Regularities of cadmium accumulation by red currant (Ribes rubrum L.) varieties on soddy-podzolic soils adjacent to megapolis Moscow

The article studies the regularities of cadmium (Cd) accumulation by red currant (Ribes rubrum L.) plant varieties grown on soddy-podzolic soils adjacent to the metropolis of Moscow, containing 0.26-1.02 mg/kg of mobile Cd. The researches were carried out in collection plantations of the Federal Horticultural Research Center for Breeding, Agrotechnology and Nursery (Moscow region), including varieties of different ecological and geographical origin: 9 red (Valentinovka, Viksne, Gazelle, Konstantinovskaya, Nadezhda, Niva, Rachnovskaya, Serpantin, Jonkheer Van Tets), 2 pink (Gollandskaya Rozovaya, Lydia) and 2 white (Belaya Feya, Blanca) currant varieties. The agrochemical properties of soils, the content of mobile Cd in the soil, and its content in the fruits and leaves of plants were determined. The agrochemical properties of soils, the content of mobile Cd in the soil, in the fruits and leaves of plants were determined. The coefficients of Cd assimilation by the fruits and leaves of red currant plants were calculated, the statistical dependences of the Cd accumulation parameters on the agrochemical properties of soddy-podzolic soils at different depths of the root layer were determined. Regression dependences of Cd accumulation in fruits and leaves of red currant on parameters of agrochemical properties of the soil and the content of mobile Cd in the soil were constructed. It has been established that when grown on cultivated soddy-podzolic loamy soil with a mobile Cd content of 0.26-1.02 mg/kg in the root layers of the soil, red currant varieties Belaya Feya, Blanca, Valentinovka, Viksne, Gazelle, Konstantinovskaya, Lydia, Rachnovskaya, Serpantin, Jonkheer Van Tets are more resistant to soil contamination with Cd compared to varieties Gollandskaya Rozovaya, Nadezhda, Niva. At the same time, the content of Cd in the leaves of red currant, depending on the variety, is 2-3 times higher than its content in fruits. The regression models indicated a closer dependence on the parametrs of the agrochemical properties of the soil and the Cd content in it of the values of Cd accumulation in fruits than in leaves. The assimilation of Cd by the fruits of red currant plants when cultivated on cultivated soddy-podzolic soils with a mobile Cd content of 0.26-1.02 mg/kg depended on the varietal barrier properties of plants, the content of mobile Cd in it, and also on the mobility of Cd, which depends, in first of all, from the acidity and availability of the soil with alkaline hydrolysable nitrogen.

1. Ziobron M., Kopec A., Skoczylas J., Dziadek K., Zawistowski J. Basic Chemical Composition and Concentration of Selected Bioactive Compounds in Leaves of Black, Red and White Currant. Appl. Sci. 2021, 11, 7638. https://doi.org/10.3390/ app11167638.

2. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции», утвержденный Решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011г. № 8.

3. ГОСТ 33954-2016 Смородина красная и белая свежая. Технические условия (UNECE STANDARD FFV-57:2010, Concerning the marketing and commercial quality control of berry fruits, MOD). Москва. Стандартинформ, 2016, 12.

4. Минеев В. Г., Минеев В. Т., Макарова А. И., Гришина Т. А. Тяжёлые металлы и окружающая среда в условиях современной интенсивной химизации. Сообщение 1. Кадмий. Агрохимия. 1981;5:146-155.

5. Wieczorek J., Pietrzak M., Osowski A., Wieczorek Z. Determination of lead, cadmium, and persistent organic pollutants in wild and orchard-farm-grown fruit in northeastern Poland. J. Toxicol. Environ. Health. A. 2010;3(17-18):1236-43. doi: 10.1080/15287394.2010.492009.

6. Von Zglinicki T., Edwall C., Ostlund E., Lind B., Nordberg M., Ringertz N. R., Wroblewski J. Very low cadmium concentrations stimulate DNA synthesis and cell growth. J. Cell Sci. 1992;103:1073-1081.

7. Серегин И. В., Иванов В. Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения. Физиология растений. 2001;4(48):606-630.

8. Muradoglu F., Gundogdu M., Ercisli S. et al. Cadmium toxicity aff ects chlorophyll a and b content, antioxidant enzyme activities and mineral nutrient accumulation in strawberry. Boil. Res. 2015;48:11. https://doi.org/10.1186/s40659-015-0001-3.

9. Genchi G., Sinicropi M. S., Lauria G., Carocci A., Catalano A. Th e Eff ects of Cadmium Toxicity. Review. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020;17:3782. DOI:10.3390/ijerph17113782

10. Бутовский Р. О. Тяжёлые металлы как техногенные химические загрязнители и их токсичность для почвенных беспозвоночных животных. Агрохимия. 2005;4:73-91.

11. Нестерова А. Н. Действие тяжелых металлов на корни растений: 1. Поступление свинца, кадмия и цинка в корни, локализация металлов и механизмы устойчивости растений. Биологические науки. 1989;9:72-86.

12. Kuboi T., Noguchi A., Yazaki J. Family-dependent cadmium accumulation characteristics in higher plants. Plant and Soil. 1986;3(92):405-415.

13. Guo Y., Marschner H. Uptake, distribution, and binding of cadmium and nickel in diff erent plant species. Plant Nutrition. 1995;18(12):2691-2706. https://doi.org/10.1080/01904169509365094.

14. Grant C. A., Buckley W. T., Bailey L. D., Selles F. Cadmium accumulation in crops. Can. J. Plant Sci. 1998;78(1):1-19.

15. Cakmak I., Welch R. M., Harh J., Norvell W. A., Ozturk L. V., Kochian J. Uptake and retranslocation of leaf-applied cadmium (109 Cd) in diploid, tetraploid and hexaploid wheats. Exp. Bot. 2000;343(51):221-226.

16. Williiams C., David D. Some eff ect of the distribution of cadmium and phosphate in root zone on cadmium content of plants. Austral. J. Soil Res. 1977;15(1):59-64.

17. Барсукова В. С. Физиолого-генетические аспекты устойчивости растений к тяжёлым металлам: Аналит. Обзор: СО РАН. ГПНТБ, Ин-т почвоведения и агрохимии, Новосибирск. Сер. “Экология”. 1997;47:63.

18. Башмаков Д. И. Эколого-физиологические аспекты аккумуляции и распределения тяжёлых металлов у высших растений. Автореф. дисс. ... канд. биол. наук, Нижний Новгород, 2002, 19 с.

19. Мартынов О. Л., Романова Е. В., Туманян А. Ф. Генетические основы устойчивости растений к избыточным концентрациям металлов в окружающей среде (обзор). Вестн. РАСХН. 2000;6:64-66.

20. Переломов Л. В., Переломова И. В., Пинский Д. Л. Молекулярные механизмы взаимодействия между микроэлементами и микроорганизмами в биокосных системах (биосорбция и биоаккумуляция). Агрохимия. 2013;3:80-94.

21. Th ibault Sterckeman, Sebastien Th omine. Mechanisms of Cadmium Accumulation in Plants. Critical Reviews in Plant Sciences. 2020, ff 10.1080/07352689.2020.1792179ff . ffh al02928181f.

22. Бобкова В. В., Коновалов С. Н., Джура Н. Ю., Льянов В. В. Сортовые особенности аккумуляции кадмия в растениях малины на дерново-подзолистой почве. Современное состояние почвенного покрова, сохранение и воспроизводство плодородия почв: Сб. тр. Всеросс. н.-практ. конф.: Махачкала. ФГБНУ «ФАНЦ Респ. Дагестан», 2018, 159-162.

23. Бобкова В. В., Коновалов С. Н., Толстогузова В. Г. К вопросу о способности крыжовника к усвоению кадмия из почвы. Плодоводство и ягодоводство России. 2017;50:54-59.

24. Бобкова В. В., Коновалов С. Н. Влияние регуляторов роста растений и агрохимиката «Силактив» на аккумуляцию кадмия растениями земляники садовой (Fragaria× ananassa Duch.). Плодоводство и ягодоводство России. 2020;63(1):254-259. https://doi. org/10.31676/2073-4948-2020-63-254-259.

25. Леоничева Е. В., Мотылева С. М., Кузнецов М. Н., Роева Т А., Леонтьева Л. И. Формирование состава микроэлементов у ягодных растений в условиях повышенного содержания тяжёлых металлов в почве. Сельскохозяйственная биология. 2010;5:31-35.

26. Сенновская Т. В., Зарубин А. Н., Сашко Е. К. Особенности накопления тяжёлых металлов в плодах и листьях некоторых сортов смородины. Плодоводство и ягодоводство России. 2003:X:366-375.

27. Бобкова В. В., Коновалов С. Н., Сашко Е. К. Сравнительная оценка адаптационного потенциала сортов смородины чёрной к усвоению Ni в дерново-подзолистой почве. Plant Biology and Horticulture: theory, innovation. 2019;1(150):44-49.

28. Леоничева Е. В., Леонтьева Л. И., Шавыркина М. А. Оценка содержания тяжёлых металлов в плодах новых сортов и перспективных генотипов смородины чёрной. Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2015;57(6):61-64.

29. Goeboe A., Revayova D., Kovac J. Contaminants in currants. Zahradnictvi — UZPI. 1996;23(4):133-136.

30. Мотылёва С. М., Соснина М. В. О накоплении тяжёлых металлов в листьях и плодах различных сортов чёрной смородины в зависимости от фазы вегетации. Сельскохозяйственная биология. 1996;1:67-70.

31. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур. Орёл: ВНИИСПК, 1999, 608 с.

32. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки исследований). М.: АльянС, 2014, 351 с.