Растения и чистота природной среды
Шрифт:
Сероводород, загрязняющий иногда атмосферу, может поглощаться листопадными и вечнозелеными растениями, причем разные виды накапливают этот фитотоксикант с различной скоростью.
В высоких концентрациях сероводород вреден для растений, однако низкие его концентрации могут повышать темпы их роста. Так, например, доза этого соединения 300 мг/кг воздуха вызывала депрессию роста салата и сахарной свеклы, а в концентрации 30 мг/кг урожай салата, вес свежих и высушенных листьев и корней сахарной свеклы в условиях теплицы увеличивался. Добавление к сероводороду углекислого газа устраняло депрессию роста этих растений, вызванную высокой концентрацией сероводорода, а в случае хлопчатника и люцерны ускоряло рост растений по сравнению с контролем.
В растениях сероводород может окисляться до сульфатов и транспортироваться в другие органы или накапливаться в листьях. Кроме того, он может связываться с образованием аминокислот (метионина, цистеина и цистина). Эти аминокислоты передвигаются преимущественно по флоэме в растущие органы. Некоторые авторы предполагают, что образование серосодержащих аминокислот — один из способов детоксикации сероводорода. В то же время этот способ его детоксикации играет, по-видимому, незначительную роль.
Успешно произрастают на промышленных площадках, загрязненных сероводородом, алиссум морской, левкой двурогий, а также однолетний, тагетесы прямостоячий и раскидистый, целозия гребенчатая. Эти растения ученые рекомендуют использовать при озеленении территорий, загрязненных сероводородом.
Отдельно взятые деревья ивы, тополя и ясеня, имеющие как минимум 5 кг листьев, способны поглотить за вегетационный период 200–250 г хлора, кустарники — 100–150 г. Лох узколистный, шелковица, акация белая, тамариск способны накапливать в своих органах до 1 % хлора, оставаясь неповрежденными.
Бельгийская комиссия по озеленению промышленных предприятий, выбрасывающих в атмосферный воздух хлористый водород, располагает изученные виды в следующий ряд (начиная с наименее устойчивых): лещина обыкновенная, дуб черешчатый, береза белая, клен нолевой, ива пепельная, лиственница европейская, ежевика, ясень обыкновенный, тополь серебристый, осина, туя восточная, роза.
Окислы азота поступают в однолетние сеянцы сосны тем быстрее, чем выше их концентрация в окружающей среде. При этом NO2 поглощается растениями в три раза более энергично, чем NO.
По данным С. В. Дурмишидзе (1977), усвоение и превращение двуокиси азота листьями растений происходит с высокой скоростью. Уже после двухминутной экспозиции побега виноградной лозы в атмосфере 15NO2 все органеллы клеток листьев: ядра, пластиды, митохондрии, рибосомы — оказались обогащенными меченым азотом. Двуокись азота поглощается из воздуха как травянистыми, так и древесными растениями. Из листьев меченый азот передвигается затем в другие органы — стебли и корни. По интенсивности поглощения и включения 15NO2 в азотсодержащие соединения выделялись сосна эльдарская, ясень, клен американский, сосна черная, граб кавказский, дуб имеретинский, дуб грузинский, яблоня обыкновенная, райграс английский. Двуокись азота усваивается корнями и зелеными побегами растений. Особенно интенсивно поглощается она всасывающими корнями. Из корней 15N передвигается в надземные органы растений: в стебель, побеги и листья.
Восстановленный листьями и корнями азот включается затем в аминокислоты. У яблони при этом метка фиксируется в -аланине, глутаминовой кислоте, тирозине, валине, в листьях шелковицы — в -аланине, тирозине, фенилаланине и лейцине, у лоха узколистного — в глутаминовой и аспарагиновой кислотах, а у вишни — в валине и глутаминовой кислоте. Первоначально из двуокиси азота образуются азотистая и азотная кислоты, которые в растениях подвергаются нейтрализации с помощью ионов натрия и калия. Таким образом, интенсивность поглощения двуокиси азота растениями обусловлена двумя процессами: нейтрализацией образующихся кислот и восстановлением азота с последующим включением его в состав аминокислот.
Другие окислы азота NO, N2O3 и N2O5 легко растворяются в воде, содержащейся в воздухе, а затем усваиваются растениями. Однако для успешного протекания этого процесса необходимо, чтобы концентрация окислов азота не была губительной для растений. Нормальное усвоение и превращение окислов азота в растениях протекает при их физиологических концентрациях, которые бывают разными в зависимости от внешних условий и вида растения.
Растения, интенсивно поглощающие и усваивающие окислы азота и дающие большую биомассу, могут играть важную роль в очистке окружающей среды от этих фитотоксикантов.
Детоксикация аммиака растениями исследована С. В. Дурмишидзе (1977). Данное соединение обладает слабо выраженной токсичностью. В воздухе в присутствии влаги аммиак реагирует с углекислым газом, образуя карбонаты, или с водой, превращаясь в гидрат окиси аммония. В этих условиях аммиак может образовывать также сульфаты, хлориды и другие аммонийные соли. Связывание поглощенного аммиака растениями происходит в основном в форме амидов — аспарагина и глутамина. Кроме того, могут образовываться аспарагиновая и глутаминовая кислоты, аланин, аргинин и тирозин. Активно участвуют в детоксикации аммиака органические кислоты с образованием аммонийных солей. На это указывает тот факт, что общее обогащение меченым азотом аммиака виноградной лозы гораздо выше, чем суммарная радиоактивность аминокислот, что указывает на быстрое превращение газообразного аммиака в корнях в соли аммония.
Усвоение газообразного аммиака растениями происходит довольно быстро, однако после насыщения растений аммиаком интенсивность его включения в корни и листья уменьшается или остается на неизменном уровне.
Различные растения поглощают угарный газ неодинаково. Более чувствительная к нему традесканция интенсивнее поглощает его, чем устойчивая овсяница луговая.
Сотрудники Института биохимии растений АН ГССР исследовали механизм усвоения этого соединения растительными организмами. Оказалось, что они усваивают окись углерода и включают ее в общий метаболизм. Проростки райграса, кукурузы и фасоли, выращенные в стерильных условиях, активно метаболизируют угарный газ. Усвоение и превращение его происходят как на свету, так и в темноте, однако на свету эти процессы осуществляются значительно быстрее. Листья некоторых растений способны связывать угарный газ на свету даже в том случае, если содержание его в газовой среде составляет 60–90 %. При низких концентрациях СО (1,25–12,5 мг/м3) скорость фиксации этого соединения листьями растений мало зависела от освещения.
В результате первичного окисления из окиси углерода образуется углекислый газ, который потребляется растениями в ходе фотосинтеза. По этой причине интенсивность усвоения угарного газа на свету значительно выше, чем в темноте.
Интенсивность связывания СО варьирует также у разных видов растений. Угарный газ активно усваивается кленом, бирючиной, ольхой, осиной, елью. Установлено, что однорядная посадка клена ясенелистного (при ширине полосы 4 м) снижает уровень загрязненности воздуха угарным газом на 7—10 %, а при пятирядной посадке (ширина полосы 30 м) снижение уровня загрязненности угарным газом составляет 60–70 %. По другим данным, каждый 1 км2 поверхности, занятой высшими растениями, за сутки усваивает от 12 до 120 кг окиси углерода. В пересчете на год растительность Земли усваивает 3—30•108 т угарного газа.