Устойчивость растений к тяжелым металлам

Одним из негативных результатов бурной индустриализации является загрязнение среды обитания тяжелыми металлами. К тяжелым металлам принято относить химические элементы, имеющие плотность больше 5 г/см³ и атомную массу более 40 Да. Несмотря на то что в низких концентрациях многие из тяжелых металлов, например Си, Ъп, Со, Мо, являются эссенциальными (жизненно важными) элементами, без которых невозможно нормальное развитие растений, в высоких концентрациях (выше 10^-5 М) они чрезвычайно токсичны, подавляют рост и развитие и могут вызывать гибель растений. По токсическому действию на первом месте стоят ионы меди, а другие элементы можно расположить следующим образом: 1и²⁺ < Си⁺ > Си²⁺ > №²⁺ > Со²⁺ > Ре²⁺ > Мп²⁺ > Са²⁺. *.

Токсичность тяжелых металлов зависит от валентности и ионного радиуса металла, его способности к образованию стабильных комплексов с органическими соединениями, а также от вида растения и почвенно-климатических условий произрастания. Загрязнение среды некоторыми тяжелыми металлами происходит в результате сжигания топлива, деятельности горнодобывающей промышленности, сбрасывания сточных вод и внесения в почву удобрений. Тяжелые металлы поступают в растение преимущественно через корневую систему из почвы, в меньшей степени — через листья. Скорость поглощения растением металлов зависит от pH почвенного раствора, содержания органических веществ в почве и концентрации других ионов.

Основная часть высших растений повреждается избыточным содержанием тяжелых металлов. Однако многие растения способны накапливать в основном в надземных органах большие количества этих металлов, многократно превышающие их концентрации в почве. Эти растения так и называются растениями-аккумуляторами. В процессе эволюции эти растения, произрастающие на почвах геохимических аномалий, сформировали конститутивные механизмы устойчивости к тяжелым металлам, что позволяет им аккумулировать эти токсичные элементы в метаболически инертных органах и органеллах или включать их в хелаты и тем самым переводить в физиологически безопасные формы. Подобные виды растений начинают активно использовать для разработки технологий биологической очистки загрязненных территорий.

Помимо растений-аккумуляторов, существуют растения-индикаторы и растения-исключатели. У растений-индикаторов содержание металла в клетках соответствует его содержанию в почве. В побегах растенийисключателей поддерживается низкая концентрация металлов в побегах, несмотря на высокую концентрацию в окружающей среде. В этом случае барьерную функцию выполняет корень. Способность растения аккумулировать тяжелые металлы в корнях или надземных органах иногда зависит от природы химического элемента. Так, факультативный галофит хрустальная травка аккумулирует ионы меди в листьях, а кадмий — в корнях.