Растения аккумуляторы тяжелых металлов
Обновлено: 19.04.2024
Мировой опыт показывает, что существуют виды растений, накапливающие избыток тяжелых металлов, а также виды, аккумулирующие пестициды и разрушающие их до безвредного состояния. Известны так называемые рудеральные растения, произрастающие на загрязненных, бросовых территориях: сарептская горчица, ярутка, бурачок, конопля, лебеда и др. Выявлено, что некоторые дикие злаковые растения также приспособлены к загрязненным условиям почвы тяжелыми металлами.
Виды растений, накапливающие избыток металлов (сверхнакопители), привлекают внимание ученых всего мира. Пороги накопления разнятся для различных металлов (табл. 4).
Таблица 4. Предельные концентрации различных металлов у растений сверхнакопителей.
| Содержание металла, мкг/г сухого веса | Накопление металла, % от сухого веса | Накапливаемый металл |
| 0,01 0,10 1,00 | Cd, As и некоторые другие микроэлементы Co, Cu, Cr, Ni и Pb Mn и Ni |
Растения-сверхнакопители металлов - это чрезвычайно интересные модельные организмы, которые преодолели большинство физиологических барьеров, ограничивающих накопление металлов в побегах и токсическое действие металлов. В природе сверхнакопители чаще всего встречаются в зонах сильного загрязнения металлами или в зонах, где концентрация металлов необычно высока. Среди видов наземных растений, впервые описанных как сверхнакопители, мы находим представителей рода Thlaspi, которые накапливают Zn, Cd и Pb, и рода Alyssum, накапливающих Ni. Особый интерес представляют накопитель Zn Thlaspi caerulescens, накопитель Pb Armeria maritima и два африканских вида растений, Aeolanthus biformifolius и Haumaniastrum katangense, накапливающих Сu и Со
Позже были описаны сверхнакопители селена и свинца, например, Brassica juncea и В. nigra. В вегетационных опытах с почвенной культурой герани с запахом лимона (Pelargonium сорт Frenshain) растения накапливали высокие концентрации Cd, Pb, Ni и Сu. Растения-сверхнакопители металлов обитают на почвах, обогащенных металлами, и накапливают их в побегах до концентраций, которые на 1-3 порядка превышают концентрации металлов в тканях растущих рядом "нормальных" растений. Сверхнакопление показано для следующих металлов (% в расчете на биомассу надземных органов): кадмия (до 0,2%), кобальта (до 1,2%), никеля (до 3,8%) и цинка (до 4%); содержание селена, который не является металлом, достигает 0,4%, а металлоида мышьяка – 0,75%.
Практически выгодная возможность использовать растения-сверхнакопители определяется скоростью накопления металлов (г металла на кг растительной ткани), помноженной на скорость накопления биомассы (кг биомассы на га в год), так что количество удаленного из почвы металла имеет размерность г металла на г растительной биомассы с га в год.
Для того чтобы приобрести практическое значение, растения должны удалять от нескольких сот до тысячи кг металла/(га год), но даже при такой скорости удаления загрязнителя очистка может растянуться на 15—20 лет, в зависимости от начальной концентрации металла и глубины загрязненного слоя почвы. Однако у некоторых видов-сверхнакопителей токсичные металлы тормозят накопление биомассы. Так, исходя из теоретических расчетов, основанных на скорости накопления цинка растениями Thlaspi в 125 кг/(га*год), на восстановление типичного участка может уйти 16 лет. Создается впечатление, что такиесроки улучшения почв слишком велики для практического использования технологии.
Растения слабо усваивают многие тяжелые металлы – например, тот же свинец – даже при их высоком содержании в почве из-за того, что они находятся в виде малорастворимых соединений. Поэтому концентрация свинца в растениях обычно не превышает 50 мг/кг, и даже индийская горчица, генетически предрасположенная к поглощению тяжелых металлов, накапливает свинец в концентрации всего 200 мг/кг, даже если растет на почве, сильно загрязненной этим элементом.
