Растения и чистота природной среды - Артамонов Вадим Иванович

После поступления газа внутрь листа происходит его растворение в жидкой фазе клеток. По этой причине скорость поступления фитотоксиканта оказалась сильно зависимой от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Если листья увлажнены, то они поглощают сернистый газ в несколько раз быстрее по сравнению с сухими листьями. Влажность воздуха также оказывает влияние на этот процесс. При относительной влажности воздуха 75 % растения фасоли поглощали сернистый газ в 2–3 раза интенсивнее, чем растения, произрастающие при влажности 35 %. То же самое наблюдается и у гинкго.

Кроме того, скорость поглощения зависит от освещения. На свету листья вяза поглощали серу на 1/3 быстрее, чем в темноте.

Наконец, поглощение сернистого газа имеет связь с температурой. При температуре 32° растения фасоли более интенсивно поглощали этот газ по сравнению с температурой 13 и 21°. В опытах с различными по устойчивости видами злаков показана прямая связь между концентрацией сернистого газа в растениях и температурой. В связи с тем, что в дневные часы температура выше, чем ночью, побеги сосны в полдень поглощали сернистый газ в 3–4 раза быстрее по сравнению с ночным временем суток.

Поглощенная листьями двуокись серы окисляется до сульфатов, благодаря чему токсичность ее резко снижается. Сульфатная сера включается в обменные реакции, протекающие в листьях, а частично может накапливаться в растениях без возникновения функциональных нарушений. Если скорость поступления двуокиси серы соответствует скорости превращения ее растениями, влияние этого соединения на них невелико. Поглощенный надземными частями сернистый газ передвигается по растению, доходя до корней. Некоторые исследователи обнаружили, что корневыми системами соединения серы выводятся в почву. Возможно, что таким образом растения могут регулировать содержание серы в тканях и избавляться от вредных концентраций фитотоксиканта. Выяснено также, что сернистый газ может поглощаться корнями и перемещаться из них в листья.

Специальные исследования показали, что растения фасоли, культивируемые на питательной среде без серы, в случае газации сернистым газом концентрации 0,5 мг/кг в течение 30 ч на 80 % удовлетворяют свои потребности в сере. После четырех недель газации сухая масса вегетирующих растений в условиях недостатка сульфатов в почве была более чем в 3,5 раза выше, чем в контроле (в чистом воздухе). При этом возрастает также площадь ассимиляционной поверхности. Растения подсолнечника в случае газации сернистым газом удовлетворяли свои потребности в сере на 60 %. После 5 недель газации сернистым газом концентрации 0,5 мг/кг у растений, выращенных на питательной среде без серы, наблюдалось более чем трехкратное увеличение ассимиляционной поверхности, трехкратное возрастание длины стеблей.

Сероводород, загрязняющий иногда атмосферу, может поглощаться листопадными и вечнозелеными растениями, причем разные виды накапливают этот фитотоксикант с различной скоростью.

В высоких концентрациях сероводород вреден для растений, однако низкие его концентрации могут повышать темпы их роста. Так, например, доза этого соединения 300 мг/кг воздуха вызывала депрессию роста салата и сахарной свеклы, а в концентрации 30 мг/кг урожай салата, вес свежих и высушенных листьев и корней сахарной свеклы в условиях теплицы увеличивался. Добавление к сероводороду углекислого газа устраняло депрессию роста этих растений, вызванную высокой концентрацией сероводорода, а в случае хлопчатника и люцерны ускоряло рост растений по сравнению с контролем.

В растениях сероводород может окисляться до сульфатов и транспортироваться в другие органы или накапливаться в листьях. Кроме того, он может связываться с образованием аминокислот (метионина, цистеина и цистина). Эти аминокислоты передвигаются преимущественно по флоэме в растущие органы. Некоторые авторы предполагают, что образование серосодержащих аминокислот — один из способов детоксикации сероводорода. В то же время этот способ его детоксикации играет, по-видимому, незначительную роль.

Успешно произрастают на промышленных площадках, загрязненных сероводородом, алиссум морской, левкой двурогий, а также однолетний, тагетесы прямостоячий и раскидистый, целозия гребенчатая. Эти растения ученые рекомендуют использовать при озеленении территорий, загрязненных сероводородом.

