Вадим Артамонов - Растения и чистота природной среды

Окислы азота поступают в однолетние сеянцы сосны тем быстрее, чем выше их концентрация в окружающей среде. При этом NO 2поглощается растениями в три раза более энергично, чем NO.

По данным С. В. Дурмишидзе (1977), усвоение и превращение двуокиси азота листьями растений происходит с высокой скоростью. Уже после двухминутной экспозиции побега виноградной лозы в атмосфере 15NO 2все органеллы клеток листьев: ядра, пластиды, митохондрии, рибосомы — оказались обогащенными меченым азотом. Двуокись азота поглощается из воздуха как травянистыми, так и древесными растениями. Из листьев меченый азот передвигается затем в другие органы — стебли и корни. По интенсивности поглощения и включения 15NO 2в азотсодержащие соединения выделялись сосна эльдарская, ясень, клен американский, сосна черная, граб кавказский, дуб имеретинский, дуб грузинский, яблоня обыкновенная, райграс английский. Двуокись азота усваивается корнями и зелеными побегами растений. Особенно интенсивно поглощается она всасывающими корнями. Из корней 15N передвигается в надземные органы растений: в стебель, побеги и листья.

Восстановленный листьями и корнями азот включается затем в аминокислоты. У яблони при этом метка фиксируется в α-аланине, глутаминовой кислоте, тирозине, валине, в листьях шелковицы — в α-аланине, тирозине, фенилаланине и лейцине, у лоха узколистного — в глутаминовой и аспарагиновой кислотах, а у вишни — в валине и глутаминовой кислоте. Первоначально из двуокиси азота образуются азотистая и азотная кислоты, которые в растениях подвергаются нейтрализации с помощью ионов натрия и калия. Таким образом, интенсивность поглощения двуокиси азота растениями обусловлена двумя процессами: нейтрализацией образующихся кислот и восстановлением азота с последующим включением его в состав аминокислот.

Другие окислы азота NO, N 2O 3и N 2O 5легко растворяются в воде, содержащейся в воздухе, а затем усваиваются растениями. Однако для успешного протекания этого процесса необходимо, чтобы концентрация окислов азота не была губительной для растений. Нормальное усвоение и превращение окислов азота в растениях протекает при их физиологических концентрациях, которые бывают разными в зависимости от внешних условий и вида растения.

Растения, интенсивно поглощающие и усваивающие окислы азота и дающие большую биомассу, могут играть важную роль в очистке окружающей среды от этих фитотоксикантов.

Детоксикация аммиака растениями исследована С. В. Дурмишидзе (1977). Данное соединение обладает слабо выраженной токсичностью. В воздухе в присутствии влаги аммиак реагирует с углекислым газом, образуя карбонаты, или с водой, превращаясь в гидрат окиси аммония. В этих условиях аммиак может образовывать также сульфаты, хлориды и другие аммонийные соли. Связывание поглощенного аммиака растениями происходит в основном в форме амидов — аспарагина и глутамина. Кроме того, могут образовываться аспарагиновая и глутаминовая кислоты, аланин, аргинин и тирозин. Активно участвуют в детоксикации аммиака органические кислоты с образованием аммонийных солей. На это указывает тот факт, что общее обогащение меченым азотом аммиака виноградной лозы гораздо выше, чем суммарная радиоактивность аминокислот, что указывает на быстрое превращение газообразного аммиака в корнях в соли аммония.

Усвоение газообразного аммиака растениями происходит довольно быстро, однако после насыщения растений аммиаком интенсивность его включения в корни и листья уменьшается или остается на неизменном уровне.

Различные растения поглощают угарный газ неодинаково. Более чувствительная к нему традесканция интенсивнее поглощает его, чем устойчивая овсяница луговая.

Сотрудники Института биохимии растений АН ГССР исследовали механизм усвоения этого соединения растительными организмами. Оказалось, что они усваивают окись углерода и включают ее в общий метаболизм. Проростки райграса, кукурузы и фасоли, выращенные в стерильных условиях, активно метаболизируют угарный газ. Усвоение и превращение его происходят как на свету, так и в темноте, однако на свету эти процессы осуществляются значительно быстрее. Листья некоторых растений способны связывать угарный газ на свету даже в том случае, если содержание его в газовой среде составляет 60–90 %. При низких концентрациях СО (1,25–12,5 мг/м 3) скорость фиксации этого соединения листьями растений мало зависела от освещения.

В результате первичного окисления из окиси углерода образуется углекислый газ, который потребляется растениями в ходе фотосинтеза. По этой причине интенсивность усвоения угарного газа на свету значительно выше, чем в темноте.

Интенсивность связывания СО варьирует также у разных видов растений. Угарный газ активно усваивается кленом, бирючиной, ольхой, осиной, елью. Установлено, что однорядная посадка клена ясенелистного (при ширине полосы 4 м) снижает уровень загрязненности воздуха угарным газом на 7—10 %, а при пятирядной посадке (ширина полосы 30 м) снижение уровня загрязненности угарным газом составляет 60–70 %. По другим данным, каждый 1 км 2поверхности, занятой высшими растениями, за сутки усваивает от 12 до 120 кг окиси углерода. В пересчете на год растительность Земли усваивает 3—30∙10 8т угарного газа.

Важная роль в связывании СО принадлежит почвенным бактериям. Еще в 1926 г. было установлено, что садовая почва, помещенная в атмосферу светильного газа, поглощает угарный газ. Однако, если почва была предварительно простерилизована, фиксации СО не происходило. Дальнейшие исследования позволили установить, что наибольшую CO-связывающую активность проявляют богатые органикой почвы, в частности тропические, а наименьшую — почвы пустынь. Активность почвы возрастает с повышением температуры, достигая максимума при 30°. Если же температура становилась выше 40°, то наблюдалось не поглощение, а выделение СО. Масштабы поглощения угарного газа почвенными микроорганизмами оцениваются исследователями по-разному: от 5–6∙10 8т/год до 14,2∙10 9т/год.

Древесные растения (каштан конский, липа сердцевидная, тополь черный), произрастающие вдоль улиц городов, очищают воздух, загрязненный выхлопными газами автомобилей, от свинца. Интенсивность очищения воздуха от этого элемента составляет 30–40 мг на 1 кг сухой массы листьев. Осадки смывают с листьев 30–60 % этого металла. Растения, подкормленные минеральными удобрениями, интенсивнее поглощают свинец, чем неподкормленные растения. Наибольшей очищающей способностью по сравнению с другими изученными объектами отличаются листья конского каштана. Сомкнутые насаждения вдоль автомобильных дорог значительно ограничивают распространение свинца, содержащегося в выхлопных газах автомобилей.