Токсичность и толерантность

Общее свойство растений – толерантность – это способность сохранять жизнедеятельность в условиях избытка микроэлемента в окружающей среде, в основном в почве. Низшие растения – микроорганизмы, мхи, печёночники и лишайники обнаруживают особенно высокую степень адаптации к токсичным концентрациям некоторых микроэлементов. Вопросы участия микроорганизмов в круговороте микроэлементов-металлов и их устойчивость к высоким уровням содержаний металлов всесторонне рассмотрены рядом авторов.

Хотя высшие растения менее устойчивы к повышенным концентрациям микроэлементов, известно, что они также могут накапливать эти металлы и развиваться в почвах, загрязнённых большим количеством разнообразных микроэлементов. Многие исследователи пытались определить, что понимается под термином «толерантность» растений. Этот термин относится как к видам, произрастающим в областях с сильным загрязнением, так и к отдельным растениям, способным выживать при более высоких содержаниях токсичных элементов по сравнению с другими.

Сопротивляемость растений действию тяжёлых металлов имеет особое значение. Практические задачи и интересы, касающиеся толерантных к металлам организмов, могут быть связанны со следующими проблемами:

1) микробиологическое происхождение месторождений руд металлов;

2) круговорот металлов в среде;

3) геоботанические методы поисков полезных ископаемых, т.е. использование толерантных и чувствительных растений для поиска природных рудных месторождений;

4) микробиологическая экстракция металлов из бедных руд;

5) выращивание растений на токсичных отходах;

6) микробиологическая очистка сточных вод;

7) развитие сопротивляемости микроорганизмов к металлсодержащим фунгицидам и пестицидам.

Развитие толерантности к металлам происходит довольно быстро и, как известно, имеет генетическую основу. Эволюционные изменения, вызванные тяжёлыми металлами, обнаружены ныне у большого числа видов, произрастающих на обогащённых металлами почвах. Такие изменения отличают эти растения от популяций тех же видов, растущих на обычных почвах. Виды высших растений, обнаруживающие толерантность, принадлежат обычно к следующим семействам: Caryophyllaceae, Cruciferae, Cyperaceae, Gramineae, Leguminosae и Chenopodiaceae.

Известно, что различные грибы способны накапливать высокие концентрации легкорастворимых и/или легколетучих элементов, таких, как Hg, Se, Cd, Cu и Zn. Верхний критический уровень содержаний элемента равен наименьшей концентрации его в тканях, при которой возникают токсические эффекты. Макникол и Бекетт провели обработку большого числа опубликованных данных с целью оценки критических уровней по 30 элементам, из числа которых наиболее охвачены Al, As, Cd, Cu, Li, Mn, Ni, Se, Zn. Полученные этими авторами значения верхних критических уровней содержаний для каждого элемента весьма непостоянны, что отражает, с одной стороны, влияние взаимодействия с другими элементами, а с другой – увеличение сопротивляемости растений к высоким содержаниям элементов в тканях.

Механизмы сопротивляемости растений действию микроэлементов были предметом многих детальных исследований, которые показали, что может наблюдаться как высокоспецифичная, так и групповая толерантность к металлам. Выделяются внешние факторы. Такие, как низкая растворимость и низкая подвижность катионов в окружающей корни растений среде, а также антагонистическое действие ионов металлов. Истинная толерантность, однако, связанна с внутренними факторами. Она не представляет собой некий единый механизм, а включает в себя несколько метаболических процессов:

1) селективное поглощение ионов;

2) пониженную проницаемость мембран или другие различия в их структуре и функциях;

3) иммобилизацию ионов в корнях, листьях и семенах;

4) удаление ионов из метаболических процессов путём отложения (образования запасов) в фиксированных и/или нерастворимых формах в различных органах и органеллах;

5) изменение характера метаболизма – усиление действия энзиматических систем, которые подвергаются ингибированию, возрастание содержания антагонистических метаболитов или восстановление метаболических цепей за счёт пропуска ингибированной позиции;

6) адаптацию к замещению физиологического элемента токсичным в энзиме;

7) удаление ионов из растений при вымывании через листья, соковыделении, сбрасывании листьев и выделении через корни.

Некоторыми авторами приведены доказательства того, что толерантные растения могут стимулироваться в своём развитии повышенным количеством металлов, что свидетельствует об их физиологической потребности в избытке определённых металлов по сравнению с основными генотипами или видами растений. Однако в физиологии толерантности к металлам многие моменты ещё не ясны. Устойчивость растений к повышенным содержаниям микроэлементов и их способность накапливать предельно высокие концентрации микроэлементов могут представлять большую опасность для здоровья людей, так как допускают проникновение загрязнений в пищевые цепи.

Перейти на страницу: 1 2 

Другие статьи

Народное хозяйство и окружающая среда
Природа – первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей людей. У природы и общества наряду с общими чертами есть и свои специфические черты. Вся общественная жизнь, производ ...

Зарождение и эволюция биосферы Земли
Одной из наиглавнейших особенностей планеты Земля есть существование на ней жизни - этим она отличается от всех своих соседок-планет. Появление и развитие жизни на Земле - это уникальное ...

Проблемы очистки атмосферного воздуха
Проблема очистки воздуха в зоне жизни человека от разнообразных загрязнений, вносимых промышленностью, от аэрозолей и бактерий является одной из наиболее актуальных проблем. Трактаты по воп ...