Проблему удалось решить, когда обнаружили, что поступление тяжелых металлов в растения стимулируют вещества (например, этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭТДА)), образующие с металлами в почвенном растворе устойчивые, но растворимые комплексные соединения. Так, стоило внести подобное вещество в почву, содержащую свинец в концентрации 1200 мг/кг, как концентрация тяжелого металла в побегах индийской горчицы возрастала до 1600 мг/кг!
Успешные эксперименты с этилендиаминтетрауксусной кислотой позволяют предположить, что растения усваивают малорастворимые соединения тяжелых металлов в результате того, что их корни выделяют в почву какие-то природные вещества-комплексообразователи. Например, известно, что при недостатке в растениях железа их корни выделяют в почву так называемые фитосидерофоры, которые переводят в растворимое состояние содержащиеся в почве железосодержащие минералы. Однако было замечено, что фитосидерофоры способствуют и накоплению в растениях меди, цинка, марганца.
Лучше всего изучены фитосидерофоры ячменя и кукурузы – мугеиновая и дезоксимугеиновая кислоты, а также выделяемая овсом авениковая кислота; роль фитосидерофоров, возможно, играют и некоторые белки, обладающие способностью связывать тяжелые металлы и делать их более доступными для растений.
Доступность для растений тяжелых металлов, связанных с частицами почвы, повышают и находящиеся в мембранах корневых клеток ферменты редуктазы. Так, установлено, что у гороха, испытывающего недостаток железа или меди, повышается способность восстанавливать ионы этих элементов. Корни некоторых растений (например, фасоли и других двудольных) могут при недостатке железа повышать кислотность почвы, в результате чего его соединения переходят в растворимое состояние. В повышении биологической доступности тяжелых металлов немалую роль может играть и корневая микрофлора.
Дальнейшего развития методов фиторемедиации можно ожидать после того, как методами генной инженерии будут созданы растения, способные более эффективно, чем известные виды, концентрировать тяжелые металлы.
Особенности поглощения и миграции тяжелых металлов в органах растений в условиях среднего Приобья Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»
Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Иванова Н. А., Шарф Н. А.
В представленной работе изучена способность растений поглощать тяжелые металлы. На основе гистохимического анализа органов растений были выявлены растения-аккумуляторы:
Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Иванова Н. А., Шарф Н. А.
Trifolium repens, Мelianthus annuus, Carex acuta, Silene vulgaris.In the given work ability of plants to concentrate heavy metals is studied. The chemical analysis of fabrics of bodies of plants has revealed plants-stores: Trifolium repens, Мelianthus annuus, Carex acuta, Silene vulgaris.
Текст научной работы на тему «Особенности поглощения и миграции тяжелых металлов в органах растений в условиях среднего Приобья»
БИОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ
— кандидат биологических наук, профессор кафедры экологии, Нижневартовский государственный гуманитарный университет;
— аспирант кафедры экологии, Нижневартовский государственный гуманитарный университет
ОСОБЕННОСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ И МИГРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНАХ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕГО ПРИОБЬЯ
АННОТАЦИЯ. В представленной работе изучена способность растений поглощать тяжелые металлы. На основе гистохимического анализа органов растений были выявлены растения-аккумуляторы: Trifolium repens, Melianthus annuus, Carex acuta, Silene vulgaris.
In the given work ability of plants to concentrate heavy metals is studied. The chemical analysis of fabrics of bodies of plants has revealed plants-stores: Trifolium repens, Melianthus annuus, Carex acuta, Silene vulgaris.
В условиях нарастания загрязнения городской среды тяжелыми металлами особая роль отводится зеленым насаждениям, которые выступают в качестве барьера на пути их распространения. Необходимо отметить, что влиянию тяжелых металлов на растения посвящено довольно большое число работ [2, 5, 6, 7, 8, 9].
Многие растения обладают способностью перераспределять и аккумулировать тяжелые металлы в большом количестве [12].
В связи с этим весьма актуальным является поиск растений, накапливающих тяжелые металлы в существенных количествах в надземных органах, для целей их использования в фиторемедиации — наиболее экологичном и эстетичном способе рекультивации загрязненных территорий как промышленного, сельскохозяйственного, так и рекреационного назначения [11].
