Рост и развитие овса посевного в урбанизированной почве - Влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанозема и фитоэкстракция тяжелых металлов
ТМ способны вызывать изменения на клеточном уровне, их мишенями являются многие химические вещества и органоиды клетки, наиболее опасны для живой клетки Cd, Pb, Hg, Cu, Zn (Плешакова, 2010). При накоплении метаталлы в почве способны привести к изменению ее свойств, как биологических, оказывая влияние на почвенные микроорганизмы и ферменты, так и физических, приводя к изменению гумусного состава почвы, кислотности, ее общей структуры (Неклюдов, 2007). Помимо этого, они попадают из почвы в растительные организмы, что приводит не только к снижению урожайности, но и к включению металлов в цепи питания, оказывая токсическое действие на животных и человека (Гичев, 2003).
Избыток Pb в растениях, связанный с высокой его концентрацией в почве, ингибирует дыхание и подавляет процесс фотосинтеза, иногда приводит к увеличению содержания Cd и снижению поступления Zn, Ca, P, S. Вследствие этого, снижается урожайность растений и резко ухудшается качество производимой продукции. Внешние симптомы негативного действия Pb - появление темно-зеленых листьев, скручивание старых листьев, чахлая листва. Устойчивость растений к его избытку неодинаковая: менее устойчивы злаки, более устойчивы бобовые. Поэтому симптомы токсичности у различных культур могут возникнуть при разном валовом содержании Pb в почве от 100 до 500 мг/кг (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ильин, Сысо, 2001). Концентрация металла в растениях выше 10 мг/кг сухого вещества является токсичной для большинства культурных растений (Рэуце, Кырстя, 1986).
Замечен интересный факт, что различные растения способны по-разному накапливать концентрации Pb в разных своих частях. К примеру, растения салат и сельдерей накапливает в надземной части намного больше Pb, нежели в корнях, противоположные салату - морковь и одуванчик (Лепнева, Обухов, 1987; Волошин, 2003).
В нашем модельном опыте у растений, посаженных в загрязненной Pb почве, наблюдается торможение в росте. Проявляются внешние симптомы, такие как: изменение окраски листьев до темно-зеленого состояния с последующим их скручиванием и выпадением (рис. 9).
Рис. 9 Рост и развитие овса посевного в урбанизированной почве, загрязненной свинцом (справа налево: Pb-контроль, Pb-40 мг/кг, Pb-60 мг/кг)
Поступление Cd в растения имеет ограниченные масштабы, вследствие того, что он легко присоединяет значительное количество обменных позиций, которые находятся на клеточных стенках (Налимова и др., 2005). Считается, что Cd - токсичный элемент для растений. Главная причина токсичности связана с нарушением ферментативной активности, задерживается образование хлорофилловых пигментов у растений. Обработанные кадмием растения проявляют следующие виды заражения: хлороз листьев, повреждение корневой системы, задержка роста, красно-бурая окраска их краев или прожилков. Фитотоксичность Cd обнаруживается изменением проницаемости клеточных мембран, тормозящим действием на фотосинтез, нарушением транспирации и фиксации, (Битюцкий, 2005; Пляскина, Ладонин, 2009).
В наших образцах загрязненных кадмием под посевами овса посевного существенного различия в росте растения между контролем не выявлено, при 40 мг/кг почвы загрязнителя. Только при концентрации 60 мг/кг почвы отмечен медленный рост. Однако при внесении 40 и 60 мг/кг почвы Cd отразилось краевым ожогом на листьях в виде бурой окраски; растения вначале роста начали желтеть у кончика ростка (Рис. 10).
Рис. 10. Рост и развитие овса посевного в урбанизированной почве загрязненной кадмием (справа налево: Cd-контроль, Cd-40 мг/кг, Cd-60 мг/кг)
Фитотоксичность Cd проявляется в тормозящем действии на фотосинтез, нарушение транспирации и фиксации, изменении проницаемости клеточных мембран. В частности, в присутствии Cd у овса посевного также наблюдается уменьшение числа листьев на главном побеге и количество сформированных боковых побегов.
При этом наиболее сильное воздействие на размеры листа оказывает Cd, в меньшей степени - Pb.
Необходимо также отметить, что изменение площади листовой пластинки под действием ТМ выражено в гораздо меньшей степени, чем изменение биомассы корня и побега, что отражается в сухой биомассе овса посевного (рис. 11-12).
