Растения-гипераккумуляторы токсичных соединений
сл.Распределение тяжелых металлов в тканях растений
жүктеу/скачать 0,83 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 21сл.Распределение тяжелых металлов в клетке
| 20сл.Распределение тяжелых металлов в тканях растений
Из тканей растений ризодерма и кора корня в наибольшей мере накапливают тяжелые металлы. При повышении концентрации металлов в среде усиливается их накопление в других тканях корня: эндодерме – и происходит дальнейший транспорт в стель. Тяжелые металлы могут поступать и в зону роста корня, что подтверждается радиографическими и спектрометрическими исследованиями. В надземных органах тяжелые металлы накапливаются в основном в эпидермисе листьев и в меньшей степени – в клетках мезофилла. 21сл.Распределение тяжелых металлов в клетке Значительная часть поступивших в растение металлов задерживается в клеточной стенке. Данное явление характерно для клеток как корня, так и листа. Причём доля связывания металлов клеточной стенкой весьма существенна: достигает 64 – 77% от общего содержания в клетке. Фиксация тяжелых металлов в клеточных стенках является, по-видимому, одним из важнейших механизмов устойчивости к их токсическому действию. При высокой концентрации тяжелых металлов в почвенном растворе их ионы проникают через клеточную стенку и плазмолемму в цитоплазму клетки. Избыток ионов тяжелых металлов удаляется при этом в вакуоли. Содержание металлов в вакуолях клеток может быть внушительным. В хлоропластах, митохондриях и ядре обнаруживается незначительное количество тяжелых металлов. У морских водорослей, лишенных клеточной стенки и вакуоли, в хлоропластах накапливается до 50-60% поглощенного кадмия. 22сл.Растения слабо усваивают многие тяжелые металлы – например, тот же свинец – даже при их высоком содержании в почве из-за того, что они находятся в виде малорастворимых соединений. Поэтому концентрация свинца в растениях обычно не превышает 50 мг/кг, и даже индийская горчица, генетически предрасположенная к поглощению тяжелых металлов, накапливает свинец в концентрации всего 200 мг/кг, даже если растет на почве, сильно загрязненной этим элементом. Проблему удалось решить, когда обнаружили, что поступление тяжелых металлов в растения стимулируют вещества (например, этилендиаминтетрауксусная кислота), образующие с металлами в почвенном растворе устойчивые, но растворимые комплексные соединения. Так, стоило внести подобное вещество в почву, содержащую свинец в концентрации 1200 мг/кг, как концентрация тяжелого металла в побегах индийской горчицы возрастала до 1600 мг/кг. Успешные эксперименты с этилендиаминтетрауксусной кислотой позволяют предположить, что растения усваивают малорастворимые соединения тяжелых металлов в результате того, что их корни выделяют в почву какие-то природные вещества-комплексообразователи. Например, известно, что при недостатке в растениях железа их корни выделяют в почву так называемые фитосидерофоры, которые переводят в растворимое состояние содержащиеся в почве железосодержащие минералы. Однако было замечено, что фитосидерофоры способствуют и накоплению в растениях меди, цинка, марганца. 23сл.Лучше всего изучены фитосидерофоры ячменя и кукурузы – мугеиновая и дезоксимугеиновая кислоты, а также выделяемая овсом авениковая кислота; роль фитосидерофоров играют и некоторые белки: белки ZIP (от англ. Zinc iron permease), а также цинкрегулируемые переносчики ZRT (от англ. Zinc-regulated transporter) и железорегулируемые переносчики IRT (от англ. Iron-regulated transporter) образуют большое семейство переносчиков переходных металлов в растениях. Они выполняют различные функции, связанные с переносом цинка, железа, меди и других металлов. 24сл. Доступность для растений тяжелых металлов, связанных с частицами почвы, повышают и находящиеся в мембранах корневых клеток ферменты редуктазы. Так, установлено, что у гороха, испытывающего недостаток железа или меди, повышается способность восстанавливать ионы этих элементов. Корни некоторых растений (например, фасоли и других двудольных) могут при недостатке железа повышать кислотность почвы, в результате чего его соединения переходят в растворимое состояние. В повышении биологической доступности тяжелых металлов немалую роль может играть и корневая микрофлора. 