Задачей нашего исследования является выявление видов растений, являющихся интенсивными накопителями тяжелых металлов на территории Среднего Приобья для целей фиторемедиации.
Исследования проводили на территории г.Нижневартовска Ханты-Мансийского автономного округа — Югры в период с марта 2007 г. по сентябрь 2009 г.
Объектами исследований выступили 19 видов дикорастущих растений: клевер ползучий, полынь обыкновенная, марь белая, подсолнечник однолетний, козлобородник сибирский, осока острая, горошек мышиный, смолевка обыкновенная, горец почечуйный, подорожник большой, донник лекарственный, подмаренник северный, рябина сибирская, осина обыкновенная, береза пушистая, ива козья, ива белая, ромашка пахучая, иван-чай.
Травянистые растения отбирали на участках улиц с интенсивным движением автотранспорта (Мира, Интернациональная, Дзержинского, Нефтяников, Северная) на расстоянии одного метра от дороги, а листья и стебли древесных растений — на расстоянии 20 м. Контрольный участок для отбора растений был расположен в сквере МОСШ № 13.
Для понимания механизмов поступления и распределения металлов в растительных организмах применяли дитизоновую методику, предложенную И.В. Серегиным и В.Б.Ивановым, успешно используемую ими и некоторыми другими авторами [1, 3, 4, 10] в собственных лабораторных исследованиях растений.
Основное действующее вещество используемого в работе реактива — дитизон, кристаллы которого приобретают красное окрашивание в присутствие металлов (Fe, Zn, Cu, Pb, Cd, Ш, ^, ^ и др.).
Реактив готовили по методике И.В.Серегина, В.Б.Иванова [14] непосредственно перед использованием. Обработанные реактивом срезы просматривали под бинокулярным микроскопом. Локализацию металлов определяли по характерному окрашиванию.
По интенсивности окраски срезов органов растений судили об их способности накапливать тяжелые металлы. Характер накопления зависит как от физико-химических характеристик субстрата и содержащихся в нем ионов, так и от эколого-биологических особенностей вида.
Изучение аккумуляции тяжелых металлов в растениях, собранных на участках улиц с интенсивным движением автотранспорта, позволило выявить ряд закономерностей.
Корневая система большинства видов растений обладает высокой аккумулирующей способностью.
Гистохимический анализ распределения тяжелых металлов в тканях смолевки обыкновенной, клевера ползучего, осоки острой и подсолнечника однолетнего показал, что тяжелые металлы интенсивно накапливались в корнях, стеблях и листьях. Данные виды растений можно отнести к группе растений-аккумуляторов.
Поступление тяжелых металлов в ткани центрального цилиндра растений-аккумуляторов доказывает, что эндодерма не является универсальным барьером, ограничивающим транспорт тяжелых металлов в стель [13].
По срезам корней, стеблей и листьев растений было обнаружено, что горошек мышиный, иван-чай, ромашка пахучая не накапливали тяжелые металлы в органах. Согласно классификации М.Г.Опекуновой [12], данные виды являются индифферентными.
Растения подмаренник северный, подорожник большой, горец почечуйный, козлобородник сибирский мы отнесли к растениям-исключателям, согласно классификации В.Б.Серегина, А. Д.Кожевниковой [13], поскольку у этих растений поглощаемые тяжелые металлы задерживались в корневой системе и практически не поступали в побеги.
По данным В.Б.Серегина, А.Д.Кожевниковой [13], у растений-исключателей низкое содержание металлов в надземных органах определяется барьерной функцией эндодермы корня.
Такие растения, как донник лекарственный, марь белая, полынь обыкновенная интенсивно накапливали тяжелые металлы в корнях и стеблях.
Среди изученных древесных видов растений высокая аккумуляция тяжелых металлов наблюдалась в первичной коре и ксилеме стебля ивы белой и ивы козьей. У осины обыкновенной и березы пушистой тяжелые металлы концентрировались во всех тканях стебля. Максимальная степень аккумуляции тяжелых металлов была обнаружена в коре березы пушистой. Листья всех представленных видов древесных и кустарниковых растений накапливали тяжелые металлы в значительно меньшем количестве.
