковой зоны: 154 плодовых тела Ag.bitorquis, 176 - Ag. arvensis  и 144 - C. comatus. Для измерения использовались неповрежденные экземпляры массой от 20 до 100 г. Обработанные результаты измерений представлены в таблице.

 

Таблица 1 - Влияние территории произрастания на параметры плодовых тел грибов

Примечание: * - статистически достоверное различие между выборками Р<0,05; ** - Р<0,01.  

Как следует из представленных данных, максимальныедостоверные различия по массе плодовых тел грибов парковой и придорожной территории наблюдаются для навозника белого, причем плодовые тела грибов, собранные в экологически более благополучной местности, отличаются значительно большей массой, что согласуется с  имеющимися в литературе данными об ингибирующем влиянии тяжелых металлов на рост грибов [3, 9]. В то же время по средней высоте плодовых тел грибов данного вида никаких различий не наблюдается, а различия в диаметре шляпки менее значительны, хотя и в этом случае большие значения фиксируются для экземпляров из парковой зоны. Исходя из этого, можно предположить, что Coprinus comatus обладает некоторым потенциалом, позволяющим рекомендовать его в качестве тест-объекта для биоиндикации (грибы с более крупными плодовыми телами произрастают в более благополучной с экологической точки зрения местности), но при этом следует ориентироваться исключительно на массу плодовых тел, так как другие измеренные параметры мало информативны. Что касается двух видов шампиньонов, то  существенных достоверных различий по массе плодовых тел грибов, собранных на разных территориях, не было выявлено, несмотря на некоторое превышение значений средней массы для грибов из парковой зоны. Однако средний диаметр шляпки и высота плодового тела имеют несколько большие значения для грибов из экологический неблагополучной территории у вида Ag.bitorquis, а для Ag. arvensis мы наблюдаем различия только для высоты плодового тела, причем и в данном случае большая величина характерна для грибов из придорожной территории. Таким образом, подтверждается упомянутый ранее тезис о видоспецифичной реакции грибов на содержание в субстрате тяжелых металлов, в том числе и в отношении различных количественных параметров плодовых тел.

Результаты проведенного исследования позволяют сделать выводы о возможности использования широко распространенных и толерантных к антропогенно измененным условиям видов грибов в качестве тест-объектов для биоиндикации содержания в почве тяжелых металлов, но в то же время следует учитывать видовую принадлежность грибов и неоднозначную реакцию на загрязнение субстрата, которая может проявляться как в специфически угнетающем, так и в стимулирующем эффекте воздействия тяжелых металлов на рост плодовых тел. Причины данного видоспецифичного эффекта требуют дальнейшего изучения.

Литература

1. Бакайтис В.И., Басалаева С.Н. Содержание макро- и микроэлементов в дикорастущих грибах Новосибирской области // Техника и технологии пищевых производств.– 2009. Т. 32. С.73-76.
2. Иванов А.И., Костычев А.А., Скобанев А.В. Аккумуляция тяжелых металлов и мышьяка базидиомами макромицетов различных эколого-трофических и систематических групп // Поволжский экологический журнал.– 2008. №3. С.190-199.
3. Королев Ю.В., Степанцев В.В., Вахранева О.П. и др. Аккумуляция тяжелых металлов лесными грибами в Калининградской области // Вестник Балтийского федерального университета.– 2014. Вып.1. С.78-85.
4. Отмахов В.И., Петрова Е.В., Пушкарева Т.Н. и др. Атомно-эмиссионная методика анализа грибов на содержание тяжелых металлов и использование ее для экомониторинга // Известия Томского политехнического университета.– 2004. Т.307. №6. С.44-48.
5. Kalac P., Svoboda L., Havlickova B. Content of cadmium and mercury in edible mushrooms // Journal of Applied Biomedicine.– 2004. Vol.2.P.5-20.
6. Chauhan D., Suhalka Ch. Potential of Agaricus bisporus for bioremediation of different heavy metals // Journal of Chemical, Biological, Physical and Science Security.– 2014. Vol. 4. No.1. P.338-341.
7. Dan N. Heavy metal biosorption by mushrooms // Natural Product Radiance.– 2005. Vol. 4 (5). P. 454-459.
8. Svoboda L., Kalac P. Contamination of two edible Agaricus spp. mushrooms growing in town with cadmium, lead and mercury // Bulletin of Environmental Contamination Toxicology.– 2003. Vol.71. P.123-130.
9. Yilmaz F., Isiloglu M., Merdivan M. Heavy metal levels in some macrofungi // Turkish Journal of Botany.– 2003. Vol. 27. P.45-56.
10. Гордеева М.А., Гордеева И.В. Качественная оценка содержания тяжелых металлов в плодовых телах шампиньонов в антропогенно измененных условиях // ФJН-Наука.– 2015. №8. С.5-7.

