Ауыр металдардың өсімдіктерге зиянды әсері
Пән: Экология, Қоршаған ортаны қорғау
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 54 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 54 бет
Таңдаулыға:
Мазмұны
Кіріспе
4
1 Әдебиетке шолу
6
1.1 Кейбір ауыр металдардың өсімдіктер тіршілігіне әсері
6
1.2 Ауыр металдардың өсімдіктерге зиянды әсері
10
1.3 Өсімдіктерде көп мөлшердегі ауыр металдарға тұрақтылық механизмдерінің дамуы
15
1.4 Ауыр металдардың өсімдіктердің морфологиялық және анатомиялық құрылысына әсері
18
1.5 Мұнай және мұнай өнімдерінің өсімдіктердің морфологиялық және анатомиялық ерекшеліктеріне әсері
20
1.6 Микоризалы саңырауқұлақтардың өсімдіктердің техногендік факторларға төзімділігінде артырудағы ролі
23
1.7 Фиторемидиация
28
2.Зерттеу объектілері мен зерттеу әдістері
31
2. 1 Heliantus annuus L., және Avena sativa L., морфологиялық сипаттамалары
31
2. 2 Зерттеу әдістері
31
3 Зерттеу нәтижелері
33
3.1 Heliantus annuus L. өсімдігінің сабағының анатомиялық ерекшеліктері
33
3.2 Avena sativa L өсімдігінің жапырағының анатомиялық ерекшеліктері
41
3.3 Avena sativa L. өсімдігінің тамырының анатомиялық құрылысы
47
Қорытынды.
54
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
55
Кіріспе
Тақырыптың өзектілігі: Қоршаған ортаның ластануы адамзат өміріне, өсімдіктер мен жануарлар әлеміне, бүкіл табиғат ресурстарының жай-күйіне елеулі нұқсан келтіріп отырғаны белгілі. Адамзат өзінің энергиялық қажеттіліктерін қанағаттандыру мақсатында мұнай мен мұнай өнімдерін өндіру, қара және түсті металургия өндіру сынды салаларды қарқынды түрде дамытып отыр. Бұл жағдай өз кезегінде қоршаған ортаның ауыр металдармен, мұнай және мұнай өнімдерімен, радионуклеидттермен ластануына алып келеді.
Табиғатты мұнай және мұнай өнідерінен, ауыр метаталдармен ластануынан тазарту Қазақстан Республикасы үшін өзекті мәселелердің бірі. Өсімдіктер қоршаған ортаның ластануының индикаторы болып табылады.Тіршілік иелерінің техногенді факторларына, оның ішінде органикалық ластағыштар мен ауыр металдарға жауап реакцияларын зерттеу қоршаған ортаның сапалық күйін саралауға және қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Сол себепті ұзақ уақытқа созылған мұнаймен ластануы мен ауыр металдардың өсімдіктерге әсерін зерттеу өте маңызды іс-шара болып табылады.
Қоршаған ортаның ластануы қазіргі уақытта көпшілік назарын аударатын және алаңдататын бірден бір мәселе болып табылады.Ел қауіпсіздігі мен халық денсаулығына зор нұқсан келтіретін Семей ядролық сынақ полигоны, мұнай, металл және атом өндірістерінің іс-әрекеті Қазақстанның экологиялық жағдайын күнен күнге шиеленістіре түседі. Осы факторлардың зиянды әсерін байқауда өсімдіктер жақсы мысал бола алады. Олар өз бойына зиянды заттарды жинақтап, белгілі бір жердің ластануының индикаторы бола алады.
Қоршаған ортаның ластануының тағы да бір күрделі мәселелерінің бірі - мұнай және мұнай өнімдері. Қазіргі кездегі адамзаттың энергиялық қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін мұнай өте көп мөлшерде өндірілуде. Мұнай қасиеті әртүрлі және кең көлемді қолданыстағы күрделі зат, оның құрамы 3000-дай қоспадан тұрады және олардың көпшілігі оңай тотығады. Сондықтан мұнай және мұнай өнімдері өсімдіктер мен тірі ағзаларға зиянды уландырғыш заттармен кең көлемде әсер етеді.
Мұнай және газ құбырларын салу кезіндегі қоршаған ортаның ластануы, өнім өндіру кезінде мұнаймен, мұнай өнімдерімен және мұнай газдарымен, олардың жанғаннан кейінгі өнімдерімен, күкіртсутегі, күкірттотығы салдарынан ластанудың жиі болып тұратыны анықталды. Бұрғылау кезінде түзілген қалдықтар, фенолдар, альдегидтер және бұрғылауды жылдамдату үшін қолданылатын басқа реагенттер ластануға әсер етеді.
Сол себепті қоршаған орта ластанудан қорғауға бағытталған іс шараларды одан әрі жетілдіру керек. Мұнай кен орындарын барлау,бұрғылау және өңдеу жер қойнауы мен қоршаған ортаны қорғау шараларын толық сақтай отырып жүргізілуі тиіс. Жұмыс барысында күнбағыс және сұлы өсімдіктері зерттелді.
Техногендік факторлардың өсімдіктерге кері әсерін төмендету үшін микоризалы саңырауқұлақтардың септігі зор. Микоризалы саңырауқұлақтар өсімдіктердің минералдық қоректенуі мен ластағыштарға төзімділігін арттырады. Ауыр металдар мен органикалық ластағыштардан топырақты тазартудың бірден-бір әдісі фиторемидиация болып табылады. Ластанған топырақтарды ризосферасы микроағзалармен қоныстанған және сол себепті ластағыштарды ыдырататын өсімдіктерді өсіріп, тазарту экономикалық жағынан тиімді болып келеді. Ауыр металдар мен мұнай өнімдерімен ластанған топырақтарда өскен өсімдіктердің морфологиялық және анатомиялық ерекшеліктерін зерттеу. Сонымен қатар өсімдіктердің ластағыштарға төзімділігін арттырудағы микоризалы саңырауқұлақтардың әсерін зерттеу жұмыстың басты мақсаты болып табылады.
Жұмыстың мақсаты: зертханалық жағдайда топырақтың мұнай және мұнай өнімдерімен (дизель жанармайы мысалында) ластануы жағдайындағы (Heliantus annuus L. және Avena sativa L.) өсімдіктерінің вегетативтік мүшелерінің анатомиялық құрылымының өзгерістерін зерттеу, сонымен қатар өсімдіктердің ластағыштарға төзімділігін арттырудағы микоризалы саңырауқұлақтардың әсерін зерттеу жұмыстың басты мақсаты болып табылады.
Жұмыстың мақсатын жету үшін алға қойған міндеттер:
- Мұнаймен, дизель жанармайымен, кадмиймен ластанған топырақта өскен өсімдіктерінің морфологиялық және анатомиялық ерекшеліктерін зерттеу.
- Өсімдіктерді фиксациялау.
- Анатомиялық препарттарды жасау.
-Морфометриялық өлшемдерге статистикалық анализ жасау.
Алынатын нәтижелер:
1. Heliantus annuus L. өсімдігін дизель жанармайымен ластану жағдайындағы сабағының анатомиялық ерекшеліктері анықталды.
2. Avena sativa L. өсімдігіне дизель жанармайымен әсер ету кезінде жапырағының анатомиялық ерекшеліктері айқындалды.
3. Топырақтың мұнай өнімдерімен ластануы жағдайында арбускулалық микориза протекторлық роль атқарып, өсімдіктердің төзімділігін аттыратындығы зерттелінді.
1 Әдебиетке шолу
1.1 Ауыр металдардың өсімдіктер тіршілігіне әсері
Ауыр металдар микроэлементтер қатарына кіреді.Олар тірі ағза құрамында өте аз концентрацияда кездеседі.Қазіргі кезде өте сезімтал және маманданған құрылғылар арқылы организм құрамында ондай 60 элементтің бар екені анықталды. Микроэлементтер организмде аз мөлшерде кездескенімен олар өсімдіктердің дамуында маңызды роль атқарады.Өсуі мен дамуына жалпы оң әсермен қоса микроэлементтер физиологиялық процесстерге де жақсы септігін тигізеді, мысалы фотосинтезде. Бұл байланыстылық олардың биологиялық белсенді заттар- гормондармен, дәрумендермен тығыз байланыста болуымен түсіндіріледі.Сонымен қатар микроэлементтердің көптеген ақуыздар мен ферменттермен байланыстылығы дәлеледенді. Қазіргі кезде дәрумендер мен микроэлементтер арасында байланыстылық дәлеледеніп отыр.Мысалы марганец бірқатар өсімдіктерде С дәруменінің түзілуіне қажет екені көрсетілген.
Алайда қоршаған орта үшін ауыр металдардың шамадан тыс мөлшері өте қауіпті болып табылады. Ауыр металдардың мөлшерін барлық орталарда қадағалап отыру өте маңызды. 1973 жылы БҰҰ - да адам ағзасына ең қауіпті заттар тізімі белгіленді. Оларға: күкіртті газ, көміртегінің оксиді мен диоксиді, азот оксиді, нитраттар, нитриттер, аммиак және ауыр металдар құрамына кіретін сынап, қорғасын, кадмий элементтері де жатқызылды. Металдарды ауыр металдарға жатқызу критерилеріне көптеген сипаттамалар келтірілген: атомдық массы, тығыздығы, улылығы, қоршаған ортада таралуы, техногендік және табиғи айналымдарға қатысуы [1]. Ауыр металдарға Д.И.Менделеевтің периодикалық кестесіне жатытын, атомдық массасы 50 атомдық бірлік массасын құрайтын 40-қа жуық химиялық элементтер жатады: Pb , Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Co және т.б. Ауыр металдарды классификациялау кезінде келесідей жағдайлар маңызды болып келеді: салыстырмалы түрде аз концентрациясы кезінде тірі ағзаларға жоғары улылық қасиеті және биоакумуляцияға қабілеттілігі. Осы сипаттамаларға кірген барлық элементтер дерлік (биологиялық ролі қазіргі уақытқа дейін анықталмаған сынап, қорғасын, кадмий және висмуттан басқалары) биологиялық процестерде белсенді түрде қатысып, көптеген ферменттер құрамына кіреді.
Тығыздығы 8 г\см3 болып келетін элементтер ауыр металдар құрамына кіреді. Ауыр металдар арасында тірі ағзаларға биологиялық маңызды болып келетін микроэлементтер көп.Олар физиологиялық процестердің маңызды биокатализаторы мен биореттеушілерінің алмастырылмайтын және қажетті құрамдас бөліктері болып табылады. Алайда, биосфераның түрлі нысандарындағы ауыр металдардың шамадан тыс мөлшері тірі ағзаларға токсикалық әсер етеді.
Топыраққа ауыр металдардың түсу жолдары табиғи ( тау жыныстары мен минералдардың мүжілуі, эрозиялық процестер, жанартаудың атқылауы) және техногендік ( пайдалы қазбаларды өндіру мен өңдеу, отынның жануы, автокөліктердің және ауылшаруашылығының әсері) болып екіге бөлінеді. Ауыл шаруашылық жерлер атмосфера арқылы ғана ластанып қоймай, ауыр металдармен спицификалық түрде де ластанады, мысалы пестицидтерді, минералды және органикалық тыңайтқыштарды қолдану, ақаба суларды қолдану. Соңғы уақытта ғалымдар қала аумағындағы топырақтарға баса назар аударып келеді. Яғни ол жерлер техногенді әсерге көп ұшырап, ауыр металдармен белсенді түрде ластанады.
Топырақ бетіне ауыр металдар түрлі формалар арқылы түседі. Бұл металдардың түрлі оксидтері мен еритін және суда мүлдем ерімейтін тұздар түрінде кездеседі. Пайдалы қазбаларды өңдеу және түсті металургия өндіріс орындарының ластағыштар қоршаған ортаны ауыр металдармен ластануының негізгі көзі болып табылады. Ауыр металдардың басым бөлігі (70-90%) оксид түрінде кездеседі [2].
Топырақ бетіне түскен ауыр металдар жинақталуы мүмкін, немесе берілген территорияның геохимиялық ерекшелігіне байланысты шашырап кетуі үмкін. Топырақ бетіне түскен ауыр металдардың көп бөлігі гумус қалыңдығында жинақталады. Ауыр металдар топырақтың органикалық заттарымен байланысып қарамайым органикалық қосылыстар түзеді. Ауыр металдардың жылжымалылығы геохимиялық жағдайға және техногендік ластануға байланысты [3].
Қоршаған ортаның ауыр металдармен ластанудың екі зиянды жағы бар. Біріншіден, қоректік тізбек арқылы топырақтан өсімдіктерге түсіп, ал өсімдік арқылы жануарлар мен адам ағзасына зиян келтіреді. Ауыр металдар тірі ағзаларда түрлі ауруларды тудырады.
Екіншіден, ауыр металдар топырақта жинақталып, оның қасиеттерінің өзгеруіне алып келеді. Ең бастысы ауыр металдар топырақтың биологиялық қасиеттерін өзгертеді: микроағзалардың жалпы саны азаяды, олардың түрлік құрамы төмендейді, микроценоздардың құрылымы өзгереді, негізгі микробиологиялық процестердің интенсивтілігі және топырақ ферменттерінің белсенділігі төмендейді. Түрлі өсімдіктер, жануарлар және адам өзінің тіршілігі үшін топырақ пен судың белгілі бір құрамын қажет етеді. Минералдық қоректенудің бұзылуының нәтижесінде фито-,зоо- және микроценоздардың түрлік құрамының өзгеруі, жабайы өсетін өсімдіктердің түрлі ауруларға шалдығуы байқалады. Сонымен қоса ауылшаруашылық өсімдік өнімдері мен мал шаруашылығы өнімдерінің саны мен сапасының төмендетеді [4].
Топырақтың ауыр металдармен ластануының экологиялық жағдайы ластанудың параметрлеріне, геохимиялық жағдайына және топырақтың тұрақтылығына байланысты. Ластану параметрлеріне металдың табиғаты, яғни оның химиялық және улылық қасиеті, топырақтағы металдың мөлшері, химиялық қосылыстың формасы жатады. Топырақтың ластаушыға тұрақтылығы оның гранулометриялық құрамына, органикалық заттардың мөлшеріне, қышқыл-негіздік және тотығу-тотықсыздану жағдайларына микробиологиялық және биохимиялық процестердің белседілігіне байланысты. Ластаушы заттарға тірі ағзалардың тұрақтылығы, яғни атап айтқанда өсімдіктердің ауыр металдардың жоғары концентрациясына тұрақтылығы және олардың ауыр металдарды өз бойына жинақтау қасиеті адам ағзасына үлкен қауіп тудырады. Өйткені өсімдіктер ластаушы заттардың тағамдық тізбекке енуіне септігін тигізеді.
Кобальт өімдіктердің ұлпаларында үнемі кездесетін бұл элемент зат алмасу процестеріне қатысады. Биосферада кобальт негізінен таралып кетеді, бірақ кобальтты жинақтайтын өсімдіктер бар жерде кобальт көздері пайда болады. Кобальт В12 дәруменінің құрамына кіргендіктен азоттық заттарды белсенді түрде сіңірілуіне септігін тигізеді, сонымен қатар хлорофилл мен аскорбин қышқылдарының, ақуыздық азоттың мөлшерін көбейтеді, биосинтездің қарқындауына алып келеді. Жайылымдар мен шалғындықтардығы өсімдіктерде кобальттың орташа концентрациясы құрғақ затта 2,2*10-5-4,5*10-5% құрайды. Бұл элементті астық тұқымдастарына қарағанда бұршақ тұқымдастары жақсы жинақтайды. Кобальт атмосфералық азотты фиксациялайтын түйінді бактериялардың ферментативті жүйелеріне қатысады; бұршақ және басқа да тұқымдастардың өсуіне, дамуына және өнімділігіне жақсы әсер етеді. Аз мөлшерде бұл элемент жануарлар мен өсімдіктердің қалыпты тіршілігі үшін аса қажет, бірақ оған қоса оның көп мөлшердегі концентрациясы организмдер үшін улы. Кобальт ауыл шаруышылығында микротыңайтқыш ретінде падаланылады.Кобальт тұздарын тыңыйтқыш ретінде пайдалану сұлының тез дамуына, қызыл жоңышқаның тұқымдарының, қант қызылшасының өнімділігінің жоғарлауына алып келеді [5].
Молибден топырақта молибденнің орташа мөлшері 0,0003% құрайды. Бұл элемент көп жағдайда батпақты және тундралы топырақтарда кездеседі. Қышқыл топырақтарда молибден өсімдіктерге аз түседі, сондықтан ондай топырақтарға молибденді тыңайтқыштарды ендіру оң әсер береді. Молибден әсіресе бүршақ тұқымдастары үшін аса қажет, өйткені ол тамыр түйіндерінде шоғырланып, даму мен өсуге септігін тигізіп, азотфиксациялаушы бактериялардың атмосфералық азотты сіңіруін жақсартады. Нитроредуктаза ферментінің құрамына кіре отырып молибден жоғарғы және төменгі сатыдағы өсімдіктерде нитраттарды қалпына келтіріп, ақуыздың синтезін жақсартады. Сонымен қатар С дәруменінің және каротиннің синтезі үшін қажет.
Никельдің мөлшері 0,004%, ал өсімдіктерде тірі салмақтың 0,00005% құрайды.Өсімдіктер никель көздері аймағында айтарлықтай мөлшерде никельді жинақтай алады. Бұл жағдайда өсімдіктердің эндемиктік ауру жағдайлары байқалады. Өсімдік жапырақтарында бұл элементтің улы деңгейі құрғақ массада 1,0 мгкг асқанда басталады.Никельдің улы әсерінің көріністері: хлороз, некрозға алып келетін жапырақтың сарғаюы, тамырдың және жас өркендердің өсуінің тоқтауы, өсімдік бөліктерінің деформациясы, кейбір жағдайда өсімдік өліміне алып келеді.
Марганец топырақта орташа 0,085% мөлшерде кездеседі. Қышқыл топырақта өсімдіктердің марганецті сіңіру жағдайын жақсарады. Сілтілі топырақ Mn (OH)2 түзіледі,ол өз кезегінде өсімдіктердің марганецті сіңіруін төмендетеді. Өсімдіктердегі марганецтің орташа мөлшері 0,001% құрайды. Бұл металл өсімдіктердің тыныс алуында катализатор қызметін атқарып, фотосинтез процесіне қатысады. Марганецтің жоғары денгейлі тотығу-тотықсыздану потенциялын ескерсек, оның өсімдік клеткаларына жануарларға темірдің әсеріндей маңызды роль атқаратынын айтуымызға болады. Бұл металл гидролитикалық процестерді күшейтеді, өсімдіктің жалпы дамуы мен өсуіне жақсы септігін тигізеді.Топырақта марганец жетіспеген жағдайда өсімдіктерде ауру туғызады, мысалы некрозға алып келетін хлорозды дақтардың пайда болуы. Мұндай жағдайда өсімдіктердің өсуі тежеліп,өсімдіктің өліміне алып келеді. Топырақты марганецпен байыту жағдайында өсімдіктің өсуінің жақсаруына, өнімнің жоғарлауына алып келеді. Тыңайтқыш ретінде марганец кенді өнеркәсіптерінің қалдықтары қолданылады.Марганецтің қалдықтары таза марганец тұздарына қарағанда өсімдіктерге пайдалырақ, өйткені олар өсімдіктемен баяу сіңіріліп, жақсы әсер етеді. Бұл қалдықтарды тыңайтқыш ретінде пайдалану қант қызылшасының, қыстық бидайдың, жүгерінің, картоптың өнімділігінің жоғарлауына алып келеді.
Марганецтің тапшылығы сияқты, оның өте көп мөлшері де өсімдіктерге теріс әсерін тигізеді. А.Д. Дробковтың деректері бойынша марганецті көп мөлшерде жинақтайтын өсімдіктер бар, оларды манганофилдер деп атайды. Марганецті жинақтаушыларға сарғалдақ, дәрілік жусан, кейбір шаңжапырақтар,қарағай, қайың т.б. жатады [6].
Мыс өсімдік тіршілігіне қажетті микроэлементтерге жататын, митохондрия, хлоропласт, клетка қабырғасының сүректенуі, көмірсулардың метаболизмі, және протеиндердің синтезделуіне қатысатын металл [7]. Топырақта мыс орташа есеппен 0,002% құрайды. Топырақтан өсімдіктер түрлі дәрежеде сіңіретін мыстың бірнеше формалары кездеседі.
а) суда еритін мыс
б) органикалық және минералды коллоидттармен сіңірілген алмасқан мыс
в) әлсіз еритін мысты тұздар
г) құрамында мыс бар минералдар
д) кешенді металлоорганикалық мыс қосылыстары.
Мыс өсімдіктердің тіршілігі үшін аса қажетті. Жапырақтардағы мыстың көп бөлігі хлоропласттарда жинақталған және фотосинтез процесімен тығыз байланысты; ол антоциан, темірпорфирин және хлорофилл тәрізді күрделі органикалық қосылыстарының синтезіне қатысады; хлорофиллдің қалпына келуіне септігін тигізеді. Мыс өсімдіктер құрамында темірі бар ферменттердің синтезіне қатысады, соның ішінде пероксидаза. Мыстың өсімдіктердегі ақуыз синтезіне, осыған байланысты өсімдік ұлпаларының суды ұстап қалу қасиетінің жақсаруына оң әсері дәлелденген. Өсімдіктерде мыс жетіспеген жағдайда туындайтын аурулар: экзантема, немесе жеміс ағаштарының төбе жағының қурауы, хлороз [8].
Мырыш өсімдік тіршілігіне қажетті микроэлементтердің бірі және де алкоголь-дегедрогеназа, РНК полимераза ферменттерінің құрамына кіріп,тыныс алу ферменттері мен индолил-3-сірке қышқылы сияқты өсу гормондарының белсендетушісі болып табылады. Мырыш әдетте бояу, каучук, ағаш бояулары мен консерванттарда қолдананылады. Топырақтағы мырыштыңтың орташа мөлшері 0,005% құрайды. Өсімдік құрамында жалпы 0,0003% мырыш кездеседі. Өсімдіктің түріне, өсу жеріне, климатқа байланысты цинктің мөлшері ауытқып тұрады. Мырыш бірқатар ферменттік жүйелердің құрамдас бөлігі болып табылады. Цитохром А мен В, цитохромоксидаза тәрізді тыныс алу ферменттерінің түзілуі үшін қажет. мырыш бірқатар өсімдіктерде С дәруменнің, каротиннің, көмірсулардың мөлшерінің көбеюіне алып келеді. Сонымен қатар тамырлардың жүйесінің өсуіне, өсімдіктердің ыстыққа, аязға, тұзға төзімділігін арттырады [9].
Кадмий кең тараған, қажетті микроэлементтерге жатпайтын кумулятивтігі аса жоғары фитотоксикалық әсері бар металл. Ол қоршаған ортаға жылу энергетикалық станциялардан, қалдық жағушы пештерден, металургиялық және пластик шығарушы өнеркәсіптерден, гальваникалық өнеркәсіп орындарынан, фосфатты тыңайтқыштардан және автокөліктерден енеді. Кадмидің жылдық антропогендік бөлінуі жылына 29,19*103 тоннаны құрайды және жылдан жылдан артып келеді [11]. Кадмийдің аса қатерлі мутагендік әсері бар және де Қатерлі ісікті зерттейтін Халықаралық агенттік хабарлағандай адамға канцерогенді болып табылады. [12] Өсімдіктің тіршілік әрекетіне кадмийдің қажеті жоқ болғанымен, оның басқа элементтермен салыстырғанда биоаккумуляциялық индіксі өте жоғары [13].
Қорғасын кең тараған ауыр металл. Өсімдік тіршілігіне қажеті жоқ және сезімтал өсімдік түрлеріне өте улы болуы мүмкін.Қорғасын өсімдіктердің фотосинтез қарқындылығына, лептесік, мезофилл клеткалары, пигменттер құрамы мен жарық пен қараңғы реакциялары арқылы әсер етеді [14].
1.2 Ауыр металдардың өсімдіктерге зиянды әсері
Өсімдіктердің құрылымы болып келетін элементтерді шартты түрде екі топқа бөлуге болады. Бірінші топқа негізгі органикалық қосылыстардың (ақуыздар, майлар, көмірсулар) молекулалары құралатын құрылымдық элементтер кірсе, екінші топқа функционалдық элементтер кіреді. Соңғы айтылғандар құрылымдық қосылыстарды синтезіне қатысқанымен, өздері олардың құрамына кірмейді. Функционалдық элементтер жоғарғы дәрежелі биологиялық белсенділікке ие. Сонымен қатар олар көп жағдайда түрлі ферменттердің кофакторлары болып келеді, биологиялық мембраналардың өткізгіштігіне әсер етеді, өсімдік бойындағы метаболиттердің дұрыс орналасуына септігін тигізеді. Мөлшері бойынша минералдық элементтер макроэлементтерге, микроэлементтерге және ультромикроэлементтерге бөлінеді. Әдетте макроэлементтер құрылымдық түзілімдер құрамына кіреді. Калий ғана басқа макроэлементтер мөлшері асып түссе де, ол құрылымдық қосылыстарды түзбей, функционалдық қызмет атқарады. Барлық құрылымдық элементтер атомдық массы 40-тан аспайтын жеңіл элементтер категориясына кіреді. Микроэлементтер ферменттер, дәрумендер және басқа да биологиялық белсенді заттар құрымына кіргендіктен функционалдық элементтер болып табылады. Олар органикалық қосылыстар синтезінің процестерін катализдеп, барлық катализаторлар тәрізді ағзаның қажеттіліктерін аз мөлшерде болғанымен де қанағаттандырады. Топырақтағы өсімдікке қажетті кез- келген микроэлементтің жетіспеушілігі зат алмасу процестерінің бұзылуына және сол себепті өнімнің сапасы мен өнімділігінің төмендеуіне алып келеді.Өсімдіктер көп жағдайда функционалдық элементтердің жетіспеушілігінен түрлі ауруларға шалдығады. Ультромикроэлементтер ерекше топты құрайды. Бұл металдар жоғары улылыққа, ал кей жағдайларда радиобелсенділікке де ие. Ағзадағы өте аз мөлшеріне қарамастан, олар зат алмасу және өсу процестеріне айтарлықтай әсер ете алады. Олардың әсері өсімдіктің өсуінің қарқындылығында және органикалық қосылыстардың синтезінде байқалады, мысалы көмірсулар, ақуыздар, майлар, пигменттер және т.б. Сол себепті де ультромикроэлементтердің оң әсері белгілі бір шаруашылық қажеттіліктер үшін қызуғушылық тудырады. Бірақ байқалатын пайдалы әсерлер өсімдіктердің бұл элементтерге деген биологиялялық қажеттіліктерінен емес, улы заттардың микродозалары әсерінен болатын ағзаның стимулирлеуші интоксикацясымен түсіндіріледі. Сондықтан да өсімдік өсіру практикасында ультромикроэлементтерді тыңайтқыш ретінде пайдалану өте қауіпті. Өсімдік ағзасында ол элементтердің жинақталуы адам денсаулығы мен жануарлаға қауіп туғызады және өнімнің гигиеналық сапасына теріс әсер етіп, өнімнің төмендеуіне алып келеді [15]. Өсімдіктің биіктігі металдардың улылық әсірін анықтаудағы бірден-бір көрсеткіш болып табылады.
Ауыр металдар протоплазматикалық улар болып табылады, олардың улылығы атомдық массаның өсуіне байланысты жоғарлайды. Ерітіндіде 1мг\л мөлшерде тест-ағзаларға улы әсер ететін элементтер фитоулы болып табылады. Мұндай элементтерге Ag+, Be2+, Hg2+, Sn2+, Co2+, Ni2+, Pb2+ жатады. Орташа фитотоксикалық элементтерге (1-ден 100 мг\л мөлшерде) арсенаттар, бораттар, броматтар, хлораттар, перманганаттар, молибдаттар, антимонаттар, селенаттар және As, Se, Al, Ba, Cd, Cr, Fe, Mn, Zn элементтерінің иондары жатады. Аз токсикалық элементтерге ерітіндіде 1800 мг\л мөлшерде теріс әсер ететін элементтер жатады: Cl-, Br-, I-, Ca-, Mg-, K-, Na- және т.б. Ауыр металдардың улылығы түрлі көрініс беруі мүмкін. Көптеген металдар, мысалы мыс пен сынап улы концентарацияда ферменттердің белсенділігінтежейді. Бұл металдар сонымен қаттар органикалық молекулалармен кешенді қосылыстар түзіп, клеткалық мембраналар арқылы өту қасиетіне ие болады. Сынап, қорғасын, мыс, берилий, кадмий және күміс негізінен сілтілі фосфатазаны, каталазаны, оксидазаны және рибонуклеазаны тежейді. Ауыр металдар зат алмасу процестеріне теріс әсер етіп, маңызды метоболиттердің деградациясын күшейтеді. Кейбір ауыр металдар клеткалық мембраналаға әсер етіп, оның өткізгіштік және т.б. қасиеттерін өзгертеді. Мысалы Au, Cd, Cu және Fe2+ элементтері клеткалық мембраналардың бұзылуына алып келеді. Кейбір ауыр металдар өсімдіктерге қажетті металдармен бәсекеге түсіп, олардың маңызды функциональдық рольдерін бұзады. Осылайша, Li Na-ді, Cs K-ді, Ba мен Sr Ca-ді, Cd Zn-ті алмастыра алады.
Металдардың фитотоксикалылығы және оларға өсімдіктердің тұрақтылығы көптеген факторларға байланысты. Топырақ ерітіндісіндегі металдың мөлшері жоғары дәрежеде әсер етеді. Өсімдіктердің кейбір түрлері өзіне зиянсыз түрде ауыр металдарды концентрациялау қасиетіне ие. Өсімдік түрлерінің ауыр металдардың жоғары концентрацияларына тұрақтылығының механизмдері әлі күнге дейін толық зерттелген жоқ. Олардың белгілі бір элементке тұрақты болып келуі, әдетте басқа элементке тұрақтылық танытпайды. Ауыр металдардың фитотоксикалылығына топырақтың pH-і, катион алмасу қасиеті, органикалық заттың мөлшері тәрізді факторлар әсер етеді. Топырақтың қышқылдығы металдардың жылжу қабілетіне және олардың өсімдік тамырлары арқылы сіңірілуіне әсер етеді. Топырақтың органикалық бөлігі ауыр металдарды түрлі дәрежеде ұстап қалады. Ауылшаруашылық дақылдардың қоректік элементтермен қамтамасыз етілуі, өсу фазасы, тамырлардың ену тереңдігі, өсімдіктің вегетациялық кезеңінің ұзақтылығы тәрізді көрсеткіштер олардың ауыр металдарға толеранттылығын арттырады. Тыңайту, әктендіру тәрізді агротехникалық әдістер металдардың токсикалығын төмендете немесе күшейте алады. Жарық, температура және ылғалдандыру тәрізді өсімдікті өсіру жағдайларының өзгеруі ауыр металдардың топырақ ортасы мен өсімдік бойында жылжуына және трансформациясына, сонамен қатар өсімдік пен ауыр металдар арасынадағы қарым-қатынастарға да әсер етеді. Өсімдіктерге улы әсер ететін металдардың бірі кадмий болып табылады. Ол топырақтың ластануынан өсімдік бойына кездейсоқ түседі. Цинктің антогонисі болып табылатындықтан, цинктің өсімдікке түсуіне кедергі келтірді. Әдетте кадмий өсімдікте 0,2 ден 0,8 мг\кг мөлшерде болады. Ал кейбір жағдайларда кадмийдің өсімдік бойындағы мөлшері 80мг\кг дейін жетіп, өнімділіктің 25% төмендеуіне алып келеді. Салат, шпинат тәрізді өсімдіктер өз бойларына 100мг\кг мөлшерге дейін жинақтап, ешқандай әсер көрсетпейді.
Кадмийдің жоғары дәрежелі фитотоксикалылығы химиялық қасиеттері бойынша мырышқа жақындығымен түсіндіріледі. Сол себепті кадмий мырыштың орнына көптеген биохимиялық процестерге қатысып тыныс алу және басқа да физиологиялық процестерге қатысатын карбоангидраза, түрлі дегидрогеназалар, фосфатаза тәрізді ферменттердің жұмысын бұзады. Кадмий цинктің химиялық аналогы ретінде оны энзиматикалық жүйеде алмастыра алады. Ал энзиматикалық жүйе өз кезегінде көмірсулардың түзілуі мен сіңірілуіне және глюкозаның фосфорилирленуіне қажет [16].
Өсімдік организмінде мырыштың кадмиймен алмастырылуы мырыштың жетіспеушілігіне алып келеді, ал ол өз кезегінде өсімдіктің солуына, тіпті өлуіне алып келеді. Өсімдіктерді кадмийге сезімталдылығына байланысты кедесідей қатарға жатқызуға болады: қызанақсұлышалғындық шөптерсәбізшалқанасбұршақбұршақ шпинат [17]. Бұл микроэлементтер өсімдіктерге қанша маңызды болғанымен олардың артық мөлшері өсімдіктер үшін өте қауіпті.Ауыр металдардың адам және жануарлар үшін қауіптілігі олардың қоршаған ортада ұзақ уақыт сақталатындығымен өршелене түседі. Мысалы Pb ең тұрақты металдардың бірі,топырақта 150-500 жылға дейін сақталады. Cd - дің биологиялық жартылай өмір сүру уақыты 18 жыл деп есептеледі.
Ауыр металдардың тағы бір қауіптілігі оладың қоректік тізбек арқылы жануарлар мен адам ағзасына енген жағдайда ДНҚ мутагенді бұзылыуның нәтижесінде қатерлі ісік ауруларын тудыруында.Кейбір металдар радиоктивті изотоптар түрінде кездескендіктен қауіптілік бірнеше есе арта түседі [18]. Ауыр металдар бос радикалдар мен реактивті оттегі туындыларының пайда болуына себеп болатындықтан тотықтырушы стрессті тудырады.Реактивті оттегі туындылары өте белсенді болғандықтан мембрана липидттерінің ,протеиндер мен пигменттердің,нуклеин қышқылдардың құрылысын бұзып, өсімдік өліміне алып келеді [19].
Ауыр металдардың улылығы бірқатар факторлармен анықталады. Ауыр металдардың улылығы түрлі өсімдіктерде әр түрлі байқалады. Мысалы Zostera marina өсімдігі үшін HgCuCd ZnCrPb болса, Halophila Stipulacea өсімдігі үшін FePbZnCuCd болады [20]. Топырақтағы ауыр металдар мөлшерінің көбеюі олардың өсімдіктер бойындағы концентрациясының жоғаралауына алып келеді. Полиметалдық көздердің жанында өсетін өсімдіктердің бойындағы ауыр металдардың жинақталуы ғылыми көзқарас бойынша өзіндік табиғи құбылыс ретінде қарастырылса, ал техногендік ластану жағдайындағы өсімдіктердің ауыр металдардың көп мөлшеріне реакциясы үлкен қызығушылық тудырады, өйткені техногендік ластану орман және ауыл шаруашылық жерлерге теріс әсерін тигізеді. Бұл жерлерге ауыр металдардың әсері жергілікті ландшафттардың рекреацялық мүмкіндіктерін төмендетеді, орман жерлерінің өнімділігін азайтады, сонымен қатар сол жерлерде өндірілген өсімдіктекті және жануартекті өнімдердің сапасына күмән туғызады. Техногендік ластану аймағында ауылшаруашылық дақылдарды өсіру топырақтанушылар мен агрохимиктердің, өсімдік және мал өсіру саласының мамандарын және дәрігер-гигиенисттердің аландатушылықтарын туғызады. Мамандар төмендегідей мәселелерді қарастырады: ауылшаруашылық дақылдар өнімінің сапасы мен мөлшері, өсімдіктекті өнімнің құрамындағы ауыр металдар мөлшері, топырақ және өсімдіктер ШРК нормаларын қарастыру, топырақтан өсімдіккке ауыр металдардың түсуін төмендететін агрохимиялық әдістерді қолдану. Өсімдік текті тағамның сапасының мәселелерінің өзектілігін Германияда жүргізілген зерттеулерге сүйене отырып айта аламыз, зерттеу бойынша адам ағзасындағы ауыр металдардың жинақталуы негізінен өсімдіктекті тағамнан, ал аз мөлшері судан және ауадан болатындығын көрсетті. Өндіріс орындарына, жолдарға жақын аумақтағы өсетін өсімдіктер ен ластанған болып келетіндігі байқалады. Топырақтан түсетін көп мөлшердегі ауыр металдардан өсімдіктерді қорғаудағы маңызды рольді тамыр жүйесі атқарады.Тамырлардың көп мөлшердегі иондарды жинақтау қабілетіне көптеген зерттеушілер назар айдарған болатын. Е.И.Ратнер осы құбылысты қорғаушылық қызмет ретінде қарастырған алғашқы ғалымдардың бірі болуы мүмкін. Тамырлар көп мөлшердегі иондарды тұтып қалуы арқылы жербеттік өркендердегі химиялық элементтердің қолайлы мөлшерін сақтап отырады. Ұлпаларда ауыр металдар иондарының мөлшерлерін тамыр мен ассимиляттарды жинақтау мүшелерінде салыстырсақ, ол мәндер қатты ерекшеленеді. Бұл ерекшелік өз кезегінде биологиялық маңыздалығымен түсіндіріледі. Өсімдіктекті ағзалар метаболитикалық мүшелерде химиялық элементтердің қажетті мөлшерін сақтап, келесі ұрпақтың дамуына қолайлы жағдай туындату қасиетіне ие болып келеді. Бұл қасиеттің практикалық мақсаты зор. Ассимиляттарды жинақтау мүшелері көп мөлшерлі ауыр металдардан қорғай отырып, өсімдіктегі өнімдердің санитарлы-гигиеналық тазалығы сақталуын қамтамасыз етеді. Тамыр жүйесінің көп мөлшердегі ауыр металдардың иондарын тұтып қалу қабілеті морфологиялық құрылымның қызметі мен химиялық реакциялардың әсерінен жүзеге асады. Оларға Каспари белдеушесі, ауыр металдармен аз қозғаламалы қосылыс беретін көптеген органикалық қосылыстар,вакуольдық депоны жатқызуымызға болады. Олар өз кезегінде ауыр металдарды механикалық тұтып қалуға, клетка қабығында оларды адсорбциялауға немесе қозғалғыштығын төмендетуге бағытталған.
Өсімдіктерге кадмийдің көп мөлшерінің түсуі нәтижесінде аминқышқылдарды өндірілуінің күшейетіндігі жайлы мәліметтер бар. Мақала авторларының көрсетуі бойынша аминқышқылдар өсімдіктегі кадмиді улы емес формасына айналдыруға немесе кадмийді берік байланыстыратын арнайы металлтионин ақуызын синтездеу үшін қажет. Органикалық қосылыстармен байланысқан ауыр металдар әрқашан аз қозғалмалы жағдайға түспейді. Ауыр металдардың органикалық лигандалармен кейбір комплекстеры металдардың иондарына қарағанда мембранадан оңай өте алатындығымен ерекшеленеді. Көптеген зерттеулер бойынша қоршаған ортада ауыр металдардың мөлшерінің көбеюі салдарынан тамырлардың металл иондарымен қанығуы ғана емес, сонымен қатар жер беті өркендерінің, яғни жапырақтар мен сабақтардың бойында да мөлшерінің көбейетіндігін көре аламыз. Бұл жағдай арқылы тамырдың қорғаныш механизмдерінің ауыр металдардың көп мөлшерінің ксилемаға түсуін толық тоқтата алмайтындығы байқалады. Назар аударатын жайт, вегетациялық массадағы белгілі бір деңгейдегі ауыр металдардың мөлшері өсімдіктерге айтарлықтай зиян келтіре қоймайды, бірақ ол деңгей өсімдіктің түріне тікелей байланысты. Ауыр металдардың көп мөлшері соған қарағанда метаболитикалық орталықтардан алыс тұрғандығынын болуы мүмкін. Кейбір ауыр металдардың көп мөлшері плазмолеммадан өтуі мүмкін, бірақ клетка оны вакуольде оқшауландыру қабілетіне ие.
Қоршаған ортаның ауыр металдармен ластануы өте көп мөлшерде болған жағдайдан олар тек вегетативтік мүшелерде ғана емес, ассимиляттарды жинақтау мүшелерінде де жинақталады. Өсімдіктер хлороз бен некрозға ұшырап, өнімділігі төмендейді. Бұл жағдай метаболитикалық орталықтардың және метоболитикалық процестердің бұзылуы арқылы көрініс таба алады.
Өсімдіктердің түрлі мүшелерінің ауыр металдарды әр түрлі мөлшерде жинактауы жайлы басқа да көзқарастар да бар. Ф.Аустенфельдттің тұжырымы бойынша жемістерде ауыр металдардың жинақталуының аз мөлшері - репродуктивтік кезең кешірек келуіне байланысты жемістер вегетативті мүшелерге қарағанда ауыр металдардың әсеріне аз ұшырайтындығымен түсіндіріледі.
Өсімдіктер бұдан басқа, жапырақтар мен сабақтарға ауыр металдары бар бөлшектердің ауадан келіп түсуі арқылы ластанады. Кейбір жағдайда беттік ластану жоғары деңгейде болуы мүмкін. Беттік ластану тамыр арқылы ластануға қарағанда өте қауіпті емес. Бірақ өсімдік бетіне отырған техногендік шаңның зиянды қасиеті тек ондағы ауыр металдарға ғана байланысты емес.Ол фотосинтездеуші клеткаларға күн энергиясы сәулелерінің жеткілікті мөлшерде жетіспеушілігі, лептесіктердің бітелуі, шаңның қышқылды және сілтілі компоненттері әсерінен болатын химиялық реакциялар сынды әсерлер арқылы байқалуы мүмкін. Өсімдік массасындағы ауыр металдардың мөлшері вегетациялық кезең кезінде өзгеріп тұруы мүмкін. Металургиялық комбинаттар, соның ішінде түсті металургия аймағында өсетін өсімдіктердің ауыр металдармен ластануы алаңдатушылық туғызады. Әсіресе техногендік қысым қатты әсер ететін аймақтарда өсетін өсімдіктер ауыр металдармен ластануға қатты ұшырайды [21].
1.3 Өсімдіктерде көп мөлшердегі ауыр металдарға тұрақтылық механизмдерінің дамуы
Өсімдіктердің көп мөлшерлі ауыр металдардаға тұрақтылық механизмдері түрлі бағыттарда дамиды: кейбір түрлер ауыр металдарды өз құрамында көп мөлшерде жинақтайды, бірақ оларға толеранттылық танытады. Ал басқалары олардың мөлшерін өздерінің барьерлік қызметтері арқылы төмендетуге тырысады.Көп өсімдіктер үшін бірінші деңгейлі барьер болып тамырлар қызмет атқарады. Тамырда ең көп мөлшердегі ауыр металдар жинақталады. Одан кейінгі жинақталатын жерлер сабақ,жапырақтар және жемістер болып табылады. Біртекті ластанған топырақта өсірілген бір сортқа жататын өсімдіктерді ауыр металдардың концентрациялары түрліше болған жағдайлар тіркелген. Бұл жағдай барлық тірі ағзалаға тән түрішілік полиморфизмге байланысты болуы мүмкін. Түрлі өсімдіктердің ауыр металдарды жинақтау қабілетінің әр түрлілігіне қарамастан элементтердің биоакумуляциясына байланысты оларды бірнеше топқа біріктіруге мүмкіншілік беретін тенденция тән: 1)Cd,Cs,Ru-қарқындысіңірілетін элементте, 2)Zn,Mo,Cu,Pb,As-орташа сіңірілетін элементтер, 3)Mn,Ni-әлсіз сіңірілетін элементтер. 4)Se,Fe,Ba-өсімдіктер мүлдем сіңірмейтін элементтер [22]. Өсімдіктер құрамына ауыр металдардың тағы да бір түсу жолы тамыр арқылы емес,яғни ауа ағыны арқылы сіңіру. Ірі өндіріс аумағында жапырақ тақтасына атмосферадан көп мөлшерде металдардың түсуі кезінде байқалады. Ауыр металдардың улылығы олардың физикалық-химиялық қасиеттеріне байланысты. Осылайша металдың өсімдікке әсері оның табиғатына, қоршаған ортада таралуына, топырақтың қасиетіне,химиялық қосылыстың формасына байланысты. Өсімдіктерге топырақтан көп мөлшерде түсетін ауыр металдардан қорғаныштық қызметін тамыр жүйесі атқарады. Тамырлар көп мөлшердегі иондарды жинақтап, жер бетілік өркендерде ауыр металдардың қауіпсіз мөлшерін сақтайды. Қоршаған ортаның ауыр металдармен қатты ластануы нәтижесінде өсімдіктерде ауыр металдар вегетативті мүшелерде жинақталуымен қатар, қор жинаушы мүшелерінде де жинақталады. Өсімдіктер хлороз, некроз ауруларына шалдығып, өнімділігі төмендейді. Ластанған топырақта өскен өсімдіктердің ауыр металдарды жинақтауы ластану денгейіне тікелей байланысты. Өндірістік мекемелер айналасында ауылшаруашылық дақылдарды өсіру адам денсаулығы мен жануарларға қауіпті болып табылады. Қорғасын көп жағдайда өсімдіктерге тамыр арқылы енеді, бірақ жапырақтар арқылы да енуі мүмкін. Автомобиль жолдарының жиегінде өсетін өсімдіктердегі атмосфера арқылы енген қорғасынның мөлшері өсімдіктегі қоғасынның жалпы мөлшерінің 40% құрайды. Қорғасынның көп бөлігі вегетативті мүшелерде жинақталған, ал репродуктивті мүшелерде өсімдіктердегі қорғасынның жалпы мөлшері 4-7% құрайды [23].
Тамыр жүйесінің және жербеттік вегетативтік мүшелердің ауыр металдардан қорғау механизмдері ассимиляттарды жинақтау мүшелеріне көп мөлшердегі иондардың ағынының түсуін азайтады. Ауыр металдардың көп бөлігін жинақтап қалатын тамыр жүйесіне көп қысым түседі. Өсімдіктердің өнімділігінің 5-6 есе төмендеуіне алып келетін ауыр металдардың концентрациясы улы болып табылады. Ауыр металдардың енуіне кедергі келтіретін физиологиялық жүйелермен қатар, өсімдіктерде метаболиттерді шығару кезінде металлдардан арылатын қуатты аппарат бар. Ауыр металдардың көп мөлшерінен өсімдіктер тамыр шығарындылары, транспирация және тыныс алу кезінде арылады. Өсімдіктер ылғалмен бірге көп мөлшерде ауыр металдарды да шығарады. Ауыр металлдардың көп мөлшері биохимиялық белсенді қосылыстардың синтезі мен функциясына теріс әсер етеді: ферменттер, дәрумендер, пигменттер, және т.б. Сонымен қатар өсімдіктердің фотосинтездік жағдайына да зиян келтіреді. Өсімдіктердегі ақуыз алмасуын зерттеу барысында ауыр металдардың көп мөлшері альбумин мөлшерінің азаюына және проламин, глютелин, және ерімейтін қалдықтардың түзілуіне алып келеді. Өсімдіктер топырақтың ауыр металдармен ластануының жақсы индикаторы болып табылады. Өсімдіктердегі ауыр металдардың жинақталуының дәрежесі топырақтың ластану деңгейімен, техногендік көзден орналасу қашықтығымен, атмосфералық жауын-шашынның мөлшерімен, өсімдіктің түрлік ерекшелігімен анықталады. Бұл жағдайда ауыр металдардың көп мөлшері тамыр мен жапырақтарда жинақталады. Ауыл шаруашылық аймақтарда өсетін өсімдіктерде ауыр металдардың мөлшері қала аумағанда өсетін өсімдіктерге қарағанда 7 есе кем болып келеді. [24].
Өсімдік жүйесі қоршаған ортаның жағымсыз факторларына жауап беру реакциясы тек сол түрге немесе ұлпаға тән, өсімдік жасына, тіршілік ету жағдайларына т.б. байланысты таңдамалықты көрсетеді [25]. Ауыр металдардың әсерінен туындайтын стрессті болдырмау механизмдері өсімдіктерде көп емес, оларға: тамыр бетіндегі микоризалық саңырауқұлақтардың көмегімен ұстап қалу, клетка қабықшасында арнайы бейтараптаушы кешендер арқылы иммобилизациялау, трихомаларға жинақтау немесе күзде жапырақ түсіру арқылы жиналған токсиндерден арылу [26].
Ауыр металдардың қайсысы болмасын, шамадан тыс артық мөлшерде өсімдіктердің өсуін, қоректік заттардың таралуын, тұқымдардың өнуін тежейді[27]. Әртүрлі ауыр металдардың әсері түрліше болады. Кадмий аз мөлшердің өзінде сүректі өсімдіктер сабағының жуандап өсуін нашарлатады. Ауыр металдардың тікелей әсерінен тамыр өсуі нашарлап, нәтижесінде су мен қоректік заттардың сіңірілуі төмендейді.
Көптеген ауыр металдарға төзімді өсімдік түрлері ауыр металдарды тамырларына жинақтап,олардың жерүсті мүшелеріне өтпеуін қамтамасыз етеді. Керсінше, жерүсті мүшелерінде жинақтайтын өсімдіктер металдардың жер асты мүшелеріне өтуіне кедергі жасайды. Бидай кадмий иондарын тамырларымен сіңіріп, жапырақтарында жинақтайтын болса, Phragmites australis кадмийді тамырында жинақтайтын аккумуляциялаушы өсімдік болып табылады. Сонымен қатар,кадмий жапырақ тақтасының жоғарғы беті және сабақ арқылы ене алады [28]. Индекс-өсімдіктер ластаушы металдардың өсімдіктерге биологиялық жарамдылығын анықтауға өте маңызды, себебі мұндай өсімдіктер металдардың көп мөлшерін сіңіргенімен улану белгілерін көрсетпейді. Бұл индекс-өсімдіктерді ластаушының әсерінен көзге көрінетін улану белгілерін көрсететін индикатор өсімдіктерден ажыратады. Индекс-өсімдіктер де, индикатор өсімдіктер де белгілі бір металдың биологиялық сіңімділігін анықтауда қолданыла алады. Мысалы, кең тараған бақбақ кадмиймен ластанған топырақтың индексі болып табылады [29].
Биомасса, жерүсті және жерасты мүшелерінің ұзындықтары, құрғақ салмақтың нақты салмаққа қатынасы өсімдіктердегі металдардың улылығының индикаторы болып табылады. Мысалы, кадмий әсерінен көзге көрінетін белгілеріне жапырақ тақтасының қоңырқай шеттері, хлороз, бұйраланған жапырақтар, тамырдың қоңыр түске боялуы және жалпы өсудің нашарлауы жатады. Қорғасынмен уланған өсімдіктердің тамырының ұзарып өсуі және биомассаның артуы тежеледі, хлорофилл биосинтезі төмендейді [30].
1.4 Ауыр металдардың өсімдіктердің морфологиялық және анатомиялық құрылысына әсері
Биомасса, тамыр мен жерүсті мүшелерінің ұзындықтарының өзгеруі сияқты параметрлер ауыр металдардың жағымсыз әсерің индикаторы ретінде пайдаланып келеді. Қазіргі кезде индикаторлық белгілер ретінде жерүсті мен жерасты мүшелерінің ұзындықтары, таза салмақ пен құрғақ салмақ, протеиндердің, хлорофилдің және каротиноидттардың концентрациясы сияқты параметрлердің өзгеруі өсімдіктердің кейбір анатомиялық қасиеттерімен қатар қолданылады. Ауыр металдардың әсеріне әртүрлі өсімдіктердің реакциялары әр түрлі болады. Анатомиялық тұрғыдан алғанда мұндай жауап реакциялары әртүрлі ұлпалардың құрылымдық өзгерістерінен көрінеді. Ауыр металдар топырақтан тамырға енген кезде таңдамалы түрде клетка қабырғасына жинақталады [31] . Тамыр экзодермасы ауыр металдардың тамыр ішіне енуіне, ал эндодермадағы Каспари белдеушелері тамыр өзегіне енуіне кедергі болып табылады. Каспари белдеушелері қоршаған ортаның жағымсыз әсеріне жауап ретінде экзодермада да пайда бола алады [32]. Суберин су мен иондардың өтуіне кедергі болатын негізгі құрылым. Кадмиймен әсер еткенде Каспари белдеушелеріндегі субериннің мөлшері үш есе артатыныны дәләлденген. Кадмий тамыр мен жерүсті мүшелерінің биомассасына, өсімдік биіктігі мен жапырақ тақтасының ауданына кері әсер еткен [33]. Кадмий әсерінен өсімдіктің жалпы өсуінің тежелуін бірқатар зерттеулер дәлелдеді. Мысалы Cd-мен өңделген Phullanthus amarus Schum және Impatiens Balzamina өсімдіктерінің тамыр мен жер үсті мүшелерінің ұзындықтары 50%-төмендеген. Бұл әсер түзуші клеткалардың созылуының тежелуімен түсіндіріледі [34]. Кадмийдің ерекшелігі оның негізінен тамыр жүйесінде жинақталуында. Кадмий әсерінен жүгері тамырының анатомиялық құрылысында төмендегідей өзгерістер пайда болған: алғашқы қабықтың қалыңдауы мен паренхималық клеткалардың үлкеюі. Паренхималық клеткалардың үлкеюі тамыр созылуының тежелуінен мүмкін болса, қалыңдаған алғашқы қабықтың себебі су мен қоректік заттардың радиалды ағысын баяулату мен тежеу, яғни сол арқылы кадмийдің тамырға өтуін болдырмау талпынысы болуы мүмкін. Нәтижесінде тамыр мен жерүсті мүшелерінің өсуі нашарлайды. Дегенмен Cd жүгері тамырының экзодерма, орталық цилиндр мен өткізгіш ұлпа клеткаларының мөлшеріне әсер етпейді. Жүгері өскіндерінің кадмийді жинақтау коэфициенттері өсірілген ортадағы кадмийдің мөлшері артқан сайын көбейе түседі.Өскін тамырлары кадмийді жер үсті мүшелерінен 3-5 есе артық жинақтайды. Кадмийдің жоғарғы концентрациясы тамырдың алғашқы қабығынан паренхималық клеркаларда, эндодермада, перециклда және өзек ұлпаларында күрделі өзгерістер тудырады. Электронды микроскопия протопласттың түгелімен бұзылғанын, мембрана мен ядроның кішкентай фрагменттерге бөлшектенгенін көрсетеді. Кадмийдің елеулі мөлшері қоңыр түсті дақтар түрінде эндодермадан табылса, өте көп мөлшерде перициклде, метаксилеманың клетқа қабырғаларында және ксилемаға серіктес паренхималық клеткаларда табылады [35]. X-сәулелі микроталдау нәтижесінде кадмий жүгері тамырларының эндодермасы перициклден бөліп тұратын ортаңғы ламелла мен сүзгілі түтіктердің клетка қабырғаларына, бұршақ тамырларының паренхималық клеткаларының вакуольдері мен ядроларында жинақталатыны анықталды. Lupinus sp. Тамырының алғашқы қабығы мен орталық цилиндрінің сығындысынан алынған кадмийдің изотобы кадмий ерігіш күйінде клетканың вакуолінде жинақталатынын дәлелдеді. Жапырақтың эпидермисі,трихомалары немесе бездеуіттері кадмийді мезофилге қарағанда жақсырақ залалсыздандырады. Жапырақ жүйкелеріндегі арқаулық ұлпаның да кадмийді байланыстыратын қасиеті бар. Жүгері жапырақтарының көлденең кесіндісіндекадмийдің көп мөлшері жоғарғы және төменгі эпидермисте табылды. Өткізгіш шоқтың айналасындағы мезофил және борпылдақ мезофил клеткаларының вакуольдерінде де тығыз түйіршіктер түрінде кездеседі. Жапырақтарда кадмий үнемі қара дақтар түрінде кездесіп отырады. Жүгеріде кадмийдің ең көп мөлшері, әдетте, алғашқы қабық паренхимасында, эндодермада, перициклда және сүзгілі түтіктерде, аздаған мөлшері протопласттардың ішінде табылады. Rauser and Ackerley зерттеулерінде Agrostis тамырларында кадмий цитоплазмада, вакуоль мен ядродан табылады. ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
4
1 Әдебиетке шолу
6
1.1 Кейбір ауыр металдардың өсімдіктер тіршілігіне әсері
6
1.2 Ауыр металдардың өсімдіктерге зиянды әсері
10
1.3 Өсімдіктерде көп мөлшердегі ауыр металдарға тұрақтылық механизмдерінің дамуы
15
1.4 Ауыр металдардың өсімдіктердің морфологиялық және анатомиялық құрылысына әсері
18
1.5 Мұнай және мұнай өнімдерінің өсімдіктердің морфологиялық және анатомиялық ерекшеліктеріне әсері
20
1.6 Микоризалы саңырауқұлақтардың өсімдіктердің техногендік факторларға төзімділігінде артырудағы ролі
23
1.7 Фиторемидиация
28
2.Зерттеу объектілері мен зерттеу әдістері
31
2. 1 Heliantus annuus L., және Avena sativa L., морфологиялық сипаттамалары
31
2. 2 Зерттеу әдістері
31
3 Зерттеу нәтижелері
33
3.1 Heliantus annuus L. өсімдігінің сабағының анатомиялық ерекшеліктері
33
3.2 Avena sativa L өсімдігінің жапырағының анатомиялық ерекшеліктері
41
3.3 Avena sativa L. өсімдігінің тамырының анатомиялық құрылысы
47
Қорытынды.
54
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
55
Кіріспе
Тақырыптың өзектілігі: Қоршаған ортаның ластануы адамзат өміріне, өсімдіктер мен жануарлар әлеміне, бүкіл табиғат ресурстарының жай-күйіне елеулі нұқсан келтіріп отырғаны белгілі. Адамзат өзінің энергиялық қажеттіліктерін қанағаттандыру мақсатында мұнай мен мұнай өнімдерін өндіру, қара және түсті металургия өндіру сынды салаларды қарқынды түрде дамытып отыр. Бұл жағдай өз кезегінде қоршаған ортаның ауыр металдармен, мұнай және мұнай өнімдерімен, радионуклеидттермен ластануына алып келеді.
Табиғатты мұнай және мұнай өнідерінен, ауыр метаталдармен ластануынан тазарту Қазақстан Республикасы үшін өзекті мәселелердің бірі. Өсімдіктер қоршаған ортаның ластануының индикаторы болып табылады.Тіршілік иелерінің техногенді факторларына, оның ішінде органикалық ластағыштар мен ауыр металдарға жауап реакцияларын зерттеу қоршаған ортаның сапалық күйін саралауға және қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Сол себепті ұзақ уақытқа созылған мұнаймен ластануы мен ауыр металдардың өсімдіктерге әсерін зерттеу өте маңызды іс-шара болып табылады.
Қоршаған ортаның ластануы қазіргі уақытта көпшілік назарын аударатын және алаңдататын бірден бір мәселе болып табылады.Ел қауіпсіздігі мен халық денсаулығына зор нұқсан келтіретін Семей ядролық сынақ полигоны, мұнай, металл және атом өндірістерінің іс-әрекеті Қазақстанның экологиялық жағдайын күнен күнге шиеленістіре түседі. Осы факторлардың зиянды әсерін байқауда өсімдіктер жақсы мысал бола алады. Олар өз бойына зиянды заттарды жинақтап, белгілі бір жердің ластануының индикаторы бола алады.
Қоршаған ортаның ластануының тағы да бір күрделі мәселелерінің бірі - мұнай және мұнай өнімдері. Қазіргі кездегі адамзаттың энергиялық қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін мұнай өте көп мөлшерде өндірілуде. Мұнай қасиеті әртүрлі және кең көлемді қолданыстағы күрделі зат, оның құрамы 3000-дай қоспадан тұрады және олардың көпшілігі оңай тотығады. Сондықтан мұнай және мұнай өнімдері өсімдіктер мен тірі ағзаларға зиянды уландырғыш заттармен кең көлемде әсер етеді.
Мұнай және газ құбырларын салу кезіндегі қоршаған ортаның ластануы, өнім өндіру кезінде мұнаймен, мұнай өнімдерімен және мұнай газдарымен, олардың жанғаннан кейінгі өнімдерімен, күкіртсутегі, күкірттотығы салдарынан ластанудың жиі болып тұратыны анықталды. Бұрғылау кезінде түзілген қалдықтар, фенолдар, альдегидтер және бұрғылауды жылдамдату үшін қолданылатын басқа реагенттер ластануға әсер етеді.
Сол себепті қоршаған орта ластанудан қорғауға бағытталған іс шараларды одан әрі жетілдіру керек. Мұнай кен орындарын барлау,бұрғылау және өңдеу жер қойнауы мен қоршаған ортаны қорғау шараларын толық сақтай отырып жүргізілуі тиіс. Жұмыс барысында күнбағыс және сұлы өсімдіктері зерттелді.
Техногендік факторлардың өсімдіктерге кері әсерін төмендету үшін микоризалы саңырауқұлақтардың септігі зор. Микоризалы саңырауқұлақтар өсімдіктердің минералдық қоректенуі мен ластағыштарға төзімділігін арттырады. Ауыр металдар мен органикалық ластағыштардан топырақты тазартудың бірден-бір әдісі фиторемидиация болып табылады. Ластанған топырақтарды ризосферасы микроағзалармен қоныстанған және сол себепті ластағыштарды ыдырататын өсімдіктерді өсіріп, тазарту экономикалық жағынан тиімді болып келеді. Ауыр металдар мен мұнай өнімдерімен ластанған топырақтарда өскен өсімдіктердің морфологиялық және анатомиялық ерекшеліктерін зерттеу. Сонымен қатар өсімдіктердің ластағыштарға төзімділігін арттырудағы микоризалы саңырауқұлақтардың әсерін зерттеу жұмыстың басты мақсаты болып табылады.
Жұмыстың мақсаты: зертханалық жағдайда топырақтың мұнай және мұнай өнімдерімен (дизель жанармайы мысалында) ластануы жағдайындағы (Heliantus annuus L. және Avena sativa L.) өсімдіктерінің вегетативтік мүшелерінің анатомиялық құрылымының өзгерістерін зерттеу, сонымен қатар өсімдіктердің ластағыштарға төзімділігін арттырудағы микоризалы саңырауқұлақтардың әсерін зерттеу жұмыстың басты мақсаты болып табылады.
Жұмыстың мақсатын жету үшін алға қойған міндеттер:
- Мұнаймен, дизель жанармайымен, кадмиймен ластанған топырақта өскен өсімдіктерінің морфологиялық және анатомиялық ерекшеліктерін зерттеу.
- Өсімдіктерді фиксациялау.
- Анатомиялық препарттарды жасау.
-Морфометриялық өлшемдерге статистикалық анализ жасау.
Алынатын нәтижелер:
1. Heliantus annuus L. өсімдігін дизель жанармайымен ластану жағдайындағы сабағының анатомиялық ерекшеліктері анықталды.
2. Avena sativa L. өсімдігіне дизель жанармайымен әсер ету кезінде жапырағының анатомиялық ерекшеліктері айқындалды.
3. Топырақтың мұнай өнімдерімен ластануы жағдайында арбускулалық микориза протекторлық роль атқарып, өсімдіктердің төзімділігін аттыратындығы зерттелінді.
1 Әдебиетке шолу
1.1 Ауыр металдардың өсімдіктер тіршілігіне әсері
Ауыр металдар микроэлементтер қатарына кіреді.Олар тірі ағза құрамында өте аз концентрацияда кездеседі.Қазіргі кезде өте сезімтал және маманданған құрылғылар арқылы организм құрамында ондай 60 элементтің бар екені анықталды. Микроэлементтер организмде аз мөлшерде кездескенімен олар өсімдіктердің дамуында маңызды роль атқарады.Өсуі мен дамуына жалпы оң әсермен қоса микроэлементтер физиологиялық процесстерге де жақсы септігін тигізеді, мысалы фотосинтезде. Бұл байланыстылық олардың биологиялық белсенді заттар- гормондармен, дәрумендермен тығыз байланыста болуымен түсіндіріледі.Сонымен қатар микроэлементтердің көптеген ақуыздар мен ферменттермен байланыстылығы дәлеледенді. Қазіргі кезде дәрумендер мен микроэлементтер арасында байланыстылық дәлеледеніп отыр.Мысалы марганец бірқатар өсімдіктерде С дәруменінің түзілуіне қажет екені көрсетілген.
Алайда қоршаған орта үшін ауыр металдардың шамадан тыс мөлшері өте қауіпті болып табылады. Ауыр металдардың мөлшерін барлық орталарда қадағалап отыру өте маңызды. 1973 жылы БҰҰ - да адам ағзасына ең қауіпті заттар тізімі белгіленді. Оларға: күкіртті газ, көміртегінің оксиді мен диоксиді, азот оксиді, нитраттар, нитриттер, аммиак және ауыр металдар құрамына кіретін сынап, қорғасын, кадмий элементтері де жатқызылды. Металдарды ауыр металдарға жатқызу критерилеріне көптеген сипаттамалар келтірілген: атомдық массы, тығыздығы, улылығы, қоршаған ортада таралуы, техногендік және табиғи айналымдарға қатысуы [1]. Ауыр металдарға Д.И.Менделеевтің периодикалық кестесіне жатытын, атомдық массасы 50 атомдық бірлік массасын құрайтын 40-қа жуық химиялық элементтер жатады: Pb , Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Co және т.б. Ауыр металдарды классификациялау кезінде келесідей жағдайлар маңызды болып келеді: салыстырмалы түрде аз концентрациясы кезінде тірі ағзаларға жоғары улылық қасиеті және биоакумуляцияға қабілеттілігі. Осы сипаттамаларға кірген барлық элементтер дерлік (биологиялық ролі қазіргі уақытқа дейін анықталмаған сынап, қорғасын, кадмий және висмуттан басқалары) биологиялық процестерде белсенді түрде қатысып, көптеген ферменттер құрамына кіреді.
Тығыздығы 8 г\см3 болып келетін элементтер ауыр металдар құрамына кіреді. Ауыр металдар арасында тірі ағзаларға биологиялық маңызды болып келетін микроэлементтер көп.Олар физиологиялық процестердің маңызды биокатализаторы мен биореттеушілерінің алмастырылмайтын және қажетті құрамдас бөліктері болып табылады. Алайда, биосфераның түрлі нысандарындағы ауыр металдардың шамадан тыс мөлшері тірі ағзаларға токсикалық әсер етеді.
Топыраққа ауыр металдардың түсу жолдары табиғи ( тау жыныстары мен минералдардың мүжілуі, эрозиялық процестер, жанартаудың атқылауы) және техногендік ( пайдалы қазбаларды өндіру мен өңдеу, отынның жануы, автокөліктердің және ауылшаруашылығының әсері) болып екіге бөлінеді. Ауыл шаруашылық жерлер атмосфера арқылы ғана ластанып қоймай, ауыр металдармен спицификалық түрде де ластанады, мысалы пестицидтерді, минералды және органикалық тыңайтқыштарды қолдану, ақаба суларды қолдану. Соңғы уақытта ғалымдар қала аумағындағы топырақтарға баса назар аударып келеді. Яғни ол жерлер техногенді әсерге көп ұшырап, ауыр металдармен белсенді түрде ластанады.
Топырақ бетіне ауыр металдар түрлі формалар арқылы түседі. Бұл металдардың түрлі оксидтері мен еритін және суда мүлдем ерімейтін тұздар түрінде кездеседі. Пайдалы қазбаларды өңдеу және түсті металургия өндіріс орындарының ластағыштар қоршаған ортаны ауыр металдармен ластануының негізгі көзі болып табылады. Ауыр металдардың басым бөлігі (70-90%) оксид түрінде кездеседі [2].
Топырақ бетіне түскен ауыр металдар жинақталуы мүмкін, немесе берілген территорияның геохимиялық ерекшелігіне байланысты шашырап кетуі үмкін. Топырақ бетіне түскен ауыр металдардың көп бөлігі гумус қалыңдығында жинақталады. Ауыр металдар топырақтың органикалық заттарымен байланысып қарамайым органикалық қосылыстар түзеді. Ауыр металдардың жылжымалылығы геохимиялық жағдайға және техногендік ластануға байланысты [3].
Қоршаған ортаның ауыр металдармен ластанудың екі зиянды жағы бар. Біріншіден, қоректік тізбек арқылы топырақтан өсімдіктерге түсіп, ал өсімдік арқылы жануарлар мен адам ағзасына зиян келтіреді. Ауыр металдар тірі ағзаларда түрлі ауруларды тудырады.
Екіншіден, ауыр металдар топырақта жинақталып, оның қасиеттерінің өзгеруіне алып келеді. Ең бастысы ауыр металдар топырақтың биологиялық қасиеттерін өзгертеді: микроағзалардың жалпы саны азаяды, олардың түрлік құрамы төмендейді, микроценоздардың құрылымы өзгереді, негізгі микробиологиялық процестердің интенсивтілігі және топырақ ферменттерінің белсенділігі төмендейді. Түрлі өсімдіктер, жануарлар және адам өзінің тіршілігі үшін топырақ пен судың белгілі бір құрамын қажет етеді. Минералдық қоректенудің бұзылуының нәтижесінде фито-,зоо- және микроценоздардың түрлік құрамының өзгеруі, жабайы өсетін өсімдіктердің түрлі ауруларға шалдығуы байқалады. Сонымен қоса ауылшаруашылық өсімдік өнімдері мен мал шаруашылығы өнімдерінің саны мен сапасының төмендетеді [4].
Топырақтың ауыр металдармен ластануының экологиялық жағдайы ластанудың параметрлеріне, геохимиялық жағдайына және топырақтың тұрақтылығына байланысты. Ластану параметрлеріне металдың табиғаты, яғни оның химиялық және улылық қасиеті, топырақтағы металдың мөлшері, химиялық қосылыстың формасы жатады. Топырақтың ластаушыға тұрақтылығы оның гранулометриялық құрамына, органикалық заттардың мөлшеріне, қышқыл-негіздік және тотығу-тотықсыздану жағдайларына микробиологиялық және биохимиялық процестердің белседілігіне байланысты. Ластаушы заттарға тірі ағзалардың тұрақтылығы, яғни атап айтқанда өсімдіктердің ауыр металдардың жоғары концентрациясына тұрақтылығы және олардың ауыр металдарды өз бойына жинақтау қасиеті адам ағзасына үлкен қауіп тудырады. Өйткені өсімдіктер ластаушы заттардың тағамдық тізбекке енуіне септігін тигізеді.
Кобальт өімдіктердің ұлпаларында үнемі кездесетін бұл элемент зат алмасу процестеріне қатысады. Биосферада кобальт негізінен таралып кетеді, бірақ кобальтты жинақтайтын өсімдіктер бар жерде кобальт көздері пайда болады. Кобальт В12 дәруменінің құрамына кіргендіктен азоттық заттарды белсенді түрде сіңірілуіне септігін тигізеді, сонымен қатар хлорофилл мен аскорбин қышқылдарының, ақуыздық азоттың мөлшерін көбейтеді, биосинтездің қарқындауына алып келеді. Жайылымдар мен шалғындықтардығы өсімдіктерде кобальттың орташа концентрациясы құрғақ затта 2,2*10-5-4,5*10-5% құрайды. Бұл элементті астық тұқымдастарына қарағанда бұршақ тұқымдастары жақсы жинақтайды. Кобальт атмосфералық азотты фиксациялайтын түйінді бактериялардың ферментативті жүйелеріне қатысады; бұршақ және басқа да тұқымдастардың өсуіне, дамуына және өнімділігіне жақсы әсер етеді. Аз мөлшерде бұл элемент жануарлар мен өсімдіктердің қалыпты тіршілігі үшін аса қажет, бірақ оған қоса оның көп мөлшердегі концентрациясы организмдер үшін улы. Кобальт ауыл шаруышылығында микротыңайтқыш ретінде падаланылады.Кобальт тұздарын тыңыйтқыш ретінде пайдалану сұлының тез дамуына, қызыл жоңышқаның тұқымдарының, қант қызылшасының өнімділігінің жоғарлауына алып келеді [5].
Молибден топырақта молибденнің орташа мөлшері 0,0003% құрайды. Бұл элемент көп жағдайда батпақты және тундралы топырақтарда кездеседі. Қышқыл топырақтарда молибден өсімдіктерге аз түседі, сондықтан ондай топырақтарға молибденді тыңайтқыштарды ендіру оң әсер береді. Молибден әсіресе бүршақ тұқымдастары үшін аса қажет, өйткені ол тамыр түйіндерінде шоғырланып, даму мен өсуге септігін тигізіп, азотфиксациялаушы бактериялардың атмосфералық азотты сіңіруін жақсартады. Нитроредуктаза ферментінің құрамына кіре отырып молибден жоғарғы және төменгі сатыдағы өсімдіктерде нитраттарды қалпына келтіріп, ақуыздың синтезін жақсартады. Сонымен қатар С дәруменінің және каротиннің синтезі үшін қажет.
Никельдің мөлшері 0,004%, ал өсімдіктерде тірі салмақтың 0,00005% құрайды.Өсімдіктер никель көздері аймағында айтарлықтай мөлшерде никельді жинақтай алады. Бұл жағдайда өсімдіктердің эндемиктік ауру жағдайлары байқалады. Өсімдік жапырақтарында бұл элементтің улы деңгейі құрғақ массада 1,0 мгкг асқанда басталады.Никельдің улы әсерінің көріністері: хлороз, некрозға алып келетін жапырақтың сарғаюы, тамырдың және жас өркендердің өсуінің тоқтауы, өсімдік бөліктерінің деформациясы, кейбір жағдайда өсімдік өліміне алып келеді.
Марганец топырақта орташа 0,085% мөлшерде кездеседі. Қышқыл топырақта өсімдіктердің марганецті сіңіру жағдайын жақсарады. Сілтілі топырақ Mn (OH)2 түзіледі,ол өз кезегінде өсімдіктердің марганецті сіңіруін төмендетеді. Өсімдіктердегі марганецтің орташа мөлшері 0,001% құрайды. Бұл металл өсімдіктердің тыныс алуында катализатор қызметін атқарып, фотосинтез процесіне қатысады. Марганецтің жоғары денгейлі тотығу-тотықсыздану потенциялын ескерсек, оның өсімдік клеткаларына жануарларға темірдің әсеріндей маңызды роль атқаратынын айтуымызға болады. Бұл металл гидролитикалық процестерді күшейтеді, өсімдіктің жалпы дамуы мен өсуіне жақсы септігін тигізеді.Топырақта марганец жетіспеген жағдайда өсімдіктерде ауру туғызады, мысалы некрозға алып келетін хлорозды дақтардың пайда болуы. Мұндай жағдайда өсімдіктердің өсуі тежеліп,өсімдіктің өліміне алып келеді. Топырақты марганецпен байыту жағдайында өсімдіктің өсуінің жақсаруына, өнімнің жоғарлауына алып келеді. Тыңайтқыш ретінде марганец кенді өнеркәсіптерінің қалдықтары қолданылады.Марганецтің қалдықтары таза марганец тұздарына қарағанда өсімдіктерге пайдалырақ, өйткені олар өсімдіктемен баяу сіңіріліп, жақсы әсер етеді. Бұл қалдықтарды тыңайтқыш ретінде пайдалану қант қызылшасының, қыстық бидайдың, жүгерінің, картоптың өнімділігінің жоғарлауына алып келеді.
Марганецтің тапшылығы сияқты, оның өте көп мөлшері де өсімдіктерге теріс әсерін тигізеді. А.Д. Дробковтың деректері бойынша марганецті көп мөлшерде жинақтайтын өсімдіктер бар, оларды манганофилдер деп атайды. Марганецті жинақтаушыларға сарғалдақ, дәрілік жусан, кейбір шаңжапырақтар,қарағай, қайың т.б. жатады [6].
Мыс өсімдік тіршілігіне қажетті микроэлементтерге жататын, митохондрия, хлоропласт, клетка қабырғасының сүректенуі, көмірсулардың метаболизмі, және протеиндердің синтезделуіне қатысатын металл [7]. Топырақта мыс орташа есеппен 0,002% құрайды. Топырақтан өсімдіктер түрлі дәрежеде сіңіретін мыстың бірнеше формалары кездеседі.
а) суда еритін мыс
б) органикалық және минералды коллоидттармен сіңірілген алмасқан мыс
в) әлсіз еритін мысты тұздар
г) құрамында мыс бар минералдар
д) кешенді металлоорганикалық мыс қосылыстары.
Мыс өсімдіктердің тіршілігі үшін аса қажетті. Жапырақтардағы мыстың көп бөлігі хлоропласттарда жинақталған және фотосинтез процесімен тығыз байланысты; ол антоциан, темірпорфирин және хлорофилл тәрізді күрделі органикалық қосылыстарының синтезіне қатысады; хлорофиллдің қалпына келуіне септігін тигізеді. Мыс өсімдіктер құрамында темірі бар ферменттердің синтезіне қатысады, соның ішінде пероксидаза. Мыстың өсімдіктердегі ақуыз синтезіне, осыған байланысты өсімдік ұлпаларының суды ұстап қалу қасиетінің жақсаруына оң әсері дәлелденген. Өсімдіктерде мыс жетіспеген жағдайда туындайтын аурулар: экзантема, немесе жеміс ағаштарының төбе жағының қурауы, хлороз [8].
Мырыш өсімдік тіршілігіне қажетті микроэлементтердің бірі және де алкоголь-дегедрогеназа, РНК полимераза ферменттерінің құрамына кіріп,тыныс алу ферменттері мен индолил-3-сірке қышқылы сияқты өсу гормондарының белсендетушісі болып табылады. Мырыш әдетте бояу, каучук, ағаш бояулары мен консерванттарда қолдананылады. Топырақтағы мырыштыңтың орташа мөлшері 0,005% құрайды. Өсімдік құрамында жалпы 0,0003% мырыш кездеседі. Өсімдіктің түріне, өсу жеріне, климатқа байланысты цинктің мөлшері ауытқып тұрады. Мырыш бірқатар ферменттік жүйелердің құрамдас бөлігі болып табылады. Цитохром А мен В, цитохромоксидаза тәрізді тыныс алу ферменттерінің түзілуі үшін қажет. мырыш бірқатар өсімдіктерде С дәруменнің, каротиннің, көмірсулардың мөлшерінің көбеюіне алып келеді. Сонымен қатар тамырлардың жүйесінің өсуіне, өсімдіктердің ыстыққа, аязға, тұзға төзімділігін арттырады [9].
Кадмий кең тараған, қажетті микроэлементтерге жатпайтын кумулятивтігі аса жоғары фитотоксикалық әсері бар металл. Ол қоршаған ортаға жылу энергетикалық станциялардан, қалдық жағушы пештерден, металургиялық және пластик шығарушы өнеркәсіптерден, гальваникалық өнеркәсіп орындарынан, фосфатты тыңайтқыштардан және автокөліктерден енеді. Кадмидің жылдық антропогендік бөлінуі жылына 29,19*103 тоннаны құрайды және жылдан жылдан артып келеді [11]. Кадмийдің аса қатерлі мутагендік әсері бар және де Қатерлі ісікті зерттейтін Халықаралық агенттік хабарлағандай адамға канцерогенді болып табылады. [12] Өсімдіктің тіршілік әрекетіне кадмийдің қажеті жоқ болғанымен, оның басқа элементтермен салыстырғанда биоаккумуляциялық индіксі өте жоғары [13].
Қорғасын кең тараған ауыр металл. Өсімдік тіршілігіне қажеті жоқ және сезімтал өсімдік түрлеріне өте улы болуы мүмкін.Қорғасын өсімдіктердің фотосинтез қарқындылығына, лептесік, мезофилл клеткалары, пигменттер құрамы мен жарық пен қараңғы реакциялары арқылы әсер етеді [14].
1.2 Ауыр металдардың өсімдіктерге зиянды әсері
Өсімдіктердің құрылымы болып келетін элементтерді шартты түрде екі топқа бөлуге болады. Бірінші топқа негізгі органикалық қосылыстардың (ақуыздар, майлар, көмірсулар) молекулалары құралатын құрылымдық элементтер кірсе, екінші топқа функционалдық элементтер кіреді. Соңғы айтылғандар құрылымдық қосылыстарды синтезіне қатысқанымен, өздері олардың құрамына кірмейді. Функционалдық элементтер жоғарғы дәрежелі биологиялық белсенділікке ие. Сонымен қатар олар көп жағдайда түрлі ферменттердің кофакторлары болып келеді, биологиялық мембраналардың өткізгіштігіне әсер етеді, өсімдік бойындағы метаболиттердің дұрыс орналасуына септігін тигізеді. Мөлшері бойынша минералдық элементтер макроэлементтерге, микроэлементтерге және ультромикроэлементтерге бөлінеді. Әдетте макроэлементтер құрылымдық түзілімдер құрамына кіреді. Калий ғана басқа макроэлементтер мөлшері асып түссе де, ол құрылымдық қосылыстарды түзбей, функционалдық қызмет атқарады. Барлық құрылымдық элементтер атомдық массы 40-тан аспайтын жеңіл элементтер категориясына кіреді. Микроэлементтер ферменттер, дәрумендер және басқа да биологиялық белсенді заттар құрымына кіргендіктен функционалдық элементтер болып табылады. Олар органикалық қосылыстар синтезінің процестерін катализдеп, барлық катализаторлар тәрізді ағзаның қажеттіліктерін аз мөлшерде болғанымен де қанағаттандырады. Топырақтағы өсімдікке қажетті кез- келген микроэлементтің жетіспеушілігі зат алмасу процестерінің бұзылуына және сол себепті өнімнің сапасы мен өнімділігінің төмендеуіне алып келеді.Өсімдіктер көп жағдайда функционалдық элементтердің жетіспеушілігінен түрлі ауруларға шалдығады. Ультромикроэлементтер ерекше топты құрайды. Бұл металдар жоғары улылыққа, ал кей жағдайларда радиобелсенділікке де ие. Ағзадағы өте аз мөлшеріне қарамастан, олар зат алмасу және өсу процестеріне айтарлықтай әсер ете алады. Олардың әсері өсімдіктің өсуінің қарқындылығында және органикалық қосылыстардың синтезінде байқалады, мысалы көмірсулар, ақуыздар, майлар, пигменттер және т.б. Сол себепті де ультромикроэлементтердің оң әсері белгілі бір шаруашылық қажеттіліктер үшін қызуғушылық тудырады. Бірақ байқалатын пайдалы әсерлер өсімдіктердің бұл элементтерге деген биологиялялық қажеттіліктерінен емес, улы заттардың микродозалары әсерінен болатын ағзаның стимулирлеуші интоксикацясымен түсіндіріледі. Сондықтан да өсімдік өсіру практикасында ультромикроэлементтерді тыңайтқыш ретінде пайдалану өте қауіпті. Өсімдік ағзасында ол элементтердің жинақталуы адам денсаулығы мен жануарлаға қауіп туғызады және өнімнің гигиеналық сапасына теріс әсер етіп, өнімнің төмендеуіне алып келеді [15]. Өсімдіктің биіктігі металдардың улылық әсірін анықтаудағы бірден-бір көрсеткіш болып табылады.