Отдельно взятые деревья ивы, тополя и ясеня, имеющие как минимум 5 кг листьев, способны поглотить за вегетационный период 200–250 г хлора, кустарники — 100–150 г. Лох узколистный, шелковица, акация белая, тамариск способны накапливать в своих органах до 1 % хлора, оставаясь неповрежденными.

Бельгийская комиссия по озеленению промышленных предприятий, выбрасывающих в атмосферный воздух хлористый водород, располагает изученные виды в следующий ряд (начиная с наименее устойчивых): лещина обыкновенная, дуб черешчатый, береза белая, клен нолевой, ива пепельная, лиственница европейская, ежевика, ясень обыкновенный, тополь серебристый, осина, туя восточная, роза.

Окислы азота поступают в однолетние сеянцы сосны тем быстрее, чем выше их концентрация в окружающей среде. При этом NO₂ поглощается растениями в три раза более энергично, чем NO.

По данным С. В. Дурмишидзе (1977), усвоение и превращение двуокиси азота листьями растений происходит с высокой скоростью. Уже после двухминутной экспозиции побега виноградной лозы в атмосфере ¹⁵NO₂ все органеллы клеток листьев: ядра, пластиды, митохондрии, рибосомы — оказались обогащенными меченым азотом. Двуокись азота поглощается из воздуха как травянистыми, так и древесными растениями. Из листьев меченый азот передвигается затем в другие органы — стебли и корни. По интенсивности поглощения и включения ¹⁵NO₂ в азотсодержащие соединения выделялись сосна эльдарская, ясень, клен американский, сосна черная, граб кавказский, дуб имеретинский, дуб грузинский, яблоня обыкновенная, райграс английский. Двуокись азота усваивается корнями и зелеными побегами растений. Особенно интенсивно поглощается она всасывающими корнями. Из корней ¹⁵N передвигается в надземные органы растений: в стебель, побеги и листья.

Восстановленный листьями и корнями азот включается затем в аминокислоты. У яблони при этом метка фиксируется в α-аланине, глутаминовой кислоте, тирозине, валине, в листьях шелковицы — в α-аланине, тирозине, фенилаланине и лейцине, у лоха узколистного — в глутаминовой и аспарагиновой кислотах, а у вишни — в валине и глутаминовой кислоте. Первоначально из двуокиси азота образуются азотистая и азотная кислоты, которые в растениях подвергаются нейтрализации с помощью ионов натрия и калия. Таким образом, интенсивность поглощения двуокиси азота растениями обусловлена двумя процессами: нейтрализацией образующихся кислот и восстановлением азота с последующим включением его в состав аминокислот.

Другие окислы азота NO, N₂O₃ и N₂O₅ легко растворяются в воде, содержащейся в воздухе, а затем усваиваются растениями. Однако для успешного протекания этого процесса необходимо, чтобы концентрация окислов азота не была губительной для растений. Нормальное усвоение и превращение окислов азота в растениях протекает при их физиологических концентрациях, которые бывают разными в зависимости от внешних условий и вида растения.

Растения, интенсивно поглощающие и усваивающие окислы азота и дающие большую биомассу, могут играть важную роль в очистке окружающей среды от этих фитотоксикантов.

Детоксикация аммиака растениями исследована С. В. Дурмишидзе (1977). Данное соединение обладает слабо выраженной токсичностью. В воздухе в присутствии влаги аммиак реагирует с углекислым газом, образуя карбонаты, или с водой, превращаясь в гидрат окиси аммония. В этих условиях аммиак может образовывать также сульфаты, хлориды и другие аммонийные соли. Связывание поглощенного аммиака растениями происходит в основном в форме амидов — аспарагина и глутамина. Кроме того, могут образовываться аспарагиновая и глутаминовая кислоты, аланин, аргинин и тирозин. Активно участвуют в детоксикации аммиака органические кислоты с образованием аммонийных солей. На это указывает тот факт, что общее обогащение меченым азотом аммиака виноградной лозы гораздо выше, чем суммарная радиоактивность аминокислот, что указывает на быстрое превращение газообразного аммиака в корнях в соли аммония.