Особенности накопления тяжелых металлов в организме гидробионтов

Поглощение металлов (как и вообще минеральных элементов) растительным организмом - сложный процесс, состоящий из нескольких сопряженных этапов, характеризующих своими механизмами, приуроченными к определенным структурным компонентам тканей растений.

Исходя из современных сведений по данному вопросу, в поглощении, транспорте и метаболизме минеральных элементов растениями можно выделить следующие основные этапы:

обогащение ионами свободного пространства апопласта (происходящее за счет обменной адсорбции, диффузии, пассивной физико-химической адсорбции);

преодоление мембранного барьера - проникновение ионов в симпласт;

радиальное передвижение по тканям корня и сосудистым проводящим пучкам;

активное включение поступающих ионов в метаболизм;

вертикальное передвижение ионов по стеблям, черешкам и ветвящимся жилкам листьев;

поступление в синтезирующие клетки, утилизация и реутилизация, отток в репродуктивные органы;

транспорт ассимилятов и ионов вниз по флоэме, в корни [16].

При поступлении в растения тяжелых металлов наибольшее значение приобретают первые три этапа, а также передвижение ионов из корней в надземные органы растений. Показано, что для различных ионов апопластический путь передвижения может иметь неодинаковое значение. Так, существуют данные [17], что пассивное прохождение через апопласт играет важную роль не только в поглощении Са и Mg, но и тяжелых металлов. Тяжелые металлы типа Pb, Cd, и Zn аккумулируются в свободном пространстве корня. Концентрация Са и других двух- и трехвалентных ионов в свободном пространстве влияет на поглощение тяжелых металлов, поскольку она действует на проницаемость апопласта для ионного транспорта. Поглощение свинца корнями растений уменьшается линейно с увеличением логарифма концентрации Са в растворе. Катионообменная способность корней также влияет на накопление ионов в свободном пространстве.

Важнейшим этапом в процессе поглощения растениями ионов металлов является преодоление ими структурного барьера - биологической мембраны. По-видимому, при поглощении тяжелых металлов происходит сочетание быстрой адсорбции с активным поглощением. В кинетике поглощения цинка растениями отмечены три стадии:

. начальная (60-90 мин) быстрая, в основном за счет обменной адсорбции;

. более медленная (около 3 ч), отражающая поступление ионов через наружные диффузные барьеры протопластов;

. длительная, с низкой скоростью активного накопления цинка [17].

Есть основания полагать, что отмеченная схема активных и пассивных процессов является общей для поглощения и других тяжелых металлов. Путь по свободному пространству и пассивное поглощение имеют большое значение при поступлении тяжелых металлов, особенно при повышенных концентрациях их в среде. Haynes [18] считает, что пассивная физико-химическая адсорбция весьма важна в поглощении тяжелых металлов корнями растений. Возможно, для некоторых металлов типа свинца, концентрация которых в среде за последнее время резко увеличилась, превалирование пассивного характера поступления возросло. Электронно-микроскопическое исследование показало, что ионы свинца при повышении их концентрации в растворе могут проникать путем диффузии не только через клеточные стенки, но и сквозь плазмалемму и тонопласт [19].

Весьма важное значение в дальнейшей судьбе поглощенных ионов имеют их радиальное передвижение в кортексе корня и пути попадания в ксилемный поток. После поглощения ионы могут передвигаться в тканях корня как симпластическим, так и апопластическим путем. Оба пути транспорта могут сменять друг друга. Механизмы поступления ионов в ксилему полностью еще не выяснены. Во всяком случае, на пути ионов из корня в стебель они преодолевают серьезный барьер, который при поступлении тяжелых металлов может становиться решающим. Как известно, одним из механизмов устойчивости к тяжелым металлам является ограничение поступления их из корней в надземную часть [20]. У многих растений тяжелые металлы, в первую очередь свинец и кадмий, остаются в корнях и почти не проникают в надземные органы. Немаловажная роль в ограничении вертикального передвижения металлов принадлежит, вероятно, корневой шейке.

Следует учитывать, что, поступая в живые системы и проявляя токсичность, тяжелые металлы часто характеризуются аддитивным действием. Это отмечено, например, по отношению к свинцу и кадмию, меди, никелю и цинку. Возникают антропогенные биогеохимические провинции, характеризующиеся повышенным содержанием целого комплекса металлов [21]. В то же время высокое содержание металлов способно вызвать нарушение структуры клеточных мембран. Это, в свою очередь, может явиться дополнительным фактором усиления пассивного диффузного поступления тяжелых металлов в клетки растений.

Перейти на страницу: 1 2 3 4

Другие статьи

Влияние загрязнения атмосферного воздуха на состояние рябины обыкновенной
среды и связанные с ними теоретические и прикладные экологические проблемы необычайно актуальны, так как города становятся основной средой обитания человека. В последние десятилетия наблюда ...

Воздействие промышленности на животных и окружающую среду
Человек издавна оказывал влияние на природу, воздействуя как на отдельные виды животных, так и на сообщества в целом. Но лишь в текущем столетии рост населения, а главным образом качественн ...

Переработка отходов полимеров
Двадцатый век - век научно-технического прогресса. В тот период объем производства вырос более чем в сто раз благодаря значительному расширению научных открытий и внедрения их в новейшие те ...