Надходження важких металів у рослини та їх фітотоксичність

При просуванні по ксилемі метали можуть адсорбційно поглинатися її стінками, а також закомплексуватися присутніми у клітинному соці органічними сполуками. Однак, як вказує У. Ліндсей (Lindsay, 1972), важкі метали – Zn, Ni, Cu, Fe – не зв'язані тут у високостабільні ліганди [16, 123]. Проходячи переважно транзитом шлях по ксилемі, іони потрапляють у листки, перш за все, в апопласта. Для того, щоб проникнути в клітини листка, у якому відбувається основна синтетична діяльність рослин, іонам знову потрібно подолати клітинні мембрани. За аналогією з коренями тут діють механізми вибіркового поглинання. Основна його функція – забезпечення нормального вмісту іонів у цитоплазмі, тобто вона пов'язана з захистом життєво важливих органів і процесів. При потраплянні важких металів у листок їх надлишок може акумулюватися у різноманітних структурах листка і клітини: провідні тканини, апопласта, вакуолі.

Як відомо, елементи з ґрунту поглинаються переважно у вигляді іонів. Однак у рослинній тканині ця форма вже не домінує. Метали в іонній формі, очевидно, у помітній кількості можуть зустрічатися в ксилемі, апопласті і вакуолях, тоді як у цитоплазмі вони входять, в основному, у склад органічних сполук. Органічні сполуки, що виходять за межі клітин, можуть хелатувати іони металів, роблячи їх менш активними і пом'якшуючи тим самим вплив несприятливого ефекту (Wallace et. c, 1968) [16, 127].

За ступенем рухомості А.Л. Курсанов (1976) виділяє у тканинах три зони [16, 132]:

- вільний простір, звідки іони вимиваються легко;

- цитоплазму, яка важко віддає іони;

- вакуолі, де іони утримуються міцно.

Викладені уявлення допомагають пояснити ситуації, що виникають при забрудненні середовища важкими металами.

Важкі метали негативно впливають на різні боки життя рослин. М.Д. Степановою і Н.Ю. Гармаш було встановлено, що при високому вмісті у рослинних тканинах свинцю змінюється кількість N, Р, Са і Мо, при надлишку Cd – Са, Mn, Cu, Мо. Більшою мірою це стосувалося листків, меншою – насіння [19, 231].

При більш детальному вивченні білкового обміну виявилося, що надлишкова концентрація важких металів у рослинах впливає на його фракційний склад, при постійності вмісту глобулінів зростає кількість проламінів, глютелінів і нерозчинного залишку і дещо зменшується вміст альбумінів. Ця обставина вказує на погіршення складу білків, зокрема на зниження вмісту лізину.

Важкі метали, починаючи з певної концентрації, гальмують процес фотосинтезу і зменшують транспірацію рослин. При високому вмісті у середовищі, наприклад РЬ, продуктивність фотосинтезу в різних сільськогосподарських культурах виходить на рівень 10% від максимальної, а транспірація скорочується майже у 20 разів порівняно з контролем (Bazzaz et al., 1985) [16, 148].

Результатом пригнічення токсикантами фізіолого-біохімічних процесів є загальне послаблення опору рослин до хвороб і шкідників, що називається «вторинною» дією токсикантів.

Рис. 1. Фітотоксичність важких металів

Токсичну дію металів на рослини можна прослідкувати по росту:

· 0-2 – ріст відсутній;

· 2-3 – гостра нестача;

· 3-4 – середня нестача;

· 4-5 – оптимальний вміст;

· 5-6 – слабка токсичність;

· 6-7 – сильна токсичність;

· 7 – загибель рослини.

На відміну від симптомів нестачі, які для кожного елементу є специфічними, ознаки надлишку більш-менш однакові. Згідно зі схемою Busser, при поступовому зростанні концентрації іонів у середовищі спостерігається поступова поява ознак пригнічення рослинного організму:

· 1 – гальмування росту;

· 2 – хлороз листків;

· 3 – некрози верхівок і країв листків;

· 4 – відмирання коренів.

Якщо некрози листків і відмирання коренів виступають як прямий наслідок надлишкового вмісту елементу в рослинних тканинах, то хлороз і обмеження росту можуть бути також і результатом антагоністичних взаємовідносин надлишкового іону з іонами поживних речовин і виникнення таким чином індукованої нестачі у тканині.

Висока фітотоксичність властива Нg і Cd. Менш токсичними є Cu, Zn, Pb. У дослідах із зеленними культурами встановлено наступний ряд токсичності вивчених хімічних елементів: Cd > Ni > Zn, Cr > Pb [Foroughi et al., 1975] [19, 239]. Згідно з даними, фітотоксичність важких металів розміщується таким чином: Cd > Cu > Co = Ni > As = Cr > Zn > Mn = Fe > Pb.

Цікаві статті з розділу

Оцінка стану екологічної системи басейну річки Інгул
Нині екологія стала теоретичною основою та науковою базою для розробки питань охорони природи й раціонального використання її ресурсів, визначення стратегії й тактики гармонізації взаємин людського су ...

Економічний механізм природокористування та природоохоронної діяльності
Нині у світі активізується процес переходу від фронтальної, споживацької моделі функціонування національних господарств до моделі екологобезпечного самопідтримуючого соціально-економічного р ...

Характеристика забруднювачів ґрунтового покриву внаслідок антропогенної діяльності
Забруднення ґрунтового покриву, внаслідок діяльності промислового сектору, пояснюється осіданням твердих частинок, а також попаданням в ґрунт забруднюючих речовин в результаті мокрого очищення атмо ...