Наибольшее загрязнение травянистых и древесных растений тяжелыми металлами наблюдалось на участках улицы Мира. В меньшей степени они аккумулировали тяжелые металлы на участке сквера в районе МОСШ № 13, где движение транспорта практически не наблюдается.
Исходя из результатов гистохимического анализа, по способности аккумулировать тяжелые металлы были выделены три группы растений: исключатели, индифферентные, аккумуляторы. Растения-исключатели: подорожник большой, подмаренник северный, козлобородник сибирский, горец почечуйный; индифферентные: горошек мышиный, иван-чай, ромашка пахучая; растения-аккумуляторы: клевер ползучий, подсолнечник однолетний, смолевка обыкновенная, осока острая.
Таким образом, главной задачей фиторемедиации почв по отношению к токсическим металлам является подбор культур фиторемедиантов. Они должны относиться к высокотолерантным растениям безбарьерного типа, обеспечивающим наиболее высокий вынос элементов-токсикантов в надземной массе [11].
На основе полученных результатов на территории г.Нижневартовска, относящейся к средней таежной подзоне, для фиторемедиации почв мы рекомендуем использовать следующие виды растений: клевер ползучий, подсолнечник однолетний, осоку острую, смолевку обыкновенную.
1. Аксютина Ю.В. Гистохимическое изучение распределения кадмия, цинка и меди в тканях и вегетативных органах некоторых сельскохозяйственных растений // Биология — наука ХХ1 века: Тез. докл. 6-й Пущинской школы-конференции молодых ученых. Тула, 2002. Т. 2. С. 6—7.
2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л., 1987.
3. Башмаков Д.И. Эколого-физиологические аспекты аккумуляции и распределения тяжелых металлов у высших растений: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Н.Новгород, 2002.
4. Башмаков Д.И. Поглощение и транслокация тяжелых металлов в проростках огурца // Экологическая ботаника: наука, образование, прикладные аспекты: Тез. док. междунар. конф. Сыктывкар, 2002. С. 33—34.
5. Гармаш Г.А., Гармаш Н.Ю. Распределение тяжелых металлов по органам культурных растений // Агрохимия. 1987. № 5. С. 40—47.
6. Гуральчук Ж.З. Механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам // Физиология и биохимия культурных растений. 1994. Т. 26. № 2. С. 107—117.
7. Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Клименко Г.А. Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами. М., 1989.
8. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва—растение. Новосибирск, 1991.
9. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989.
10. Кожевникова А. Д. Распределение никеля, кадмия, свинца и стронция в прорастающих зерновках кукурузы // Мат-лы VII молодеж. конф. ботаников. СПб., 2004. С. 127—128.
11. Кудряшова В.И. Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими растениями: Дис. . канд. биол. наук. Саранск, 2003.
12. Опекунова М.Г. Биоиндикация загрязнений: Учеб. пособие. СПб., 2004.
13. Серегин И.В., Кожевникова А.Д. Роль тканей и побега в транспорте и накоплении кадмия, свинца, никеля и стронция // Физиология растений. 2008. № 1. С. 3—26.
14. Серегин И.В., Иванов В.Б. Гистохимические методы изучения распределения кадмия и свинца в растениях // Физиология растений. 1997. Т. 44. № 6. С. 915—921.
Растения аккумуляторы тяжелых металлов
У широкоформатной печати есть особые конкурентные преимущества, которые выделяют ее на фоне других видов рекламы. Стоит обозначить, что в первую очередь, это мощная, но простая коммуникация, которая является важным фактором в достижении успеха в любом бизнесе.
Москва – потрясающий город с удивительными красотами. Чтобы осмотреть все многочисленные достопримечательности, понадобится не меньше месяца. И все же существуют «самые главные» места, которые стоит посетить, даже если на знакомство с Москвой отведен всего один день.
