Влияние тяжелых металлов на рост и развитие растений - Влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанозема и фитоэкстракция тяжелых металлов

Растения являются маркерами геохимического состояния среды, ввиду аккумуляции металлов из воздуха и загрязненных почв, способны накапливать разные виды металлов в зависимости от деятельности промышленного предприятия (Argьello et al., 2007).

Увеличение концентрации металлов в почве снижает общую биологическую активность. Это, в свою очередь проявляется в росте и развитии растения, при этом реакция растения на избыток загрязнителя у всех по-разному. Эксперименты подтвердили неравномерность распределения металлов по органам растений. Концентрация химических элементов в растениях различается в разных его частях, зависит от возраста фазы и развития. В значительной степени концентрация металла высока в листьях. Это связано с накоплением ТМ ввиду перехода их в малоподвижное состояние (Ефремова, Губин, 2006; Опекунова, Захарян, 2012).

Содержание этих элементов в разных частях растений может находиться в широких диапазонах. Как известно, некоторые ТМ в небольших количествах необходимы растениям. Содержание Pb в диапазоне 2-6 мкг/кг сухого вещества способствует дефициту его в надземной части растения (Berti,1996; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). К примеру, даже при высоком содержании Pb в почве, из-за того, что он находится в виде малорастворимых соединений, его содержание в почве не выходит за пределы 50 мг/кг. В сильно загрязненных Pb почвах индийская горчица способна накапливать лишь 200 мг/кг токсиканта, которая хотя и является генетически предрасположенной к усвоению ТМ (Добровольский, 2003).

Ионы Cd способствуют образованию некрозов и хлорозов на листьях и замедление роста стебля и корня растения. Биохимические и физиологические процессы объясняют данные явления. Cd на клеточном уровне ингибирует фотосинтез растений. Объясняется это взаимодействием Cd c ферментами, выполняющими роль катализаторов (Хаданович, 2010).

Ионы ТМ оказывают отрицательное влияние на деление клеток. Доказано, что сильное деление клеток осуществляется в апикальных меристемах корня и побега. Все органы растения формируются, главным образом, за счет функционирования меристематических клеток (Медведев, 2004). Исследования показали, что присутствие ТМ в больших дозах замедляют деятельность клеточных делений, уменьшают численность клеток на всех фазах митоза, увеличивают длительность митотического цикла (Серегин, Иванов, 2001).

Кроме отрицательного влияния на митотический цикл, ТМ способствуют замедлению на постсинтетический (G2) и пресинтетический (G1) этапы клеточного деления. Нарушения цитогенетических и меристематических процессов в клетке корня, также вызывает повышение концентрация ТМ.

К примеру, при увеличении концентрации Cd в растворе в фазе деления клеток у растения Crepis capillaries отмечается спирализация хромосом, образование тетраплоидных клеток, неравное распределение хромосом к полюсам клетки (Ваулина и др., 1978). Аналогично ведут себя и др. ТМ: Zn, Ni, Pb (Довгалюк и др., 2001; Демченко и др., 2005). Отмечено, что ТМ - Сd, Ni ведут к повреждению ядер, нарушают синтез РНК и подавляют активность рибонуклеазы. Основополагающей причиной нарушений клеточного деления является его связывание ионами металлов белков и ферментов, отвечающих за митоз.

В конечном итоге, активность белков уменьшается. (Иванов и др., 2003; Серегин, Кожевникова, 2006). В исследованиях, проведенных по изучению воздействия Pb и Cd на апикальные стеблевые меристемы (апекс, конус нарастания) однолетних злаков.

Замечено, что малая концентрация металлов в растворе способна не только уменьшить размер апекса, но и вести к снижению темпов заложения репродуктивных и вегетативных органов (Казнина, 2003). Большие концентрации уксуснокислого Cd (800 и более мг/кг субстрата) приводят к нарушению у растений органогенеза, остановке роста и развития конуса нарастания (Казнина и др., 2006).

Важно отметить, что ТМ, проявляя мутагенные действия, могут вызывать хромосомные изменения, соли же ТМ способствуют возрастанию хромосомных изменений в метафазе клетки. Это происходит ввиду взаимодействия молекул ДНК с ионами металлов, уменьшая стабильность структуры клеток (Wierzbicka, 1994; Яхин и др., 2009).

Как известно, ТМ оказывают отрицательное действие и на растяжение клеток. Например, Cd в концентрации 50 мг/кг ингибирует рост корневой системы у растений - ячменя, риса, кукурузы и пшеницы (Яхин и др., 2009).

Механизм растяжения ростом при воздействии ТМ проявляется в снижении эластичности стенок клеток. Имея большое сродство к SН-группам, в составе клеточной стенки образуются прочные связи белков с ионами металлов, которые препятствуют ее растяжению. Наличие ТМ повреждает структуру микротрубочек, что связано с уменьшением эластичности стенок клетки и нарушением водного баланса клетки (Иванов и др., 2003). ТМ способны образовывать активные формы кислорода и другие свободные радикалы. ТМ являются причиной окисления компонентов клеточных стенок (Ваулина и др., 1978). Это, в свою очередь, отрицательно отражается на росте растяжением. Также соли ТМ негативно влияют на минеральное питание, гормональный баланс, процессы дыхания и фотосинтеза (Sandalio et al., 2001).

Похожие статьи




Влияние тяжелых металлов на рост и развитие растений - Влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительных ферментов урбанозема и фитоэкстракция тяжелых металлов

Предыдущая | Следующая