Рис. 11 Вес сухой биомассы овса посевного загрязненного различными концентрациями свинца под посевами овса посевного
Рис. 12 Вес сухой биомассы овса посевного загрязненного различными концентрациями кадмия под посевами овса посевного
Таким образом, из рис. 11-12 видно, что ТМ в дозах 40-60 мг/кг почвы ухудшают параметры корня и стебля растения - овса посевного. В присутствии Cd у растения слабо развивается корневая система, однако не оказывает сильного негативного влияния на побегообразование овса посевного при поступлении той же концентрации Pb в урбанизированной почве.
Отмеченное в наших опытах уменьшение роста корней под влиянием Pb и Cd, по-видимому, является результатом замедления клеточного деления под влиянием ионов Cd, тогда как ионы Pb оказывают направленное воздействие на микротрубочки (Ваулина и др., 1978; Мельничук, 1990).
Кроме угнетения клеточного деления возможными причинами замедления роста корней в присутствии избытка Pb и Cd могут быть: нарушение ТМ процессов растяжения клеток, изменение гормонального баланса, ингибирование клеточного метаболизма (Кабата Пендиас, Пендиас, 1989; Таланова и др., 2001б). По литературным данным увеличение концентрации Cd (800 и 1000 мг/кг) приводит к гибели корневой системы растения (Казнина, 2003). Однако при действии отмеченных концентраций Pb и Cd в растениях овса посевного сохраняется согласованность основных метаболических процессов, что обеспечивает возможность их роста и развития в условиях повышенного, содержания ТМ в урбанизированной почве. Наряду с токсическим действием ТМ существуют механизмы детоксикации, отражающие взаимодействие частей и органов в системе целого растения. К числу таких механизмов относятся:
- 1) задержка поглощения ТМ корнями; 2) способность растения регулировать их транспорт из корней в побег; 3) функционирование ряда барьеров (корень - стебель, стебель - соцветие) на пути транспорта металлов к наиболее важным для жизнедеятельности растений органам; 4) участие трихом в их выведении из клеток (Полевой, Саламатова, 1991; Clemens et al., 2002).
Похожие статьи
-
Важное место за оценкой экологического состояния природной среды и создания методик по охране окружающей среды от загрязнения ТМ отведено огромное место...
-
Растения являются маркерами геохимического состояния среды, ввиду аккумуляции металлов из воздуха и загрязненных почв, способны накапливать разные виды...
-
Кадмий - ТМ, который даже в низких концентрациях действует как кумулятивный яд, оказывает токсичное воздействие на живые организмы (Волошин, 1998)....
-
Техногенное загрязнение почв с каждым годом катастрофически возрастает, особенно в мегаполисах с преобладанием промышленных центров. Это свою очередь,...
-
Окислительно-восстановительные ферменты участвуют в разложении токсических соединений H2O2 (каталаза), формировании почвенного плодородия (пероксидаза,...
-
Для снижения отрицательного последствия распространения ТМ в природной среде используются мероприятия, которые направлены на предотвращение объектов...
-
Чувствительным индикатором антропогенного загрязнения почв является ее ферментативная активность (Хазиев, 2005). Ведущую роль в почвенной биодинамике...
-
Для проведения лабораторного опыта почва отбиралась из верхнего горизонта ( 0-20см). Перед проведением анализа почву предварительно высушили, очистили от...
-
Объект исследования В качестве объекта исследований была использована урбанизированная почва (среднемощная, малогумусная, среднесуглинистая), отобранная...
-
Основная часть миграции ТМ в биосфере (биологические, атмосферные, водные) берет свое начало в почве, т. к. в ней наблюдается мобилизация металлов, и...
-
Кадмий и растения - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Кадмий поступает в растения, в основном, за счет почвы. Значительная доля Cd, попадающего в почву, связывается с почвенными химическими комплексами,...
-
Оценка последствий воздействия автотранспорта на придорожные участки включает в себя исследование механизмов распространения загрязнителей в окружающей...
-
Деятельность человека оказывает значительное влияние на состояние литосферы. При этом наибольшую антропогенную нагрузку испытывает ее поверхностный слой...
-
Свинец и растения - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
По современным представлениям, свинец не является физиологически необходимым элементом для растений. Однако есть и другое мнение, согласно которому...
-
Кадмий (Cd), Кадмий и почвы - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Кадмий и почвы В почвы кадмий поступает в составе отходов, образующихся при добыче и переработке цинковых, свинцово-цинковых, медно-цинковых руд; в виде...
