Растения и чистота природной среды
Шрифт:
Между тем в США в 1976 и 1977 гг. восьминедельные растения табака сорта BelW3, выращиваемые в поле на о-ве Нантакет, проявляли симптомы повреждения озоном, переносимым ветром с индустриальных районов Нью-Йорка и Вашингтона через открытый океан,
В 1981 г. был предложен оригинальный метод учета повреждений индикаторных растений озоном, включающий два этапа:
1) фотографирование поврежденных листьев в поле;
2) проведение измерений на негативах с помощью телевизионной камеры, соединенной с вычислительной машиной.
Фотографирование листьев в поле производится в определенном положении с использованием подсветки. С помощью зеленого светофильтра получают негативы, на которых некротические участки выглядят как темные пятна на белом фоне. Негативы рассматривают в телевизионной системе. Размер поврежденной фракции листа подсчитывают с помощью малой вычислительной машины. Преимущество этого метода в том, что он объективен и что фотографирование можно производить прямо в поле, не повреждая растений. Исследовалась также реакция указанных сортов табака на озон в условиях культуры ткани. В этом случае культивировавшиеся на искусственной питательной среде кусочки тканей вскоре становились коричневыми в результате разрушения поверхностных клеток. Одним из характерных признаков действия озона на растения является ингибирование прорастания пыльцы. В связи с этим предложено использовать прорастающую пыльцу в качестве биотеста на озон. Указанные выше сорта табака оказались сильно различимыми и по скорости роста пыльцевых трубок в присутствии озона. Длина пыльцевых трубок у чувствительного сорта табака BelW3 в присутствии озона была в два раза короче, чем у BelB.
Другой эффект действия озона — разрушение хлорофилла. В связи с этим некоторые исследователи предлагают простой и быстрый метод оценки повреждений озоном листьев фасоли сорта Пинто по убыли хлорофилла.
Японские исследователи предложили в качестве индикатора загрязнения окружающей среды озоном растения ипомеи сорта Scarlet O’Hara.
Некоторые водоросли обладают способностью избирательно накапливать отдельные элементы, в том числе радиоактивные (цирконий, рутений, иттрий, торий и др.). Так, например, концентрация стронция-90 в тканях протококковой водоросли сценедесмус превышает концентрацию этого элемента в воде в 1000–9000 раз. Высокую концентрацию радиоактивных веществ несут планктонные диатомовые водоросли, удельная радиоактивность которых в зараженной среде в 2 тыс. раз больше, чем в воде.
В связи с этим с помощью растений становится возможным контроль за радиоактивностью водоемов в случае попадания в них радиоактивных отходов. Так, например, исследование радиоактивности водорослей в р. Колумбия позволило определить площади заражения воды ниже Хэнфордских реакторов, которое было значительным уже на расстоянии 25–50 км.
Ученые подметили, что некоторые микроорганизмы очень чутко реагируют на состояние окружающей среды. Они, например, чувствуют чрезвычайно малые дозы вредных веществ, поступающих с промышленными стоками и атмосферными осадками. Большой интерес в связи с этим представляют светящиеся бактерии. Некоторые из них перестают светиться в присутствии самых разнообразных веществ, в частности газообразных промышленных загрязнений, например сернистого газа.
В настоящее время ученые создают штаммы бактерий, которые сигнализировали бы о присутствии различных токсикантов, а также конструируют приборы, в которых детекторами загрязнений служат сменные патроны, заполненные питательной средой с бактериями. Прекращение свечения бактерий под действием вредных примесей будет восприниматься фотоэлементами, которые подадут соответствующие сигналы человеку.
Приборы подобного типа будут использоваться для определения опасных концентраций анестезирующих веществ в операционных, содержания ядохимикатов вблизи обрабатываемых полей, для обнаружения утечки ядовитых веществ в лабораториях, а также в поисках полицией наркотиков.
Приведенные примеры свидетельствуют о том, что селекционеры могут сделать весьма многое для создания растений — индикаторов различного рода загрязнений атмосферы. Очень чувствительные растения, по существу, могут заменить сложную дорогостоящую установку для газовых анализов. Такой «газоанализатор» окажется доступным каждому человеку.
При использовании растений в качестве индикаторов загрязненности атмосферы следует иметь в виду, что сила ядовитого действия загрязнений зависит от состояния устьиц. Состояние устьиц, в свою очередь, определяется климатическими факторами. В засушливом году устьица открыты слабее, чем в достаточно влажном, поэтому растения, растущие вблизи очагов загрязнения атмосферы, будут повреждаться в меньшей степени. Опыты, проведенные в Югославии, хорошо подтверждают эту мысль. В засушливом 1971 г. содержание серы в растениях, произрастающих в условиях постоянного загрязнения атмосферы, источником которого являлись железорудные заводы «Зеница», было меньше, несмотря на то что заводы работали более производительно. В связи с этим рекомендуется при использовании листьев древесных пород в качестве индикаторов загрязнения атмосферы учитывать характер метеорологических условий года и вносить соответствующие поправки.
Глава 3. Роль растений в детоксикации вредных загрязнителей окружающей среды
Определить с помощью растений степень загрязненности воздуха и воды вредными веществами — значит решить только часть проблемы охраны окружающей среды. Каким образом можно избавиться от вредных примесей? Здесь на помощь человеку вновь приходят растения.
Борьба с загрязнением атмосферы и гидросферы должна вестись прежде всего с помощью технологических приемов. Однако применение даже очень совершенных фильтров не может полностью предотвратить поступление в окружающую среду вредных веществ. Кроме того, технологические усовершенствования часто нейтрализуются ростом числа объектов, загрязняющих окружающую среду.
В связи с этим наряду с технологическими способами борьбы с загрязненностью атмосферы и гидросферы должен шире применяться биологический метод. Растения призваны дополнять технологические способы борьбы с запыленностью и задымленностью атмосферы, осуществлять доочистку сточных вод.
Способность растений очищать атмосферу от вредных примесей определяется прежде всего тем, насколько интенсивно они их поглощают. Исследования показали, например, что наибольшей газопоглотительной способностью обладают снежноягодник и карагана древовидная, минимальной — липа войлочная и клен серебристый. Предполагают, что низкая газопоглотительная способность указанных растений связана с опушенностью их листьев.
Таким образом, опушенность растений, с одной стороны, способствует удалению из атмосферы пыли, а с другой — тормозит поглощение газов. В связи с этим для озеленения городов, территорий предприятий целесообразно отбирать породы как с опушенными, так и неопушенными листьями. Одни из них будут очищать воздух от пыли, другие — от вредных газов.
При изучении газопоглотительной способности листьев необходимо различать понятия интенсивности и емкости газопоглощения. Под интенсивностью газопоглощения понимают количество газа, поглощенное растением в единицу времени. Емкость газопоглощения — это количество газа, которое растение поглощает за весь период вегетации.
В некоторых случаях в листьях растений обнаруживается невысокая концентрация того или иного фитотоксиканта. Это может быть связано не с низкой интенсивностью газопоглощения, а с более быстрой его ассимиляцией и с оттоком ассимилятов в другие органы.
Растения осуществляют детоксикацию вредных веществ различными способами. Некоторые из них связываются цитоплазмой растительных клеток и становятся благодаря этому неактивными. Другие подвергаются превращениям в растениях до нетоксических продуктов, которые иногда включаются в метаболизм растительных клеток и используются для нужд растений. Обнаружено также, что корневые системы растений выделяют некоторые вредные вещества, поглощенные надземной частью растений, например серосодержащие соединения.