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

Накопление хрома в донных отложениях водоёмов пригородной зоны отдыха
Развитие промышленности и сельского хозяйства в последние десятилетия шло в основном с использованием традиционных методов без особого учета современных экологических требований. Все это пр ...

Проблемы охраны окружающей среды
Если все время существования нашей планеты условно принять за один год, то человек разумный появился на ней 31 декабря во второй половине дня. Первые древнейшие цивилизации возникли 36 секу ...

Металлургические предприятия и экология
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расшири ...