25сл. Для очистки воды неоднократно пытались использовать растения, способные накапливать тяжелые металлы не только в стеблях и листьях, но и в корневой системе; наиболее подходящими для этой цели оказались некоторые сорта подсолнечника. Выращиваемые в специальной фильтрационной системе, они активно поглощали из воды загрязняющие вещества, производя в месяц до 1,5 кг сухого вещества корней на квадратный метр. Особенность этой установки заключалась в том, что для укоренения растений служил слой искусственной почвы толщиной всего в несколько сантиметров и через него к корням подавались минеральные соли; основная же часть корней развивалась под слоем искусственной почвы в проточной воде, поглощая из нее тяжелые металлы. Удалось обнаружить, что проростки некоторых наземных растений, выращиваемых на гидропонике, зачастую более эффективно удаляют из воды тяжелые металлы, по-видимому, потому, что у них больше отношение поверхности к объему; кроме того, проростки способны просто адсорбировать загрязняющие вещества. Возможность очистки почвы и воды от радионуклидов с помощью проростков подсолнечника была успешно продемонстрирована на территории бывшего завода по обогащению урана в США, в штате Огайо, а также на Украине, на небольшом водоеме в километре от четвертого реактора Чернобыльской АЭС. Концентрация урана в растениях в тридцать тысяч раз превышала его концентрацию в почве и воде, а для цезия-137 и стронция-90 эта величина составила восемь и две тысячи раз соответственно. 26сл.Механизмы очистки воды с помощью корней и проростков могут быть разными. При удалении свинца главную роль играет, возможно, образование нерастворимых соединений и ионная сорбция. Так, на корнях индийской горчицы, находящихся в воде, образуется нерастворимый слой, который состоит преимущественно из карбоната свинца; такой же слой образуется и на корнях кукурузы. Вместе с тем свинец может связываться и с пектиновой фракцией клеточных стенок, обладающей ионообменными свойствами. Примеры растений-гипераккумуляторов: Папоротник Страусник обыкновенный способен поглощать из почвы и накапливать в листьях ионы кадмия в большом количестве, который при этом не оказывает существенного ингибирующего воздействия на зеленую (фотосинтезирующую) часть самого растения. Для создания фитозаградительных барьеров вдоль автомагистралей, улиц с активным движением транспорта для защиты воздушной и водной сред часто высаживают различные виды тополя, клена, каштана, липы. При проведении мероприятий по очистке территорий, загрязненных радионуклидами, высаживают манчьжурский орех и амурский бархат, которые считаются гораздо более устойчивыми к радиационному воздействию, чем хвойные деревья и многие лиственные породы. Эти виды отличаются способностью к быстрому вегетативному восстановлению (корневой и пневой порослью) после облучения, а также обладают сильно развитой листовой и корневой поверхностью, что позволяет им удерживать пылевые частицы и капли воды с радионуклидами и локализовать их в ветках, коре, древесине, плодах. Дальнейшего развития методов фиторемедиации можно ожидать после того, как методами генной инженерии будут созданы растения, способные более эффективно, чем известные виды, концентрировать тяжелые металлы. http://www.chem.msu.su/rus/journals/chemlife/fito.html Гончарова, Н. В. Растительные компоненты как индикаторы состояния наземных экосистем: процессы регуляции и ремидиации: монография / Н. В. Гончарова. – Минск: МГЭИ им. А.Д.Сахарова БГУ, 2016. – 173 с. https://givoyles.ru/articles/lyudi-i-derevya/rasteniya-filtry-sekrety/ http://www.psu.ru/files/docs/fakultety/bio/ustojchivost-rastenij-k-himicheskomu-zagryazneniyu.pdf Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений: учеб. для вузов. М.: Высшая школа, 2005. С. 615 – 713. http://agrohimija24.ru/mikroelementy/2084-vidy-rasteniy-giperakkumulyatorov.html Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах / под ред. Н.Г. Зырина, Л.К. Садовниковой. М., 1985. 208 с. жүктеу/скачать 0,83 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|