Как сернистый газ влияет на растения?
Сернистый газ особенно токсичен для растений. Некоторые виды, например люцерна, хлопчатник, пшеница, перилла, капуста, ячмень, овес, ревень, салат-латук, шпинат, табак, женьшень, редька посевная, ежа сборная, очень чувствительны к этому загрязнителю.
Благодаря диффузии молекул двуокись серы поступает в растения главным образом через устьица. Чем сильнее опушены листья, тем меньше они поглощают сернистого газа. Так, например, низкой поглотительной способностью обладают липа войлочная и клен серебристый, а интенсивной — снежноягодник и желтая акация.
Поступив внутрь листа, газ растворяется в жидкой фазе клеток. По этой причине скорость поступления фитотоксиканта сильно зависит от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Увлажненные листья поглощают сернистый газ в несколько раз быстрее, чем сухие. Влажность воздуха также влияет на этот процесс. Растения фасоли при относительной влажности воздуха 75 % поглощали сернистый газ в 2-3 раза быстрее, чем при влажности 35%.
В зоне загрязнения воздуха сернистым газом растения интенсивно накапливают в своих тканях серу. Обычно чем больше содержание этого элемента в растениях, тем сильнее выражено повреждение листьев. Сначала на них возникают ожоги, потом листовые пластинки сморщиваются, отмирают и опадают. При концентрации сернистого газа порядка 1:1000000 хвоя сосны опадает. Если концентрация будет увеличиваться, хвоя может погибнуть за несколько часов. Молодые листья активнее поглощают сернистый газ и сильнее страдают от него, чем старые.
В растениях, подвергшихся воздействию двуокиси серы, резко падает содержание хлорофилла, существенно нарушается структура хлоропластов. Все это сказывается на интенсивности фотосинтеза, она резко ослабляется, что в свою очередь тормозит рост растений, снижает урожайность, ослабляет устойчивость растений к возбудителям болезней и неблагоприятным факторам среды.
Растения, у которых реакция на сернистый газ выражена резко и отчетливо, можно использовать как индикаторы этого токсиканта.
Лишайники очень неприхотливы, могут селиться даже на голых скалах, однако нуждаются в очень чистом воздухе. Малейшее загрязнение атмосферы, не влияющее на большинство высших растений, вызывает их массовую гибель.
Источник
Диоксид серы
Загрязняющее вещество первоначально поступает в растение через устьица – отверстия, имеющееся на листьях и в нормальных условиях использующихся для газообмена. Диоксид серы, прежде всего, воздействует на клетки, которые регулируют открывание этих отверстий. Степень их открывания и факторы, влияющие на нее, в начальный период являются основными параметрами, определяющими интенсивность воздействия загрязнителей. Даже при очень малых концентрациях диоксид серы способен оказывать стимулирующее действие, в результате которого при достаточно высокой относительной влажности устьица остаются постоянно открытыми. В тоже время при высоких концентрациях диоксида углерода устьица закрываются. Кроме того, в случае высокой влажности устьица открываются, в случае низкой – закрываются.
Попав в межклеточные пространства листа, загрязняющее вещество вступает в контакт с мембраной окружающей клетку. При нарушении целостности этой полупроницаемой мембраны нарушается баланс питательных веществ и процесс поступления ионов.
Пройдя в клетку, диоксид серы взаимодействует с органеллами – метохондриями и хлоропластами, в том числе и с их мембранами, что может привести к весьма серьезным последствиям.
Однако сера необходима для нормального роста растений, и присутствие SO2 может оказывать влияние и на усвояемость серы. Растения потребляют серу в восстановленном состоянии. В присутствии SO2 основным продуктом становится сульфат; присутствует также цистеин, глютатион, и, по меньшей мере, одно не идентифицированное вещество. Основными промежуточными соединениями при восстановлении сульфатов являются сульфиты.
Возможна также дезактивация ферментов. Диоксид серы ингибирует различные биохимические реакции. Сульфиты, обладающие слабокислотными свойствами, дезактивируют некоторые ферменты, блокируя активные центры, препятствуя протеканию основной химической реакции; это явление известно как конкурентное ингибирование. Диоксид серы является конкурентным ингибитором дифосфаткарбоксилазы, препятствующим фиксации СО 2 в процессе фотосинтеза.
Хотя точный механизм действия SO2на молекулярном уровне неизвестен, можно предположить, что основную роль играют присутствие избыточного количества окисленных форм серы, нарушение баланса с восстановленными формами и воздействие на жизненно важные ферменты.
Последствия воздействия фторидов на процессы обмена в клетке в общих чертах схожи с воздействием диоксида серы, хотя их механизмы, естественно различаются. Фториды содержатся во всех растительных тканях, однако их избыток может оказывать токсическое действие. Большинство растений способно накапливать в листьях концентрации фторидов до 100 – 200 млн. -1 и более, без каких – либо отрицательных последствий. Некоторые виды, например, чай и камелия, могут накапливать фториды в листьях в очень высоких концентрациях – нормальное содержание их составляет несколько сот миллионных долей.
Для большинства растений порог токсичности равен 50 – 100 млн. -1 фторидов и при более высоких концентрациях могут происходить изменения в процессах обмена и в структуре клетки. Гранулирование, плазмолиз и сплющивание хлоропластов являются первыми симптомами, которые можно наблюдать под микроскопом. В сосновых иглах наблюдается гипертрофия питающих клеток флоэмы и передающей ткани; аналогичные симптомы наблюдаются и в других стрессовых ситуациях, например при увядании и при засыхании.
Фториды воздействуют на целый ряд ферментов и обменных процессов. В растениях, окуренных парами HF, могут наблюдаться изменения в содержании органических кислот, аминокислот, свободных сахаров, крахмала и других полисахаридов; эти изменения происходят до проявления видимых симптомов. Фториды изменяют механизм распада глюкозы, что может вызвать отклонения от нормального развития листьев.
Воздействие на ферменты приводит к ингибированию реакции, которая осуществляется с участием этого фермента. Хотя непосредственное влияние может оказываться только на одну из стадий многостадийного процесса, тем не менее, это приводит к нарушениям всего процесса в целом. Это относится, в частности, к процессу фотосинтеза, который, ингибируется фторидами. Один из механизмов воздействия на фотосинтез состоит в ингибировании хлорофилла. Добавки больших количеств магния позволяют конпенсировать ингибирующее действие в экспериментах . Фториды способны также влиять на фотосинтез через энергетические процессы, в которых участвуют аденозинфосфаты и нуклеотиды.
Озон, третий из наиболее вредных загрязняющих веществ. Сначала он воздействует на растения на молекулярном уровне. И в этом случае первичным объектом воздействия оказываются устьица листьев и мембраны. Озон способствует закрыванию устьиц, однако степень воздействия сильно зависит от величины фоновой концентрации озона до наступления интенсивного воздействия. Устьица растений, выращивавшихся в профильтрованном воздухе, при действии значительных концентраций озона закрываются с более высокой скоростью.
Первичные гистологические изменения, которые можно наблюдать визуально, происходят в хлоропластах, которые через короткое время подвергаются грануляции, разрыву и приобретают светло-зеленую окраску. Прежде всего, воздействию подвергается строма; ее гранулирование может быть связано с изменением состава ионов в хлоропластах или с нарушением проницаемости мембран, связанным с действием озона. Мембраны хлоропластов разрушаются, хлорофилл диспергируется в цитоплазме, повреждается оболочка ядра клетки, и происходит плазмолиз клетки (рисунок 1).
рис. 1. Поражение растений озоном на ранней стадии:
1 – устьице, основной канал для поступления озона; 2 – разрушение протопласта; 3 – разрыв хлоропластов; 4 – нормальный хлоропласт; 5 – палисадный слой ткани листа, в котором происходят все изменения.
Озон обладает очень высокой реакционной способностью и теоретически можно ожидать, что он полностью израсходуется в результате реакции с первыми же молекулами, с которыми он вступает в контакт в оболочке клетки и клеточной мембране.
Разрыв клеточной оболочки и мембраны приводит к резкому изменению нормальных процессов обмена, вызывая увеличение потерь воды и нарушая баланс ионов. Установлено, что озон способен модифицировать аминокислоты, изменять механизм процессов белкового обмена, воздействовать на состав ненасыщенных жирных кислот. Кроме того, прослеживается очевидная связь между концентрацией загрязнений, обладающих окислительными свойствами, и уменьшением содержания хлорофилла и некоторых растворимых белков. Озон оказывает также сильное ингибирующее действие на процесс фиксации СО 2.
Источник
Влияние диоксида серы на растения
Диоксид серы является сильным раздражающим газом, который можно распознать по запаху и вкусовым ощущением даже при большом разбавлении. Действие диоксида серы на органы дыхания усиливается в присутствии водяного пара (тумана) и дыма. Это происходит в связи с тем, что основная часть газообразного SO2 во влаге слизистых оболочек рта и носа и в виде аэрозоля может проникать во внутренние органы дыхания, где преобразуется в серную кислоту- превращение, которое в присутствии воды, копоти и золы частично происходит уже в аэрозольном состоянии. Загрязнение атмосферы SO2,особенно при продолжительных туманах, вызывает обострение заболеваний верхних дыхательных путей, что может привести к значительному увеличению смертности.
Для крыс при пероральном введении LD,n сернистого ангидрида составляет 1—2 г на 1 кг массы тела. Меньшее значение получено при использовании 6,5%-х растворов, большее — для 3,5%-х растворов. Близкое значение имеет острая токсичность метабисульфита натрия. Для кроликов при пероральном введении LD, сернистого ангидрида равна 600—700 мг на 1 кг массы тела, а для кошек — 450 мг/кг. Смертельное отравление сернистой кислотой (перорально) собаки и человека невозможно из-за возникающей рвоты. Сернистая кислота и сульфиты существенно более токсичны при внутривенном введении.
Люди по-разному реагируют на двуокись серы. Некоторые безболезненно переносят до 4 г сульфита в день (т.е. примерно 50 мг на 1 кг массы тела), а другие уже после приема очень малых количеств жалуются на головные боли, тошноту, понос или ощущение тяжести в желудке. Для переносимости сернистой кислоты, растворённой в вине, большое значение имеет кислотность желудочного сока, — люди, имеющие пониженную или повышенную кислотность, существенно более чувствительны, чем люди с нормальной кислотностью. Связанная сернистая кислота действует на организм, в принципе, так же, как и свободная. Различие заключается лишь в силе и быстроте реакции, что объясняется разной кинетикой. Может вызывать фатальные аллергические реакции у астматиков, разрушает витамин В1. Типичные продукты питания: пиво, б/а напитки, сухофрукты, соки, алкогольные напитки, вино, уксус, картофельные продукты.
Наряду с действием SO2 на человеческий организм, большое значение имеет его влияние на растения. Концентрация SO2 1-2 млн-1(ppm) могут уже через несколько часов вызвать серьёзное повреждение листьев в виде локализованных разрушений ткани (некрозов).у чувствительных растений хронические повреждения могут возникнуть уже начиная с концентраций 0.3 млн-1(ppm). Предельно допустимой даже для самых чувствительных растений считается концентрация 0.15 млн-1(ppm). Особенно подвержены воздействию SO2, помимо вечнозелёных хвойных деревьев, бобовые, а злаковые- ячмень.
Источник