Бокалы для шампанского из цветного хрусталя Богемия радуют своим разнообразием форм и отделки. Производство посуды осуществляется профессиональными мастерами, которые работают в чешской провинции. Технология изготовления впервые была воссоздана в 18 столетии, но сегодня модернизирована и успешно реализована.
Насчитывается около 450 видов таких растений. Растения-сверхнакопители (гипераккумуляторы) способны накапливать в своих органах металлы: их концентрации ка один-три порядка превышают концентрации металлов в тканях обычных растений. Встречаются на территориях сильного загрязнения металлами. В золе представителей так называемой галмейной растительности (виды растений — индикаторов цинковых руд) концентрация оксида цинка достигает 10-20%, что более чем в 150 раз превышает средний уровень, характерный для растительности суши. Сверхнакопление установлено для следующих элементов: цинка (до 4% от биомассы надземных органов), никеля (до 3,8%), кобальта (до 1,2%), селена (до 0,4%), кадмия (до 0,2%), мышьяка (до 0,75%).
Типичные растения — сверхнакопители никеля — видов сем. Brassiacaceae (Alyssum, Thlaspi), цинка — сем. Brassicaceae (Thlaspi), меди и кобальта — сем. Lamiaceae, Scro-phulariaceae. Более 75% обнаруженных видов-гипераккумуляторов входят a группу накопителей никеля. Большинство из них относится к семействам Asteraceae (27), Brassicaceae (82), Buxaceae (17), Euphorbiaecae (83), Flacourtiaceae (19), Rubiaceae (12), Violaceae (9), произрастают в тропических и субтропических зонах: Куба, Новая Каледония, Индонезия, Филиппины, Бразилия, Австралия, Южная Африка, Средиземноморье.
Закономерности распределения никеля по органам к тканям растений подробно отражены в работе И.В. Серегина и А.Д. Кожевниковой. Большинство растений накапливают никель преимущественно в корнях, по крайней мере, до пороговой концентрации этого металла s почве. Превышение этого порога может сопровождаться бесконтрольным накоплением никеля в побегах и гибелью растений. Гипераккумулятор Sehertia acuminata накапливал больше всего никеля в стебле, особенно во флоэме, и плодах. Аккумуляция никеля в плодах уменьшалась в следующей последовательности: рудиментарный эндосперм > мякоть плода > ткани семядолей зародыша > кожура плода > семенная кожура. В корнях кукурузы содержание никеля в протопластах клеток выше, чем в клеточных оболочках. Наибольшая концентрация обнаружена в эндодерме и перицикле. Следовательно, эндодерма не препятствует, как s случае с кадмием и свинцом, поступлению никеля в ткани центрального цилиндра корня. Скопление никеля обнаружено и в местах перфорации сосудов ксилемы, что может рассматриваться как один из механизмов ограничения транспорта никеля в надземные органы растений. Связывание в ксилемном соке — еще один механизм детоксикации металлов в растениях-гипераккумуляторах.
В естественной среде обитания представители диких видов — сверхаккумуляторов металлов обычно характеризуются медленным ростом, небольшой биомассой, ограниченной селективностью к металлам. Виды рода Thlaspi преимущественно обитают на обогащенных никелем почвах и могут накапливать до 3% этого металла от сухой массы. Однако некоторые виды этого рода отличает способность аккумулировать одновременно несколько металлов: Т. caerulescens — кадмий, никель, свинец, цинк; T. goesingense и Т. ochroleucum — никель, цинк; Т. rotundifotium — никель, свинец, цинк. В то же время растения Т. caerulescens, способные к повышенной аккумуляции в своих надземных органах кадмия и цинка, характеризовались более низкой по сравнению с обычными видами интенсивностью накопления меди.
Отдельные виды сем. Fabaceae (Astragalus bisulcatus, A. racemosus), сем. Asteraceae (Aster occidentalis, Machaeranthera ramose) и сем. Brassicaceae (Stanleya pinnata) известны как аккумуляторы селена, способные накапливать более 40 мг Se/г сухой массы. Плодовые растения сем. Lecythidaceae (Bertholletia excelsa, Lecylhts zabucaja, L. ollaria, L. elliptica) также относят к этой группе.
Выявлены большие видовые различия по содержанию селена в побегах растений. Типичные аккумуляторы селена — представители родов Astragalus, Kylorrhiza, Stanleyea. Содержание селена в побегах таких растений превышает 20-30 мг Se /кг сухой массы. Однако содержание селена в побегах у представителей видов и экотипов Astragalus может различаться в 100-200 раз. Очень высокий уровень аккумуляции селена в побеге (несколько сотен мкг/г массы) отмечен у видов сем. Cruciferae.
В целом определение понятия «растение-гипераккумулятор» затруднено, поскольку концентрация накапливаемых в побегах элементов сильно варьирует в зависимости от природы последних. Хотя стратегия гипераккумуляции менее распространена, чем стратегия исключения, феномен гипераккумуляции — привлекательная модель для изучения механизмов адаптации высших растений к избытку тяжелых металлов. Однако ни механизм, ни экологическая функция этого явления до сих пор не расшифрованы.
Растения-фильтры и грибы-аккумуляторы. Секреты фитоочистки
З агрязнение окружающей среды оказывает губительное влияние на растительные организмы. Однако многие представители флоры сумели приспособиться к новым условиям обитания. Более того, они научились очищать воздух, почву и воду от вредных химических элементов.
Вредные вещества, поллютанты – пестициды, гербициды, органические растворители, тяжелые металлы, радионуклиды – чаще всего попадают в растительные организмы через корневую систему или листья (через устьица или кутикулу эпидермиса). Соединения, поглощенные корнями, переносятся в надземные части растений или откладываются в запасающих органах.
Разрушающее воздействие
Все загрязняющие вещества могут необратимо влиять на растительные организмы, вызывая как морфологические, так и физиолого-биохимические изменения. Эти воздействия, как правило, носят неспецифичный характер. К примеру, тяжелые металлы и радионуклиды, попадая в растительные клетки, могут взаимодействовать с различными белками, что приводит к изменениям клеточного метаболизма – нарушаются процессы фотосинтеза, дыхания, меняются функции клеточных мембран и т. д.
На морфологическом уровне могут происходить изменения размеров, формы, окраски листьев и цветков, их увядания или опадения. Нередко усыхает крона деревьев, нарушается целостность коры, деформируется корневая система, срастаются некоторые органы. У хвойных деревьев отмечают изменения в размерах хвоинок. При сильных атмосферных загрязнениях у различных древесных и кустарниковых наблюдают нарушение интенсивности ветвления.
Атмосферные поллютанты также могут воздействовать на пыльцу растений, изменяя поверхность и форму пыльцевых зерен, нарушая целостность оболочек и вызывая их слипание.
В целом характер воздействия загрязняющих веществ зависит от их количества в окружающей среде, от их химического строения, а также от генетических и видовых особенностей самих растений, которые различаются по устойчивости к токсическому воздействию повышенных концентраций загрязняющих веществ.
Адаптация и фиторемедиация
Благодаря механизмам адаптации, действующим на разных организменных уровнях, в фитоценозах постепенно отбираются популяции, способные развиваться и расти без серьезных нарушений физиологических процессов при довольно высоких концентрациях загрязняющих веществ в среде.
Так, к примеру, постоянное накопление тяжелых металлов у одних видов сначала вызывает стимуляцию роста, а затем угнетение и гибель. У других же по мере увеличения содержания вредных веществ включается механизм, препятствующий их поглощению. Такое ограниченное поглощение наиболее характерно для опадающих частей (например, листьев) и репродуктивных органов (цветков) растений, неограниченное – для корней, древесины, стеблей.
Способность растительных организмов поглощать, аккумулировать и трансформировать поллютанты используют для фиторемедиации (от греческого phyton – «растение» и латинского remedium – «восстанавливать») – очистки окружающей среды (воды, почвы, атмосферы) при помощи растений.