-
Влияние Чернобыльской аварии на природу - Трагедия на Чернобыльской АЭС
1. Изменения в экосистемах Самым первым этапом исследований влияния радиации на природу Чернобыльской зоны является выяснение уровня радиоактивного...
-
Экологические факторы среды обитания - Основы экологии
Среда обитания. Часть природы (совокупность конкретных абиотических и биотических условий), непосредственно окружающая живые организмы и оказывающая...
-
Кадмий и человек - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Основным источником отравлений Cd является работа в промышленности. Виды деятельности, при которых повышается риск отравления кадмием, таковы: *...
-
Приземный слой атмосферы довольно сильно загрязнен катионами тяжелых металлов. Источником такого загрязнения являются как различные предприятия, так и...
-
Кадмий и удобрения - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
В зависимости от доз и наличия фосфорных удобрений, кадмий в почве накапливается в разных количествах. Опасным накоплением кадмия считается 3 мг/кг, в...
-
Свинец (Pb), Свинец и почвы - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Свинец и почвы Из атмосферы в почву свинец попадает чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяется, переходя в гидроксиды, карбонаты или форму...
-
Биогеохимические свойства свинца и кадмия - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Свинец - голубовато-серый, мягкий, но тяжелый металл. Среднее содержание свинца в земной коре составляет 1,6-10-3%, его количество в почве колеблется от...
-
Свинец и человек - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями во всем мире признается одной из главных проблем экологии и охраны здоровья населения. Свинец...
-
Словарь терминов - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) - Агентство по токсическим веществам и регистрации заболеваний. Основано в Атланте, штат...
-
Классификация почвенных загрязнений Под загрязнением почв понимают увеличение концентраций содержащихся в почве веществ выше предельно допустимого...
-
Заключение - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Неконтролируемое загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) угрожает здоровью людей. В данной работе были представлены сведения о двух тяжелых...
-
Незамкнутость техногенного круговорота приводит к загрязнению природной среды, в том числе почвы, различными химическими веществами: тяжелыми металлами,...
-
Влияние отходов на почву - Экология нефтегазодобывающих комплексов
При этом следует рассматривать вопросы агроэкологической оценки загрязняющего влияния ОБР, БСВ, Ш и отдельных химреагентов. Что касается воздействия ОБР...
-
Аккумуляция тяжелых металлов (Mn, Co, Ni) в растениях нижнего течения р. Иле
В последние годы наблюдается увеличение загрязнения окружающей среды, в том числе и тяжелыми металлами. Исследования подтвердили огромный ущерб...
-
Пестициды - химические препараты, используемые для борьбы с вредителями и возбудителями болезней растений, сорняками, вредителями древесины и другого...
-
Почва - это поверхностный слой литосферы, твердой оболочки Земли, контактирующий с воздушной средой. Почва - плотная среда, состоящая из отдельных...
-
Современные традиции развития энергетики - Энергия - проблема роста и потребления
В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех...
-
Альдрин (аглюкон, вератокс) - инсектицид, отличающийся большой устойчивостью, кумулятивностью и токсичностью. Это сильнодействующее ядовитое вещество,...
-
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ВЛИЯНИЕ НА СОСТОЯНИЕ ПОЧВЫ - Экология почв
Трудности сельскохозяйственного использования и оценки влияния осушительной мелиорации на продуктивность луговых текстурно-дифференцированных почв...
-
Антропогенное воздействие на почвы - Основы экологии
Механическое воздействие на почву -- пахота, перемещение почвы, уплотнение, уничтожение. Степень распаханности почв на разных материках колеблется в...
-
В этой главе рассмотрим последствия негативного влияния человека на окружающую среду: на атмосферу, гидросферу, почвы, растительный и животный мир....
-
С исторической точки зрения интерес проблеме загрязнений почв появился с исследованием плодородия, поскольку такие элементы, как железо, марганец, медь,...
-
Объект и методы исследования Объект исследования. Систематика:CORMOPHYTA - Высшие растения Отдел: Maqnoliophyta (Anthophyta) - Цветковые или...
-
Регуляторы роста растений - Загрязнение веществами и соединениями, применяемыми в растениеводстве
Регуляторы роста растений ( РРР ) применяют с целью влияния на процессы роста, развития и жизнедеятельности растений, обеспечения урожайности, улучшения...
-
Среди серосодержащих техногенных эмиссий наиболее фитотоксична двуокись серы. Установлено, что SO2 является сильнодействующим ассимиляционным ядом. В...
Рост и развитие овса посевного в урбанизированной почве - Влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанозема и фитоэкстракция тяжелых металлов