<<
>>

2.2. Токсическое воздействие тяжелых металлов на растения

Тяжелые металлы способны поступать в растение как через надземные, так и подземные органы. Однако токсиканты, поступающие с пылью и жидкими осадками, остаются, в основном, в сорбированном виде на поверхности листьев и стеблей, не оказывая заметного влияния на само растение.

Атмосферное поступление металлов на поверхность растения имеет значение лишь для сельскохозяйственных культур, поскольку эти металлы могут попасть в производимые продукты питания и корма. Поступление тяжелых металлов в корень происходит через поры клеточной оболочки с участием нескольких механизмов: прохождение по градиенту концентрации; с потоком растворителя; путем липоидной диффузии; с обменной диффузией, активным метаболическим переносом.

Дальнейший транспорт тяжелых металлов в растении через корни может быть активным (или метаболическим) и пассивным (неметаболическим). В первом случае поглощение и перемещение ионов металлов осуществляется по системе, состоящей из протопластов клеток, связанных плазмодесмами. При пассивном транспорте ионы, достигнув поверхности корня, попадают в свободное пространство корня и далее с транспирационным током передвигаются по растению. С активным транспортом по растению передвигается часть металлов, которае выполняют некоторые биологические функции (медь, цинк, кобальт и др.), а также металлы, химически подобные необходимым элементам (кадмий является химическим аналогом цинка). Однако большая часть металлов, особенно те, которые не являются необходимыми для растений (свинец), перемещаются посредством диффузии.

Вступая в контакт с клеточными стенками и рядом минеральных и органических соединений, содержащихся в клетках, металлы осаждаются и теряют биологическую активность. В то же время при загрязнении почвы большим количеством металлов некоторая их часть способна миновать защитные системы растения и оказать на него токсическое воздействие.

Действие токсичных элементов на растения основано на следующих процессах:

- вмешательство в функционирование ферментных систем: тяжелые металлы за счет своего химического подобия могут замещать некоторые необходимые растениям элементы в составе ферментов, нарушая их работу (так, кадмий способен замещать цинк в составе цинксодержащих ферментов;

- нарушение баланса элементов питания в растении: тяжелые металлы могут реагировать с некоторыми жизненно важными элементами (например, с фосфат-ионами), переводя их в нерастворимое состояние;

- конкуренция между ионами тяжелых металлов и необходимыми элементами за поступление в растение;

- изменение мембран, приводящее к нарушению ближнего и дальнего транспорта (Wallace,1979).

Результатом этого возможно проявление некоторых визуальных признаков токсичности. Основные признаки угнетения растений под влиянием токсикантов неспецифичны и проявляются в основном в снижении всхожести семян, замедленном росте, ненормальном развитии корневых систем, хлорозе, увядании, гибели растений. Однако в сельскохозяйственном производстве следует учитывать, что визуальные признаки токсичности начинают проявляться, когда концентрации токсичных элементов значительно превышают санитарно-гигиенические нормативы, установленные для продукции растениеводства.

При этом содержание элементов в почве, при котором появляются признаки фитотоксичности, также значительно превышают ПДК.

Так, признаки ртутного отравления проявляются при концентрации элемента в почве 25-50 мг/кг (ПДК 2,1 мг/кг), кадмиевого - при 25-100 мг/кг (ОДК 0,5-2,0), свинцового - 250-2000 мг/кг (ОДК 32-130 мг/кг), мышьякового - при 25-50 мг/кг (ОДК 2-10 мг/кг). Поэтому визуальная диагностика загрязненности почвы и растений металлами не имеет смысла. Кроме того, такие концентрации элементов в почве встречаются крайне редко и лишь в зонах примыкающих к некоторым промышленным предприятиям.

