Растения защищающие от тяжелых металлов
Экономическая деятельность человека несет много последствий для природных экосистем, в частности, загрязнение почв тяжелыми металлами (кадмий, ртуть, свинец, мышьяк, цинк, медь, никель и хром). Эти вещества токсичны и способны долгое время накапливаться в земле, представляя опасность для растений, животных и человека. Несмотря на то, что тяжелые металлы не разлагаются в почве сами по себе, есть довольно эффективный и безопасный способ борьбы с загрязнением — фиторемедиация.
Фиторемедиация — это очистка почвы (или другой среды) с помощью зеленых растений. Этот метод основан на биологических особенностях определенных растений. Растения способны поглощать через корневую систему содержащиеся в почве ионные соединения даже при низких концентрациях. Несмотря на то, что основном тяжелые металлы пребывают в нерастворимой форме, корни растений могут выделять специальные вещества, изменяющие pH ризосферы (слой почвы вокруг корней). В дальнейшем металлы распределяются в тканях растения или межклеточном пространстве. Внутри растения металлы хелатируются (связываются), благодаря чему они становятся неопасны для самих растений.
Несмотря на то, что суть фиторемедиации всегда примерно одинакова, есть несколько разновидностей, отличающихся механизмом действия: фитостабилизация, фитоэкстракция и фитоволатилизация.
Фитостабилизация — это использование устойчивых к металлам видов растений для снижения биодоступности тяжелых металлов в земле. В данном случае загрязняющие вещества остаются в почве, не проникая в надземные органы. С фитостабилизацией справляются травянистые растения, такие как полевица тонкая, овсяница красная, подсолнечник.
Другой способ, фитоэкстракция, наоборот, направлен на накопление загрязнителя в надземной части растения. В этом случае часто используются специальные растения-гипераккумуляторы: многие из них способны накапливать металлы в количествах, в 100 раз превышающих приемлемую дозу у других растений! Минус фитоэкстракции состоит в том, что растения в конечном итоге нужно утилизировать. Наиболее подходящие растения для этого способа — птерис ленточный, тысячелистник обыкновенный, шандра белая, люцерна посевная, различные виды алиссума.
При фитоволатизации растения преобразуют металлы в летучую форму и испаряют их. В основном, используется для очистки почвы от селена, мышьяка и ртути. При таком способе растения утилизировать не нужно, но у него другой недостаток: вредные вещества в конечном итоге возвращаются в среду через воздух и могут вернуться в почву через осадки. С испарением вредных соединений хорошо справляется капуста(в том числе, декоративные разновидности).
Сегодня на фиторемедиацию возлагаются большие надежды, и ученые ищут способы сделать ее эффективнее. Как прогнозируют исследователи Сингапурского университета, в ближайшем будущем улучшить фиторемедиационнй потенциал растений сможет генная инженерия. Также отмечается, что микориза и сообщества микроорганизмов могут существенно «помочь» растениям в очистке почвы от тяжелых металлов.
Источник
Растения гипераккумуляторы тяжелых металлов
Во время пожара в здании большую опасность представляет не столько пламя, сколько образующийся при горении токсичный дым, наличие которого в коридорах и помещениях отравляет воздух, уменьшает видимость, увеличивает температуру, создавая серьезные препятствия для быстрой и организованной эвакуации людей.
Секс – это очень приятное занятие, которое доставит удовольствие партнерам. Яркие оргазмы улучшают настроение, а сама интимная близость делает отношения между влюбленными людьми более крепкими. Однако мало кто знает о том, что регулярный секс чрезвычайно полезен для здоровья мужчины.
Измерение расстояний между двумя точками в строительстве, ландшафтном дизайне, геодезии и других важных отраслях часто осуществляется с помощью такого прибора, как нивелир. Это универсальный измерительный инструмент, пользующийся большим спросом у специалистов.
Насчитывается около 450 видов таких растений. Растения-сверхнакопители (гипераккумуляторы) способны накапливать в своих органах металлы: их концентрации ка один-три порядка превышают концентрации металлов в тканях обычных растений. Встречаются на территориях сильного загрязнения металлами. В золе представителей так называемой галмейной растительности (виды растений — индикаторов цинковых руд) концентрация оксида цинка достигает 10-20%, что более чем в 150 раз превышает средний уровень, характерный для растительности суши. Сверхнакопление установлено для следующих элементов: цинка (до 4% от биомассы надземных органов), никеля (до 3,8%), кобальта (до 1,2%), селена (до 0,4%), кадмия (до 0,2%), мышьяка (до 0,75%).
Типичные растения — сверхнакопители никеля — видов сем. Brassiacaceae (Alyssum, Thlaspi), цинка — сем. Brassicaceae (Thlaspi), меди и кобальта — сем. Lamiaceae, Scro-phulariaceae. Более 75% обнаруженных видов-гипераккумуляторов входят a группу накопителей никеля. Большинство из них относится к семействам Asteraceae (27), Brassicaceae (82), Buxaceae (17), Euphorbiaecae (83), Flacourtiaceae (19), Rubiaceae (12), Violaceae (9), произрастают в тропических и субтропических зонах: Куба, Новая Каледония, Индонезия, Филиппины, Бразилия, Австралия, Южная Африка, Средиземноморье.
Закономерности распределения никеля по органам к тканям растений подробно отражены в работе И.В. Серегина и А.Д. Кожевниковой. Большинство растений накапливают никель преимущественно в корнях, по крайней мере, до пороговой концентрации этого металла s почве. Превышение этого порога может сопровождаться бесконтрольным накоплением никеля в побегах и гибелью растений. Гипераккумулятор Sehertia acuminata накапливал больше всего никеля в стебле, особенно во флоэме, и плодах. Аккумуляция никеля в плодах уменьшалась в следующей последовательности: рудиментарный эндосперм > мякоть плода > ткани семядолей зародыша > кожура плода > семенная кожура. В корнях кукурузы содержание никеля в протопластах клеток выше, чем в клеточных оболочках. Наибольшая концентрация обнаружена в эндодерме и перицикле. Следовательно, эндодерма не препятствует, как s случае с кадмием и свинцом, поступлению никеля в ткани центрального цилиндра корня. Скопление никеля обнаружено и в местах перфорации сосудов ксилемы, что может рассматриваться как один из механизмов ограничения транспорта никеля в надземные органы растений. Связывание в ксилемном соке — еще один механизм детоксикации металлов в растениях-гипераккумуляторах.
В естественной среде обитания представители диких видов — сверхаккумуляторов металлов обычно характеризуются медленным ростом, небольшой биомассой, ограниченной селективностью к металлам. Виды рода Thlaspi преимущественно обитают на обогащенных никелем почвах и могут накапливать до 3% этого металла от сухой массы. Однако некоторые виды этого рода отличает способность аккумулировать одновременно несколько металлов: Т. caerulescens — кадмий, никель, свинец, цинк; T. goesingense и Т. ochroleucum — никель, цинк; Т. rotundifotium — никель, свинец, цинк. В то же время растения Т. caerulescens, способные к повышенной аккумуляции в своих надземных органах кадмия и цинка, характеризовались более низкой по сравнению с обычными видами интенсивностью накопления меди.
Отдельные виды сем. Fabaceae (Astragalus bisulcatus, A. racemosus), сем. Asteraceae (Aster occidentalis, Machaeranthera ramose) и сем. Brassicaceae (Stanleya pinnata) известны как аккумуляторы селена, способные накапливать более 40 мг Se/г сухой массы. Плодовые растения сем. Lecythidaceae (Bertholletia excelsa, Lecylhts zabucaja, L. ollaria, L. elliptica) также относят к этой группе.
Выявлены большие видовые различия по содержанию селена в побегах растений. Типичные аккумуляторы селена — представители родов Astragalus, Kylorrhiza, Stanleyea. Содержание селена в побегах таких растений превышает 20-30 мг Se /кг сухой массы. Однако содержание селена в побегах у представителей видов и экотипов Astragalus может различаться в 100-200 раз. Очень высокий уровень аккумуляции селена в побеге (несколько сотен мкг/г массы) отмечен у видов сем. Cruciferae.
В целом определение понятия «растение-гипераккумулятор» затруднено, поскольку концентрация накапливаемых в побегах элементов сильно варьирует в зависимости от природы последних. Хотя стратегия гипераккумуляции менее распространена, чем стратегия исключения, феномен гипераккумуляции — привлекательная модель для изучения механизмов адаптации высших растений к избытку тяжелых металлов. Однако ни механизм, ни экологическая функция этого явления до сих пор не расшифрованы.
- Механизм устойчивости растений — ферментативные изменения
- Механизм устойчивости растений — выделение
- Аминокислоты и их производные в механизме иммобилизации
- Органические кислоты в механизме иммобилизации
- Компартментация внутри клеток в механизме иммобилизации
- Клеточная стенка в механизме иммобилизации
- Механизм устойчивости растений — исключение
- Механизм устойчивости растений — избегание
- Нарушения в растениях, вызванные косвенными причинами
- Нарушения в растениях при избытке селена
- Нарушения в растениях при избытке кобальта
- Нарушения в растениях при избытке хлора
- Нарушения в растениях при избытке бора
- Нарушения в растениях при избытке никеля
- Нарушения в растениях при избытке молибдена
- Нарушения в растениях при избытке меди
- Нарушения в растениях при избытке цинка
- Нарушения в растениях при избытке марганца
- Нарушения в растениях при избытке железа
- Общие нарушения в растениях
- Критические концентрации микроэлементов
- Диагностика эффективности злаков
- Сравнительная эффективность злаков и двудольных растений
- Мn-эффективность растений
- Zn-эффективность растений
- Fe-эффективность растений
- Признаки эффективности растений
- Эволюция механизмов адаптации растений к дефициту железа
- Реакции на дефицит микроэлементов в семенах растений
- Реакции, приуроченные к побегу растения при дефиците микроэлементов
Источник
masterok
Знаете, что это зеленоватое стекает по стволу? Представьте, что вместо сладкого сока по жилкам берёзы бегут ядовитый никель и кобальт. А ведь такие деревья взаправду есть!
Выясняем причину такого чуда.
Некоторые растения приспособились к почвам, в которых зашкаливает концентрация тяжёлых металлов. Например, обилие никеля губительно для многих живых организмов — но эти виды способны накапливать в побегах, стволе, листьях и семенах огромное количество токсичных соединений безо всякого ущерба для себя!
Эта способность была открыта в 1948 у итальянского растения рода бурачок — Alyssum bertolonii. С тех пор эту особенность нашли у сотен других видов — и назвали их гипераккумуляторами. К ним относят растения, в которых концентрация металлов достигает 1000 мг на кило высушенных растений. В общей базе гипераккумуляторов числится 700 с лишним видов, способных концентрировать в тканях самые разные элементы — никель, медь, кобаль, хром, марганец, цинк, селен, таллий, мышьяк и свинец.
Отличная переносимость токсичных металлов заложена у них в генах. Зачем? Вероятно, чтобы уберечься от вредных насекомых — или освоить территории, недоступные от других видов флоры.
Такие растения встречаются во многих регионах — например, на Кубе, Турции, Бразилии, Индoнезии и Филиппинах. Немалый интерес ученых вызывает дерево Pychandra acuminata, которое растет в немногих уцелевших уголках дождевых лесов Новой Каледонии.
Млечный сок у него необычного сине-зеленого цвета — он на четверть состоит из никеля! Если дерево росло в подходящих условиях, оно может содержать до 5 кг этого металла, а в год гектар деревьев может вытянуть из недр до 200 кг никеля.
Доктор Энтони ван дер Энт (исследователь Квинслендского Университета) и его коллеги считают, что у этих растений — большое будущее: гипераккумуляторы могут очищать почвы от ядовитых примесей (это называется фиторемедиацией) — и даже добывать полезные ископаемые из рудных отвалов или грунтов, где концентрация металлов слишком мала для строительства шахт.
Источник