ҚОРҒАСЫН МЕН КАДМИЙ ИОНДАРЫНЫҢ ТОПЫРАҚТАН ФИТОЭКСТРАКЦИЯЛАНУЫНА ЭДТА-ның ӘСЕРІ
КІРІСПЕ 3
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ 5
1.1 Қорғасынның өсімдіктерге улы әсері 5
1.2 Кадмийдің өсімдіктерге улы әсері 6
1.3 Өсімдіктерге қорғасын мен кадмий иондарының түсу жолдары 8
1.4 Қорғасын және кадмий иондарымен ластанған топырақтың фитоэкстракциялануына әсер ететін факторлар 9
1.5 Ауыр металдармен ластанған қоршаған ортаны фиторемедиациялау технологиясы және гипераккумулятор өсімдіктер 18
2 ЗЕРТТЕУ МАТЕРИЯЛЫ МЕН ӘДІСТЕР 18
2.1 Өсімдіктер дәнінің өнгіштігін анықтау 18
2.2 Лабораториялық жағдайда өсімдіктердің биометриялық
көрсеткіштерін өлшеу 18
2.3 Өсімдіктерде ЭДТА арқылы ауыр металдарды сіңіруінің
ерекшеліктерін зерттеу 18
2.4 Өсімдік мүшелеріндегі және топырақтағы ауыр металдар
мөлшерін анықтау 19
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ 20
3.1 Қорғасын және кадмийдің арпа мен жатаған бидайық дәнінің өнуіне
әсері 20
3.2 Қорғасын және кадмий иондары бар қоректік ортада ЭДТА.ның
жатаған бидайықтың өсу параметрлеріне әсері 21
3.3 Өсімдік мүшелеріндегі қорғасын мен кадмий мөлшеріне ЭДТА.ның
әсері 24
3.4 Өсімдіктерде ЭДТА арқылы ауыр металдарды сіңіруінің
ерекшеліктерін зерттеу 26
ҚОРТЫНДЫ 30
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 32
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ 5
1.1 Қорғасынның өсімдіктерге улы әсері 5
1.2 Кадмийдің өсімдіктерге улы әсері 6
1.3 Өсімдіктерге қорғасын мен кадмий иондарының түсу жолдары 8
1.4 Қорғасын және кадмий иондарымен ластанған топырақтың фитоэкстракциялануына әсер ететін факторлар 9
1.5 Ауыр металдармен ластанған қоршаған ортаны фиторемедиациялау технологиясы және гипераккумулятор өсімдіктер 18
2 ЗЕРТТЕУ МАТЕРИЯЛЫ МЕН ӘДІСТЕР 18
2.1 Өсімдіктер дәнінің өнгіштігін анықтау 18
2.2 Лабораториялық жағдайда өсімдіктердің биометриялық
көрсеткіштерін өлшеу 18
2.3 Өсімдіктерде ЭДТА арқылы ауыр металдарды сіңіруінің
ерекшеліктерін зерттеу 18
2.4 Өсімдік мүшелеріндегі және топырақтағы ауыр металдар
мөлшерін анықтау 19
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ 20
3.1 Қорғасын және кадмийдің арпа мен жатаған бидайық дәнінің өнуіне
әсері 20
3.2 Қорғасын және кадмий иондары бар қоректік ортада ЭДТА.ның
жатаған бидайықтың өсу параметрлеріне әсері 21
3.3 Өсімдік мүшелеріндегі қорғасын мен кадмий мөлшеріне ЭДТА.ның
әсері 24
3.4 Өсімдіктерде ЭДТА арқылы ауыр металдарды сіңіруінің
ерекшеліктерін зерттеу 26
ҚОРТЫНДЫ 30
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 32
Қазіргі кездегі күрделі мәселелердің бірі - антропогенді ластанған қоршаған ортаны ауыр металдардан тазарту болып табылады. Бұл мәселе Қазақстан үшін өте өзекті. Себебі, ауаның, судың және топырақтың ауыр металдармен ластануына ірі өндіріс орталықтары, өндіріс қалдықтары, тау-кен өндірісі, автокөлік, түсті және қара метал өндіру, құрылыстарда ауыр металдар кездесетын тыңайтқыштарды ретсіз пайдалану, жылу-электр орталықтарын жатқызуға болады [1].
Ауыр металдар өте кең тараған және барлық тіршілік иелеріне қатерлі заттар ретінде белгілі.
Ауыр металдармен ауаның, судың және топырақтың ластануы Қазақстанның ірі өндірістік ортада да экологиялық өзекті мәселе болып саналады. Мысалы, кен өндірісінің. Қазақстанның өндірген орындарында жақын маңдағы топырақтың құрамындағы кейбір ауыр метал концентрациялары қалыпты жағдайдағы топырақпен салыстырғанда мырыш - 7,4, қорғасын - 9,9, мыс - 3,8, марганец - 1,3, кобальт - 2,4, есеге жоғарлаған. Ауыр металдардың топырақтағы мөлшері өсімдіктер мен бау-бақша өсіретін ауыл шаруашылықта 2-3,5 есеге жоғары. Осыған байланысты, қоршаған ортаны қорғау мамандардың алдына қойылып отырған мәселе- ауыр металдардың қоршаған ортадағы жалпы белсенді мөлшерін анықтау. Екінші мәселе - табиғи нысандардың ластану деңгейін болжау мақсатында ластанушы заттардың таралуына қарапайым және айтарлықтай сенімді моделдерін жасау. Үшінші кезекте ластанудың шексіз әсерлеріне жол бермеу мақсатында ауырметалдарды ғылыми негізделген түрі залалсыздандыру және нормалау түрі. Әр түрлі жолдармен ауадағы тараған ауыр металдардың шаң түрлі жалпы мөлшері - 34-54 ℅ құрайды. Осындай ұсақ деңгеидегі фрагменттер [4].
Ғылыми деректер бойынша адам ағзасы тағам өнімдерінен - 40-50 ℅, судан - 20-40 ℅, ауадан - 20-40 ℅ улы заттар қабылдайды екен. Осындай
жолмен түскен ауыр метал иондары адам ағзасында әр түрлі ауырулардың қозуы мен пайда болуының басты себебі. Техногенды ластанған аудандарда асқазан ауру 1- ші орында, тыныс алу жүйелері 2-ші орында, қан айналым жүйелері аурулары 3- ші орынды алып отыр [2].
Ластанған қоршаған ортаны қайта қалпына келтірудің физикалық, химиялық, биологиялық жолдары бар. Олардың ішінде химиялық, физикалық әдістермен топрақты тазарту өте қымбатқа түседі . Мысалы, бір тонна топырақты тазартуда 50 - ден 1000 $ дейінгі қаржы жұмсалатындығы есептелген. Жалпы есептегенде 1 гектар жерді тазартуға 750000 $ шығын кетеді [4].
Ауыр металдар өте кең тараған және барлық тіршілік иелеріне қатерлі заттар ретінде белгілі.
Ауыр металдармен ауаның, судың және топырақтың ластануы Қазақстанның ірі өндірістік ортада да экологиялық өзекті мәселе болып саналады. Мысалы, кен өндірісінің. Қазақстанның өндірген орындарында жақын маңдағы топырақтың құрамындағы кейбір ауыр метал концентрациялары қалыпты жағдайдағы топырақпен салыстырғанда мырыш - 7,4, қорғасын - 9,9, мыс - 3,8, марганец - 1,3, кобальт - 2,4, есеге жоғарлаған. Ауыр металдардың топырақтағы мөлшері өсімдіктер мен бау-бақша өсіретін ауыл шаруашылықта 2-3,5 есеге жоғары. Осыған байланысты, қоршаған ортаны қорғау мамандардың алдына қойылып отырған мәселе- ауыр металдардың қоршаған ортадағы жалпы белсенді мөлшерін анықтау. Екінші мәселе - табиғи нысандардың ластану деңгейін болжау мақсатында ластанушы заттардың таралуына қарапайым және айтарлықтай сенімді моделдерін жасау. Үшінші кезекте ластанудың шексіз әсерлеріне жол бермеу мақсатында ауырметалдарды ғылыми негізделген түрі залалсыздандыру және нормалау түрі. Әр түрлі жолдармен ауадағы тараған ауыр металдардың шаң түрлі жалпы мөлшері - 34-54 ℅ құрайды. Осындай ұсақ деңгеидегі фрагменттер [4].
Ғылыми деректер бойынша адам ағзасы тағам өнімдерінен - 40-50 ℅, судан - 20-40 ℅, ауадан - 20-40 ℅ улы заттар қабылдайды екен. Осындай
жолмен түскен ауыр метал иондары адам ағзасында әр түрлі ауырулардың қозуы мен пайда болуының басты себебі. Техногенды ластанған аудандарда асқазан ауру 1- ші орында, тыныс алу жүйелері 2-ші орында, қан айналым жүйелері аурулары 3- ші орынды алып отыр [2].
Ластанған қоршаған ортаны қайта қалпына келтірудің физикалық, химиялық, биологиялық жолдары бар. Олардың ішінде химиялық, физикалық әдістермен топрақты тазарту өте қымбатқа түседі . Мысалы, бір тонна топырақты тазартуда 50 - ден 1000 $ дейінгі қаржы жұмсалатындығы есептелген. Жалпы есептегенде 1 гектар жерді тазартуға 750000 $ шығын кетеді [4].
1 Концепция экологической безопасности Республики Казахстан. // Ноосфера. – 1996. – №1. – С. 135-146.
2 Сулеев Д.К., Сагитов С.И., Сагитов П.И., Жумагулов К.К. Экология и природопользование. Концепция перхода к устойчивому развитию. – Алматы, 2004. – 391 с.
3 Тасекеев М. Биоремедиация токсичных промышленных отходов // Промышленость Казахстана. – 2004. – №5 (26). – С.59-63.
4 Analytical Biochemistry 83, 304-310 (1977). Issn 0003-2697
5 Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп. Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова. – Л.: "Химия", 1988.
6 Gimeno-Garcia E. Andreu V. Boluda R. Heavy metals incidence in the application of inorganic fertilizers and pesticides to rice farming soils // Envir . Pollut . – 1996. – V. 92. – P . 19-25.
7 Word Health Organization. Evaluation of certain food additives and of the contaminants mercury, leadand cadmium.
8 Keller C. Application of centrifuging to heavy metal studies in soil solutions // Commun. Soil Sci. PlantAnal. – 1995. – V. 26. – P.1621-1636.
9 Pacifici R.E., Davies K.J.A. Protein degradation as an index of oxidative stress// Methods in Enzymology. – 1990. 186. – P. 485-502.
10 Chaoui A., Mazhoudi S., Ghorbal M.H., Ferjani E. Cadmium and zinc induction of lipid peroxidation and effects on antioxidant enzymes activities in bean (Phaseolus vulgaris L.) // Plant Sci. – 1997. – V. 127. – P. 139-147.
11 Hart J.J., Welch R.M., Norvell W.A. Characterisation of сadmium binding, uptake and translocation in intact seedlings of bread and durum wheat cultivars // Plant physiol. – 1998. –V. 116. – P. 1413-1420.
12 Sarret G., Saumitou-Laprade P., Bert V, Proux O.,. Hazemann J.-L, Traverse A., Matthew A. nceau Forms of Zinc accumulated in the hyperaccumulator Arabidopsis halleri // Pl . Physiol. - 2002. - V.130. - P. 1815-1826.
13 Растения в экстремальных условиях минерального питани Под ред. Н.Я.Школьника, И.В.Алексеевой - Поповой. – Л.: Наука, 1983. – 176 с.
14 Мукашева. М.А. Гигиеническая характеристика экологической на-грузки на организм по микроэлементному анализу (при натурных и экспери¬ментальных исследованиях: автореф. …… канд. биол. наук. Алматы, 1998. – 28 с.
15 Andreu V. And Boluda R. Application of contamination indexes on different farming soils // Bull. Envir.Pollut. – 1995. – V. 104. – P. 271-282.
16 Brown R.F., Jamison S.E. U.K. Pandit, J. Pinkus, White G.R Fenton reaction
// J. Org. Chem. –1964. –V. 29. – P.146.
17 Elsevier B. V. Aлл rights reserved // Copyright . 2006.
18 Журнал ВХО им.Д.И.Менделеева . 1984.Т. 29.В.3.(номер посвящен комплексонам и их применению)
19 Crist R.H., Martin J.R., Crist D.R. Ion exchange aspects of toxic metal uptake by Indian mustard // Int. Journal of Phytoremediation. – 2004. – V. 6(1), p. 85-94
20 Anderson C.W.N., brooks R.R., Stewart B.B., Simcock R. Harvesting a Crop of Gold on Plants // Nature. 1998. v.395.p.553-554.
21 Blaylock M.J., Salt D.E., Dushenkov S, Zakharova O., Gussman C., Kapulnik Y., Ensley B.D., Raskin I Enhanced accumulation of Pb in indianmustard By soil applied chelating agents.Environ. Sci.Technology, 1997, p.860-865
22 Stefan S., Mladen N., Nurettint., Enrique DSancho, Manuel Benloch, Vancheva V., Sapundjieva K., Kuzmanova J.//Environ.Eng. and Landscape Management 2007. v.XV. No4.p.237-242.
23 Saifullah E., Meers M., Qadir P., de Caritat F.M.G., Tack G., Du Laing, Zia M.H. EDTA assisted Pb-phytoextraction. //Chemosphere. – 2009. - V. 74. –N10. – P. 1279-1291
24 Pucshenreiter M., Stoger G., Lombi E., Horac O, Wenzel W. Phytoextraction of heavy metal contaminated soils with Thlaspi goesingense and Amaranthus hybridus: Rhizoshere manipulation using EDTA and ammonium sulfate// J.Plant Nutr. Soil Sci. 2001. V.164. P.615-621.
25 Robinson B. H., Mills T.V., Petit D., Fung E.F., Green S.R. Natural and induced cadmium accumulation in poplar and willow: Implications for phytoremediation// Plant and soil.N. 2000. V.227. P.301-306
26 Cooper, E.M.; Sims, J.T.; Cunningham, S.D.; huang.J.W.; Berti, W.R. Chelate-assisted phytoextraction of lead from contaminated soils.//Environ.Quality, 1999, 28, p 1709-1719.
27 Quartacci, M.F.; argilla A.A.; Baker J.M.; Navari-Izzo, F. Phytoextraction of heavy metals from a multiply-contaminated soil by Indian mustard//chemosphere, 2006. 63.p.918-925.
28 Anderson C.W.N., brooks R.R., Stewart B.B., Simcock R. Harvesting a Crop of Gold on Plants // Nature. 1998. v.395.p.553-554.
29 Huttermann A., Arduini I., Godbold D.L. Metal Pollution and decline //Heavy metal stress in Plants-from Molecules to ecosystems/Eds Prasad M.N.V., Hagemeyer J.Berlin:Springer, 1999.P.253-272.
30 Arisi A>C>M>, Mocquot B., Lagriffoul A., Mench M., foyer C.H., jouanin L. Responses to cadmium in Leaves of Transformed Poplars over Expressing Glutamylcysteine Synthetase //Physiol.Plant. 2000. v.109.p.143-149
31 Chaney R.L., Li Y. M., Scott J.A. Improving metal hyperaccumu¬lator wild plants to develop commercial phytoextraction systems: Approaches and Progress. - New York, 1998. - 37 p.
32 Lombi E., Zhao F.J., Dunham S.J., McGrath S. Cadmium accumulation in populations of Thlaspi caerulescens and Thlaspi goesingense // New Phyt. - 2000. - N145. - P.11-20.
33 Vazquez M.D., Poschenreider C., Barcelo J., Baker A.J., Hatton P., Cope G.H. Compartmentation of zinc in roots and leaves of the zinc hyperaccumulator Thlaspi caerulescens// Bot. Acta. - 1994. - N107. - P. 243-250.
34 Kramer U., Cotter-Howels J.D., Charnock J.M., Baker A.J., Smith J.A.C. Free histidine as a metal chelator in plants that accumulate nickel // Nature (London). 1996. – V.379. – P. 635-638.
35 Jackson A.P. and Alloway B.J. The transfer of cadmium from agricultural soils to the human food chain. In Biochemistry of trace metals. Ed. D.C.Adriano // Lewis Publishers. Boca Raton, Fl., 1992. – P. 109-158.
36 Raskin I. Plant genetic engineering may help with environmental cleanup // Proc. Natl.Acad.Sci. USA. - 1996. - N93. - P. 3164-3166
37 Bert V., Bonnin I., Saumiyou-Laprade P., De Laguerie, Petit D. Do Arabidopsis halleri from nonmetallicolous populations accumulate zinc and cadmium more effectively than those from metallicolous populations? // New Phytologist. - 2002. - N155. - P.47-57.
38 Hamon R.E., Holm P.E., Lorenz S.E., McGrath S.P. Metal uptake by plants from sludge-amended soils: caution is required in the plateu interpretation // Plant and Soil. - 1999. - N216. - P. 53-64.
39 McGrath S.P. Phytoextraction for soil remediaton. In: Brooks R.R. ed. Plants that hyperaccumulate heavy metals. // Wallingford. - UK:CAB International, 1998. - P. 261-287.
40 Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунишвили Т.А., Евстигнеева З.Г. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях. – М.: Наука. 2005. – 197 с.
41 Мукашева М.А. Гигиеническая характеристика экологической на¬грузки на организм по микроэлементному анализу (при натурных и экспери-ментальных исследованиях: автореф. … канд. биол. наук. Алматы, 1998. – 28 с.
42 Saifullah E., Meers M., Qadir P., de Caritat F.M.G., Tack G., Du Laing, Zia M.H. EDTA assisted Pb-phytoextraction. //Chemosphere. – 2009. - V. 74. –N10. – P. 1279-1291) .
43 Crist R.H., Martin J.R., Crist D.R. Ion exchange aspects of toxic metal uptake by Indian mustard // Int. Journal of Phytoremediation. – 2004. – V. 6(1), p. 85-94).
44 Lee J.S., Chon H.T., Kim K.W. Migration and dispersion of trace elements in the rock-soil-soil plant system in areas underlain by black shales and states of the Okchon Zone, Korea // J. Geochem. Explor. – 1988. – V. 65. – P.61-78.
45 Jackson A.P. and Alloway B.J. The transfer of cadmium from agricultural soils to the human food chain. In Biochemistry of trace metals. Ed. D.C.Adriano // Lewis Publishers. Boca Raton, Fl., 1992. – P. 109-158.
2 Сулеев Д.К., Сагитов С.И., Сагитов П.И., Жумагулов К.К. Экология и природопользование. Концепция перхода к устойчивому развитию. – Алматы, 2004. – 391 с.
3 Тасекеев М. Биоремедиация токсичных промышленных отходов // Промышленость Казахстана. – 2004. – №5 (26). – С.59-63.
4 Analytical Biochemistry 83, 304-310 (1977). Issn 0003-2697
5 Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп. Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова. – Л.: "Химия", 1988.
6 Gimeno-Garcia E. Andreu V. Boluda R. Heavy metals incidence in the application of inorganic fertilizers and pesticides to rice farming soils // Envir . Pollut . – 1996. – V. 92. – P . 19-25.
7 Word Health Organization. Evaluation of certain food additives and of the contaminants mercury, leadand cadmium.
8 Keller C. Application of centrifuging to heavy metal studies in soil solutions // Commun. Soil Sci. PlantAnal. – 1995. – V. 26. – P.1621-1636.
9 Pacifici R.E., Davies K.J.A. Protein degradation as an index of oxidative stress// Methods in Enzymology. – 1990. 186. – P. 485-502.
10 Chaoui A., Mazhoudi S., Ghorbal M.H., Ferjani E. Cadmium and zinc induction of lipid peroxidation and effects on antioxidant enzymes activities in bean (Phaseolus vulgaris L.) // Plant Sci. – 1997. – V. 127. – P. 139-147.
11 Hart J.J., Welch R.M., Norvell W.A. Characterisation of сadmium binding, uptake and translocation in intact seedlings of bread and durum wheat cultivars // Plant physiol. – 1998. –V. 116. – P. 1413-1420.
12 Sarret G., Saumitou-Laprade P., Bert V, Proux O.,. Hazemann J.-L, Traverse A., Matthew A. nceau Forms of Zinc accumulated in the hyperaccumulator Arabidopsis halleri // Pl . Physiol. - 2002. - V.130. - P. 1815-1826.
13 Растения в экстремальных условиях минерального питани Под ред. Н.Я.Школьника, И.В.Алексеевой - Поповой. – Л.: Наука, 1983. – 176 с.
14 Мукашева. М.А. Гигиеническая характеристика экологической на-грузки на организм по микроэлементному анализу (при натурных и экспери¬ментальных исследованиях: автореф. …… канд. биол. наук. Алматы, 1998. – 28 с.
15 Andreu V. And Boluda R. Application of contamination indexes on different farming soils // Bull. Envir.Pollut. – 1995. – V. 104. – P. 271-282.
16 Brown R.F., Jamison S.E. U.K. Pandit, J. Pinkus, White G.R Fenton reaction
// J. Org. Chem. –1964. –V. 29. – P.146.
17 Elsevier B. V. Aлл rights reserved // Copyright . 2006.
18 Журнал ВХО им.Д.И.Менделеева . 1984.Т. 29.В.3.(номер посвящен комплексонам и их применению)
19 Crist R.H., Martin J.R., Crist D.R. Ion exchange aspects of toxic metal uptake by Indian mustard // Int. Journal of Phytoremediation. – 2004. – V. 6(1), p. 85-94
20 Anderson C.W.N., brooks R.R., Stewart B.B., Simcock R. Harvesting a Crop of Gold on Plants // Nature. 1998. v.395.p.553-554.
21 Blaylock M.J., Salt D.E., Dushenkov S, Zakharova O., Gussman C., Kapulnik Y., Ensley B.D., Raskin I Enhanced accumulation of Pb in indianmustard By soil applied chelating agents.Environ. Sci.Technology, 1997, p.860-865
22 Stefan S., Mladen N., Nurettint., Enrique DSancho, Manuel Benloch, Vancheva V., Sapundjieva K., Kuzmanova J.//Environ.Eng. and Landscape Management 2007. v.XV. No4.p.237-242.
23 Saifullah E., Meers M., Qadir P., de Caritat F.M.G., Tack G., Du Laing, Zia M.H. EDTA assisted Pb-phytoextraction. //Chemosphere. – 2009. - V. 74. –N10. – P. 1279-1291
24 Pucshenreiter M., Stoger G., Lombi E., Horac O, Wenzel W. Phytoextraction of heavy metal contaminated soils with Thlaspi goesingense and Amaranthus hybridus: Rhizoshere manipulation using EDTA and ammonium sulfate// J.Plant Nutr. Soil Sci. 2001. V.164. P.615-621.
25 Robinson B. H., Mills T.V., Petit D., Fung E.F., Green S.R. Natural and induced cadmium accumulation in poplar and willow: Implications for phytoremediation// Plant and soil.N. 2000. V.227. P.301-306
26 Cooper, E.M.; Sims, J.T.; Cunningham, S.D.; huang.J.W.; Berti, W.R. Chelate-assisted phytoextraction of lead from contaminated soils.//Environ.Quality, 1999, 28, p 1709-1719.
27 Quartacci, M.F.; argilla A.A.; Baker J.M.; Navari-Izzo, F. Phytoextraction of heavy metals from a multiply-contaminated soil by Indian mustard//chemosphere, 2006. 63.p.918-925.
28 Anderson C.W.N., brooks R.R., Stewart B.B., Simcock R. Harvesting a Crop of Gold on Plants // Nature. 1998. v.395.p.553-554.
29 Huttermann A., Arduini I., Godbold D.L. Metal Pollution and decline //Heavy metal stress in Plants-from Molecules to ecosystems/Eds Prasad M.N.V., Hagemeyer J.Berlin:Springer, 1999.P.253-272.
30 Arisi A>C>M>, Mocquot B., Lagriffoul A., Mench M., foyer C.H., jouanin L. Responses to cadmium in Leaves of Transformed Poplars over Expressing Glutamylcysteine Synthetase //Physiol.Plant. 2000. v.109.p.143-149
31 Chaney R.L., Li Y. M., Scott J.A. Improving metal hyperaccumu¬lator wild plants to develop commercial phytoextraction systems: Approaches and Progress. - New York, 1998. - 37 p.
32 Lombi E., Zhao F.J., Dunham S.J., McGrath S. Cadmium accumulation in populations of Thlaspi caerulescens and Thlaspi goesingense // New Phyt. - 2000. - N145. - P.11-20.
33 Vazquez M.D., Poschenreider C., Barcelo J., Baker A.J., Hatton P., Cope G.H. Compartmentation of zinc in roots and leaves of the zinc hyperaccumulator Thlaspi caerulescens// Bot. Acta. - 1994. - N107. - P. 243-250.
34 Kramer U., Cotter-Howels J.D., Charnock J.M., Baker A.J., Smith J.A.C. Free histidine as a metal chelator in plants that accumulate nickel // Nature (London). 1996. – V.379. – P. 635-638.
35 Jackson A.P. and Alloway B.J. The transfer of cadmium from agricultural soils to the human food chain. In Biochemistry of trace metals. Ed. D.C.Adriano // Lewis Publishers. Boca Raton, Fl., 1992. – P. 109-158.
36 Raskin I. Plant genetic engineering may help with environmental cleanup // Proc. Natl.Acad.Sci. USA. - 1996. - N93. - P. 3164-3166
37 Bert V., Bonnin I., Saumiyou-Laprade P., De Laguerie, Petit D. Do Arabidopsis halleri from nonmetallicolous populations accumulate zinc and cadmium more effectively than those from metallicolous populations? // New Phytologist. - 2002. - N155. - P.47-57.
38 Hamon R.E., Holm P.E., Lorenz S.E., McGrath S.P. Metal uptake by plants from sludge-amended soils: caution is required in the plateu interpretation // Plant and Soil. - 1999. - N216. - P. 53-64.
39 McGrath S.P. Phytoextraction for soil remediaton. In: Brooks R.R. ed. Plants that hyperaccumulate heavy metals. // Wallingford. - UK:CAB International, 1998. - P. 261-287.
40 Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунишвили Т.А., Евстигнеева З.Г. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях. – М.: Наука. 2005. – 197 с.
41 Мукашева М.А. Гигиеническая характеристика экологической на¬грузки на организм по микроэлементному анализу (при натурных и экспери-ментальных исследованиях: автореф. … канд. биол. наук. Алматы, 1998. – 28 с.
42 Saifullah E., Meers M., Qadir P., de Caritat F.M.G., Tack G., Du Laing, Zia M.H. EDTA assisted Pb-phytoextraction. //Chemosphere. – 2009. - V. 74. –N10. – P. 1279-1291) .
43 Crist R.H., Martin J.R., Crist D.R. Ion exchange aspects of toxic metal uptake by Indian mustard // Int. Journal of Phytoremediation. – 2004. – V. 6(1), p. 85-94).
44 Lee J.S., Chon H.T., Kim K.W. Migration and dispersion of trace elements in the rock-soil-soil plant system in areas underlain by black shales and states of the Okchon Zone, Korea // J. Geochem. Explor. – 1988. – V. 65. – P.61-78.
45 Jackson A.P. and Alloway B.J. The transfer of cadmium from agricultural soils to the human food chain. In Biochemistry of trace metals. Ed. D.C.Adriano // Lewis Publishers. Boca Raton, Fl., 1992. – P. 109-158.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
әль-Фараби атындағы Қазақ ұлыттық университеті
Биология факультеті
Биотехнология, биохимия, өсімдіктер физиологиясы кафедрасы
бітіру жұмысы
ҚОРҒАСЫН МЕН КАДМИЙ ИОНДАРЫНЫҢ ТОПЫРАҚТАН ФИТОЭКСТРАКЦИЯЛАНУЫНА ЭДТА-
ның ӘСЕРІ
Орындаған:
Биотехнология мамандығының
4-курс (КБТ61) студенті ___________
Камелбек.Н
(қолы,күні)
Ғылыми жетекші:
Б.ғ.д.профессор ___________
Атабаева.С.Д
(қолы,күні)
Норма бақылаушы : ___________
Оразова.С.Б
(қолы,күні)
Кафедра меңгерушісінің
рұқсатымен қорғауға жіберілді
б.ғ.д.,профессор ____________
Карпенюк.Т.А
(қолы,
күні)
Алматы, 2010
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
3
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
5
1. Қорғасынның өсімдіктерге улы әсері
5
2. Кадмийдің өсімдіктерге улы әсері
6
3. Өсімдіктерге қорғасын мен кадмий иондарының түсу жолдары
8
4. Қорғасын және кадмий иондарымен ластанған топырақтың
фитоэкстракциялануына әсер ететін факторлар
9
5. Ауыр металдармен ластанған қоршаған ортаны фиторемедиациялау
технологиясы және гипераккумулятор өсімдіктер
18
1. ЗЕРТТЕУ МАТЕРИЯЛЫ МЕН ӘДІСТЕР
18
1. Өсімдіктер дәнінің өнгіштігін анықтау
18
2. Лабораториялық жағдайда өсімдіктердің биометриялық
көрсеткіштерін өлшеу
18
3. Өсімдіктерде ЭДТА арқылы ауыр металдарды сіңіруінің
ерекшеліктерін зерттеу
18
4. Өсімдік мүшелеріндегі және топырақтағы ауыр металдар
мөлшерін анықтау
19
2. ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ 20
1. Қорғасын және кадмийдің арпа мен жатаған бидайық дәнінің өнуіне
әсері
20
2. Қорғасын және кадмий иондары бар қоректік ортада ЭДТА-ның
жатаған бидайықтың өсу параметрлеріне әсері
21
3. Өсімдік мүшелеріндегі қорғасын мен кадмий мөлшеріне ЭДТА-ның
әсері
24
4. Өсімдіктерде ЭДТА арқылы ауыр металдарды сіңіруінің
ерекшеліктерін зерттеу
26
ҚОРТЫНДЫ
30
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
32
КІРІСПЕ
Қазіргі кездегі күрделі мәселелердің бірі - антропогенді ластанған
қоршаған ортаны ауыр металдардан тазарту болып табылады. Бұл мәселе
Қазақстан үшін өте өзекті. Себебі, ауаның, судың және топырақтың ауыр
металдармен ластануына ірі өндіріс орталықтары, өндіріс қалдықтары, тау-
кен өндірісі, автокөлік, түсті және қара метал өндіру, құрылыстарда
ауыр металдар кездесетын тыңайтқыштарды ретсіз пайдалану, жылу-электр
орталықтарын жатқызуға болады [1].
Ауыр металдар өте кең тараған және барлық тіршілік иелеріне
қатерлі заттар ретінде белгілі.
Ауыр металдармен ауаның, судың және топырақтың ластануы
Қазақстанның ірі өндірістік ортада да экологиялық өзекті мәселе болып
саналады. Мысалы, кен өндірісінің. Қазақстанның өндірген орындарында
жақын маңдағы топырақтың құрамындағы кейбір ауыр метал концентрациялары
қалыпты жағдайдағы топырақпен салыстырғанда мырыш - 7,4, қорғасын -
9,9, мыс - 3,8, марганец - 1,3, кобальт - 2,4, есеге жоғарлаған. Ауыр
металдардың топырақтағы мөлшері өсімдіктер мен бау-бақша өсіретін
ауыл шаруашылықта 2-3,5 есеге жоғары. Осыған байланысты, қоршаған
ортаны қорғау мамандардың алдына қойылып отырған мәселе- ауыр
металдардың қоршаған ортадағы жалпы белсенді мөлшерін анықтау. Екінші
мәселе - табиғи нысандардың ластану деңгейін болжау мақсатында
ластанушы заттардың таралуына қарапайым және айтарлықтай сенімді
моделдерін жасау. Үшінші кезекте ластанудың шексіз әсерлеріне жол
бермеу мақсатында ауырметалдарды ғылыми негізделген түрі залалсыздандыру
және нормалау түрі. Әр түрлі жолдармен ауадағы тараған ауыр
металдардың шаң түрлі жалпы мөлшері - 34-54 ℅ құрайды. Осындай ұсақ
деңгеидегі фрагменттер [4].
Ғылыми деректер бойынша адам ағзасы тағам өнімдерінен - 40-50
℅, судан - 20-40 ℅, ауадан - 20-40 ℅ улы заттар қабылдайды екен. Осындай
жолмен түскен ауыр метал иондары адам ағзасында әр түрлі ауырулардың
қозуы мен пайда болуының басты себебі. Техногенды ластанған
аудандарда асқазан ауру 1- ші орында, тыныс алу жүйелері 2-ші
орында, қан айналым жүйелері аурулары 3- ші орынды алып отыр [2].
Ластанған қоршаған ортаны қайта қалпына келтірудің физикалық,
химиялық, биологиялық жолдары бар. Олардың ішінде химиялық, физикалық
әдістермен топрақты тазарту өте қымбатқа түседі . Мысалы, бір тонна
топырақты тазартуда 50 - ден 1000 $ дейінгі қаржы жұмсалатындығы
есептелген. Жалпы есептегенде 1 гектар жерді тазартуға 750000 $ шығын
кетеді [4].
Қоршаған ортаны қайта қалпына келтіру, әсіресе топырақты ауыр
металдардан осындай жолдармен тазарту өте тиімсіз және көп жағдайда
ортаның қайта ластануына әкеледі.
Жоғарыда айтылған әдістің ішінде ең тимдісі - биологиялық әдіс
болып табылады. Әсіресе ластанған ортаны өсімдіктер көмегімен қайта
қалпына келтіру жолдары соңғы жылдары аса қарқынды дамуда. Бұл
әдісті фиторемедиация деп атайды. Яғни, ластанған ортаны өсімдіктер
көмегімен қайта қалпына келтыру .
Қазіргі кезде табиғатта ауыр металдарға өте төзімді және
оларды өте көп мөлшерде жинай алатын өсімдіктер түрлері өсірілуде.
Оларды жалпы көң-қоқыс өсімдіктер деп те атайды. Мысалы: сарептін,
қыша, қанат жеміс, жауылша кенеп, т.б. өсімдіктер. Көптеген жабайы
астық тұқымдас өсімдіктерде ауыр металдарға төзімділік танытады. Бұл
өсімдіктердың ауыр металдарға төзімділігіне әр түрлі механизмдер себепші.
Мысалы: фитоэкстракция, ризофильтрация, фитодеградация, фитоволитализация,
фитоэкстракциялағыш өсімдіктер ауыр металдарды өз бойына көп мөлшерде
аккумуляциялайды да топырақтағы мөлшерін азайтады [4].
Ризофильтрациялағыш өсімдіктер ауыр металдарды негізінен тамыр
жүйесінде жинақтайды және олардың улы әсерін едәуір төмендетеді.
Фитоэкстракцияға байланысты өсімдіктер ауыр металдарды өңдеп
залалсыздандыруда, ал фитоволитализациялағыш өсімдіктер тамыр жүйесі
арқылы сіңірілген заттарды жапырағы арқылы буландырып жібереді.
Зерттеу жұмысының мақсаты: Ластанған топырақты қалпына келтірудің
ғылыми негіздерін қалыптастыру мақсатында өсімдіктерде кадмий және
қорғасын иондарының топырақтан фитоэкстракциялануына ЭДТА-ның әсерін
зерттеу.
Жұмыстың мақсатына жету үшін алға қойылған міндеттер:
1. Қорғасын және кадмий иондары бар қоректік ортада ЭДТА-ның жатаған
бидайықтың өсу параметрлеріне әсерін зерттеу
2. Топырақ және өсімдік мүшелеріндегі қорғасын мен кадмий мөлшеріне
ЭДТА-ның әсерін зерттеу
3. Өсімдіктерде ЭДТА арқылы ауыр металдарды сіңіруінің ерекшеліктерін
зерттеу.
Зерттеу объектілері: астық тұқымдас және өсімдіктердің жабайы түрі
жатаған бидайық (Agropyron repens L.) және арпа (Hordeum vulgare L.) Бота
сорты алынды.
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
Ластаушылар тобына жататын ауыр металдар термині соңғы уақытта
кеңінен қолданыс табуда. Оларға төмендегідей қасиеттер тән: атомдық масса,
тығыздығы, улылығы, табиғи ортада таралуы, табиғи және техногенді
айналымдарға қатысу деңгейі.
Қоршаған табиғи ортаның ластануы және экологиялық мониторинг
проблемасына арналған жұмыстарда қазіргі уақытта ауыр металдарға Д.И.
Менделеев таблицасындағы атомдық массасы 50 атомдық бірліктен асатын және
тығыздығы 5 гсм3 жететін 40 аса металдар жатады.
Н.Реймерс жіктеуі бойынша,ауыр металдарға тығыздығы 8гсм3 болатын:
V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др [5]. Сонымен
қоса ауырметалдар термині олардың төмен концентрацияларының тірі
ағзаларға жоғары улылығы және биоаккумуляциялануға қабілеттілігі жатады.
Қоршаған ортаны ластаушы кең таралған ауыр металдарға кадмий және
қорғасын жатады. Кадмий топырақта шашыраңқы таралғанымен, адамзаттың
өндірістік және шаруашылық іс-әрекеті топырақтағы кадмий мөлшерін бірнеше
есеге арттырады. Себебі қолданыстағы тыңайтқыштар мен пестицидтерде осы
металдың көп мөлшері болады [6]. Топырақтағы Cd-дің көп бөлігі
өсімдіктерге оңай өтуі олардың ерігіш фракциясы жалпы мөлшерге есептегенде
35 %-ды құрайды. Cd - ден басқа Zn, Cu, Pb сияқты элементтерге қарағанда
биологиялық жоғары абсорбциялық коэфициентке ие .
Сонымен, ауыр металдар өте улы ластаушы заттарға жатады және олардың
өсімдіктерге улы әсерін зерттеу, қоршаған ортаның улы заттармен ластануын
алдын алу және жою жолдарын іздестіру алдыңғы мақсаттар қатарынан орын
алады.
1.1 Қорғасынның өсімдіктерге улы әсері
Қорғасынның биологиялық маңызы тірі ағзалар үшін әлі толық
зерттелмеген. Дегенмен, П.А. Авцын (1991) жұмыстарында кейбір жануарлар
үшін оның маңызы туралы мәліметтерді кездестіруге болады. Мысалы,
егеуқұйрық үшін 0,05-0,5 мгкг қорғасынның физиологиялық маңызы бар деген
тұжырым жасаған . Сонымен қатар кейбір деректерде қорғасынды тұздардың
төменгі концентрациясы өсімдіктің өсіп-дамуына біршама жақсы әсері бар
екендігін көрсетеді [8]. Б. Д. Кальницкий (1985) жұмыстарында қорғасынның
2-6 мкгкг концентрациясын өсімдіктер үшін бұл элементке зәру болатындығын
келтірген .
Қоршаған ортадағы қорғасынның жоғары концентрациясы ауыр металдар
арасында өсімдік тіршілігі үшін өте улы элементтер қатарына кіреді.
Добровольскийдің (1985) мәліметтері бойынша 10 мгкг қорғасынның
концентрациясы өсімдікке улы әсер еткен .
Өсімдік түрлеріне байланысты қорғасынның топырақтағы 100-500 мгкг
концентрациясы улы әсер етеді. Қорғасынның улы әсері өсімдіктің өсуінің,
биомассасының азаюынан, қою-жасыл бұралыңқы жапырақтардың пайда болуынан
байқауға болады. Жоғары концентрацияда әсер еткен қорғасын
өсімдіктердің тыныс алуын тежейді, фотосинтез қарқынын баяулатады,
клетканың митозды бөлінуіне, судың сіңірілуіне кері әсерін тигізеді .
Негізінде қорғасынның басқа элементтермен салыстырғында топырақтағы
жылжымалы формасы төмен. Осыған қарамастан (60-86 %) жылжымалы формасы
өсімдіктерге органикалық заттармен кешенді қосылыс күйінде түседі .
Мырыш және кадмиймен салыстырғанда қорғасын өсімдіктердің жер үсті
бөлігінде болуы өте төмен болғанмен, тамыр жүйесінде көп шоғырланады .
Ауыр металдардың өсімдік мүшелерінде шоғырлануы олардың өсімдік
бойымен жылжуына байланысты. Зерттеушілердің мәліметтеріне қарағанда сары
бөрібұршақ өсімдігінде қорғасын тамыр ұшында көп, базальді бөлігі мен
гипокотильде аз мөлшерде жиналған. Орталық цилиндрмен салыстырғанда
паренхимада қорғасын көп мөлшерде байқалған. Бұл дәлелдерге сүйене отырып
зерттеушілер басқа металдармен салыстырғанда қорғасынның баяу,
қозғалатындығын көрсетеді [12].
Қорғасын негізінде өсімдіктердің тамыр клеткасында көп жинақталады
және клетка цитоплазмасында, вакуолінде шоғырланады. Қорғасынның
өсімдіктердің барлық физиологиялық және биохимиялық процестеріне әсері
жайлы мағлұматтар И. В. Серегин., В. Б. Иванов (2001) еңбектерінде кеңінен
талқыланған .
1.2 Кадмийдің өсімдіктерге улы әсері
ҚР улы заттардың шекті мүмкін концентрацияларының нормативтері
бойынша қорғасын үшін топырақтағы ШМК 32 мгкг, кадмий-0,5 мгкг.
Кадмий Ауыр металдардың ішінде ең улы және қоршаған ортаға кеңінен
таралғаны кадмий болып есептеледі. Қоршаған ортаның кадмиймен ластануы
кейінгі жылдары Швецияда, Америка Құрама Штаттарында бірнеше есе
жоғарылаған.
Кадмийдің айтарлықтай бөлігі топыраққа және суға жауын-шашын арқылы
түседі. Жыл сайын Балтық теңізіне 200 тонна кадмий түссе, оның 45 % ауадан
келеді.
Бұл элемент тірі ағзаларға қауіптілігі жағынан бірінші класқа
жатқызылады. Кадмий адам және жануарлар ағзасына жиналуға қабілетті және
жүрек, қан тамыры әрекетіне басқа да аурулардың пайда болуына себепші. Адам
ағзасына 10 мг кадмийдің жиналуы улану белгілерін білдіреді [7].
Кадмийдің басқа ауыр металдармен салыстырғанда өсімдік тіршілігіне
қажеттілігі әлі толық дәлелденбеген, бірақ осы металмен ластанған ортада
оның өсімдікке түсуі жоғары [8]. Зерттеушілердің көрсетуі бойынша
өсімдіктің құрғақ салмағына шаққанда 0,1-1 мкгкг Cd-дің болуы қалыпты деп
есептеледі, ал кейбір зерттеушілер өсімдік ұлпасында 0,05-0,2 мгкг
кадмийдің болуы қалыпты деп қарастырады және 3 мгкг мөлшері жоғары деңгей
деп болжам жасайды [8].
Кадмийдің өсімдіктердегі улы әсерінің алғашқы белгілері болып:
өсімдіктің өсуінің баяулауы, биомасса жинауының кемуі, хлороз, түсімнің
азаюы тағы басқа физиологиялық процестер жатады [9].
Cd-дің өсімдіктерге сіңірілуі. Өсімдікке кадмийдің сіңірілуіне
топырақ ертіндісінің қышқылдануының әсері бар екендігі анықталған. Өз
кезегінде топырақтың қышқылдануына қышқыл жауын-шашын мен физиологиялық
қышқыл тыңайтқыштың әсері бар. Топырақтың қышқылдануының жоғарылауы,
кадмийдің өсімдікке сіңірілуін арттыратыны анықталған. Осыған байланысты
кадмиймен ластанған топырақтың қышқылдық ортасы (рН) 6-6,5 төмен болмауын
ұсынады . Табиғи жағдайда топырақтағы кадмийдің деңгейі негізінен 1 мгкг-
ға жуық (0,08 ден 10 мгкг-ға дейін ауытқиды). Бірақ, кадмийдің топырақтағы
өсімдікке оңай сіңетін жылжымалы формасы көп емес (топырақ ерітіндісіндегі
еріген формасы 0,07 % шамасында). Бұл кадмийдің топырақпен өте тығыз
байланысқа түсетіндігін көрсетеді. Кадмийдің өсімдікке сіңуіне және мүшелер
арасына таралуына осы элементтің биологиялық ерекшелігі негізгі фактор
болып табылады [8].
Өсімдіктердің табиғи жағдайда кадмийді сіңіруі әртүрлі. Оларды үш
топқа бөлінеді: бірінші топқа бұл элементтің салыстырмалы төменгі мөлшерін
сіңіретін бұршақ тұқымдастар (Legumіnosae Juss) жатса, екінші топқа орташа
мөлшерін сіңіретіндер астық, (Gramіneae Juss) асқабақ тұқымдастар
(Cucurbіtaceae Hall), шатыргүлділер (Umbellіferae Morіs), лилия (Lіlіum)
тұқымдастары, ал үшінші топқа бұл элементтің жоғары концентрациясын
сіңіретін крестгүлділер, (Crucіfera Juss) күрделігүлділер (Asteraceae),
алабұталар (Chenopodіaceae) жатады. Бұл тұқымдастардың ішінде кадмийдің
төменгі немесе жоғары концентрациясын жақсы сіңіретіндер немесе сезімтал
түрлері де кездеседі. Мысалы, бірдей жағдайда өсірілген бидай және
қарабидай өсімдіктерін салыстырғанда, бидай кадмийді өзіне көп жинауы осы
фактіні айғақтай түседі [8]. Кадмийге төзімді қызанақ және қырыққабат
болса, оған сезімтал салат, шпинат және тағы басқа жапырақты, жемісті
өсімдіктер жатады .
Cd-дің өсімдіктерде таралуы. Сәбіз, қызылша өсімдіктері және
жапырақты жемісті өсімдіктер топырақтан кадмийді көп сіңіре алады, және осы
сіңірілген металдың жартысы өсімдік тамырында байланысқан күйде қалса,
жарты бөлігі өсімдік сабағы арқылы басқа мүшелерге таралады. Кадмийдің
өсімдіктерге сіңірілуімен тасымалдануы даражарнақты және қосжарнақты
өсімдіктерде де әр түрлі.
Кадмий өсімдіктерде жалпы мынандай ретпен таралады. Ең көп мөлшері
тамырда, жер үсті мүшелеріне (сабақ, жапырақ) аз, жеміс пен ұрықта ең
төмен. Азықтық өсімдіктерде және астық тұқымдас өсімдіктердің дәніндегі
қалыпты жағдайдағы кадмийдің мөлшері 0,07-0,27 мгкг және 0,13-0,22 мгкг
(құрғақ затқа шаққанда) сәйкес [8].
Cd-дің өсімдіктерге әсері. Бұршақ өсімдігімен жүргізілген тәжірибеде
қоректік ортадағы кадмийдің мөлшері 10 мгкг болғанда өсімдіктер бақылау
вариантымен қатар биомасса жинап гүлдеген, бірақ олардың жеміс түзу
қабілеті күрт төмендеген. Бұл тәжірибеде өсімдіктің бүрлену кезінде тамыр
және жерүсті мүшелерінде кадмийдің мөлшері жоғарылаған, бұдан кейін
төмендеп кеткен. Ал қоректік ортадағы кадмийдің концентрациясын
жоғарылатқанда өсімдіктің өсуі мен дамуы баяулап, жеміс түзілмеген [10].
С. Атабаева мен әріптестерінің ізденіс жұмысында бидай өсімдігінде (8-
күндік Омская-9 с.) Cu мен Cd-дің әсері салыстырмалы түрде зерттелген. Бұл
тәжірибеде кадмийдің 10-20-40-80 мгкг концентрациялары дәл осындай мыстың
концентрацияларына қарағанда өте улы әсер ететіні анықталған. Мысалы,
өсімдік сабағы бойынша мыстың 10 мгкг концентрациясы бидай өсімдігінің
өсуін 3 %-ға тежесе, кадмийдің дәл осы концентрациясы 10 %-ға төмендеткен.
Ал, 40 мгкг концентрацияда мыс 20 % -ға төмендетсе, кадмий 75 %-ға
тежеген. Осы тәжірибеде өсімдіктің биомасса жинауы сабағы бойынша 10 мгкг
мыста 4 %-ға, 40 мгкг мыста 15 %-ға дейін төмендесе, дәл осы
концентрациядағы кадмий оны (биомасса жинақтау процесін) 13 және 33 %-ға
дейін төмендеткен. Ал, тамырдың биомасса жинауы 10 мгкг мыста 4 %-ға
жоғарылап, 40 мгкг мыста 37 %-ға төмендесе, кадмийдің осы
концентрациясында 3 және 77 % -ға дейін төмендеген. Бұл кадмийдің басқа
элементтермен салыстырғанда өте улы екендігінің тағы бір дәлелі.
Cd-дің физиологиялық және биохимиялық процестерге әсері. Кадмий
өсімдіктердің мембрана өткізгіштігіне кедергі келтірумен қатар тыныс алу,
фотосинтез және бірқатар ферменттердің белсенділігіне кері әсерін тигізеді.
Кадмий жүгерінің тамыры меристемалық клеткасының митоздық бөліну кезінде
ядроның бөлінуіне кедергі келтіреді. Бұл кедергі қайтымсыз және клетканың
өлуіне әкеледі. Бидайдың (8-күндік Омская-9 с.) АТФ-аза ферментінің
белсенділігі кадмийдің 10 мгкг, 20 мгкг, 40 мгкг концентрацияларында
бақылаумен салыстырғанда 19, 61, 63 %-ға дейін төмендеген. Кадмий іn vіtro
жағдайында АТФ-аза ферментінің белсенділігін жоғарылатса, іnvіvo жағдайында
Н+К+ иондарының тасымалдануын тежеген [11].
1.3 Өсімдіктерге қорғасын мен кадмий иондарының түсу жолдары
Ауадан Cd2+ мен Pb2+ иондары өсімдіктің жапырағындағы устьице
арқылы түсуі мүмкін, бірақ негізінен шаң бөлшектері эпидермистің балауызды
құрылымымен берік байланысуы мүмкін. Жапырақтардың ауыр металдарды сіңіру
қабілеті олардың анатомиялық ерекшеліктеріне байланысты болады.
Жапырақтардың түктілігі жоғарылаған сайын ластанған атмосферадан ауыр
металдар қарқынды түрде түседі.
Сулы ортада ауыр металдар устьице және кутикула арқылы пассивті
диффузия немесе активті транспорт жолымен түсуі мүмкін [13].
Өсімдіктерге Cd2+ мен Pb2+ иондары негізінен топырақтан тамыр жүйесі
арқылы түседі. Cd2+ мен Pb2+ иондары тамырдың беткі ауданының шырышты
бөлігіндегі урон қышқылдарының карбоксильді топтарымен байланысады.
Тамырдың сыртқы бетіндегі шырыштың ауыр металдарды байланыстыруы катион
табиғатына байланысты өзгереді: Pb2+Cu2+Cd2+Zn2+. Ауыр металдардың
шырышпен байланысуы олардың тамырға өтуін шектейді және тамырдың маңызды
барьерлік қызметін айқындай түседі. Тамырмен байланысқан металдардың біраз
бөлігі шырыштың биодеградациясынан кейін босауы мүмкін.
Қазіргі кезде Cd2+мен Pb2+ иондарының қанша мөлшері шырышпен
байланысатыны белгісіз. ОоС –та өсімдік метаболизмі төмендегенде де Cd2+
сіңірілетіні анықталған. Әртүрлі өсімдік түрлерін Cd2+ мен Pb2+
иондарының сіңірілу жылдамдығы бойынша ажырататын арнайы механизмдер
анықталмаған.
Ауыр металдардың сіңірілу жылдамдығы топырақ ертіндісінің pH-
на,ондағы органикалық заттардың мөлшеріне,басқа да иондардың
концентрациясына тікелей тәуелді. Бұл Cd2+ сіңірілуі бойынша толық
зерттелгенімен, Pb2+ иондары үшін әлі толық зерттелмеген. pH артуы топырақ
ертіндісінде әлсіз еритін қосылыстардың түзілу есебінен Cd тұздарының
ерігіштігін төмендеткен, нәтижесінде кадмийдің өсімдікке түсуі шектелген.
Өсімдіктердің әртүрлі мүшелеріне Cd2+ мен Pb2+ иондарының түсуіне
басқа да иондардың мөлшері әсер етеді. Сілтілік және жер-сілтілік металл
иондарының Cd2+-дің бұршақ тамырында сіңірілуіне байланысты тежелуін мына
қатар бойынша орналастыруға болады: Na+ K + ≤Mg2+ ≤ Ca2+ [8].
1.4 Қорғасын және кадмий иондарымен ластанған топырақтың
фитоэкстракциялануына әсер ететін факторлар
Кадмий және қорғасын иондарының ластанған топырақтан
фитоэкстракциялануын арттыру үшін хелаттағыш қосылыстарды қолдануға
болады. Табиғи (цеолиттер) және жасанды синтезделген агенттер(тиоцианит
аммонийі) топырақтың ауыр металдардан тазаруын қамтамасыз етеді. Ластанған
топырақтан ауыр металдардың қозғалғыштығы мен өсімдіктердің жер үсті
мүшелеріне транслокациялануын арттыратын хелаттағыш қосылыстар ретінде
ЭДТА, нитрилтриацетат, цитрат, оксалат, малат, сукцинат, тартрат, фталат,
салицилат, ацетат және басқа да қосылыстар қолданылуда. 200 аса
кешентүзгіштердің ішінде жете зерттелген және кең практикалық
қолданыстағыларға ЭДТА (этилен диаминотетрасірке қышқылы), НТФ (нитрил -
триметиленфосфон қышқылы), ОЭДФ(оксиэтилидендифосфон қышқылы) жатады. ЭДТА-
тарихи жағынан ең алқашқы кешентүзгіш. Ол комплексон ІІ, версен, хелатон
ІІ, секвестройл деп те аталады. Оның молекуласында 4 қышқылды және 2
негізгі орталықтары бар. Осы орталықтардың ойдағыдай орналасуы арқасында
оны практикада кең қолдануға болады. Рентгеноқұрылымдық талдау және басқа
да физикалық зерттеу әдістері көрсеткендей ЭДТА бетаин (цвиттерион)
құрылысты. Егер Эдта4- анион болса, ЭДТА қышқыл ерітіндіде, катион-қышқыл
Н5 ЭДТА+, Н6 ЭДТА2+ түзіп протондалады. Анион ЭДТА 4 декадентатты. Лиганда
ретінде ЭДТА молекуласының ерекшелігі әртүрлі металдармен кешен түзгенде
өте жоғары серпімділігі мен атомаралық қашықтық М-О және М-N ауысып
отыруына байланысты оның әмбе-баптылығын дәлелдей түседі. Өте күшті
сілтілі ерітіндіде сілтілі металдардың катиондары ЭДТА-мен кешен түзеді
және олардың тұрақтылығы мардымсыз. Д.И. Менделеев кестесіндегі екінші
топтың топшасындағы катиондармен ЭДТА-ның байланысуы суда ерігіш
кешендердің түзілуін (рН 4,0-12,0) қамтамасыз етеді. ЭДТА мен ауыспалы
металдар катиондарының кешенді қосылыстары барынша зерттелген. Екі зарядты
3d металл катиондары ЭДТА-мен тұрақты ерігіш кешен түзеді. Олардың ішінде
максималді тұрақтылыққа ие мыс кешенін (lgb(CuL2-)=18.8), ал басқаларының
тұрақтылығы келесі қатардағыдай азаяды: Cu Ni Zn Co Fe Mn Cr
V (lgb(VL2-)=12.7). pH3 протондалған кешентүзгіштер (МНL) құрайды. НТФ
суда жақсы ериді (3 мольл) және берік кешен түзу себебі, карбоксил
топтарын фосфон топтары алмастырады. ЭДТА сияқты оларда бетаин құрылысты.
ЭДТА- этилен диамин тетрацетат тетра сірке қышқылының этилен диамині
Сібір балқарағайының сулы ортадан Pb–ды фитоэкстракциялануын арттыру
мақсатында хелаттағыш қосылыстар ретінде 5 мгл концентрацияда органикалық
қышқылдар(лимон және қымыздық сірке қышқылы) мен ЭДТА-ны қолдану барысында,
қорғасынның жер үсті мүшесіне жинақталуы ЭДТА қосылған вариантта жоғары
болған. Синтетикалық хелаторлар Cd мен Pb фитоэкстракциялануын арттырған
[16]. Blaylock [7] зерттеулерінде ЭДТА 2 гкг концентрациясын топыраққа
енгізгенде Indian mustard (Brassica juncea) өсімдігінде қорғасынның жер
үсті мүшелерінде жинақталуы 1,5 %-ға, бұршақ пен жүгеріде 1 %-ға
жоғарылаған. Жүгері және күнбағысқа жасалған жұмыста EDDS-ты пен NTA-ны 1
және 5 mMл қолданғанда Cd мен Pb жинақталуы 3 есеге жоғары болды.
Керісінше, синтетикалық полиакрилаттар, гидрогельдер, өсімдік
тамырына ауыр металардың өтуінен қорғайды. Ауыр металдармен ластанған
экожүйені өсімдіктердің көмегімен қалпына келтіруде хелаттағыш
қосылыстардың тиімділігін және гипераккумулятор өсімдіктерінің
физиологиялық-биохимиялық ерекшеліктерін зерттеу маңызды болып табылады.
Сонымен қоса табиғи экожүйені өсімдіктер көмегімен қалпына келтірулер
гендік инженерия әдістерін қолдана отырып, ризосфера аймағына табиғи
хелаторларды синтездеп, бөле алатын өсімдіктерді алу.
Ауыр металдарды топырақтан тазарту экологияның қауыпсіздігі үшін
және фиторемедияциялау. Ол өсімдіктермен ластанған жердегі ауыр
металдардан тазарту. Этилен диаминтетраацетил қышқылы (ЭДТА) сияқты
заттар әр түрлі жағдайда топырақтан ауыр металдарды фиторемедияцияға
қолданады.
Зерттеу обьектісі биологиялық сорбенттермен ЭДТА-ны қолданбай бөліп
алу. (күнбағыс). Бір лабаратория екі парникте Ақш-тың kanзaс штатында
эксперимент жүргізді [17].
Лабораторияда биологиялық қоспа (топырақ) ЭДТА-дан 5 г-нан колбаға
салып, ертіндіні электрондық шайқағышпен 4 сағат шайқаған сосын, 2
сағат тыныш қойып плазма эмиссиялық спектроскопиямен ауыр металды
тексерген. Парникте күнбағыстар топырақта биологиялық қатты заттарда
(топырақта) өсірілді. Гүлдеу кезінде ЭДТА- тұзы 0-2,0гкг топыраққа
немесе қосылысқа қосылды.
Өсімдіктерды сынақ соңында кептіріп, бөлшектеп, құрамындағы ауыр
металдарды (Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn)-дарда КР-ЕS қолданып анализ
жасады. Өнім жинағаннан кейін , бірінші парникте алынған өнімді,
екінші парникте 5 күнбағыс өсірілді.
Өсімдіктің өнуі анықталды. Лабораториядағы тәжірибеде
биологиялық топырақтармен қоспа топырақтарда ауыр металдың концентрациясы
ЭДТА– әсерінен артқан. ЭДТА – топырақтағы ауыр метал концентрциясы
ЭДТА- қосылмаған топырақтан ауыр метал концентрациясы көп болды.
Қоспа топырақтағы өсірілген өсімдіктер тамырында Cd мен Ni мөлшері
артқан. Негізгі ауыр металдар (Cu, Fe, Mn , Zn) концентрациясы 2 гкг
ЭДТА қосылған топырақта артқан. Тағы 7 ауыр метал ЭДТА- әсеріне
ұшырамаған. ЭДТА-ның 2 гкг мөлшерінде тұқымға қатер азайды және
өсімдіктің өсуін жоғарлатты.
ЭДТА, НТФ, ОЭДФ практикада қолданылуы. Кешендер әртүрлі әдістерде
қолданылады: фотометриялық, полярографиялық, хроматографиялық, физико-
химиялық талдау әдістері үшін қолданылады. Ең алғаш ЭДТА-ны Mg2+ және Ca2+
иондарымен берік кешен түзуіне байланысты аналитикалық әдіспен судың
тұтқырлығын анықтау үшін қолданған. Көптеген катиондар ЭДТА-мен қанық бояу
түзетіндіктен фотометриялық талдау әдісінде Cu(II), Cr(III), Co(III)
анықтау үшін қолданылады. Мұнай және газ құбырларын кальций карбонаты,
магний сульфаты, барий сульфаты сияқты минералды тұздармен бітеліп қалуы
техникалық авария туғызып, қоршаған ортаның ластануына әкелуі мүмкін.
Осындай жағдайда фосфорлы кешентүзгіштерді 10-3гл мөлшерде пайдаланады.
Мұнай өндіріс орындарында ең өзекті мәселе құрамында темір және
күкіртсутегісі бар мұнайды тасымалдау кезінде тұздардан және
күкіртсутегінен айыру мақсатында екі мұнай құбырын орнатады. Құрамында
темірі бар мұнайға ЭДТА-ны қосқанда темір мен ЭДТА арасында берік байланыс
түзіледі. Оны күкіртсутекті мұнаймен араластырғанда тұнбаның түзілуі
тоқтап, мұнай өндіру технологиясы жеңілденеді. Жылу энергетикада
жылуалмастырғыш құралдардың беткі қабатында тұздардың шөгуі отын мен судың
айтарлықтай шығынына әкеледі. Сондықтан ондай құралдарды тазалау
мақсатында микромөлшерде кешентүзгіштерді қолдану тиімділігі дәлелденіп
отыр. Бұл әдіс суасты және суүсті судналардағы атом реакторларының, атом
және электр станцияларындағы жылу алмастырғыштардың бетіне шөккен тұздардан
тазалау тиімділігін көрсетіп отыр. Ауылшаруашылық жануарларына макро және
микроэлементтер, витаминдер, биологиялық активті қосылыстардың көзі
ретінде кешентүзгіш қосылыстарды беру кең қолданылады. Мысалы, гемоглобин
үшін темірдің көзі ретінде темірлі этилентетраацетат анемияны емдеуде
қолданылады. Кешентүзгіштерді көбінесе тағам өнімдері мен азық шикізаттарын
ұзақ сақтауға пайдаланады. Майдың, еттің, балықтың, сусындар мен
шараптардың бұзылуы олардың ауыр металдар катиондарының әсерінен тотығуына
байланысты болады. Ал кешентүзгіштер металл иондарын өздеріне
байланыстырып, азықты тотығудан сақтайды. Көбінесе шараптардың лайлануы
металл катиондары мөлшерінің әсіресе, темірдің артына байланысты туындайды.
Оған дейін К4Fe(CN)6 қолдану өте күрделі процесс және толық қайта
деметаллизация жасау кезінде өте улы синил қышқылы бөлінетіндіктен тиімсіз
болған. Сусындарды фосфорлы кешентүзгіштермен өңдеу осы мәселелерді
толығымен шешуге жағдай жасады. Медицинада кешентүзгіштерді дәрі жасауда
және диагностикалық құрал ретінде қолданады. Кешентүзгіштердің негізінде
бактерицидті және антивирусты препараттар, аллергияға қарсы заттар,
диагностикалық препараттар, минералды алмасуды реттегіштер жасалған.
Мысалы, ксидофон-дикалидинатрий тұзы ОЭДФ клиникалық сынақтан өткізіліп,
бүйрекке тас байлану, бірыңғайсалалы бұлшықеттің спазмасы кезінде
қолданылады. Кешентүзгіштердің құрамы, құрылысы мен қасиеттері, практикада
қолданылуы туралы ақпараттар соңғы кезде көбею үстінде [18].
Синтетикалық кешентүзгіштердің өсімдіктерге және ауыр металлдардың
фитоэкстракциялануына әсері. Ауылшаруашылығында көп жағдайда темір
жетіспеушілігіне байланысты өнімділіктің азайып, хлороздың туындауын
болдырмау мақсатында ХІХ ғасырда темір тұздарын топыраққа енгізу ешқандай
нәтиже бермегендіктен, құрамында темірі бар кешентүзгіштерді қолдану
барысында өсімдіктің тамыр жүйесі мен топырақ арасында өсімдікке темірдің
өтуін жеткілікті мөлшерде жеңілдететін жағдай туындап, хлороз мөлшері
азайған. Кешентүзгіштердің әсер ету уақыты 3 жыл көлемінде болғандықтан
экономикалық тұрғыдан тиімді.
Қорғасын мен мыстың қозғалғыштығын арттыру мақсатында қосылған ЭДТА
қытай капустасында Nicanme taisai (Япония)аталған металдарды-құрғақ
салмағына шаққанда 558 және 137 мгкг сәйкесінше, жинақтаған. Ал мырыш
үшін Танзаниялық қышаны фитоэкстракция үшін қолдануға болатыны анықталды.
(ІІІ Московский международный конгресс. Биотехнология: state of the art and
prospects of development c.23)
Ластанған топырақтан ауыр металдардың қозғалғыштығын мен
өсімдіктердің жер үсті мүшелеріне транслокациялануын арттыратын кешентүзгіш
қосылыстар ретінде ЭДТА, нитрилтриацетат, цитрат, оксалат, малат, сукцинат,
тартрат, фталат, салицилат, ацетат және басқа да қосылыстар қолданылуда.
Сібір бал қарағайының сулы ортадан Pb–ды фитоэкстракциялануын арттыру
мақсатында хелаттағыш қосылыстар ретінде 5 мгл концентрацияда органикалық
қышқылдар (лимон және қымыздық сірке қышқылы) мен ЭДТА-ны қолдану
барысында, қорғасынның жер үсті мүшесіне жинақталуы ЭДТА қосылған вариантта
жоғары болған. Синтетикалық хелаторлар Cd мен Pb фитоэкстракциялануын
арттырған [19-20]. Blaylock [21] зерттеулерінде ЭДТА 2 гкг концентрациясын
топыраққа енгізгенде Indian mustard (Brassica juncea) өсімдігінде
қорғасынның жер үсті мүшелерінде жинақталуы 1,5%-ға, бұршақ пен жүгеріде
1%-ға жоғарылаған. Жүгері және күнбағысқа жасалған жұмыста EDDS-ты пен NTA-
ны 1 және 5 mMл қолданғанда Cd мен Pb жинақталуы 3 есеге жоғары болды
[22].
Кешентүзгіш қосылыстар Pb-мен байланысып, оны ерігіш хелатты кешен
түрінде сақтап, өсімдік бойымен таралуын қамтамасыз етеді. Синтетикалық
хелаттағыш қосылыс ЭДТА (этилендиаминтетраацетат)-Cd, Ni, Cu, Zn сияқты
металдардың фитоэкстракциялануын күшейткен [21]. ЭДТА нашар еритін
металдардың ерігіштігін жоғарылатып, ауыр металдардың өсімдіктердің жер
үсті мүшелеріне тасымалдануын арттырған [23]. Хелаттардың
фитоэкстракциялауды жеңілдету қабілеттілігі оның металдарға ұқсастығымен
түсіндіріледі. Мысалы, EGTA (этиленбисоксиэтилентринитрилотетра ацетат) Cd-
ге ұқсас, бірақ ол Zn-ті байланыстырмайды. ЭДТА, ДТПА (диэтилен
триаминопентаацетат) мырыш үшін селективті болып табылады. Мырыштың ДТПА-
мен күшті байланысуы соншалық, өсімдіктің мырышты пайдалануы шектеледі де
ол өсімдікте мырыш тапшылығын тудырады. ЭДТА-ны пайдалану Cd-дің
экстракциясын 1140 мгкг арттырған, ал аммоний сульфатын қолдану оның
фитоэкстракциясына әсер етпеген [24].
Топыраққа хелаттағыш қосылыстарды енгізу нәтижесінде 0,5 -2гкг ЭДТА,
0,5 гкг ДТПА, 0,5 гкг НТА(нитрилотриацетат) терек ағашының Cd-ді сіңіруі
едәуір жоғарылаған [25].
Басқа да хелаттағыш қосылыстар, лимон қышқылы, DTPA, NTA, EDDS-да
ауыр металдардың өсімдіктердің жер үсті мүшелеріне жинақталуын қамтамасыз
еткен [24-25].
Керісінше, синтетикалық полиакрилаттар, гидрогельдер, өсімдік
тамырына ауыр металардың өтуінен қорғайды. Ауыр металдармен ластанған
экожүйені өсімдіктердің көмегімен қалпына келтіруде хелаттағыш
қосылыстардың тиімділігін және гипераккумулятор өсімдіктерінің физиолого-
биохимиялық ерекшеліктерін зерттеу маңызды болып табылады[28, 29-30].
Сонымен қоса табиғи экожүйені өсімдіктер көмегімен қалпына келтіруде
гендік инженерия әдістерін қолдана отырып, ризосфера аймағына табиғи
хелаторларды синтездеп, бөле алатын өсімдіктерді алу.
1.5 Ауыр металдармен ластанған қоршаған ортаны фиторемедиациялау
технологиясы және гипераккумулятор өсімдіктер
Ауыр металдардың адамдар мен жануарларға улы әсерін баяулатудың
бірден-бір жолы топырақты, ауаны, суды тазарту.
Қазіргі кезде фиторемедиациялау технологиясын, яғни гипераккумулятор
өсімдіктер көмегімен топырақты ауыр металдардан тазарту тиімді жол болып
табылады. Бұл әдіс физикалық және химиялық әдістермен салыстырғанда топырақ
жағдайларына және метал концентрациясына байланысты өсімдіктер тек күн
сәулесі энергиясын пайдалану нәтижесінде ластанған ортаны тазарту басқа
әдістерге кететін шығынның 5%-ын ғана құрайды. Әдеби мәліметтер бойынша
консервативті әдістермен (физикалық және химиялық) салыстырғанда гектарына
$300-дан $ 350 болса, ал өсімдіктермен тазарту гектарына $ 160 құрайды.
Фиторемедиация технологиясының артықшылығы ауыр металдар және
радионуклидтермен ластанған қоршаған ортаны күн энергиясы есебінен
тазартатын шығынды көп қажет етпейтіндіктен экономикалық тұрғыдан тиімді,
топырақтың физико-химиялық қасиеттерін сақтайтындықтан, экологиялық жағынан
қауіпсіз болып табылады. Фиторемедиация технологиясын топырақ, су және
ауадағы органикалық және бейорганикалық ластаушыларға бірдей қолдануға
болатындықтан, соңғы жылдары үлкен жетістіктерге жеткен және әлі де
қарқынды дамып келе жатқан технологиялардың қатарына жатқызуға болады.
Фиторемедиация технологиясының төмендегідей түрлері бар:
-фитоэкстракция өсімдіктер көмегімен топырақтан ауыр металдарды
сіңіріп, адамзатқа жинауға қолайлы бөліктерде жинақтау;
-фитоволитализация өсімдіктер арқылы зиянды элементтердің буланып,
усыздануы;
-ризофильтрация өсімдіктер тамыры көмегімен ластанған су қоймаларды,
ағынды суларды тазарту;
-фитостабилизация зиянды элементтердің қозғалғыштығы мен улылығын
өсімдіктер тамыры көмегімен төмендетіп, олардың қоршаған ортаға
миграциялануын тоқтату;
-фитодеградация өсімдіктер және олардың тамыры маңындағы микрофлора
жиынтығы арқылы органикалық зиянды заттарды ыдырату.
Фитоэкстракция - ауыр металдарды жер үсті мүшелерінде жинақтайтын
өсімдіктерді пайдалану, одан өсімдіктердің жер үсті мүшелерін шауып алып,
өртеп, өсімдік күлінен металдарды бөліп алу. Бұл әдістің артықшылығы
гипераккумуляторлар көмегімен өсімдіктердің жер үсті мүшелерінде ауыр
металдарды жинақтап, топырақты тазарту.
Әдістің кемшілігі гипераккумулятор өсімдіктердің мөлшері кіші,
биомассасы аз болады. Сондықтан, қазіргі кезде зерттеушілер дәстүрлі
селекция мен өсімдіктер биоинженериясы әдістерін қолдана отырып, үлкен
биомасса мен металды көп мөлшерде жинақтауға қабілетті жаңа өсімдік
формаларын жасауға бағытталған жұмыстар жүргізілуде [18].
Ауыр металдардың гипераккумулятор өсімдіктері
Ауыр металдардың топырақтан фитоэкстракциялануына гипераккумулятор
өсімдіктерді пайдалану тиімді болып табылады.
Гипераккумуляторға жерүсті мүшелерінде металл концентрациясын 10-100
есе жинақтай алатын өсімдік түрлері жатады. Гипераккумуляторлар топырақты
улы ластаушылардан тазартып, топырақтың құнарлығын қайта қалпына
келтіретін, басқа ластанбаған ортада өсетін өсімдіктермен бәсекеге
түспейтін, тек ауыр металдармен ластанған ортадағы эндемикалық түрлерге
жатады [16].
Әдеби мәліметтер бойынша ауыр металдардың гипераккумуляторларына:
Ambrosia artemisiifolia L. (амброзия полыннолистная), Thlaspi rotundufolium
L., Thlaspi саerulescens L. (ярутка), олар Zn, Cd, Pb көп мөлшерде
жинақтайды.
Зерттеушілердің гипераккумуляторларға берген сипаттамалары
төмендегідей:
1) Өсімдіктің тамыры мен жер үсті мүшелері ауыр металдарға төзімді
болу керек. Гипержинақталуды туғызатын негізінен гипертөзімділік. Шамадан
тыс төзімділікке вакуолде жинақтау және хелаттау механизмдерін жатқызуға
болады. Бұл темекі өсімдігінің протопласт клеткасының оқшауланған
вакуолінде Cd және Zn көп мөлшері жинақталғанын көрсететін тәжірибеде
демонстрацияланған. Электронды микроскопиялық талдау Thlaspi caerulescens
жапырағында мырыштың вакуолде компартментализацияланғаны анықталған [32].
2) Өсімдіктер ауыр металдарды тамырдан жер үсті мүшелеріне
транслокациялауға қабілетті болулары керек. Қалыпты жағдайда тамырда Zn,
Cd немесе Ni мөлшері 10 немесе одан да жер үсті мүшелеріне қарағанда
жоғары болулары керек. Керісінше, ауыр металдардың жер үсті мүшелеріндегі
мөлшері тамырға қарағанда бірнеше есе жоғары болуы керек. Бұл
гипераккумулятор өсімдіктерге тән қасиет [33].
R.Kramer өз әріптестерімен жасаған жұмыстарында [34] Ni иондарының
Alyssum bertolonii L. гипераккумуляторының жапырақ экстрактісінде, малат
және цитратпен кешен түзетінін, ал ксилема экссудатында гистидин 40% Ni-ді
хелаттайтыны анықталды. Гистидинді қоректік ортаға енгізгенде Ni-ге
төзімділік артқан және оның жер үсті мүшелеріне тасымалдануы
гипераккумулятор емес A. montanum L. байқалған [34].
3) Өсімдіктер ауыр металдарды көп мөлшерде сіңірулері тиіс. T.
caerulescens табиғи жағдайда Zn-ті 1-4% мөлшерінде, басқа түрлер Zn-ті тек
0.05% ғана жинақтаған. Зерттеулер көрсеткендей, аккумулятор емес
өсімдіктерге қарағанда T. Caerulescens сияқты Zn-ке гипертолерантты
генотиптер қоректік ортада Zn-ті қалыпты өсу үшін көп мөлшерін қажет етеді
(104 есе).
Қазіргі кезде R.Brooks (1998) [35] анықтамасы бойынша, ауыр
металдардың гипераккумуляторлары деп жер үсті мүшелерінде мырышты (Zn)10
000, қорғасын (Pb) 1000, кадмий (Cd) 100 мкгг мөлшерде жинақтайтын
өсімдіктерді жатқызады. Аккумулятор емес өсімдіктер ластанбаған топырақта
Zn, ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
әль-Фараби атындағы Қазақ ұлыттық университеті
Биология факультеті
Биотехнология, биохимия, өсімдіктер физиологиясы кафедрасы
бітіру жұмысы
ҚОРҒАСЫН МЕН КАДМИЙ ИОНДАРЫНЫҢ ТОПЫРАҚТАН ФИТОЭКСТРАКЦИЯЛАНУЫНА ЭДТА-
ның ӘСЕРІ
Орындаған:
Биотехнология мамандығының
4-курс (КБТ61) студенті ___________
Камелбек.Н
(қолы,күні)
Ғылыми жетекші:
Б.ғ.д.профессор ___________
Атабаева.С.Д
(қолы,күні)
Норма бақылаушы : ___________
Оразова.С.Б
(қолы,күні)
Кафедра меңгерушісінің
рұқсатымен қорғауға жіберілді
б.ғ.д.,профессор ____________
Карпенюк.Т.А
(қолы,
күні)
Алматы, 2010
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
3
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
5
1. Қорғасынның өсімдіктерге улы әсері
5
2. Кадмийдің өсімдіктерге улы әсері
6
3. Өсімдіктерге қорғасын мен кадмий иондарының түсу жолдары
8
4. Қорғасын және кадмий иондарымен ластанған топырақтың
фитоэкстракциялануына әсер ететін факторлар
9
5. Ауыр металдармен ластанған қоршаған ортаны фиторемедиациялау
технологиясы және гипераккумулятор өсімдіктер
18
1. ЗЕРТТЕУ МАТЕРИЯЛЫ МЕН ӘДІСТЕР
18
1. Өсімдіктер дәнінің өнгіштігін анықтау
18
2. Лабораториялық жағдайда өсімдіктердің биометриялық
көрсеткіштерін өлшеу
18
3. Өсімдіктерде ЭДТА арқылы ауыр металдарды сіңіруінің
ерекшеліктерін зерттеу
18
4. Өсімдік мүшелеріндегі және топырақтағы ауыр металдар
мөлшерін анықтау
19
2. ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ 20
1. Қорғасын және кадмийдің арпа мен жатаған бидайық дәнінің өнуіне
әсері
20
2. Қорғасын және кадмий иондары бар қоректік ортада ЭДТА-ның
жатаған бидайықтың өсу параметрлеріне әсері
21
3. Өсімдік мүшелеріндегі қорғасын мен кадмий мөлшеріне ЭДТА-ның
әсері
24
4. Өсімдіктерде ЭДТА арқылы ауыр металдарды сіңіруінің
ерекшеліктерін зерттеу
26
ҚОРТЫНДЫ
30
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
32
КІРІСПЕ
Қазіргі кездегі күрделі мәселелердің бірі - антропогенді ластанған
қоршаған ортаны ауыр металдардан тазарту болып табылады. Бұл мәселе
Қазақстан үшін өте өзекті. Себебі, ауаның, судың және топырақтың ауыр
металдармен ластануына ірі өндіріс орталықтары, өндіріс қалдықтары, тау-
кен өндірісі, автокөлік, түсті және қара метал өндіру, құрылыстарда
ауыр металдар кездесетын тыңайтқыштарды ретсіз пайдалану, жылу-электр
орталықтарын жатқызуға болады [1].
Ауыр металдар өте кең тараған және барлық тіршілік иелеріне
қатерлі заттар ретінде белгілі.
Ауыр металдармен ауаның, судың және топырақтың ластануы
Қазақстанның ірі өндірістік ортада да экологиялық өзекті мәселе болып
саналады. Мысалы, кен өндірісінің. Қазақстанның өндірген орындарында
жақын маңдағы топырақтың құрамындағы кейбір ауыр метал концентрациялары
қалыпты жағдайдағы топырақпен салыстырғанда мырыш - 7,4, қорғасын -
9,9, мыс - 3,8, марганец - 1,3, кобальт - 2,4, есеге жоғарлаған. Ауыр
металдардың топырақтағы мөлшері өсімдіктер мен бау-бақша өсіретін
ауыл шаруашылықта 2-3,5 есеге жоғары. Осыған байланысты, қоршаған
ортаны қорғау мамандардың алдына қойылып отырған мәселе- ауыр
металдардың қоршаған ортадағы жалпы белсенді мөлшерін анықтау. Екінші
мәселе - табиғи нысандардың ластану деңгейін болжау мақсатында
ластанушы заттардың таралуына қарапайым және айтарлықтай сенімді
моделдерін жасау. Үшінші кезекте ластанудың шексіз әсерлеріне жол
бермеу мақсатында ауырметалдарды ғылыми негізделген түрі залалсыздандыру
және нормалау түрі. Әр түрлі жолдармен ауадағы тараған ауыр
металдардың шаң түрлі жалпы мөлшері - 34-54 ℅ құрайды. Осындай ұсақ
деңгеидегі фрагменттер [4].
Ғылыми деректер бойынша адам ағзасы тағам өнімдерінен - 40-50
℅, судан - 20-40 ℅, ауадан - 20-40 ℅ улы заттар қабылдайды екен. Осындай
жолмен түскен ауыр метал иондары адам ағзасында әр түрлі ауырулардың
қозуы мен пайда болуының басты себебі. Техногенды ластанған
аудандарда асқазан ауру 1- ші орында, тыныс алу жүйелері 2-ші
орында, қан айналым жүйелері аурулары 3- ші орынды алып отыр [2].
Ластанған қоршаған ортаны қайта қалпына келтірудің физикалық,
химиялық, биологиялық жолдары бар. Олардың ішінде химиялық, физикалық
әдістермен топрақты тазарту өте қымбатқа түседі . Мысалы, бір тонна
топырақты тазартуда 50 - ден 1000 $ дейінгі қаржы жұмсалатындығы
есептелген. Жалпы есептегенде 1 гектар жерді тазартуға 750000 $ шығын
кетеді [4].
Қоршаған ортаны қайта қалпына келтіру, әсіресе топырақты ауыр
металдардан осындай жолдармен тазарту өте тиімсіз және көп жағдайда
ортаның қайта ластануына әкеледі.
Жоғарыда айтылған әдістің ішінде ең тимдісі - биологиялық әдіс
болып табылады. Әсіресе ластанған ортаны өсімдіктер көмегімен қайта
қалпына келтіру жолдары соңғы жылдары аса қарқынды дамуда. Бұл
әдісті фиторемедиация деп атайды. Яғни, ластанған ортаны өсімдіктер
көмегімен қайта қалпына келтыру .
Қазіргі кезде табиғатта ауыр металдарға өте төзімді және
оларды өте көп мөлшерде жинай алатын өсімдіктер түрлері өсірілуде.
Оларды жалпы көң-қоқыс өсімдіктер деп те атайды. Мысалы: сарептін,
қыша, қанат жеміс, жауылша кенеп, т.б. өсімдіктер. Көптеген жабайы
астық тұқымдас өсімдіктерде ауыр металдарға төзімділік танытады. Бұл
өсімдіктердың ауыр металдарға төзімділігіне әр түрлі механизмдер себепші.
Мысалы: фитоэкстракция, ризофильтрация, фитодеградация, фитоволитализация,
фитоэкстракциялағыш өсімдіктер ауыр металдарды өз бойына көп мөлшерде
аккумуляциялайды да топырақтағы мөлшерін азайтады [4].
Ризофильтрациялағыш өсімдіктер ауыр металдарды негізінен тамыр
жүйесінде жинақтайды және олардың улы әсерін едәуір төмендетеді.
Фитоэкстракцияға байланысты өсімдіктер ауыр металдарды өңдеп
залалсыздандыруда, ал фитоволитализациялағыш өсімдіктер тамыр жүйесі
арқылы сіңірілген заттарды жапырағы арқылы буландырып жібереді.
Зерттеу жұмысының мақсаты: Ластанған топырақты қалпына келтірудің
ғылыми негіздерін қалыптастыру мақсатында өсімдіктерде кадмий және
қорғасын иондарының топырақтан фитоэкстракциялануына ЭДТА-ның әсерін
зерттеу.
Жұмыстың мақсатына жету үшін алға қойылған міндеттер:
1. Қорғасын және кадмий иондары бар қоректік ортада ЭДТА-ның жатаған
бидайықтың өсу параметрлеріне әсерін зерттеу
2. Топырақ және өсімдік мүшелеріндегі қорғасын мен кадмий мөлшеріне
ЭДТА-ның әсерін зерттеу
3. Өсімдіктерде ЭДТА арқылы ауыр металдарды сіңіруінің ерекшеліктерін
зерттеу.
Зерттеу объектілері: астық тұқымдас және өсімдіктердің жабайы түрі
жатаған бидайық (Agropyron repens L.) және арпа (Hordeum vulgare L.) Бота
сорты алынды.
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
Ластаушылар тобына жататын ауыр металдар термині соңғы уақытта
кеңінен қолданыс табуда. Оларға төмендегідей қасиеттер тән: атомдық масса,
тығыздығы, улылығы, табиғи ортада таралуы, табиғи және техногенді
айналымдарға қатысу деңгейі.
Қоршаған табиғи ортаның ластануы және экологиялық мониторинг
проблемасына арналған жұмыстарда қазіргі уақытта ауыр металдарға Д.И.
Менделеев таблицасындағы атомдық массасы 50 атомдық бірліктен асатын және
тығыздығы 5 гсм3 жететін 40 аса металдар жатады.
Н.Реймерс жіктеуі бойынша,ауыр металдарға тығыздығы 8гсм3 болатын:
V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др [5]. Сонымен
қоса ауырметалдар термині олардың төмен концентрацияларының тірі
ағзаларға жоғары улылығы және биоаккумуляциялануға қабілеттілігі жатады.
Қоршаған ортаны ластаушы кең таралған ауыр металдарға кадмий және
қорғасын жатады. Кадмий топырақта шашыраңқы таралғанымен, адамзаттың
өндірістік және шаруашылық іс-әрекеті топырақтағы кадмий мөлшерін бірнеше
есеге арттырады. Себебі қолданыстағы тыңайтқыштар мен пестицидтерде осы
металдың көп мөлшері болады [6]. Топырақтағы Cd-дің көп бөлігі
өсімдіктерге оңай өтуі олардың ерігіш фракциясы жалпы мөлшерге есептегенде
35 %-ды құрайды. Cd - ден басқа Zn, Cu, Pb сияқты элементтерге қарағанда
биологиялық жоғары абсорбциялық коэфициентке ие .
Сонымен, ауыр металдар өте улы ластаушы заттарға жатады және олардың
өсімдіктерге улы әсерін зерттеу, қоршаған ортаның улы заттармен ластануын
алдын алу және жою жолдарын іздестіру алдыңғы мақсаттар қатарынан орын
алады.
1.1 Қорғасынның өсімдіктерге улы әсері
Қорғасынның биологиялық маңызы тірі ағзалар үшін әлі толық
зерттелмеген. Дегенмен, П.А. Авцын (1991) жұмыстарында кейбір жануарлар
үшін оның маңызы туралы мәліметтерді кездестіруге болады. Мысалы,
егеуқұйрық үшін 0,05-0,5 мгкг қорғасынның физиологиялық маңызы бар деген
тұжырым жасаған . Сонымен қатар кейбір деректерде қорғасынды тұздардың
төменгі концентрациясы өсімдіктің өсіп-дамуына біршама жақсы әсері бар
екендігін көрсетеді [8]. Б. Д. Кальницкий (1985) жұмыстарында қорғасынның
2-6 мкгкг концентрациясын өсімдіктер үшін бұл элементке зәру болатындығын
келтірген .
Қоршаған ортадағы қорғасынның жоғары концентрациясы ауыр металдар
арасында өсімдік тіршілігі үшін өте улы элементтер қатарына кіреді.
Добровольскийдің (1985) мәліметтері бойынша 10 мгкг қорғасынның
концентрациясы өсімдікке улы әсер еткен .
Өсімдік түрлеріне байланысты қорғасынның топырақтағы 100-500 мгкг
концентрациясы улы әсер етеді. Қорғасынның улы әсері өсімдіктің өсуінің,
биомассасының азаюынан, қою-жасыл бұралыңқы жапырақтардың пайда болуынан
байқауға болады. Жоғары концентрацияда әсер еткен қорғасын
өсімдіктердің тыныс алуын тежейді, фотосинтез қарқынын баяулатады,
клетканың митозды бөлінуіне, судың сіңірілуіне кері әсерін тигізеді .
Негізінде қорғасынның басқа элементтермен салыстырғында топырақтағы
жылжымалы формасы төмен. Осыған қарамастан (60-86 %) жылжымалы формасы
өсімдіктерге органикалық заттармен кешенді қосылыс күйінде түседі .
Мырыш және кадмиймен салыстырғанда қорғасын өсімдіктердің жер үсті
бөлігінде болуы өте төмен болғанмен, тамыр жүйесінде көп шоғырланады .
Ауыр металдардың өсімдік мүшелерінде шоғырлануы олардың өсімдік
бойымен жылжуына байланысты. Зерттеушілердің мәліметтеріне қарағанда сары
бөрібұршақ өсімдігінде қорғасын тамыр ұшында көп, базальді бөлігі мен
гипокотильде аз мөлшерде жиналған. Орталық цилиндрмен салыстырғанда
паренхимада қорғасын көп мөлшерде байқалған. Бұл дәлелдерге сүйене отырып
зерттеушілер басқа металдармен салыстырғанда қорғасынның баяу,
қозғалатындығын көрсетеді [12].
Қорғасын негізінде өсімдіктердің тамыр клеткасында көп жинақталады
және клетка цитоплазмасында, вакуолінде шоғырланады. Қорғасынның
өсімдіктердің барлық физиологиялық және биохимиялық процестеріне әсері
жайлы мағлұматтар И. В. Серегин., В. Б. Иванов (2001) еңбектерінде кеңінен
талқыланған .
1.2 Кадмийдің өсімдіктерге улы әсері
ҚР улы заттардың шекті мүмкін концентрацияларының нормативтері
бойынша қорғасын үшін топырақтағы ШМК 32 мгкг, кадмий-0,5 мгкг.
Кадмий Ауыр металдардың ішінде ең улы және қоршаған ортаға кеңінен
таралғаны кадмий болып есептеледі. Қоршаған ортаның кадмиймен ластануы
кейінгі жылдары Швецияда, Америка Құрама Штаттарында бірнеше есе
жоғарылаған.
Кадмийдің айтарлықтай бөлігі топыраққа және суға жауын-шашын арқылы
түседі. Жыл сайын Балтық теңізіне 200 тонна кадмий түссе, оның 45 % ауадан
келеді.
Бұл элемент тірі ағзаларға қауіптілігі жағынан бірінші класқа
жатқызылады. Кадмий адам және жануарлар ағзасына жиналуға қабілетті және
жүрек, қан тамыры әрекетіне басқа да аурулардың пайда болуына себепші. Адам
ағзасына 10 мг кадмийдің жиналуы улану белгілерін білдіреді [7].
Кадмийдің басқа ауыр металдармен салыстырғанда өсімдік тіршілігіне
қажеттілігі әлі толық дәлелденбеген, бірақ осы металмен ластанған ортада
оның өсімдікке түсуі жоғары [8]. Зерттеушілердің көрсетуі бойынша
өсімдіктің құрғақ салмағына шаққанда 0,1-1 мкгкг Cd-дің болуы қалыпты деп
есептеледі, ал кейбір зерттеушілер өсімдік ұлпасында 0,05-0,2 мгкг
кадмийдің болуы қалыпты деп қарастырады және 3 мгкг мөлшері жоғары деңгей
деп болжам жасайды [8].
Кадмийдің өсімдіктердегі улы әсерінің алғашқы белгілері болып:
өсімдіктің өсуінің баяулауы, биомасса жинауының кемуі, хлороз, түсімнің
азаюы тағы басқа физиологиялық процестер жатады [9].
Cd-дің өсімдіктерге сіңірілуі. Өсімдікке кадмийдің сіңірілуіне
топырақ ертіндісінің қышқылдануының әсері бар екендігі анықталған. Өз
кезегінде топырақтың қышқылдануына қышқыл жауын-шашын мен физиологиялық
қышқыл тыңайтқыштың әсері бар. Топырақтың қышқылдануының жоғарылауы,
кадмийдің өсімдікке сіңірілуін арттыратыны анықталған. Осыған байланысты
кадмиймен ластанған топырақтың қышқылдық ортасы (рН) 6-6,5 төмен болмауын
ұсынады . Табиғи жағдайда топырақтағы кадмийдің деңгейі негізінен 1 мгкг-
ға жуық (0,08 ден 10 мгкг-ға дейін ауытқиды). Бірақ, кадмийдің топырақтағы
өсімдікке оңай сіңетін жылжымалы формасы көп емес (топырақ ерітіндісіндегі
еріген формасы 0,07 % шамасында). Бұл кадмийдің топырақпен өте тығыз
байланысқа түсетіндігін көрсетеді. Кадмийдің өсімдікке сіңуіне және мүшелер
арасына таралуына осы элементтің биологиялық ерекшелігі негізгі фактор
болып табылады [8].
Өсімдіктердің табиғи жағдайда кадмийді сіңіруі әртүрлі. Оларды үш
топқа бөлінеді: бірінші топқа бұл элементтің салыстырмалы төменгі мөлшерін
сіңіретін бұршақ тұқымдастар (Legumіnosae Juss) жатса, екінші топқа орташа
мөлшерін сіңіретіндер астық, (Gramіneae Juss) асқабақ тұқымдастар
(Cucurbіtaceae Hall), шатыргүлділер (Umbellіferae Morіs), лилия (Lіlіum)
тұқымдастары, ал үшінші топқа бұл элементтің жоғары концентрациясын
сіңіретін крестгүлділер, (Crucіfera Juss) күрделігүлділер (Asteraceae),
алабұталар (Chenopodіaceae) жатады. Бұл тұқымдастардың ішінде кадмийдің
төменгі немесе жоғары концентрациясын жақсы сіңіретіндер немесе сезімтал
түрлері де кездеседі. Мысалы, бірдей жағдайда өсірілген бидай және
қарабидай өсімдіктерін салыстырғанда, бидай кадмийді өзіне көп жинауы осы
фактіні айғақтай түседі [8]. Кадмийге төзімді қызанақ және қырыққабат
болса, оған сезімтал салат, шпинат және тағы басқа жапырақты, жемісті
өсімдіктер жатады .
Cd-дің өсімдіктерде таралуы. Сәбіз, қызылша өсімдіктері және
жапырақты жемісті өсімдіктер топырақтан кадмийді көп сіңіре алады, және осы
сіңірілген металдың жартысы өсімдік тамырында байланысқан күйде қалса,
жарты бөлігі өсімдік сабағы арқылы басқа мүшелерге таралады. Кадмийдің
өсімдіктерге сіңірілуімен тасымалдануы даражарнақты және қосжарнақты
өсімдіктерде де әр түрлі.
Кадмий өсімдіктерде жалпы мынандай ретпен таралады. Ең көп мөлшері
тамырда, жер үсті мүшелеріне (сабақ, жапырақ) аз, жеміс пен ұрықта ең
төмен. Азықтық өсімдіктерде және астық тұқымдас өсімдіктердің дәніндегі
қалыпты жағдайдағы кадмийдің мөлшері 0,07-0,27 мгкг және 0,13-0,22 мгкг
(құрғақ затқа шаққанда) сәйкес [8].
Cd-дің өсімдіктерге әсері. Бұршақ өсімдігімен жүргізілген тәжірибеде
қоректік ортадағы кадмийдің мөлшері 10 мгкг болғанда өсімдіктер бақылау
вариантымен қатар биомасса жинап гүлдеген, бірақ олардың жеміс түзу
қабілеті күрт төмендеген. Бұл тәжірибеде өсімдіктің бүрлену кезінде тамыр
және жерүсті мүшелерінде кадмийдің мөлшері жоғарылаған, бұдан кейін
төмендеп кеткен. Ал қоректік ортадағы кадмийдің концентрациясын
жоғарылатқанда өсімдіктің өсуі мен дамуы баяулап, жеміс түзілмеген [10].
С. Атабаева мен әріптестерінің ізденіс жұмысында бидай өсімдігінде (8-
күндік Омская-9 с.) Cu мен Cd-дің әсері салыстырмалы түрде зерттелген. Бұл
тәжірибеде кадмийдің 10-20-40-80 мгкг концентрациялары дәл осындай мыстың
концентрацияларына қарағанда өте улы әсер ететіні анықталған. Мысалы,
өсімдік сабағы бойынша мыстың 10 мгкг концентрациясы бидай өсімдігінің
өсуін 3 %-ға тежесе, кадмийдің дәл осы концентрациясы 10 %-ға төмендеткен.
Ал, 40 мгкг концентрацияда мыс 20 % -ға төмендетсе, кадмий 75 %-ға
тежеген. Осы тәжірибеде өсімдіктің биомасса жинауы сабағы бойынша 10 мгкг
мыста 4 %-ға, 40 мгкг мыста 15 %-ға дейін төмендесе, дәл осы
концентрациядағы кадмий оны (биомасса жинақтау процесін) 13 және 33 %-ға
дейін төмендеткен. Ал, тамырдың биомасса жинауы 10 мгкг мыста 4 %-ға
жоғарылап, 40 мгкг мыста 37 %-ға төмендесе, кадмийдің осы
концентрациясында 3 және 77 % -ға дейін төмендеген. Бұл кадмийдің басқа
элементтермен салыстырғанда өте улы екендігінің тағы бір дәлелі.
Cd-дің физиологиялық және биохимиялық процестерге әсері. Кадмий
өсімдіктердің мембрана өткізгіштігіне кедергі келтірумен қатар тыныс алу,
фотосинтез және бірқатар ферменттердің белсенділігіне кері әсерін тигізеді.
Кадмий жүгерінің тамыры меристемалық клеткасының митоздық бөліну кезінде
ядроның бөлінуіне кедергі келтіреді. Бұл кедергі қайтымсыз және клетканың
өлуіне әкеледі. Бидайдың (8-күндік Омская-9 с.) АТФ-аза ферментінің
белсенділігі кадмийдің 10 мгкг, 20 мгкг, 40 мгкг концентрацияларында
бақылаумен салыстырғанда 19, 61, 63 %-ға дейін төмендеген. Кадмий іn vіtro
жағдайында АТФ-аза ферментінің белсенділігін жоғарылатса, іnvіvo жағдайында
Н+К+ иондарының тасымалдануын тежеген [11].
1.3 Өсімдіктерге қорғасын мен кадмий иондарының түсу жолдары
Ауадан Cd2+ мен Pb2+ иондары өсімдіктің жапырағындағы устьице
арқылы түсуі мүмкін, бірақ негізінен шаң бөлшектері эпидермистің балауызды
құрылымымен берік байланысуы мүмкін. Жапырақтардың ауыр металдарды сіңіру
қабілеті олардың анатомиялық ерекшеліктеріне байланысты болады.
Жапырақтардың түктілігі жоғарылаған сайын ластанған атмосферадан ауыр
металдар қарқынды түрде түседі.
Сулы ортада ауыр металдар устьице және кутикула арқылы пассивті
диффузия немесе активті транспорт жолымен түсуі мүмкін [13].
Өсімдіктерге Cd2+ мен Pb2+ иондары негізінен топырақтан тамыр жүйесі
арқылы түседі. Cd2+ мен Pb2+ иондары тамырдың беткі ауданының шырышты
бөлігіндегі урон қышқылдарының карбоксильді топтарымен байланысады.
Тамырдың сыртқы бетіндегі шырыштың ауыр металдарды байланыстыруы катион
табиғатына байланысты өзгереді: Pb2+Cu2+Cd2+Zn2+. Ауыр металдардың
шырышпен байланысуы олардың тамырға өтуін шектейді және тамырдың маңызды
барьерлік қызметін айқындай түседі. Тамырмен байланысқан металдардың біраз
бөлігі шырыштың биодеградациясынан кейін босауы мүмкін.
Қазіргі кезде Cd2+мен Pb2+ иондарының қанша мөлшері шырышпен
байланысатыны белгісіз. ОоС –та өсімдік метаболизмі төмендегенде де Cd2+
сіңірілетіні анықталған. Әртүрлі өсімдік түрлерін Cd2+ мен Pb2+
иондарының сіңірілу жылдамдығы бойынша ажырататын арнайы механизмдер
анықталмаған.
Ауыр металдардың сіңірілу жылдамдығы топырақ ертіндісінің pH-
на,ондағы органикалық заттардың мөлшеріне,басқа да иондардың
концентрациясына тікелей тәуелді. Бұл Cd2+ сіңірілуі бойынша толық
зерттелгенімен, Pb2+ иондары үшін әлі толық зерттелмеген. pH артуы топырақ
ертіндісінде әлсіз еритін қосылыстардың түзілу есебінен Cd тұздарының
ерігіштігін төмендеткен, нәтижесінде кадмийдің өсімдікке түсуі шектелген.
Өсімдіктердің әртүрлі мүшелеріне Cd2+ мен Pb2+ иондарының түсуіне
басқа да иондардың мөлшері әсер етеді. Сілтілік және жер-сілтілік металл
иондарының Cd2+-дің бұршақ тамырында сіңірілуіне байланысты тежелуін мына
қатар бойынша орналастыруға болады: Na+ K + ≤Mg2+ ≤ Ca2+ [8].
1.4 Қорғасын және кадмий иондарымен ластанған топырақтың
фитоэкстракциялануына әсер ететін факторлар
Кадмий және қорғасын иондарының ластанған топырақтан
фитоэкстракциялануын арттыру үшін хелаттағыш қосылыстарды қолдануға
болады. Табиғи (цеолиттер) және жасанды синтезделген агенттер(тиоцианит
аммонийі) топырақтың ауыр металдардан тазаруын қамтамасыз етеді. Ластанған
топырақтан ауыр металдардың қозғалғыштығы мен өсімдіктердің жер үсті
мүшелеріне транслокациялануын арттыратын хелаттағыш қосылыстар ретінде
ЭДТА, нитрилтриацетат, цитрат, оксалат, малат, сукцинат, тартрат, фталат,
салицилат, ацетат және басқа да қосылыстар қолданылуда. 200 аса
кешентүзгіштердің ішінде жете зерттелген және кең практикалық
қолданыстағыларға ЭДТА (этилен диаминотетрасірке қышқылы), НТФ (нитрил -
триметиленфосфон қышқылы), ОЭДФ(оксиэтилидендифосфон қышқылы) жатады. ЭДТА-
тарихи жағынан ең алқашқы кешентүзгіш. Ол комплексон ІІ, версен, хелатон
ІІ, секвестройл деп те аталады. Оның молекуласында 4 қышқылды және 2
негізгі орталықтары бар. Осы орталықтардың ойдағыдай орналасуы арқасында
оны практикада кең қолдануға болады. Рентгеноқұрылымдық талдау және басқа
да физикалық зерттеу әдістері көрсеткендей ЭДТА бетаин (цвиттерион)
құрылысты. Егер Эдта4- анион болса, ЭДТА қышқыл ерітіндіде, катион-қышқыл
Н5 ЭДТА+, Н6 ЭДТА2+ түзіп протондалады. Анион ЭДТА 4 декадентатты. Лиганда
ретінде ЭДТА молекуласының ерекшелігі әртүрлі металдармен кешен түзгенде
өте жоғары серпімділігі мен атомаралық қашықтық М-О және М-N ауысып
отыруына байланысты оның әмбе-баптылығын дәлелдей түседі. Өте күшті
сілтілі ерітіндіде сілтілі металдардың катиондары ЭДТА-мен кешен түзеді
және олардың тұрақтылығы мардымсыз. Д.И. Менделеев кестесіндегі екінші
топтың топшасындағы катиондармен ЭДТА-ның байланысуы суда ерігіш
кешендердің түзілуін (рН 4,0-12,0) қамтамасыз етеді. ЭДТА мен ауыспалы
металдар катиондарының кешенді қосылыстары барынша зерттелген. Екі зарядты
3d металл катиондары ЭДТА-мен тұрақты ерігіш кешен түзеді. Олардың ішінде
максималді тұрақтылыққа ие мыс кешенін (lgb(CuL2-)=18.8), ал басқаларының
тұрақтылығы келесі қатардағыдай азаяды: Cu Ni Zn Co Fe Mn Cr
V (lgb(VL2-)=12.7). pH3 протондалған кешентүзгіштер (МНL) құрайды. НТФ
суда жақсы ериді (3 мольл) және берік кешен түзу себебі, карбоксил
топтарын фосфон топтары алмастырады. ЭДТА сияқты оларда бетаин құрылысты.
ЭДТА- этилен диамин тетрацетат тетра сірке қышқылының этилен диамині
Сібір балқарағайының сулы ортадан Pb–ды фитоэкстракциялануын арттыру
мақсатында хелаттағыш қосылыстар ретінде 5 мгл концентрацияда органикалық
қышқылдар(лимон және қымыздық сірке қышқылы) мен ЭДТА-ны қолдану барысында,
қорғасынның жер үсті мүшесіне жинақталуы ЭДТА қосылған вариантта жоғары
болған. Синтетикалық хелаторлар Cd мен Pb фитоэкстракциялануын арттырған
[16]. Blaylock [7] зерттеулерінде ЭДТА 2 гкг концентрациясын топыраққа
енгізгенде Indian mustard (Brassica juncea) өсімдігінде қорғасынның жер
үсті мүшелерінде жинақталуы 1,5 %-ға, бұршақ пен жүгеріде 1 %-ға
жоғарылаған. Жүгері және күнбағысқа жасалған жұмыста EDDS-ты пен NTA-ны 1
және 5 mMл қолданғанда Cd мен Pb жинақталуы 3 есеге жоғары болды.
Керісінше, синтетикалық полиакрилаттар, гидрогельдер, өсімдік
тамырына ауыр металардың өтуінен қорғайды. Ауыр металдармен ластанған
экожүйені өсімдіктердің көмегімен қалпына келтіруде хелаттағыш
қосылыстардың тиімділігін және гипераккумулятор өсімдіктерінің
физиологиялық-биохимиялық ерекшеліктерін зерттеу маңызды болып табылады.
Сонымен қоса табиғи экожүйені өсімдіктер көмегімен қалпына келтірулер
гендік инженерия әдістерін қолдана отырып, ризосфера аймағына табиғи
хелаторларды синтездеп, бөле алатын өсімдіктерді алу.
Ауыр металдарды топырақтан тазарту экологияның қауыпсіздігі үшін
және фиторемедияциялау. Ол өсімдіктермен ластанған жердегі ауыр
металдардан тазарту. Этилен диаминтетраацетил қышқылы (ЭДТА) сияқты
заттар әр түрлі жағдайда топырақтан ауыр металдарды фиторемедияцияға
қолданады.
Зерттеу обьектісі биологиялық сорбенттермен ЭДТА-ны қолданбай бөліп
алу. (күнбағыс). Бір лабаратория екі парникте Ақш-тың kanзaс штатында
эксперимент жүргізді [17].
Лабораторияда биологиялық қоспа (топырақ) ЭДТА-дан 5 г-нан колбаға
салып, ертіндіні электрондық шайқағышпен 4 сағат шайқаған сосын, 2
сағат тыныш қойып плазма эмиссиялық спектроскопиямен ауыр металды
тексерген. Парникте күнбағыстар топырақта биологиялық қатты заттарда
(топырақта) өсірілді. Гүлдеу кезінде ЭДТА- тұзы 0-2,0гкг топыраққа
немесе қосылысқа қосылды.
Өсімдіктерды сынақ соңында кептіріп, бөлшектеп, құрамындағы ауыр
металдарды (Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn)-дарда КР-ЕS қолданып анализ
жасады. Өнім жинағаннан кейін , бірінші парникте алынған өнімді,
екінші парникте 5 күнбағыс өсірілді.
Өсімдіктің өнуі анықталды. Лабораториядағы тәжірибеде
биологиялық топырақтармен қоспа топырақтарда ауыр металдың концентрациясы
ЭДТА– әсерінен артқан. ЭДТА – топырақтағы ауыр метал концентрциясы
ЭДТА- қосылмаған топырақтан ауыр метал концентрациясы көп болды.
Қоспа топырақтағы өсірілген өсімдіктер тамырында Cd мен Ni мөлшері
артқан. Негізгі ауыр металдар (Cu, Fe, Mn , Zn) концентрациясы 2 гкг
ЭДТА қосылған топырақта артқан. Тағы 7 ауыр метал ЭДТА- әсеріне
ұшырамаған. ЭДТА-ның 2 гкг мөлшерінде тұқымға қатер азайды және
өсімдіктің өсуін жоғарлатты.
ЭДТА, НТФ, ОЭДФ практикада қолданылуы. Кешендер әртүрлі әдістерде
қолданылады: фотометриялық, полярографиялық, хроматографиялық, физико-
химиялық талдау әдістері үшін қолданылады. Ең алғаш ЭДТА-ны Mg2+ және Ca2+
иондарымен берік кешен түзуіне байланысты аналитикалық әдіспен судың
тұтқырлығын анықтау үшін қолданған. Көптеген катиондар ЭДТА-мен қанық бояу
түзетіндіктен фотометриялық талдау әдісінде Cu(II), Cr(III), Co(III)
анықтау үшін қолданылады. Мұнай және газ құбырларын кальций карбонаты,
магний сульфаты, барий сульфаты сияқты минералды тұздармен бітеліп қалуы
техникалық авария туғызып, қоршаған ортаның ластануына әкелуі мүмкін.
Осындай жағдайда фосфорлы кешентүзгіштерді 10-3гл мөлшерде пайдаланады.
Мұнай өндіріс орындарында ең өзекті мәселе құрамында темір және
күкіртсутегісі бар мұнайды тасымалдау кезінде тұздардан және
күкіртсутегінен айыру мақсатында екі мұнай құбырын орнатады. Құрамында
темірі бар мұнайға ЭДТА-ны қосқанда темір мен ЭДТА арасында берік байланыс
түзіледі. Оны күкіртсутекті мұнаймен араластырғанда тұнбаның түзілуі
тоқтап, мұнай өндіру технологиясы жеңілденеді. Жылу энергетикада
жылуалмастырғыш құралдардың беткі қабатында тұздардың шөгуі отын мен судың
айтарлықтай шығынына әкеледі. Сондықтан ондай құралдарды тазалау
мақсатында микромөлшерде кешентүзгіштерді қолдану тиімділігі дәлелденіп
отыр. Бұл әдіс суасты және суүсті судналардағы атом реакторларының, атом
және электр станцияларындағы жылу алмастырғыштардың бетіне шөккен тұздардан
тазалау тиімділігін көрсетіп отыр. Ауылшаруашылық жануарларына макро және
микроэлементтер, витаминдер, биологиялық активті қосылыстардың көзі
ретінде кешентүзгіш қосылыстарды беру кең қолданылады. Мысалы, гемоглобин
үшін темірдің көзі ретінде темірлі этилентетраацетат анемияны емдеуде
қолданылады. Кешентүзгіштерді көбінесе тағам өнімдері мен азық шикізаттарын
ұзақ сақтауға пайдаланады. Майдың, еттің, балықтың, сусындар мен
шараптардың бұзылуы олардың ауыр металдар катиондарының әсерінен тотығуына
байланысты болады. Ал кешентүзгіштер металл иондарын өздеріне
байланыстырып, азықты тотығудан сақтайды. Көбінесе шараптардың лайлануы
металл катиондары мөлшерінің әсіресе, темірдің артына байланысты туындайды.
Оған дейін К4Fe(CN)6 қолдану өте күрделі процесс және толық қайта
деметаллизация жасау кезінде өте улы синил қышқылы бөлінетіндіктен тиімсіз
болған. Сусындарды фосфорлы кешентүзгіштермен өңдеу осы мәселелерді
толығымен шешуге жағдай жасады. Медицинада кешентүзгіштерді дәрі жасауда
және диагностикалық құрал ретінде қолданады. Кешентүзгіштердің негізінде
бактерицидті және антивирусты препараттар, аллергияға қарсы заттар,
диагностикалық препараттар, минералды алмасуды реттегіштер жасалған.
Мысалы, ксидофон-дикалидинатрий тұзы ОЭДФ клиникалық сынақтан өткізіліп,
бүйрекке тас байлану, бірыңғайсалалы бұлшықеттің спазмасы кезінде
қолданылады. Кешентүзгіштердің құрамы, құрылысы мен қасиеттері, практикада
қолданылуы туралы ақпараттар соңғы кезде көбею үстінде [18].
Синтетикалық кешентүзгіштердің өсімдіктерге және ауыр металлдардың
фитоэкстракциялануына әсері. Ауылшаруашылығында көп жағдайда темір
жетіспеушілігіне байланысты өнімділіктің азайып, хлороздың туындауын
болдырмау мақсатында ХІХ ғасырда темір тұздарын топыраққа енгізу ешқандай
нәтиже бермегендіктен, құрамында темірі бар кешентүзгіштерді қолдану
барысында өсімдіктің тамыр жүйесі мен топырақ арасында өсімдікке темірдің
өтуін жеткілікті мөлшерде жеңілдететін жағдай туындап, хлороз мөлшері
азайған. Кешентүзгіштердің әсер ету уақыты 3 жыл көлемінде болғандықтан
экономикалық тұрғыдан тиімді.
Қорғасын мен мыстың қозғалғыштығын арттыру мақсатында қосылған ЭДТА
қытай капустасында Nicanme taisai (Япония)аталған металдарды-құрғақ
салмағына шаққанда 558 және 137 мгкг сәйкесінше, жинақтаған. Ал мырыш
үшін Танзаниялық қышаны фитоэкстракция үшін қолдануға болатыны анықталды.
(ІІІ Московский международный конгресс. Биотехнология: state of the art and
prospects of development c.23)
Ластанған топырақтан ауыр металдардың қозғалғыштығын мен
өсімдіктердің жер үсті мүшелеріне транслокациялануын арттыратын кешентүзгіш
қосылыстар ретінде ЭДТА, нитрилтриацетат, цитрат, оксалат, малат, сукцинат,
тартрат, фталат, салицилат, ацетат және басқа да қосылыстар қолданылуда.
Сібір бал қарағайының сулы ортадан Pb–ды фитоэкстракциялануын арттыру
мақсатында хелаттағыш қосылыстар ретінде 5 мгл концентрацияда органикалық
қышқылдар (лимон және қымыздық сірке қышқылы) мен ЭДТА-ны қолдану
барысында, қорғасынның жер үсті мүшесіне жинақталуы ЭДТА қосылған вариантта
жоғары болған. Синтетикалық хелаторлар Cd мен Pb фитоэкстракциялануын
арттырған [19-20]. Blaylock [21] зерттеулерінде ЭДТА 2 гкг концентрациясын
топыраққа енгізгенде Indian mustard (Brassica juncea) өсімдігінде
қорғасынның жер үсті мүшелерінде жинақталуы 1,5%-ға, бұршақ пен жүгеріде
1%-ға жоғарылаған. Жүгері және күнбағысқа жасалған жұмыста EDDS-ты пен NTA-
ны 1 және 5 mMл қолданғанда Cd мен Pb жинақталуы 3 есеге жоғары болды
[22].
Кешентүзгіш қосылыстар Pb-мен байланысып, оны ерігіш хелатты кешен
түрінде сақтап, өсімдік бойымен таралуын қамтамасыз етеді. Синтетикалық
хелаттағыш қосылыс ЭДТА (этилендиаминтетраацетат)-Cd, Ni, Cu, Zn сияқты
металдардың фитоэкстракциялануын күшейткен [21]. ЭДТА нашар еритін
металдардың ерігіштігін жоғарылатып, ауыр металдардың өсімдіктердің жер
үсті мүшелеріне тасымалдануын арттырған [23]. Хелаттардың
фитоэкстракциялауды жеңілдету қабілеттілігі оның металдарға ұқсастығымен
түсіндіріледі. Мысалы, EGTA (этиленбисоксиэтилентринитрилотетра ацетат) Cd-
ге ұқсас, бірақ ол Zn-ті байланыстырмайды. ЭДТА, ДТПА (диэтилен
триаминопентаацетат) мырыш үшін селективті болып табылады. Мырыштың ДТПА-
мен күшті байланысуы соншалық, өсімдіктің мырышты пайдалануы шектеледі де
ол өсімдікте мырыш тапшылығын тудырады. ЭДТА-ны пайдалану Cd-дің
экстракциясын 1140 мгкг арттырған, ал аммоний сульфатын қолдану оның
фитоэкстракциясына әсер етпеген [24].
Топыраққа хелаттағыш қосылыстарды енгізу нәтижесінде 0,5 -2гкг ЭДТА,
0,5 гкг ДТПА, 0,5 гкг НТА(нитрилотриацетат) терек ағашының Cd-ді сіңіруі
едәуір жоғарылаған [25].
Басқа да хелаттағыш қосылыстар, лимон қышқылы, DTPA, NTA, EDDS-да
ауыр металдардың өсімдіктердің жер үсті мүшелеріне жинақталуын қамтамасыз
еткен [24-25].
Керісінше, синтетикалық полиакрилаттар, гидрогельдер, өсімдік
тамырына ауыр металардың өтуінен қорғайды. Ауыр металдармен ластанған
экожүйені өсімдіктердің көмегімен қалпына келтіруде хелаттағыш
қосылыстардың тиімділігін және гипераккумулятор өсімдіктерінің физиолого-
биохимиялық ерекшеліктерін зерттеу маңызды болып табылады[28, 29-30].
Сонымен қоса табиғи экожүйені өсімдіктер көмегімен қалпына келтіруде
гендік инженерия әдістерін қолдана отырып, ризосфера аймағына табиғи
хелаторларды синтездеп, бөле алатын өсімдіктерді алу.
1.5 Ауыр металдармен ластанған қоршаған ортаны фиторемедиациялау
технологиясы және гипераккумулятор өсімдіктер
Ауыр металдардың адамдар мен жануарларға улы әсерін баяулатудың
бірден-бір жолы топырақты, ауаны, суды тазарту.
Қазіргі кезде фиторемедиациялау технологиясын, яғни гипераккумулятор
өсімдіктер көмегімен топырақты ауыр металдардан тазарту тиімді жол болып
табылады. Бұл әдіс физикалық және химиялық әдістермен салыстырғанда топырақ
жағдайларына және метал концентрациясына байланысты өсімдіктер тек күн
сәулесі энергиясын пайдалану нәтижесінде ластанған ортаны тазарту басқа
әдістерге кететін шығынның 5%-ын ғана құрайды. Әдеби мәліметтер бойынша
консервативті әдістермен (физикалық және химиялық) салыстырғанда гектарына
$300-дан $ 350 болса, ал өсімдіктермен тазарту гектарына $ 160 құрайды.
Фиторемедиация технологиясының артықшылығы ауыр металдар және
радионуклидтермен ластанған қоршаған ортаны күн энергиясы есебінен
тазартатын шығынды көп қажет етпейтіндіктен экономикалық тұрғыдан тиімді,
топырақтың физико-химиялық қасиеттерін сақтайтындықтан, экологиялық жағынан
қауіпсіз болып табылады. Фиторемедиация технологиясын топырақ, су және
ауадағы органикалық және бейорганикалық ластаушыларға бірдей қолдануға
болатындықтан, соңғы жылдары үлкен жетістіктерге жеткен және әлі де
қарқынды дамып келе жатқан технологиялардың қатарына жатқызуға болады.
Фиторемедиация технологиясының төмендегідей түрлері бар:
-фитоэкстракция өсімдіктер көмегімен топырақтан ауыр металдарды
сіңіріп, адамзатқа жинауға қолайлы бөліктерде жинақтау;
-фитоволитализация өсімдіктер арқылы зиянды элементтердің буланып,
усыздануы;
-ризофильтрация өсімдіктер тамыры көмегімен ластанған су қоймаларды,
ағынды суларды тазарту;
-фитостабилизация зиянды элементтердің қозғалғыштығы мен улылығын
өсімдіктер тамыры көмегімен төмендетіп, олардың қоршаған ортаға
миграциялануын тоқтату;
-фитодеградация өсімдіктер және олардың тамыры маңындағы микрофлора
жиынтығы арқылы органикалық зиянды заттарды ыдырату.
Фитоэкстракция - ауыр металдарды жер үсті мүшелерінде жинақтайтын
өсімдіктерді пайдалану, одан өсімдіктердің жер үсті мүшелерін шауып алып,
өртеп, өсімдік күлінен металдарды бөліп алу. Бұл әдістің артықшылығы
гипераккумуляторлар көмегімен өсімдіктердің жер үсті мүшелерінде ауыр
металдарды жинақтап, топырақты тазарту.
Әдістің кемшілігі гипераккумулятор өсімдіктердің мөлшері кіші,
биомассасы аз болады. Сондықтан, қазіргі кезде зерттеушілер дәстүрлі
селекция мен өсімдіктер биоинженериясы әдістерін қолдана отырып, үлкен
биомасса мен металды көп мөлшерде жинақтауға қабілетті жаңа өсімдік
формаларын жасауға бағытталған жұмыстар жүргізілуде [18].
Ауыр металдардың гипераккумулятор өсімдіктері
Ауыр металдардың топырақтан фитоэкстракциялануына гипераккумулятор
өсімдіктерді пайдалану тиімді болып табылады.
Гипераккумуляторға жерүсті мүшелерінде металл концентрациясын 10-100
есе жинақтай алатын өсімдік түрлері жатады. Гипераккумуляторлар топырақты
улы ластаушылардан тазартып, топырақтың құнарлығын қайта қалпына
келтіретін, басқа ластанбаған ортада өсетін өсімдіктермен бәсекеге
түспейтін, тек ауыр металдармен ластанған ортадағы эндемикалық түрлерге
жатады [16].
Әдеби мәліметтер бойынша ауыр металдардың гипераккумуляторларына:
Ambrosia artemisiifolia L. (амброзия полыннолистная), Thlaspi rotundufolium
L., Thlaspi саerulescens L. (ярутка), олар Zn, Cd, Pb көп мөлшерде
жинақтайды.
Зерттеушілердің гипераккумуляторларға берген сипаттамалары
төмендегідей:
1) Өсімдіктің тамыры мен жер үсті мүшелері ауыр металдарға төзімді
болу керек. Гипержинақталуды туғызатын негізінен гипертөзімділік. Шамадан
тыс төзімділікке вакуолде жинақтау және хелаттау механизмдерін жатқызуға
болады. Бұл темекі өсімдігінің протопласт клеткасының оқшауланған
вакуолінде Cd және Zn көп мөлшері жинақталғанын көрсететін тәжірибеде
демонстрацияланған. Электронды микроскопиялық талдау Thlaspi caerulescens
жапырағында мырыштың вакуолде компартментализацияланғаны анықталған [32].
2) Өсімдіктер ауыр металдарды тамырдан жер үсті мүшелеріне
транслокациялауға қабілетті болулары керек. Қалыпты жағдайда тамырда Zn,
Cd немесе Ni мөлшері 10 немесе одан да жер үсті мүшелеріне қарағанда
жоғары болулары керек. Керісінше, ауыр металдардың жер үсті мүшелеріндегі
мөлшері тамырға қарағанда бірнеше есе жоғары болуы керек. Бұл
гипераккумулятор өсімдіктерге тән қасиет [33].
R.Kramer өз әріптестерімен жасаған жұмыстарында [34] Ni иондарының
Alyssum bertolonii L. гипераккумуляторының жапырақ экстрактісінде, малат
және цитратпен кешен түзетінін, ал ксилема экссудатында гистидин 40% Ni-ді
хелаттайтыны анықталды. Гистидинді қоректік ортаға енгізгенде Ni-ге
төзімділік артқан және оның жер үсті мүшелеріне тасымалдануы
гипераккумулятор емес A. montanum L. байқалған [34].
3) Өсімдіктер ауыр металдарды көп мөлшерде сіңірулері тиіс. T.
caerulescens табиғи жағдайда Zn-ті 1-4% мөлшерінде, басқа түрлер Zn-ті тек
0.05% ғана жинақтаған. Зерттеулер көрсеткендей, аккумулятор емес
өсімдіктерге қарағанда T. Caerulescens сияқты Zn-ке гипертолерантты
генотиптер қоректік ортада Zn-ті қалыпты өсу үшін көп мөлшерін қажет етеді
(104 есе).
Қазіргі кезде R.Brooks (1998) [35] анықтамасы бойынша, ауыр
металдардың гипераккумуляторлары деп жер үсті мүшелерінде мырышты (Zn)10
000, қорғасын (Pb) 1000, кадмий (Cd) 100 мкгг мөлшерде жинақтайтын
өсімдіктерді жатқызады. Аккумулятор емес өсімдіктер ластанбаған топырақта
Zn, ... 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