Влияние загрязнителей на растения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4.

Действие сернистого газа на растения.

 

Еще одним видом загрязнения окружающей среды является загрязнение атмосферы сернистым газом. Сернистый газ способен проникать в лист по законам молекулярной диффузии. Скорость этого процесса зависит как от концентрационного градиента сернистого газа между внешней и внутренней частями листа, так и от сопротивления тканей потоку газа. Характер поглощения газа листьями определяется сопротивлением пограничного и кутикулярного слоев, а также устьичной или мезофильной устойчивостью. Факторы внешней среды (состав атмосферы, влажность воздуха и др.), видовые особенности (ксеро-, мезоморфность анатомического строения листа) оказывают влияние на степень сопротивления устьиц потоку газа и соответственно аккумуляции токсиканта.

Изучение  динамики интенсивности фотосинтеза  позволило установить трехфазность SO-ответной реакции: слабое угнетение, активацию, устойчивое подавление. Уровень, продолжительность каждой фазы зависят от действующей дозы, газоустойчивости видов, которая, в свою очередь, определяется скоростью формирования летальной концентрации серы в клетке (пороговый уровень).

Действие  сернистого газа оказывает существенное влияние на световую стадию фотосинтеза растений. Затрагиваются как реакции фотосинтетического транспорта электронов, так и синтеза АТФ. Ответная реакция нециклического транспорта электронов и связанного с ним фотофосфорилирования имеет двухфазовый характер (активация, подавление); продолжительность фазы также зависит от действующей дозы. При этом на стадии активации интенсивность электронного транспорта изменяется в большей степени, чем синтез АТФ; наблюдается обратимое изменение этих процессов. По мере повышения дозы токсиканта наблюдаются разобщение электронного транспорта и синтеза АТФ и последовательно нарастающее ингибирование тока электронов. При снижении скорости электронного транспорта вероятно изменение структуры реакционного центра фотосистемы II,  что   можно предполагать на основе сдвига температурного оптимума световых реакций в сторону более низких температур. Отмечается необратимое ингибирование фотохимической активности, а также фотофосфорилирования хлоропластов.

В определенных условиях действия сернистого газа проявляется альтернативностью фотосинтетического энергообмена. Согласно основному положению принципа альтернативности в функционировании фотосинтетического аппарата перенос электронов от воды к НАДФ может осуществляться различными путями, обеспечивая стабильную и эффективную в данных условиях работу электронно-транспортной цепи. Хроническое действие низких доз сернистого газа вызывает снижение интенсивности нециклического фотофосфорилирования, сопровождающееся активированием дополнительных (альтернативных) высокоэффективных энергозапасающихся механизмов (псевдоциклическое фотофосфорилирование); отмечена более высокая резистентность синтеза АТФ по циклическому типу.

Активность  начального этапа фотосинтеза, как  известно, отражается на интенсивности углеродного метаболизма. Чувствительность ключевых ферментов фотосинтетического цикла углерода (РДФКаза, ГАФ-ДГ, ФЕПКаза) к действию равных доз сернистого газа различна. Наиболее стойка к действию токсиканта ФЕПКаза, что может иметь особое значение при ингибировании восстановительной стадии цикла.

Сернистый газ оказывает существенное влияние  на фотосинтетический метаболизм углерода независимо от степени чувствительности растений. Принципиальных различий в распределении радиоуглерода среди первичных продуктов фотосинтеза у устойчивых и неустойчивых к сернистому газу видов не обнаружено. Характер метаболических изменений углерода, так же как газо - и энергообмена, определяется действующей дозой токсиканта (активация, подавление).

В большей  степени затрагиваются реакции  восстановительного пентозофосфатного  цикла, которые ведут к восстановлению 3-ФГК, образованию фосфорных эфиров сахаров и в конечном итоге  крахмала. В полной мере это положение относится и к растениям с С4-типом фотосинтеза, у которых распределение радиоуглерода на стадии подавления имеет сходные с С3 типом черты (снижение интенсивности ассимиляции углекислоты, синтеза углеводов); отмечается подавление углеводного пути и преимущественное образование продуктов реакций неуглеводного пути (ФЕП-карбоксилирование). Наряду с этим у С4-растений изменяются соотношения реакций ФЕП-метаболизма, которые ведут к образованию аспартата, малата и др.[2]

