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

Екологія в житті людини
В сучасних умовах існування людство зіткнулося з величезною проблемою - екологічною. Проблема екологічної катастрофи вже не просто не приваблива перспектива, а реальна загроза, що повисла н ...

Екологічна оцінка стану довкілля Коростишивського району та розробка заходів з його поліпшення
Мета роботи: розробка комплексу заходів по покращенню питної води Коростишівського району, проведення аналізу між використанням води Житомирської області та Коростишівського району. Пробл ...

Екологічний аудит, як основний інструмент екологічного менеджменту
Постановка проблеми. Основою розвитку світової спільноти в XXI столітті за рішенням Конференції ООН з охорони навколишнього середовища в Ріо-де-Жанейро (1992) прийнята концепція сталого розв ...