Устойчивость растений по отношению к токсикантам основана на следующих механизмах:

- уменьшение поступления токсикантов в организм;

- перевод токсикантов в неактивную форму путем их изоляции или осаждения;

- выведение токсикантов. Ограничение поступления токсикантов в организм

Ограничение поступления токсикантов в организм может быть обусловлено механическими, химическими или физико-химическими причинами.

Механическое ограничение поступления металлов в растения, обусловленное наличием плотных покровных тканей – довольно эффективный защитный механизм. Через этот барьер проникает ничтожное количество металлов. В то же время в условиях запыленной атмосферы (придорожные полосы, районы, прилегающие к промышленным предприятиям, населенные пункты) на поверхности надземных органов растений в составе пыли скапливается большое количество металлов. Для растения они не опасны, но если не предпринимать мер по удалению металлов в процессе потребления (например, при использовании на корм скоту), они могут загрязнять сельскохозяйственную продукцию и оказывать влияние на здоровье человека.

В ходе жизненного цикла происходит постоянное выделение корнями органических веществ и отпадение отмерших частичек. Эти вещества обладают способностью связывать многие токсичные металлы в комплексы с различной степенью растворимости. В этом виде вероятность их проникновения в растение невелика. Этот процесс можно назвать защитной способностью растений на внеорганизменном уровне.

Можно упомянуть тот факт, что корневые выделения способствуют более высокой биологической активности. При этом происходит более активное разрушение органических токсикантов и связывание тяжелых металлов в биомассе микроорганизмов. Перевод токсикантов в неактивную форму

Если часть токсичных веществ проникает в организм, вступают в действие следующие механизмы.

Металлы, поступающие в свободное пространство корней растений, связываются в первую очередь с материалом клеточных оболочек. Чем больше в них сорбционных центров, тем больше они накапливают металлов.

После проникновения в растительную клетку металлы (как и в случае животных организмов) связываются специфическими белками, хелатируются органическими кислотами, полифенолами, изолируются в вакуолях.

Таким образом, содержание металлов, поднимающихся в надземные части растений, с каждым сантиметром уменьшается. При этом может отмечаться дифференциация органов растения по содержанию металлов: снижение их концентраций в ряду корень - стебель - листья - генеративные органы (семена), запасающие ткани (клубни).

Эффективность работы защитных систем растения можно оценить по ряду соотношений – коэффициентов аккумуляции в системе почва/растение, корень/стебель, корень/надземная часть, солома/зерно и т.п. Высокое значение соотношения говорит о большем накоплении металлов, например, в корне по сравнению со стеблем, а следовательно, о их связывании и предохранении стебля, листьев и зерна от высоких концентраций загрязнителей.

Соотношение концентраций элементов в различных органах растений не является постоянной величиной и варьирует в весьма широких пределах. Варьирование зависит от внутренних факторов (видовые и сортовые особенности культуры, обусловленные генотипом) и внешних (условия освещенности, увлажнения, минерального питания, почвенное плодородие и др.).

Дифференциация элементов по органам растения наблюдается не всегда. Исключением являются растения-накопители, у которых внутренняя детоксикация происходит в основном в надземной части растений.

В то же время механизмы внутренней детоксикации не всегда эффективны в отношении некоторых элементов. Это относится, прежде всего, к элементам, участвующим в метаболизме растений (микроэлементы), а также их химическим аналогам. При небольших концентрациях таких элементов в почве и растениях (нефитотоксичных, но уже превышающих санитарно-гигиенические нормативы для растительной продукции) механизмы их детоксикации еще не работают. Выведение токсикантов

Растения обладают способностью выведения тяжелых металлов с выделением метаболитов: с корневыми выделениями, в процессе транспирации и дыхания. Растения могут вместе с влагой транспортировать наружу значительные количества металлов, составляющие до нескольких процентов от их общего содержания.

Опасность тяжелых металлов для растительных организмов связана с такими показателями, как их распространенность, токсичность и миграционная способность.

Из более, чем 40 элементов, относящихся к тяжелым металлам, наиболее распространенными являются свинец, кадмий, ртуть, медь, цинк, никель, хром, олово, молибден, кобальт. Повышенные концентрации этих элементов в совокупности или по отдельности встречаются во всех техногенных геохимических аномалиях. В ходе работ по оценке загрязнения окружающей среды и ее отдельных компонентов металлами определение содержания этих элементов проводится практически всегда. Остальные тяжелые металлы в опасных для организмов концентрациях встречаются крайне редко.

Данные ряда исследований, полученные при изучении влияния металлов на водные экосистемы и приведенные Э.Эйхенбергером (1993), позволяют дать ряд токсичности металлов по отношению к растениям:

Hg>Cu>Cd>Zn>Pb

Следует, однако, учесть, что различные виды растений существенно отличаются по устойчивости к воздействию тяжелых металлов. Более того, результаты, полученные L.E.Sommers (1980), показывают, что даже различные сорта одной культуры дают широкий спектр уровней накопления металлов. В полевых опытах с несколькими сортами кукурузы, выращенными на почве, обработанной осадком сточных вод, содержание кадмия в листьях варьировало от 2,47 до 62,93 мг/кг, а в зерне – от 0,08 до 3,87 мг/кг.

Подвижность металлов в почве также в значительной степени влияет на степень опасности элемента: чем более он подвижен, тем легче он поступает в почвенный раствор и проникает в растения. Высокой подвижностью в почве обладают кадмий, ртуть, мышьяк. Малоподвижны и, следовательно, менее опасны свинец, медь, никель и некоторые другие металлы.

Рассмотрим более подробно значение для растений отдельных элементов.

РТУТЬ

Ртуть не является необходимым элементом и растения не могут страдать от ее недостатка. Высшие растения обычно не накапливают ртуть в своей биомассе, однако в районах сильного загрязнения ее содержание в растениях может превышать имеющиеся санитарно-гигиенические нормативы. Культуры заметно отличаются по способности накапливать ртуть. Значительные количества ртути могут поглощать бобовые, салат, редис, картофель, томаты, морковь (John M.K., 1972; van Loon J.C., 1974). Поступая в растения, ртуть преимущественно накапливается в корнях, около 95% всего количества элемента (Beavford W. et al., 1977). Однако защитный механизм, ограничивающий поступление ртути в надземную часть растения, работает при невысоких концентрациях ртути (для ячменя – 20 мг/кг). При более высоких концентрациях в почве, особенно дерново-подзолистой, концентрация элемента в растении резко увеличивается.

Токсичность ртути в основном связана с воздействием на ряд ферментов: элемент подавляет активность ферментов фосфатазы, каталазы, оксидазы, рибонуклеазы. Результатом является ограничение роста, общее угнетение растения.

СВИНЕЦ

Свинец в растениях не выполняет никаких биологически важных функций и является абсолютным токсикантом. Элемент обладает слабой подвижностью в растении, поскольку прочно сорбируется клеточными стенками, образует малоподвижные органо-минеральные комплексы и труднорастворимые минеральные соли. В связи с этим максимальная концентрация свинца в растении наблюдается в корнях, минимальная – в генеративных и запасающих органах. В случае близости автотрасс и промышленных предприятий свинец за счет пылевых выпадений накапливается на поверхности листьев, однако, довольно легко смывается.

Признаки токсичности свинца для растений обнаруживаются при его содержании в почве более 500 мг/кг на дерново-подзолистых неокультуренных почвах. На более плодородных почвах с реакцией среды, близкой к нейтральной, токсикоз проявляется только при в 3-4 раза большей концентрации. В опытах на песчаном субстрате токсичной концентрацией является 20 мг/кг.

Токсичность свинца проявляется в задержке прорастания семян и роста, хлорозе, увядании и гибели растений. Элемент вызывает торможение роста корней за счет снижения запаса делящихся клеток в меристеме (Нестерова, 1989), подавляет активность ряда ферментов: фосфатазы, каталазы, оксидазы, рибонуклеазы. Свинец является антагонистом ионов калия, железа, меди, цинка и кальция, может вступать в реакции с фосфат- и сульфат-ионами, образуя труднорастворимые соли в корнях и, следовательно, вызывает дефицит вышеназванных элементов (Черных, 1991).

КАДМИЙ

Кадмий не является необходимым элементом и растения не страдают от его отсутствия, хотя иногда он может выполнять роль стимулятора. В одном из опытов было обнаружено возрастание в растении содержания витамина С, если содержание элемента в почве не превышало 10 мг/кг (Черных Н.А., Черных И.Н., 1995).

Небольшие дозы кадмия могут приводить даже к некоторому повышению урожайности сельскохозяйственных культур. В одной из работ указывается на повышение урожайности свеклы и моркови при начальной дозе кадмия 0,5 мг/кг почвы (Зубкова В.М.и др.,1994). Авторы связывают этот факт со стимуляцией данным элементом процессов биосинтеза.

При повышенном содержании кадмия в почве наблюдается та же закономерность распределения элемента по органам, как и в отношении других металлов: преимущественное накопление отмечается в корнях, наименьшее – в генеративных и запасающих органах. Однако необходимо учитывать, что кадмий более токсичен для человека, чем для растений и его фитотоксичность проявляется при концентрации в почве, редко встречающейся даже в промышленных ландшафтах (более 50 мг/кг в дерново-подзолистой почве). Однако вредное для человека содержание кадмия в продукции неопасно для растения и отмечается еще до того, как начинают работать защитные системы растения. Ситуация усугубляется тем, что кадмий, будучи химическим аналогом необходимого растениям цинка, может поглощаться метаболическим путем. При этом резкой дифференциации кадмия по органам растения может не происходить.

Рядом автором приводятся результаты исследований по выявлению критического уровня содержания тяжелых металлов в растениях на искусственных субстратах. Наименьшей устойчивостью к повышенному содержанию кадмия в субстрате обладают листовые культуры. Снижение урожайности на 25% отмечалось у шпината при 4 мг/кг кадмия в почве, у кресс-салата – при 8 мг/кг. При этом коэффициент накопления элемента (отношение содержания в растительной массе к содержанию в субстрате) составлял 10-19. Напротив, для такого же снижения урожайности томатов, огурцов, капусты, свеклы потребовалось содержание металла в субстрате 160 мг/кг. Однако при этом они накапливают значительное его количество, коэффициент накопления близок к единице. Рис, пшеница, бобы снижают урожай от значительно меньших доз кадмия – 17-50 мг/кг субстрата, однако накопление элемента в них гораздо менее выражено (Бингам Ф.Т. и др., 1993).

Токсическое воздействие кадмия на растения связано с тем, что он подавляет активность ферментов фосфатазы, каталазы, оксидазы, дегидрогеназы, рибонуклеазы, связанных с дыханием и другими физиологическими процессами; подавляет активность протеиназ и пептидаз, участвующих в белковом обмене. Кадмий взаимодействует с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость и вызывая разрывы.

При высоком содержании элемента в почве происходит торможение роста корней за счет снижения величины и скорости растяжения клеток (Нестерова А.Н., 1989). Замещение цинка на кадмий в ферментах вызывает цинковую недостаточность.

Поскольку кадмий является антагонистом ионов кальция, магния, железа, цинка, а также образует труднорастворимые фосфаты в корнях, он может вызывать дефицит вышеназванных элементов с соответствующими визуальными признаками (Черных Н.А., 1988; Черных Н.А., 1991) ЦИНК

Цинк является необходимым растениям элементом. Он входит в состав около 70 цинксодержащих ферментов, включая карбоангидразу, дегидрогеназы, щелочную фосфатазу; участвует в метаболизме нуклеиновых кислот и клеточном делении. Недостаток цинка нарушает процессы, связанные с вышеназванными ферментами.

Визуально признаки цинкового голодания проявляются в следующем. На молодых побегах часто образуются розетки мелких узких листьев и укороченных междоузлий (чаще всего у плодовых культур). У кукурузы недостаток цинка известен как болезнь «белые ростки». Сразу после всходов молодые распускающиеся листья приобретают белую окраску. У фасоли и сои между отмечается хлороз, переходящий в некроз. От неравномерного роста листья становятся волнистыми. Рост растений сильно ослаблен.

При высоких концентрациях цинка в почве его накопление в растениях строго дифференцировано: в корнях аккумулируется около 90% элемента. Токсический эффект на дерново-подзолистой почве начинает проявляться при концентрации элемента 125-250 мг/кг почвы. Эти результаты получены в опытах с ячменем и салатом (Химия тяжелых металлов…, 1985). В.В.Ковальский (1976) считает, что максимальная концентрация в почве, при которой цинк не нарушает физиологических процессов в растении, составляет 30-70 мг/кг. По другим данным содержание цинка в дерново-подзолистой опесчаненной почве не оказывает отрицательного воздействия на растения при концентрации 150-190 мг/кг в почве. Превышение этого уровня действует угнетающе (Зимаков И.Е., 1978). В более буферных и нейтральных почвах толерантная концентрация цинка достигает 1000-2000 мг/кг почвы.

Некоторыми зарубежными авторами предлагаются максимальные толерантные концентрации цинка в растении: 250-300 мг/кг (Baker D.F., Chesnin L., 1975), 200-400 мг/кг (Allaway W., 1968).

При избытке цинка в растениях нарушается ряд биохимических процессов. Поскольку цинк является антагонистом кальция, а также способен образовывать с фосфором малорастворимые соли, растение может испытывать дефицит этих элементов с характерными признаками кальциевого и фосфорного голодания (Черных, 1991). МЕДЬ

Медь является необходимым и незаменимым элементом для жизни растений. Она является активатором отдельных ферментов и ферментных систем, связанных с окислительно-восстановительными реакциями хлоропластов (пластоцианин – функционирует как переносчик электронов при фотосинтезе)), содержится во многих медьсодержащих белках (аскорбат- и полифенолоксидазе, участвующих в метаболизме фенольных соединений (Эйхенбергер Э., 1993). Установлено, что медь активирует реакцию восстановления нитритов, фиксацию молекулярного азота. Недостаток меди не оказывает влияния на синтез растворимых соединений азота (аминокислоты, амиды), но тормозит синтез белковых соединений.

По Я.В.Пейве (1963), в среднем содержание меди в растениях составляет: в зерне пшеницы, ячменя, кукурузы – 3,0-6,0 мг/кг; в соломе злаков – 2,0-6,0 мг/кг; в сене бобовых – 5,0-6,0 мг/кг; в корнях сахарной свеклы – 5,0-7,0 мг/кг; в листьях сахарной свеклы – 4,0-7,0 мг/кг. При недостатке меди больше страдают молодые органы, поскольку медь не мобилизуется из более старых органов.

Недостаток меди вызывает хлороз листьев, потерю ими тургора, увядание, задержку стеблевания и слабое образование семян. Как правило, медное голодание проявляется у зерновых (пшеница, овес, ячмень) и плодовых (груша, яблоня, слива, цитрусовые) культур (Магницкий К.П., 1960).

При сильном загрязнении почв медью проявляется характерное для большинства тяжелых металлов распределение элемента по органам: большая его часть аккумулируется в корнях. При небольшом загрязнении дифференциация не столь заметна, что связано с биологической важностью меди для растений и способностью регулировать ее поглощение.

Токсичность меди связана с подавлением активности ферментов фосфатазы, каталазы, оксидазы, рибонуклеазы. Элемент взаимодействует с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость и вызывая разрывы. Медь является антагонистом ряда необходимых элементов (цинк, железо, кальций) и может вызвать их недостаточность.

Симптомы медной токсичности обычно проявляются, когда содержание элемента в растениях превышает 20-30 мг/кг сухой массы

Типичными признаками фитотоксичности меди являются хлороз, задержка роста побегов, ненормальное развитие корневой системы, увядание растения. Хлороз может быть связан с недостатком железа (медь – антагонист железа). Избыток меди снижает рост корня, развитие корневого чехлика становится ненормальным, его удлинение замедляется. В результате растение теряет способность усваивать элементы питания и воду (Бингам Ф.Т. и др., 1993).

НИКЕЛЬ

Концентрация никеля в растениях обычно находится в пределах 0,05-5,0 мг/кг. Он является необходимым элементом для растений, являясь необходимым компонентом фермента уреазы. Имеются данные о значении элемента для бобовых в целях получения элементарного азота из производных мочевины (как продукта фиксации свободного азота из воздуха). Однако имеющегося в почве содержания никеля вполне достаточно для обеспечения потребностей растений и никелевое голодание практически не встречается.

При высоком содержании никеля в почве он аккумулируется преимущественно в корнях, однако частично поступает и в надземные органы.

Главным механизмом токсичности никеля является вызванное его избытком ограничение перераспределения железа от корней к верхушкам растения, вызывающее хлороз. Верхним критическим уровнем для концентрации никеля в почвенных растворах является 0,3-0,5 мг/л. В листьях общие концентрации элемента, при которых обнаруживается отравление, колеблются от 0,25 до 3000 мг/кг. Этот разброс вызван различной толерантностью растений к никелю. Отмечено, что растения, которые произрастают вблизи медно-никелевого производства, более толерантны к никелю, чем те же растения, произрастающие на некотором удалении от него. Это свидетельствует о существовании эволюционного механизма выработки толерантности к данному элементу.

Симптомы никелевой токсичности напоминают симптомы железной и цинковой недостаточности. На злаковых растениях могут появляться белые или светло-зеленые полосы на листьях. У двудольных растений на листьях появляются крапинки. Материалы для характеристики никелевой токсичности для растений взяты из обзора Бингама Ф.Т. и др. (1993).

МАРГАНЕЦ

Марганец является необходимым для растений элементом и благодаря своей переменной валентности принимает участие в окислительно-восстановительных процессах: фотосинтезе, дыхании, усвоении молекулярного и нитратного азота, в образовании хлорофилла. Марганец является необходимым компонентом и активатором ряда ферментов. Установлено, что марганец способствует образованию витамина С и других витаминов, увеличению белковости зерна пшеницы и кукурузы, накоплению сахаров в сахарной свекле.

По данным А.П.Виноградова (1957) в почвах среднее содержание марганца составляет: дерново-подзолистых – 600-900 мг/кг; лесостепных – 600-2000 мг/кг; черноземе – 800-900 мг/кг; каштановых – 1000-2800 мг/кг; красноземах – 500-800 мг/кг.

При недостатке марганца в почве растения заболевают «серой пятнистостью». Признаки марганцевого голодания чаще всего появляются на овсе, свекле, картофеле, фасоли, горохе, капусте и других крестоцветных, а также на плодовых культурах. Марганец слабо перемещается между органами растения, что связано с его высокой ксилемной и невысокой флоэмной мобильностью, поэтому при голодании страдают преимущественно молодые органы. (Магницкий К.П., 1960).

При загрязнении почвы марганцем проявляется характерное для большинства тяжелых металлов распределение элемента между органами растения: максимальное накопление отмечается в корнях, далее в стеблях, старых листьях. Наименьшая концентрация марганца в генеративных и запасающих органах.

При загрязнении марганец преимущественно аккумулируется по краям старых листьев. При этом концентрация элемента может достигать очень высоких значений – более 4000 мг/кг, вызывая отравление. Механизм токсичного воздействия марганца связан с подавлением метаболизма железа и кальция, вызывающим соответствующие визуальные признаки недостатка этих элементов. При содержании элемента в питательном растворе более 0,5 мг/л подавляется абсорбция и перераспределение цинка. Избыток марганца в растении повышает активность оксидаз индолуксусной кислоты, что может вызвать дефицит индолуксусной кислоты.

Некоторые растения обладают способностью купировать марганец и удерживать от участия в важнейших физиологических реакциях. Этим путем токсикоз может смягчаться, хотя содержание металла в листьях может быть очень высоким.

Токсичная концентрация марганца в листьях может варьировать в широких пределах: от 173 мг/кг для соевых бобов до 1000 мг/кг для риса.

МОЛИБДЕН

Молибден потребляется растениями в незначительных количествах, однако функции, которые он выполняет, весьма важны. Доказано, что он играет большую роль в фиксации азота клубеньковыми бактериями и микроорганизмами, поскольку повышает активность ферментов, катализирующих восстановление и ассимиляцию нитратов у растений: нитратредуктазы, нитритредуктазы, гидроксиламинредуктазы. Элемент важен для синтеза белков, ускоряет цветение. Молибден является антагонистом алюминия и, таким образом, оказывает защитное действие против негативного воздействия алюминия на кислых почвах. Доказано влияние молибдена на синтез хлорофилла (Чернавина И.А., 1970).

Среднее содержание молибдена в растениях составляет (мг/кг сухого вещества): пшеница (зерно) – 0,16; овес (зерно) – 0,19; ячмень (зерно) – 0,94; картофель (клубни) – 0,22; клевер красный (сено) – 0,91; свекла сахарная (корни) – 0,16 (Химия тяжелых металлов …, 1985).

Симптомы молибденовой недостаточности прежде всего отмечаются у бобовых растениях, а также у крестоцветных (капуста), пасленовых (томаты), маревых (свекла, шпинат), злаковых (овес). Недостаток элемента у растений обычно наблюдается, когда его концентрация в растениях ниже 0,1 мг/кг сухого вещества (Каталымов М.В., 1965), однако критический уровень варьирует в зависимости от многих внешних факторов.

Симптомами недостатка являются ослабление зеленой окраски в результате нарушения азотного обмена: у бобовых – всего; листа у других культур появляются хлорозные пятна. Далее хлорозные ткани отмирают, листья искривляются.

Размещение молибдена по органам неравномерно: большая часть элемента сосредоточена в молодых листьях. Он быстро поглощается корневыми системами и передвигается через стебли к листьям.

Повышенное содержание элемента в почвах, обуславливая повышение его концентрации в растениях, может стать причиной молибденового токсикоза у животных и подагры у человека. Заболевание отмечается, когда содержание элемента в растениях достигает 20 мг/кг сухого вещества (Каталымов М.В., 1965). Приводятся данные о пороговых уровнях содержания молибдена в почвах (Ковальский В.В., 1974):

1) недостаточное содержание (нижняя пороговая концентрация) – до 1,5 мг/кг почвы. После этого предела начинается заболевание растений (клевер);

2) норма (в пределах нормальной регуляции функций) – 1,5-4 мг/кг;

3) избыточное содержание (верхняя пороговая концентрация) – 4 мг/кг, возможна подагра у человека и молибденовый токсикоз у животных.

Данных о токсичности молибдена для растений не имеется.

МЫШЬЯК

Мышьяк всегда обнаруживается в растениях и в небольших количествах может быть полезен, хотя необходимость элемента для растений не доказана. В опытах было показано положительное действие мышьяка в дозе 25 мг/кг для бобов, картофеля, гороха, пшеницы; 75 мг/кг – гороха и пшеницы; 500 мг/кг в форме арсената кальция – для кукурузы, сорго, сои, хлопка (Stewart J., Smith E.S., 1922). Предполагалось, что положительный эффект вызывался частичной стерилизацией почвы. Возможно, что мышьяк, как окислитель, усиливает действие окислительных ферментов в клетках растений, что влечет за собой увеличение ассимиляции глюкозы, образование лимонной, щавелевой, гликолевой кислот (Хализев А.Я., 1934; Школьник М.Я., 1974).

Среднее содержание мышьяка в растениях составляет (мг/кг сырого веса): пшеница, рожь, овес – 0,51; ячмень – 0,43; гречиха – 0,47; горох – 0,56; фасоль – 0,03; капуста, лук, тыква – 0,05; картофель, морковь – 0,07 (Коломийцева М.Г., Габович Р.Д., 1980).

Фитотоксический эффект от загрязнения почв мышьяком начинает проявляться при его содержании 100 мг/кг. При этом данный вид загрязнения более опасен на черноземных почвах, чем на кислых дерново-подзолистых, поскольку арсенаты кальция – основная форма мышьяка на черноземах – более растворимы и более опасны, чем арсенаты железа и алюминия, преобладающие в дерново-подзолистых почвах.

Растения имеют различную устойчивость к соединениям мышьяка. Выделяют три группы (Потатуева Ю.А., Залегина В.А., 1981):

1) очень устойчивые: спаржа, картофель, томаты, морковь, табак, ежевика, виноград, малина;

2) среднеустойчивые: земляника, кукуруза, свекла, тыква, кабачок;

3) слабоустойчивые и неустойчивые: лук, горох, огурцы, люцерна.

Наибольшей устойчивости к мышьяку обладают бесхлорофилльные растения. Количество элемента в растениях, при котором начинал проявляться фитотоксический эффект (мг/кг сухого вещества): бобы – 50; картофель – 78; пшеница – 52; горох – 193; редис – 940. Наименьшее количество элемента в растениях, вызывавшее их гибель (мг/кг сухого вещества): бобы – 628; горох – 1190; картофель –524; редис – 940 (Хализев А.Я., 1934).

Различные соединения мышьяка отличаются по фитотоксичности: пятивалентный мышьяк менее ядовит, чем трехвалентный, поскольку имеет меньшую (в 4-10 раз) растворимость (Duel L.E., Swoboda A.R., 1972).

Фитотоксичность мышьяка проявляется в следующих визуальных признаках: подавление роста растений, снижение урожай, слабое развитие корневой системы, плазмолиз корней, увядание листьев, отмирание верхушек листьев, снижение транспирации и поступления воды в растения (Хализев А.Я., 1934; Школьник М.Я., 1974).

<< | >>
Источник: Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В.. Экотоксикология тяжелых металлов: Учебное пособие.-. 2001

Еще по теме 2.2. Токсическое воздействие тяжелых металлов на растения:

  1. Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В.. Экотоксикология тяжелых металлов: Учебное пособие.-, 2001
  2. 4.2.1. Тяжелые металлы
  3. Тяжелые металлы и стойкие органические растворители
  4. Г Л А В А I. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОРРОЗИИ И ЗАЩИТЕ МЕТАЛЛОВ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ
  5. ВОЗДЕЙСТВИЕ ГИДРОСФЕРЫ НА ЧЕЛОВЕКА Пути воздействия
  6. 11.3. Воздействие химически опасных веществ на организм человека 11.3.1. Виды воздействия АХОВ на организм
  7. ТЯЖЕЛАЯ КОМАНДИРОВКА
  8. Тяжелое наследие
  9. Глава VI АЭРОИОНИФИКАЦИЯ В ЛЕГКОЙ И ТЯЖЕЛОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
  10. ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛЕГКИХ, СРЕДНИХ и ТЯЖЕЛЫХ АЭРОИОНОВ
  11. Социальная опасность и тяжелые последствия для здоровья нарко-, токсикомании.
  12. Металлы