Таким образом, можно сделать вывод о том, что сернистый газ является опасным загрязнителем окружающей среды. Воздействуя на растения сернистый газ, оказывает существенное влияние на световую стадию фотосинтеза, затрагивая реакции фотосинтетического транспорта электронов и фосфорелирования. Оказывает существенное влияние на фотосинтетический метаболизм углерода независимо от степени чувствительности растений. Согласно полученным результатам, у устойчивых к газу видов, имеющих преимущественно ксероморфную структуру листа, отмечено более высокое устьичное сопротивление потоку газа в лист; адекватно изменяется (снижается) скорость поглощения токсиканта. По этим показателям можно оценивать физиологическую устойчивость фотосинтетического аппарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Возрастающее загрязнение окружающей среды   промышленными выбросами делает все более актуальным поиск путей нейтрализации их пагубного действия. В процессе снижения уровня загрязнения важнейшая роль принадлежит зеленым растениям. Именно они, синтезируя органическое вещество, вовлекают в метаболизм ингредиенты промышленных выбросов, в том числе ядовитые газы, и тем самым понижают их концентрацию в биосфере. Все это ставит вопросы изучения газоустойчивости растений (фотосинтеза) в ряд наиболее важных и в теоретическом и в практическом отношении. Таким образом, проведя анализ литературных источников по изучению влияния различных загрязнителей окружающей среды, можно сделать вывод о том, что самыми распространенными загрязнителями являются тяжелые и щелочноземельные металлы, радионуклеиды, сернистый газ.

Действие низких доз вредных веществ вызывает в определенной мере обратимые изменения отдельных реакций растений. Вполне вероятно, что они могут иметь приспособительный характер в экстремальных условиях существования.

       Тяжелые металлы оказывает токсическое действие на самые разнообразные процессы. Они ингибируют активность большинства ферментов, нарушают минеральное питание и водный режим, изменяют гормональный баланс и структуру мембран, вследствие чего снижается активность многих физиологических процессов, а при высоких концентрациях тяжелых металлов клетки растения могут погибнуть.

Биологический эффект действия радиации связан с  появлением у растений различных  аномалий, задержки роста и развития органов и тканей. При более  высоких дозах облучения растения останавливаются в росте и погибают.

Сернистый газ, оказывает существенное влияние  на световую стадию фотосинтеза, затрагивая реакции фотосинтетического транспорта электронов и фосфорелирования. Оказывает существенное влияние на фотосинтетический метаболизм углерода независимо от степени чувствительности растений.  

Действие  токсических веществ во многом неспецифично и сходно с действием других неблагоприятных факторов среды. Это может служить основой при разработке приемов и методов повышения устойчивости растений к промышленным загрязнениям. Отправной точкой в данном случае могут быть мероприятия, укрепляющие энергетику растений.

 

Список  литературы

 

1. Гродзинский Д.М. и др.  Антропогенная радионуклиидная аномалия и растения / Д.М.Гродзинский, К.Д.Коломнец, И.И.Бубряк . – К.:Лыбидь, 1995.- 160.

 

2. Ершов Ю.А. Химия биогенных элементов / Ю.А.Ершов. - М.: Высшая школа,1999. - 560 с.

 

3. Иванов В.Б. и др. Воздействие свинца на активность антиоксидантных ферментов в листьях P.crispus / В.Б.Иванов, Е.И. Быстрова // Физ.раст. – Т.53.- №1.- 2006.- С.321 – 325.
4. Кузнецова Т.Ю. и др. Влияние кадмия на состав жирных кислот лепидов в побегах карельской березы / Т.Ю.Кузнецова, А.Ф.Титов, М.К.Ильинова // Физ.раст. –Т.55. -№5.- 2008. – С.731 – 736.

 

5. Монанкина Е.Е. и др. Влияние никеля на начальные этапы биосинтеза хролофилла и его феофитинизацию / Е.Е.Монанкина, С.С.Меньшиков, А.П.Сосновский // Физ.раст. – Т.50. - №3. – 2003. – С. 437 – 442.

 

6. Полевой В.В. Физиология растений / В.В.Полевой. – М. : 1998. – 464 с.

 

7. Серегин И.В. и др. Распределение и токсическое действие кадмия и свинца на корни кукурузы / И.В.Серегин, Л.К.Шпигун, В.Б.Иванов // Физ.раст. – Т.51. – №4. – 2004. – С.582 - 591.

 

8. Серегин И.В. и др. Физиологическая роль никеля и его токсическое действие на растения / И.В.Серегин, А.Д.Кожевникова // Физ.раст. – Т.53. - №2. - 2006. – С. 285 – 308.

 

9. Темп Г.А. Никель в растениях в связи с его токсичностью / Г.А.Темп // Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов. – Л.: Ленуприздат, 1993. – С. 139 – 146.

 

10. Янг Х.-М. и др. Влияние тяжелых металлов на движение устьиц в листьях конских бобов / Х.-М.Янг, С.-Я.Чжан // Физ.раст. – Т.51.- №4. -2004. – С.516 – 519.

 

11. Демченко Н.П. и др. Влияние никеля на рост и дифференциацию клеток корневой системы / Н.П.Демченко, И.Б.Калимова, К.Н.Демченко // Физ.раст. – Т.52.- №2. -2005. – С.250 – 258.

 

 

12. Пухнаревич В.Б. и др. Введение в химию окружающей среды / В.Б.Пухнаревич, С.А.Большакова. – Иркутск : Изд-во ИГПУ, 2002.- С. 85 – 96.