References

1. Bakaytis V.I., Basalaeva S.N. Soderzhanie makro- i mikroelementov v dikorastushchih gribah Novosibirskoj oblasti [Content of macro- and microelements in wild mushrooms from Novosibirsk region]// Tehnika i tehnologii pishchevyh proizvodstv [Technique and technology of food production].–2009. Vol.  32. P. 73-76 [in Russian].
2. Ivanov A.I., Kostychev A.A., Skobanev A.V. Akkumuljatsia tjazhelyh metallov i mysh’jaka basidiomami makromicetov razlichnyh ekologo-troficheskih i sistematicheskih grupp [Accumulation of heavy metals and arsenic by basidioms of various ecologic, trophic and systematic macromycetes groups] // Povolzgskij ecologicheskij zhurnal [Volga ecological journal].–2008. №3. P. 190-199. [in Russian].
3. Koroljov Y.V., Stepantsev V.V., Vahraneva O.P. et all. Akkumuljatsia tjazhelyh metallov lesnymi gribami v Kaliningradskoj oblasti [Accumulation of heavy metals by forest mushrooms in Kaliningrad region] // Vestnik Baltijskogo federal’nogo universiteta [Bulletin of Baltic Federal University].– 2014. No.1. P. 78-85 [in Russian].
4. Otmahov V.I., Petrova E.V., Pushkareva T.N. et all. Atomno-emissionnaja metodika analiza gribov na soderzhanije tjazhelyh metallov i ispol’zovanije ejo dlja ekomonitoringa [Technology of atomic emission analysis of mushrooms on heavy metals content and its using for ecomonitoring] // Izvestija Tomskogo politehnicheskogo universiteta [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University].–2004. Vol. 307. №6. P. 44-48 [in Russian].
5. Kalac P., Svoboda L., Havlickova B. Content of cadmium and mercury in edible mushrooms // Journal of Applied Biomedicine.– 2004. Vol. 2. P.15-20 [in English]..
6. Chauhan D., Suhalka Ch. Potential of Agaricus bisporus for bioremediation of different heavy metals // Journal of Chemical, Biological, Physical and Science Security.– 2014. Vol. 4. No.1. P.338-341 [in English].
7. Dan N. Heavy metal biosorption by mushrooms // Natural Product Radiance.– 2005. Vol. 4 (5). P.454-459 [in English].
8. Svoboda L., Kalac P. Contamination of two edible Agaricus spp. mushrooms growing in town with cadmium, lead and mercury // Bulletin of Environmental Contamination Toxicology.– 2003. Vol.71. P. 123-130 [in English].
9. Yilmaz F., Isiloglu M., Merdivan M. Heavy metal levels in some macrofungi // Turkish Journal of Botany.– 2003. Vol. 27. P.45-56 [in English].
10. Gordeeva M.A., Gordeeva I.V. Kachestvennaja otsenka soderzhanija tjazhelyh metallov v plodovyh telah shampin’onov v antropogenno izmenennyh uslovijah [Qualitative evaluation of heavy metals content in Agaricus fruiting bodies in anthropogenic changed conditions]// Fen-Nauka [Fen-Science].– 2015. №8. P.5-7 [in Russian].