Растения-фильтры
Травянистые растения применяют для фитостабилизации загрязнений – уменьшения их мобильности в почве за счет адсорбции или осаждения на корнях в виде нерастворимых соединений (фосфатов, карбонатов, гидроксидов и т. д.). При этом обычно выбирают виды, устойчивые к загрязнениям, способные образовывать плотный травянистый покров, связывать поллютанты в процессе интенсивного корневого обмена.
[stextbox bgcolor=»EDB161″ cbgcolor=»EDB161″ bgcolorto=»EDB161″ cbgcolorto=»EDB161″]К примеру, при создании газонов на кислых почвах с повышенным содержанием меди, цинка высаживают различные виды полевицы и овсяницы, на известковых почвах с повышенным содержанием свинца вводят некоторые бобовые.[/stextbox]
Бобовые растения совместно с микроорганизмами-симбионтами из прикорневой зоны также могут участвовать в биодеградации – разложении различных органических поллютантов.
Улучшить почвы с повышенным содержанием свинца помогают бобовые
Некоторые растения – осоковые, различные виды фасоли, пшеницы, риса – способны к фитотрансформации пестицидов, растворителей, топливных остатков, преобразуя (метаболизируя) их при помощи собственных внутриклеточных ферментных систем.
Крестоцветные используют для фитоэкстракции – извлечения загрязнений из почвы. Они являются аккумуляторами тяжелых металлов и радионуклидов, которые поступают в растения через корневую систему и откладываются в надземных органах (стеблях и листьях). Растительную биомассу затем можно собрать и переработать. Наиболее широко фитоэкстракцию используют для удаления из почвы свинца, цинка, кадмия, никеля.
Достаточно активно способны аккумулировать тяжелые металлы также и некоторые виды папоротников, которые являются типичными представителями лесных экосистем.
[stextbox bgcolor=»EDB161″ cbgcolor=»EDB161″ bgcolorto=»EDB161″ cbgcolorto=»EDB161″]К примеру, страусник обыкновенный способен поглощать из почвы и накапливать в листьях ионы кадмия, который при этом не оказывает существенного ингибирующего воздействия на зеленую (фотосинтезирующую) часть самого растения.[/stextbox]
Страусник обыкновенный способен поглощать из почвы ионы кадмия
Древесные биофильтры
Деревья и кустарники часто используют как эффективные и естественные биофильтры в городах и сельской местности:
- они обладают высокой продуктивностью;
- способны поглощать загрязняющие вещества из нескольких почвенных горизонтов, благодаря большой поверхности и объему корневой системы;
- могут адсорбировать пылевые и аэрозольные частицы на высоте до 30 м;
- достаточно быстро адаптируются к смене окружающей среды.
Так, к примеру, для создания фитозаградительных барьеров вдоль автомагистралей, улиц с активным движением транспорта для защиты воздушной и водной сред часто высаживают различные виды тополя, клена, каштана, липы. Осину, различные виды берез, сосну используют при проведении комплексных работ по фитомелиорации – очистке почвы от нефти и нефтепродуктов.
Береза способствует очистке почв от нефти и нефтепродуктов
При проведении мероприятий по очистке территорий, загрязненных радионуклидами, высаживают манчьжурский орех и амурский бархат, которые считаются гораздо более устойчивыми к радиационному воздействию, чем хвойные деревья и многие лиственные породы. Эти виды отличаются способностью к быстрому вегетативному восстановлению (корневой и пневой порослью) после облучения, а также обладают сильно развитой листовой и корневой поверхностью, что позволяет им удерживать пылевые частицы и капли воды с радионуклидами и локализовать их в ветках, коре, древесине, плодах.
Клен очищает воду и воздух возле автомагистралей
Большинство деревьев могут вступать в симбиотические взаимоотношения с грибами с формированием микоризы. Микориза улучшает почвенную структуру, связывает ионы тяжелых металлов, защищает растения от токсичных органических соединений, помогая им лучше адаптироваться и выживать в условиях повышенного загрязнения окружающей среды. Благоприятный эффект от такого «сотрудничества» наблюдали, к примеру, для ели обыкновенной, различных видов клена, растущих на урбанизированных территориях в «сожительстве» с грибным мицелием.