Ауыр металдар протоплазматикалық улар болып табылады, олардың улылығы атомдық массаның өсуіне байланысты жоғарлайды. Ерітіндіде 1мг\л мөлшерде тест-ағзаларға улы әсер ететін элементтер фитоулы болып табылады. Мұндай элементтерге Ag+, Be2+, Hg2+, Sn2+, Co2+, Ni2+, Pb2+ жатады. Орташа фитотоксикалық элементтерге (1-ден 100 мг\л мөлшерде) арсенаттар, бораттар, броматтар, хлораттар, перманганаттар, молибдаттар, антимонаттар, селенаттар және As, Se, Al, Ba, Cd, Cr, Fe, Mn, Zn элементтерінің иондары жатады. Аз токсикалық элементтерге ерітіндіде 1800 мг\л мөлшерде теріс әсер ететін элементтер жатады: Cl-, Br-, I-, Ca-, Mg-, K-, Na- және т.б. Ауыр металдардың улылығы түрлі көрініс беруі мүмкін. Көптеген металдар, мысалы мыс пен сынап улы концентарацияда ферменттердің белсенділігінтежейді. Бұл металдар сонымен қаттар органикалық молекулалармен кешенді қосылыстар түзіп, клеткалық мембраналар арқылы өту қасиетіне ие болады. Сынап, қорғасын, мыс, берилий, кадмий және күміс негізінен сілтілі фосфатазаны, каталазаны, оксидазаны және рибонуклеазаны тежейді. Ауыр металдар зат алмасу процестеріне теріс әсер етіп, маңызды метоболиттердің деградациясын күшейтеді. Кейбір ауыр металдар клеткалық мембраналаға әсер етіп, оның өткізгіштік және т.б. қасиеттерін өзгертеді. Мысалы Au, Cd, Cu және Fe2+ элементтері клеткалық мембраналардың бұзылуына алып келеді. Кейбір ауыр металдар өсімдіктерге қажетті металдармен бәсекеге түсіп, олардың маңызды функциональдық рольдерін бұзады. Осылайша, Li Na-ді, Cs K-ді, Ba мен Sr Ca-ді, Cd Zn-ті алмастыра алады.
Металдардың фитотоксикалылығы және оларға өсімдіктердің тұрақтылығы көптеген факторларға байланысты. Топырақ ерітіндісіндегі металдың мөлшері жоғары дәрежеде әсер етеді. Өсімдіктердің кейбір түрлері өзіне зиянсыз түрде ауыр металдарды концентрациялау қасиетіне ие. Өсімдік түрлерінің ауыр металдардың жоғары концентрацияларына тұрақтылығының механизмдері әлі күнге дейін толық зерттелген жоқ. Олардың белгілі бір элементке тұрақты болып келуі, әдетте басқа элементке тұрақтылық танытпайды. Ауыр металдардың фитотоксикалылығына топырақтың pH-і, катион алмасу қасиеті, органикалық заттың мөлшері тәрізді факторлар әсер етеді. Топырақтың қышқылдығы металдардың жылжу қабілетіне және олардың өсімдік тамырлары арқылы сіңірілуіне әсер етеді. Топырақтың органикалық бөлігі ауыр металдарды түрлі дәрежеде ұстап қалады. Ауылшаруашылық дақылдардың қоректік элементтермен қамтамасыз етілуі, өсу фазасы, тамырлардың ену тереңдігі, өсімдіктің вегетациялық кезеңінің ұзақтылығы тәрізді көрсеткіштер олардың ауыр металдарға толеранттылығын арттырады. Тыңайту, әктендіру тәрізді агротехникалық әдістер металдардың токсикалығын төмендете немесе күшейте алады. Жарық, температура және ылғалдандыру тәрізді өсімдікті өсіру жағдайларының өзгеруі ауыр металдардың топырақ ортасы мен өсімдік бойында жылжуына және трансформациясына, сонамен қатар өсімдік пен ауыр металдар арасынадағы қарым-қатынастарға да әсер етеді. Өсімдіктерге улы әсер ететін металдардың бірі кадмий болып табылады. Ол топырақтың ластануынан өсімдік бойына кездейсоқ түседі. Цинктің антогонисі болып табылатындықтан, цинктің өсімдікке түсуіне кедергі келтірді. Әдетте кадмий өсімдікте 0,2 ден 0,8 мг\кг мөлшерде болады. Ал кейбір жағдайларда кадмийдің өсімдік бойындағы мөлшері 80мг\кг дейін жетіп, өнімділіктің 25% төмендеуіне алып келеді. Салат, шпинат тәрізді өсімдіктер өз бойларына 100мг\кг мөлшерге дейін жинақтап, ешқандай әсер көрсетпейді.
Кадмийдің жоғары дәрежелі фитотоксикалылығы химиялық қасиеттері бойынша мырышқа жақындығымен түсіндіріледі. Сол себепті кадмий мырыштың орнына көптеген биохимиялық процестерге қатысып тыныс алу және басқа да физиологиялық процестерге қатысатын карбоангидраза, түрлі дегидрогеназалар, фосфатаза тәрізді ферменттердің жұмысын бұзады. Кадмий цинктің химиялық аналогы ретінде оны энзиматикалық жүйеде алмастыра алады. Ал энзиматикалық жүйе өз кезегінде көмірсулардың түзілуі мен сіңірілуіне және глюкозаның фосфорилирленуіне қажет [16].
Өсімдік организмінде мырыштың кадмиймен алмастырылуы мырыштың жетіспеушілігіне алып келеді, ал ол өз кезегінде өсімдіктің солуына, тіпті өлуіне алып келеді. Өсімдіктерді кадмийге сезімталдылығына байланысты кедесідей қатарға жатқызуға болады: қызанақсұлышалғындық шөптерсәбізшалқанасбұршақбұршақ шпинат [17]. Бұл микроэлементтер өсімдіктерге қанша маңызды болғанымен олардың артық мөлшері өсімдіктер үшін өте қауіпті.Ауыр металдардың адам және жануарлар үшін қауіптілігі олардың қоршаған ортада ұзақ уақыт сақталатындығымен өршелене түседі. Мысалы Pb ең тұрақты металдардың бірі,топырақта 150-500 жылға дейін сақталады. Cd - дің биологиялық жартылай өмір сүру уақыты 18 жыл деп есептеледі.
Ауыр металдардың тағы бір қауіптілігі оладың қоректік тізбек арқылы жануарлар мен адам ағзасына енген жағдайда ДНҚ мутагенді бұзылыуның нәтижесінде қатерлі ісік ауруларын тудыруында.Кейбір металдар радиоктивті изотоптар түрінде кездескендіктен қауіптілік бірнеше есе арта түседі [18]. Ауыр металдар бос радикалдар мен реактивті оттегі туындыларының пайда болуына себеп болатындықтан тотықтырушы стрессті тудырады.Реактивті оттегі туындылары өте белсенді болғандықтан мембрана липидттерінің ,протеиндер мен пигменттердің,нуклеин қышқылдардың құрылысын бұзып, өсімдік өліміне алып келеді [19].
Ауыр металдардың улылығы бірқатар факторлармен анықталады. Ауыр металдардың улылығы түрлі өсімдіктерде әр түрлі байқалады. Мысалы Zostera marina өсімдігі үшін HgCuCd ZnCrPb болса, Halophila Stipulacea өсімдігі үшін FePbZnCuCd болады [20]. Топырақтағы ауыр металдар мөлшерінің көбеюі олардың өсімдіктер бойындағы концентрациясының жоғаралауына алып келеді. Полиметалдық көздердің жанында өсетін өсімдіктердің бойындағы ауыр металдардың жинақталуы ғылыми көзқарас бойынша өзіндік табиғи құбылыс ретінде қарастырылса, ал техногендік ластану жағдайындағы өсімдіктердің ауыр металдардың көп мөлшеріне реакциясы үлкен қызығушылық тудырады, өйткені техногендік ластану орман және ауыл шаруашылық жерлерге теріс әсерін тигізеді. Бұл жерлерге ауыр металдардың әсері жергілікті ландшафттардың рекреацялық мүмкіндіктерін төмендетеді, орман жерлерінің өнімділігін азайтады, сонымен қатар сол жерлерде өндірілген өсімдіктекті және жануартекті өнімдердің сапасына күмән туғызады. Техногендік ластану аймағында ауылшаруашылық дақылдарды өсіру топырақтанушылар мен агрохимиктердің, өсімдік және мал өсіру саласының мамандарын және дәрігер-гигиенисттердің аландатушылықтарын туғызады. Мамандар төмендегідей мәселелерді қарастырады: ауылшаруашылық дақылдар өнімінің сапасы мен мөлшері, өсімдіктекті өнімнің құрамындағы ауыр металдар мөлшері, топырақ және өсімдіктер ШРК нормаларын қарастыру, топырақтан өсімдіккке ауыр металдардың түсуін төмендететін агрохимиялық әдістерді қолдану. Өсімдік текті тағамның сапасының мәселелерінің өзектілігін Германияда жүргізілген зерттеулерге сүйене отырып айта аламыз, зерттеу бойынша адам ағзасындағы ауыр металдардың жинақталуы негізінен өсімдіктекті тағамнан, ал аз мөлшері судан және ауадан болатындығын көрсетті. Өндіріс орындарына, жолдарға жақын аумақтағы өсетін өсімдіктер ен ластанған болып келетіндігі байқалады. Топырақтан түсетін көп мөлшердегі ауыр металдардан өсімдіктерді қорғаудағы маңызды рольді тамыр жүйесі атқарады.Тамырлардың көп мөлшердегі иондарды жинақтау қабілетіне көптеген зерттеушілер назар айдарған болатын. Е.И.Ратнер осы құбылысты қорғаушылық қызмет ретінде қарастырған алғашқы ғалымдардың бірі болуы мүмкін. Тамырлар көп мөлшердегі иондарды тұтып қалуы арқылы жербеттік өркендердегі химиялық элементтердің қолайлы мөлшерін сақтап отырады. Ұлпаларда ауыр металдар иондарының мөлшерлерін тамыр мен ассимиляттарды жинақтау мүшелерінде салыстырсақ, ол мәндер қатты ерекшеленеді. Бұл ерекшелік өз кезегінде биологиялық маңыздалығымен түсіндіріледі. Өсімдіктекті ағзалар метаболитикалық мүшелерде химиялық элементтердің қажетті мөлшерін сақтап, келесі ұрпақтың дамуына қолайлы жағдай туындату қасиетіне ие болып келеді. Бұл қасиеттің практикалық мақсаты зор. Ассимиляттарды жинақтау мүшелері көп мөлшерлі ауыр металдардан қорғай отырып, өсімдіктегі өнімдердің санитарлы-гигиеналық тазалығы сақталуын қамтамасыз етеді. Тамыр жүйесінің көп мөлшердегі ауыр металдардың иондарын тұтып қалу қабілеті морфологиялық құрылымның қызметі мен химиялық реакциялардың әсерінен жүзеге асады. Оларға Каспари белдеушесі, ауыр металдармен аз қозғаламалы қосылыс беретін көптеген органикалық қосылыстар,вакуольдық депоны жатқызуымызға болады. Олар өз кезегінде ауыр металдарды механикалық тұтып қалуға, клетка қабығында оларды адсорбциялауға немесе қозғалғыштығын төмендетуге бағытталған.
Өсімдіктерге кадмийдің көп мөлшерінің түсуі нәтижесінде аминқышқылдарды өндірілуінің күшейетіндігі жайлы мәліметтер бар. Мақала авторларының көрсетуі бойынша аминқышқылдар өсімдіктегі кадмиді улы емес формасына айналдыруға немесе кадмийді берік байланыстыратын арнайы металлтионин ақуызын синтездеу үшін қажет. Органикалық қосылыстармен байланысқан ауыр металдар әрқашан аз қозғалмалы жағдайға түспейді. Ауыр металдардың органикалық лигандалармен кейбір комплекстеры металдардың иондарына қарағанда мембранадан оңай өте алатындығымен ерекшеленеді. Көптеген зерттеулер бойынша қоршаған ортада ауыр металдардың мөлшерінің көбеюі салдарынан тамырлардың металл иондарымен қанығуы ғана емес, сонымен қатар жер беті өркендерінің, яғни жапырақтар мен сабақтардың бойында да мөлшерінің көбейетіндігін көре аламыз. Бұл жағдай арқылы тамырдың қорғаныш механизмдерінің ауыр металдардың көп мөлшерінің ксилемаға түсуін толық тоқтата алмайтындығы байқалады. Назар аударатын жайт, вегетациялық массадағы белгілі бір деңгейдегі ауыр металдардың мөлшері өсімдіктерге айтарлықтай зиян келтіре қоймайды, бірақ ол деңгей өсімдіктің түріне тікелей байланысты. Ауыр металдардың көп мөлшері соған қарағанда метаболитикалық орталықтардан алыс тұрғандығынын болуы мүмкін. Кейбір ауыр металдардың көп мөлшері плазмолеммадан өтуі мүмкін, бірақ клетка оны вакуольде оқшауландыру қабілетіне ие.
Қоршаған ортаның ауыр металдармен ластануы өте көп мөлшерде болған жағдайдан олар тек вегетативтік мүшелерде ғана емес, ассимиляттарды жинақтау мүшелерінде де жинақталады. Өсімдіктер хлороз бен некрозға ұшырап, өнімділігі төмендейді. Бұл жағдай метаболитикалық орталықтардың және метоболитикалық процестердің бұзылуы арқылы көрініс таба алады.
Өсімдіктердің түрлі мүшелерінің ауыр металдарды әр түрлі мөлшерде жинактауы жайлы басқа да көзқарастар да бар. Ф.Аустенфельдттің тұжырымы бойынша жемістерде ауыр металдардың жинақталуының аз мөлшері - репродуктивтік кезең кешірек келуіне байланысты жемістер вегетативті мүшелерге қарағанда ауыр металдардың әсеріне аз ұшырайтындығымен түсіндіріледі.
Өсімдіктер бұдан басқа, жапырақтар мен сабақтарға ауыр металдары бар бөлшектердің ауадан келіп түсуі арқылы ластанады. Кейбір жағдайда беттік ластану жоғары деңгейде болуы мүмкін. Беттік ластану тамыр арқылы ластануға қарағанда өте қауіпті емес. Бірақ өсімдік бетіне отырған техногендік шаңның зиянды қасиеті тек ондағы ауыр металдарға ғана байланысты емес.Ол фотосинтездеуші клеткаларға күн энергиясы сәулелерінің жеткілікті мөлшерде жетіспеушілігі, лептесіктердің бітелуі, шаңның қышқылды және сілтілі компоненттері әсерінен болатын химиялық реакциялар сынды әсерлер арқылы байқалуы мүмкін. Өсімдік массасындағы ауыр металдардың мөлшері вегетациялық кезең кезінде өзгеріп тұруы мүмкін. Металургиялық комбинаттар, соның ішінде түсті металургия аймағында өсетін өсімдіктердің ауыр металдармен ластануы алаңдатушылық туғызады. Әсіресе техногендік қысым қатты әсер ететін аймақтарда өсетін өсімдіктер ауыр металдармен ластануға қатты ұшырайды [21].
1.3 Өсімдіктерде көп мөлшердегі ауыр металдарға тұрақтылық механизмдерінің дамуы
Өсімдіктердің көп мөлшерлі ауыр металдардаға тұрақтылық механизмдері түрлі бағыттарда дамиды: кейбір түрлер ауыр металдарды өз құрамында көп мөлшерде жинақтайды, бірақ оларға толеранттылық танытады. Ал басқалары олардың мөлшерін өздерінің барьерлік қызметтері арқылы төмендетуге тырысады.Көп өсімдіктер үшін бірінші деңгейлі барьер болып тамырлар қызмет атқарады. Тамырда ең көп мөлшердегі ауыр металдар жинақталады. Одан кейінгі жинақталатын жерлер сабақ,жапырақтар және жемістер болып табылады. Біртекті ластанған топырақта өсірілген бір сортқа жататын өсімдіктерді ауыр металдардың концентрациялары түрліше болған жағдайлар тіркелген. Бұл жағдай барлық тірі ағзалаға тән түрішілік полиморфизмге байланысты болуы мүмкін. Түрлі өсімдіктердің ауыр металдарды жинақтау қабілетінің әр түрлілігіне қарамастан элементтердің биоакумуляциясына байланысты оларды бірнеше топқа біріктіруге мүмкіншілік беретін тенденция тән: 1)Cd,Cs,Ru-қарқындысіңірілетін элементте, 2)Zn,Mo,Cu,Pb,As-орташа сіңірілетін элементтер, 3)Mn,Ni-әлсіз сіңірілетін элементтер. 4)Se,Fe,Ba-өсімдіктер мүлдем сіңірмейтін элементтер [22]. Өсімдіктер құрамына ауыр металдардың тағы да бір түсу жолы тамыр арқылы емес,яғни ауа ағыны арқылы сіңіру. Ірі өндіріс аумағында жапырақ тақтасына атмосферадан көп мөлшерде металдардың түсуі кезінде байқалады. Ауыр металдардың улылығы олардың физикалық-химиялық қасиеттеріне байланысты. Осылайша металдың өсімдікке әсері оның табиғатына, қоршаған ортада таралуына, топырақтың қасиетіне,химиялық қосылыстың формасына байланысты. Өсімдіктерге топырақтан көп мөлшерде түсетін ауыр металдардан қорғаныштық қызметін тамыр жүйесі атқарады. Тамырлар көп мөлшердегі иондарды жинақтап, жер бетілік өркендерде ауыр металдардың қауіпсіз мөлшерін сақтайды. Қоршаған ортаның ауыр металдармен қатты ластануы нәтижесінде өсімдіктерде ауыр металдар вегетативті мүшелерде жинақталуымен қатар, қор жинаушы мүшелерінде де жинақталады. Өсімдіктер хлороз, некроз ауруларына шалдығып, өнімділігі төмендейді. Ластанған топырақта өскен өсімдіктердің ауыр металдарды жинақтауы ластану денгейіне тікелей байланысты. Өндірістік мекемелер айналасында ауылшаруашылық дақылдарды өсіру адам денсаулығы мен жануарларға қауіпті болып табылады. Қорғасын көп жағдайда өсімдіктерге тамыр арқылы енеді, бірақ жапырақтар арқылы да енуі мүмкін. Автомобиль жолдарының жиегінде өсетін өсімдіктердегі атмосфера арқылы енген қорғасынның мөлшері өсімдіктегі қоғасынның жалпы мөлшерінің 40% құрайды. Қорғасынның көп бөлігі вегетативті мүшелерде жинақталған, ал репродуктивті мүшелерде өсімдіктердегі қорғасынның жалпы мөлшері 4-7% құрайды [23].
Тамыр жүйесінің және жербеттік вегетативтік мүшелердің ауыр металдардан қорғау механизмдері ассимиляттарды жинақтау мүшелеріне көп мөлшердегі иондардың ағынының түсуін азайтады. Ауыр металдардың көп бөлігін жинақтап қалатын тамыр жүйесіне көп қысым түседі. Өсімдіктердің өнімділігінің 5-6 есе төмендеуіне алып келетін ауыр металдардың концентрациясы улы болып табылады. Ауыр металдардың енуіне кедергі келтіретін физиологиялық жүйелермен қатар, өсімдіктерде метаболиттерді шығару кезінде металлдардан арылатын қуатты аппарат бар. Ауыр металдардың көп мөлшерінен өсімдіктер тамыр шығарындылары, транспирация және тыныс алу кезінде арылады. Өсімдіктер ылғалмен бірге көп мөлшерде ауыр металдарды да шығарады. Ауыр металлдардың көп мөлшері биохимиялық белсенді қосылыстардың синтезі мен функциясына теріс әсер етеді: ферменттер, дәрумендер, пигменттер, және т.б. Сонымен қатар өсімдіктердің фотосинтездік жағдайына да зиян келтіреді. Өсімдіктердегі ақуыз алмасуын зерттеу барысында ауыр металдардың көп мөлшері альбумин мөлшерінің азаюына және проламин, глютелин, және ерімейтін қалдықтардың түзілуіне алып келеді. Өсімдіктер топырақтың ауыр металдармен ластануының жақсы индикаторы болып табылады. Өсімдіктердегі ауыр металдардың жинақталуының дәрежесі топырақтың ластану деңгейімен, техногендік көзден орналасу қашықтығымен, атмосфералық жауын-шашынның мөлшерімен, өсімдіктің түрлік ерекшелігімен анықталады. Бұл жағдайда ауыр металдардың көп мөлшері тамыр мен жапырақтарда жинақталады. Ауыл шаруашылық аймақтарда өсетін өсімдіктерде ауыр металдардың мөлшері қала аумағанда өсетін өсімдіктерге қарағанда 7 есе кем болып келеді. [24].
Өсімдік жүйесі қоршаған ортаның жағымсыз факторларына жауап беру реакциясы тек сол түрге немесе ұлпаға тән, өсімдік жасына, тіршілік ету жағдайларына т.б. байланысты таңдамалықты көрсетеді [25]. Ауыр металдардың әсерінен туындайтын стрессті болдырмау механизмдері өсімдіктерде көп емес, оларға: тамыр бетіндегі микоризалық саңырауқұлақтардың көмегімен ұстап қалу, клетка қабықшасында арнайы бейтараптаушы кешендер арқылы иммобилизациялау, трихомаларға жинақтау немесе күзде жапырақ түсіру арқылы жиналған токсиндерден арылу [26].
Ауыр металдардың қайсысы болмасын, шамадан тыс артық мөлшерде өсімдіктердің өсуін, қоректік заттардың таралуын, тұқымдардың өнуін тежейді[27]. Әртүрлі ауыр металдардың әсері түрліше болады. Кадмий аз мөлшердің өзінде сүректі өсімдіктер сабағының жуандап өсуін нашарлатады. Ауыр металдардың тікелей әсерінен тамыр өсуі нашарлап, нәтижесінде су мен қоректік заттардың сіңірілуі төмендейді.
Көптеген ауыр металдарға төзімді өсімдік түрлері ауыр металдарды тамырларына жинақтап,олардың жерүсті мүшелеріне өтпеуін қамтамасыз етеді. Керсінше, жерүсті мүшелерінде жинақтайтын өсімдіктер металдардың жер асты мүшелеріне өтуіне кедергі жасайды. Бидай кадмий иондарын тамырларымен сіңіріп, жапырақтарында жинақтайтын болса, Phragmites australis кадмийді тамырында жинақтайтын аккумуляциялаушы өсімдік болып табылады. Сонымен қатар,кадмий жапырақ тақтасының жоғарғы беті және сабақ арқылы ене алады [28]. Индекс-өсімдіктер ластаушы металдардың өсімдіктерге биологиялық жарамдылығын анықтауға өте маңызды, себебі мұндай өсімдіктер металдардың көп мөлшерін сіңіргенімен улану белгілерін көрсетпейді. Бұл индекс-өсімдіктерді ластаушының әсерінен көзге көрінетін улану белгілерін көрсететін индикатор өсімдіктерден ажыратады. Индекс-өсімдіктер де, индикатор өсімдіктер де белгілі бір металдың биологиялық сіңімділігін анықтауда қолданыла алады. Мысалы, кең тараған бақбақ кадмиймен ластанған топырақтың индексі болып табылады [29].
Биомасса, жерүсті және жерасты мүшелерінің ұзындықтары, құрғақ салмақтың нақты салмаққа қатынасы өсімдіктердегі металдардың улылығының индикаторы болып табылады. Мысалы, кадмий әсерінен көзге көрінетін белгілеріне жапырақ тақтасының қоңырқай шеттері, хлороз, бұйраланған жапырақтар, тамырдың қоңыр түске боялуы және жалпы өсудің нашарлауы жатады. Қорғасынмен уланған өсімдіктердің тамырының ұзарып өсуі және биомассаның артуы тежеледі, хлорофилл биосинтезі төмендейді [30].
1.4 Ауыр металдардың өсімдіктердің морфологиялық және анатомиялық құрылысына әсері
Биомасса, тамыр мен жерүсті мүшелерінің ұзындықтарының өзгеруі сияқты параметрлер ауыр металдардың жағымсыз әсерің индикаторы ретінде пайдаланып келеді. Қазіргі кезде индикаторлық белгілер ретінде жерүсті мен жерасты мүшелерінің ұзындықтары, таза салмақ пен құрғақ салмақ, протеиндердің, хлорофилдің және каротиноидттардың концентрациясы сияқты параметрлердің өзгеруі өсімдіктердің кейбір анатомиялық қасиеттерімен қатар қолданылады. Ауыр металдардың әсеріне әртүрлі өсімдіктердің реакциялары әр түрлі болады. Анатомиялық тұрғыдан алғанда мұндай жауап реакциялары әртүрлі ұлпалардың құрылымдық өзгерістерінен көрінеді. Ауыр металдар топырақтан тамырға енген кезде таңдамалы түрде клетка қабырғасына жинақталады [31] . Тамыр экзодермасы ауыр металдардың тамыр ішіне енуіне, ал эндодермадағы Каспари белдеушелері тамыр өзегіне енуіне кедергі болып табылады. Каспари белдеушелері қоршаған ортаның жағымсыз әсеріне жауап ретінде экзодермада да пайда бола алады [32]. Суберин су мен иондардың өтуіне кедергі болатын негізгі құрылым. Кадмиймен әсер еткенде Каспари белдеушелеріндегі субериннің мөлшері үш есе артатыныны дәләлденген. Кадмий тамыр мен жерүсті мүшелерінің биомассасына, өсімдік биіктігі мен жапырақ тақтасының ауданына кері әсер еткен [33]. Кадмий әсерінен өсімдіктің жалпы өсуінің тежелуін бірқатар зерттеулер дәлелдеді. Мысалы Cd-мен өңделген Phullanthus amarus Schum және Impatiens Balzamina өсімдіктерінің тамыр мен жер үсті мүшелерінің ұзындықтары 50%-төмендеген. Бұл әсер түзуші клеткалардың созылуының тежелуімен түсіндіріледі [34]. Кадмийдің ерекшелігі оның негізінен тамыр жүйесінде жинақталуында. Кадмий әсерінен жүгері тамырының анатомиялық құрылысында төмендегідей өзгерістер пайда болған: алғашқы қабықтың қалыңдауы мен паренхималық клеткалардың үлкеюі. Паренхималық клеткалардың үлкеюі тамыр созылуының тежелуінен мүмкін болса, қалыңдаған алғашқы қабықтың себебі су мен қоректік заттардың радиалды ағысын баяулату мен тежеу, яғни сол арқылы кадмийдің тамырға өтуін болдырмау талпынысы болуы мүмкін. Нәтижесінде тамыр мен жерүсті мүшелерінің өсуі нашарлайды. Дегенмен Cd жүгері тамырының экзодерма, орталық цилиндр мен өткізгіш ұлпа клеткаларының мөлшеріне әсер етпейді. Жүгері өскіндерінің кадмийді жинақтау коэфициенттері өсірілген ортадағы кадмийдің мөлшері артқан сайын көбейе түседі.Өскін тамырлары кадмийді жер үсті мүшелерінен 3-5 есе артық жинақтайды. Кадмийдің жоғарғы концентрациясы тамырдың алғашқы қабығынан паренхималық клеркаларда, эндодермада, перециклда және өзек ұлпаларында күрделі өзгерістер тудырады. Электронды микроскопия протопласттың түгелімен бұзылғанын, мембрана мен ядроның кішкентай фрагменттерге бөлшектенгенін көрсетеді. Кадмийдің елеулі мөлшері қоңыр түсті дақтар түрінде эндодермадан табылса, өте көп мөлшерде перициклде, метаксилеманың клетқа қабырғаларында және ксилемаға серіктес паренхималық клеткаларда табылады [35]. X-сәулелі микроталдау нәтижесінде кадмий жүгері тамырларының эндодермасы перициклден бөліп тұратын ортаңғы ламелла мен сүзгілі түтіктердің клетка қабырғаларына, бұршақ тамырларының паренхималық клеткаларының вакуольдері мен ядроларында жинақталатыны анықталды. Lupinus sp. Тамырының алғашқы қабығы мен орталық цилиндрінің сығындысынан алынған кадмийдің изотобы кадмий ерігіш күйінде клетканың вакуолінде жинақталатынын дәлелдеді. Жапырақтың эпидермисі,трихомалары немесе бездеуіттері кадмийді мезофилге қарағанда жақсырақ залалсыздандырады. Жапырақ жүйкелеріндегі арқаулық ұлпаның да кадмийді байланыстыратын қасиеті бар. Жүгері жапырақтарының көлденең кесіндісіндекадмийдің көп мөлшері жоғарғы және төменгі эпидермисте табылды. Өткізгіш шоқтың айналасындағы мезофил және борпылдақ мезофил клеткаларының вакуольдерінде де тығыз түйіршіктер түрінде кездеседі. Жапырақтарда кадмий үнемі қара дақтар түрінде кездесіп отырады. Жүгеріде кадмийдің ең көп мөлшері, әдетте, алғашқы қабық паренхимасында, эндодермада, перициклда және сүзгілі түтіктерде, аздаған мөлшері протопласттардың ішінде табылады. Rauser and Ackerley зерттеулерінде Agrostis тамырларында кадмий цитоплазмада, вакуоль мен ядродан табылады. ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz