Вадим Артамонов - Растения и чистота природной среды

• Название: Растения и чистота природной среды
• Автор: Вадим Артамонов
• Издательство: Наука
• Жанр: Экология
• Год: 1986

В книге рассматриваются основные источники загрязнения окружающей среды, влияние загрязнителей на растения, роль растений в индикации загрязненности окружающей среды, значение растительного мира в очистке атмосферы и гидросферы от токсических примесей, устойчивость растений к фитотоксикантам, некоторые проблемы озеленения территорий.

Для широкого круга читателей.

---

Как известно, растения обладают способностью осуществлять процесс фотосинтеза различными путями. В зависимости от этого они разделены на две группы: С3= и С4= растения. Оказалось, что представители этих групп по-разному реагируют на присутствие в среде сернистого газа. С4= растения поглощают в полтора раза меньше двуокиси серы, чем С3= растения. Это связано с тем, что С4= растения в присутствии фитотоксиканта закрывают устьичные щели, а С3-растения их расширяют. Поскольку

устьица у С4-растений под влиянием двуокиси серы закрываются, они слабее фотосинтезируют, но зато более устойчивы к сернистому газу. Кроме того, с увеличением концентрации фитотоксиканта до 0,04 мг/м3 ингибирование фотосинтеза у кукурузы и сорго (представители группы С4= растений) составляло только 20–30 %, тогда как у овса (представитель группы C3-растепий) фотосинтез подавлялся на 90 %. У подсолнечника, относящегося к группе С3-растений, практически полное подавление фотосинтеза наблюдалось уже при концентрации 0,4 мкл/л.

Устойчивость к двуокиси серы, по данным П. П. Чуваева, Ю. З. Кулагина и Н. В. Гетко (1973), определяется не количеством устьиц, а их способностью регулировать уровень газообмена путем изменения открытости устьичных щелей (тополь дельтовидный, тополь бальзамический, ясень обыкновенный и др.), а также способностью самой протоплазмы противостоять токсическому действию загрязнителей атмосферы.

Чрезвычайно интересные данные получены при изучении метаболитических превращений сернистого газа, поглощенного растениями. Оказалось, что молодые листья огурца устойчивы к фумигации двуокисью серы концентрации 22,5 мкл/л (1 мг/м3), а старые — чувствительны к ней. На первый взгляд это может показаться довольно странным, поскольку молодые листья поглощают сернистый газ в два раза интенсивнее, чем старые. Оказалось, однако, что они более энергично восстанавливают этот фитотоксикант до сероводорода, причем скорость выделения ими сероводорода была в 10–13 раз выше, чем старыми листьями. При расчете на вес или площадь молодые и старые листья разнились еще более существенно: в 20—100 раз. Особенно интенсивно процесс выделения сероводорода протекал на свету. Ученые полагают, что молодые листья огурца устойчивы к сернистому газу именно благодаря высокой скорости его восстановления до сероводорода, который выделяется ими в окружающую среду.

Другой путь превращения сернистого газа в растениях, как мы уже отмечали, заключается в окислении его до сульфатов. Если скорость этого процесса соответствует скорости поступления газа в растения, последние менее страдают от присутствия фитотоксиканта. Таким образом, устойчивость растений к сернистому газу определяется скоростью его метаболитических превращений в другие продукты.

Самыми чувствительными к хлористому водороду растениями оказались люцерна и редис, у которых некроз листьев появлялся после воздействия этого вещества в концентрации 0,1 части на миллион в течение всего лишь двух часов. Наиболее устойчивыми растениями являются петуния, фасоль кустовая, герань и азалия.

Некоторые растения (ива, белая акация, сосна черная) оказались устойчивыми по отношению к фтору, поэтому их предполагается использовать для озеленения территорий предприятий, выделяющих в атмосферу большое количество этого фитотоксиканта (алюминиевых заводов, предприятий по производству эмалированной посуды и др.). Установлено, что листья пеларгонии зональной, обработанные раствором фтористого аммония, накапливают кальций в местах локализации фтора. Увеличение концентрации кальция в некротических участках происходит в результате миграции его из других частей растений. Исследователи предполагают, что ионы кальция играют защитную роль. В пользу этого предположения свидетельствует тот факт, что предварительное выдерживание листьев в растворе, содержащем ионы кальция, приводит к тому, что некрозы под влиянием фтористого аммония не образуются.

Различаются растения и по устойчивости к аммиаку. Одни виды (вьюнок, петуния розовая) устойчивы к этому фитотоксиканту, другие (циния красная, календула лекарственная) — неустойчивы.

Устойчивыми к сероводороду являются персик, яблоня, вишня, гвоздика, колеус, портулак, подсолнечник, василек, настурция; неустойчивы — табак, редька, редис, мак, соя, клевер, фасоль, шалфей, космея, гладиолус, астра, огурец.

Чувствительность растений к озону также неодинакова. В опытах с различными сортами фасоли показано, что устойчивые к этому фитотоксиканту растения быстрее закрывают свои устьица в ответ на воздействие озоном.

Советский ученый Н. П. Красинский в 1937–1950 гг. первым высказался за необходимость широкого использования теоретических представлений для правильной оценки дымоустойчивости различных видов растений. Он предложил различать несколько видов устойчивости растений к загрязнителям атмосферы: биологическую, анатомо-морфологическую и физиолого-биохимическую. Впоследствии различными авторами был предложен ряд других классификаций устойчивости, рассмотрение которых выходит за рамки настоящей работы, тем более что ни одна из них пока не пользуется всеобщим признанием. Более обстоятельное рассмотрение этого вопроса можно найти в работах Ю. З. Кулагина (1974), Г. М. Илькуна (1978) и В. С. Николаевского (1979).

Биологическая устойчивость связана со способностью поврежденных растений к регенерации. Чем быстрее растение восстанавливает свои ткани и органы после отравления вредными примесями атмосферы, тем оно устойчивее. Лиственные породы по сравнению с хвойными более устойчивы отчасти по той причине, что обладают более ярко выраженной способностью к регенерации. Однако эта закономерность соблюдается, по-видимому, не всегда. У кустарника Diplacus aurantiacus, сбрасывающего листья, наблюдается более низкая устойчивость к сернистому газу по сравнению с вечнозеленым кустарником Heteromeles arbutifolia. Биологическая устойчивость выражается также в том, что в разных фазах роста и развития растений последние по-разному относятся к повреждающим факторам.

Анатомо-морфологическая устойчивость связана с особенностями строения растений, тогда как физиологобиохимическая определяется индивидуальными особенностями их метаболизма, скоростью протекания биохимических реакций, способностью утилизировать ядовитые вещества, связывать их белками цитоплазмы и т. д.

Анатомо-морфологические особенности (мощность кутикулы, воскового налета, режим работы устьичного аппарата, площадь поверхности растения и др.) могут играть важную роль в поступлении внутрь растения вредных веществ. Наиболее устойчивыми ко всем видам загрязнений оказались листья, обладающие прочным восковым налетом, который перекрывает устьичные клетки.

Листья растений, лишенные воскового налета, хорошо смачиваются водой, подвергаются в течение вегетационного периода очень сильному загрязнению, которое с трудом смывается дождем. Напротив, листья, покрытые восковым налетом и вследствие этого обладающие водоотталкивающими свойствами, загрязняются слабо. Загрязнение легко смывается с таких листьев осадками.

В связи с этим важное значение в устойчивости растений к загрязнителям имеют условия внешней среды, которые оказывают значительное влияние на формирование воскового налета. Так, например, у брюквы при 35 %-ной относительной влажности воздуха образуется более мощный восковой налет, чем при 80 %-ной влажности. Эти же растения обладают более мелкими устьицами.

Важное значение в устойчивости растений к фитотоксикантам принадлежит особенностям строения и режиму работы устьиц. Можно привести немало примеров, подтверждающих справедливость этой точки зрения.

Листья, у которых число устьиц незначительно, более устойчивы к сернистому газу. Поглощение и распределение некрозов полностью соответствует распределению устьиц на листе.

Установлено, что диффузная проводимость газов через устьица устойчивых к сернистому газу клонов тополя в течение дня понижена по сравнению с высокочувствительными или умеренно чувствительными клонами.

Выяснено также, что устойчивые к озону сорта фасоли имеют на 25 % меньшую площадь устьиц на единицу поверхности листа, чем чувствительные. Кроме того, устойчивые сорта обладают способностью частично закрывать устьица в присутствии озона, чего не наблюдается у восприимчивых растений. Способность фасоли частично закрывать свои устьица в присутствии фитотоксиканта представляется исследователям более важной в механизме устойчивости к озону, чем пониженное число устьиц на единице площади листа.

Это положение хорошо подкрепляется результатами экспериментов с елью. Клоны ели, устойчивые к веществам, загрязняющим воздух, характеризовались более чувствительным механизмом закрывания устьиц и регуляции транспирации хвои, чем неустойчивые. В результате этого в хвое устойчивых клонов накапливалось меньше сернистого газа и фтора.