Корневые симбиозы. Микориза
Грибы внутри тканей корня
Селекция и инженерия
Для получения растений, устойчивых к неблагоприятным антропогенным воздействиям, активно применяют методы современной клеточной селекции, а также генетической клеточной инженерии.
[stextbox bgcolor=»EDB161″ cbgcolor=»EDB161″ bgcolorto=»EDB161″ cbgcolorto=»EDB161″]К примеру, специально выведенные гибридные тополя способны трансформировать и разрушать различные растворители, в том числе и хлорорганические. Они также обладают глубоко проникающей корневой системой, высокой скоростью роста, способны хорошо адаптироваться к различным климатическим условиям.[/stextbox]
Особое внимание также уделяют получению растений-гипераккумуляторов тяжелых металлов. За основу берут виды с высокой продуктивностью и вводят бактериальный геном, который отвечает за формирование у растений способности адсорбировать или трансформировать поллютанты в значительных количествах. Особо эффективно этот метод применяют для выведения устойчивых газонных трав.
Грибы-аккумуляторы
Достаточно интенсивно способны поглощать и накапливать тяжелые металлы грибы. Интересно, что отдельные виды обладают определенной избирательностью по отношению к этим элементам.
[stextbox bgcolor=»EDB161″ cbgcolor=»EDB161″ bgcolorto=»EDB161″ cbgcolorto=»EDB161″]К примеру, грибы-зонтики наиболее активно аккумулируют кадмий, свинушки, грузди, сыроежки, некоторые виды дождевиков – медь, шампиньоны и белые грибы – ртуть.[/stextbox]
Грибы также активно способны сорбировать из лесной подстилки радионуклиды, в частности радиоактивный цезий. Так, в первые годы после аварии на Чернобыльской АЭС грибы использовали как биоиндикаторы радиоактивного загрязнения.
Шампиньоны активно аккумулируют ртуть
Наиболее активно из субстрата грибами поглощаются легкорастворимые соединения тяжелых металлов и радиоизотопов. В молодых плодовых телах отмечают более высокие их концентрации, чем в старых. Наибольшие количества, как правило, аккумулируются в шляпках грибов, особенно в гименофорах. Со временем в условиях постоянного загрязнения эти элементы могут накапливаться в мицелии.
Интенсивность поглощения и накопления тяжелых металлов и радионуклидов грибами сильно зависит от условий окружающей среды, в первую очередь от плотности, состава и степени увлажнения субстрата. К примеру, было установлено, что на увлажненных лесных почвах грибы гораздо интенсивнее накапливают радиоизотопы, чем те же виды, растущие на почвах с глубоким залеганием грунтовых вод. Определяющими также являются различные видовые особенности, в частности глубина расположения мицелия, тип питания. Так, в грибах-симбионтах содержится больше тяжелых металлов, чем в древоразрушающих грибах-сапрофитах.
При употреблении в пищу съедобных грибов, собранных в лесах с высокой степенью техногенного загрязнения, высока вероятность тяжелых отравлений и внутреннего облучения. Даже кулинарная обработка (например, последовательная варка с неоднократной сменой воды) не всегда приводит к снижению концентрации вредных веществ до допустимых величин.
Для справки:
Фиторемедиация – очистка окружающей среды при помощи растений.
Фитостабилизация – уменьшение мобильности поллютантов в почве за счет адсорбции или осаждения на корнях в виде нерастворимых соединений.
Биодеградация – разложение различных органических поллютантов.
Фитоэкстракция – извлечение загрязнений из почвы.
Фитомелиорация – очистка почвы от нефти и нефтепродуктов.
Рекомендуем прочитать:
Строение дерева. От клеток до корней
Строение растений мы изучали еще в школе. В этой статьей мы решили напомнить, что из себя представляет дерево, и рассказать о каждой из его частей: клетках и тканях, древесине и коре, ветвях и ветках, листьях и корнях.
Свойства древесины разных пород
Еще пару веков назад ни сельское хозяйство, ни строительство, ни промышленность не обходились без древесины. Не потеряла она своего важного значения и сегодня
Читайте также: