Надходження важких металів у рослини та їх фітотоксичність

Важкі метали є протоплазматичними отрутами, токсичність яких збільшується по мірі збільшення відносної атомної маси.

За фітотоксичністю сполуки можна розподілити у такий ряд:

• дуже фітотоксичні елементи – чинять дію на тест-організми при концентраціях в розчині до 1 мг/л: Аg+, Ве2+, Нg2+, Sn2+ і можливо Со2+, Ni2+, Pb2+ і СrO2- .

• помірно токсичні: 1-100мг/л викликає інгібуючу дію: AsO42-, ВO33-, ВгО4-, СІО4-, МnО42-, МоО42- антимоніт селену; іони As, Se, Al, Ba, Cd, Cr, Fe, Mn, Zn.

• слаботоксичні: рідко чинять негативний ефект при рівнях більше 1800 мг/л: Сl-, Вr-, L-, Са2+, Mg2+, K+, Na+, Rb2+, Sr2-, Li+ , NO3- .

Токсичність важких металів може проявлятися по-різному:

- Сu, Нg: при токсичній концентрацій інгібують активність ферментів, утворюють комплекси з органічними молекулами, що здатні проникати крізь клітинну мембрану.

- Al, Ba, Fe: утворюють преципітати з РО43-, SO42-, утворюють хелатоподібні комплекси з обмінними метаболітами.

Взаємодіють із клітинними мембранами, змінюючи їх проникність і інші властивості. Au, Cd, Cu і Fe2+ іноді викликають розрив клітинних мембран.

Конкуренція: Li – з Na; Cs – з К; Ва і Sr – з Са; Cd – з Zn.

На фітотоксичність впливають такі показники: концентрація металу в ґрунтовому розчині. Деякі рослини здатні акумулювати метали; ґрунтові фактори: рН (впливає на рухомість металів і засвоєння їх кореневою системою), вміст органічної речовини та інші фактори. При рН близько 7 у ґрунтах з істотним вмістом важких металів попереджується фітотоксичність багатьох з них, але ті ж концентрації при рН 5,5 і нижче можуть стати летальними для рослин; забезпеченість рослин елементами живлення, фази росту, глибини проникнення коренів, тривалості вегетаційного періоду; удобрення, вапнування; зміна освітленості, температури і зволоження впливає на рух і трансформацію важких металів у ґрунтовому середовищі і рослинах, на взаємодію між рослинами і металами.

Для характеристики вибіркового поглинання хімічних елементів рослинами Б.Б. Полинов (1945) ввів у обіг величину, що пізніше була названа А.І. Петельманом (1961) коефіцієнтом біологічного поглинання

(КБП), що представляє собою часткове відношення кількості хімічного елемента у золі рослин до його вмісту в літосфері [16, 105]:

де Ср – вміст елемента в золі рослини; Сп – вміст елемента в ґрунті.

КБП змінюється від 0,001 до 100. У складених ним рядах біологічного поглинання виділено п'ять груп елементів: інтенсивно накопичувані – КБП=10 .100; сильно накопичувані – КБП=1 .10; слабо накопичувані і середнього захвату – КБП=0,1 .1,0; слабкого захвату – КБП=0,001-0,01. КБП хімічного елемента для одного і того ж виду рослин не є сталим і може змінюватись.

Сучасні уявлення фізіологів щодо надходження і поведінки важких металів у рослинах (Вахмістров, 1966; Tiffin, 1977; Вахмістров, Мазель, 1973; Лібберт, 1976; Клаксон, 1978) зводяться до наступного [16, 116].

Важливу роль у захисті рослин від надлишку важких металів, що надходять із ґрунту в корені, виконує коренева система. Затримуючи надлишкові іони, корені тим самим сприяють зберіганню в надземних органах сприятливих (чи нешкідливих) концентрацій хімічних елементів.

Захисні можливості коренів дуже великі, але і вони мають межу; при дуже високій кількості токсиканта у середовищі його потік у надземні органи посилюється. Спочатку це відмічається у листках, потім – і у зернах.

Іони металу, потрапивши у корінь, займають вільний простір, адсорбуються на стінках і залишаються в розчині. Щоб брати участь у метаболізмі коренів, їм необхідно подолати плазмалему. Подолання клітинних мембран необхідне і для досягнення іонами ксилеми: обійти перешкоду – поясок Каспарі – вони можуть тільки шляхом переходу із апопласта у симпласт. Однак цей шлях долається важко, оскільки у мембранах локалізований механізм вибіркового поглинання іонів, який обмежує проникнення у клітину баластних і надлишкових іонів. Якщо все ж таки у клітинах кореня іонів виявиться понад допустимий ліміт, то включається ще один механізм захисту, який переводить надлишок у вакуолі.

Таким чином, частина іонів металу затримується у вільному просторі чи переправляється у вакуолі, інша частина використовується у процесі метаболізму, третя – із ксилемним соком підіймається у надземні органи.

Цікаві статті з розділу

Вплив діяльності людини на довкілля
В умовах науково-технічного прогресу значно ускладнились взаємовідносини суспільства з природою. Людина отримала можливість впливати на хід природних процесів, підкорила сили природи, почала ...

Екологічні проблеми енергетики
Енергетика - найважливіший фактор у процесі перетворення природи людиною. Виробництво енергії, її транспортування і споживання набули глобального характеру. Створений людством енергетичний потенціал з ...

Моніторинг екологічного стану ґрунтів сільськогосподарського призначення
Проблема збереження ґрунтового покриву сільськогосподарських угідь та родючості ґрунтів набула загрозливих масштабів. Це пов’язано зі значною розораністю території, із збільшенням викидів у земл ...