Растения и чистота природной среды - Артамонов Вадим Иванович
Известно, что углеводы выполняют важную роль в адаптации растений к низким температурам, засухе, засолению, аммиачному отравлению. Неудивительно, что эти вещества играют особую роль в формировании приспособленности растений к новому экологическому фактору — загрязнению атмосферы промышленными фитотоксикантами. Показано, что факторы, благоприятствующие накоплению углеводов в тканях растений, например гуминовые кислоты, в то же время повышают общую устойчивость к токсическим веществам — продуктам коксохимического производства. Защитное влияние сахаров продемонстрировано в опытах с растениями неустойчивого к озону сорта фасоли, который был обработан препаратом (N-[2-(2-оксо-1-имидазолидинил)этил]-N1-фенилмочевина). Под действием этого препарата растения фасоли стали устойчивыми к озону. Одновременно обработка привела к повышению уровня восстанавливающих и невосстанавливающих сахаров в листьях растений соответственно на 41 и 35 % и увеличению концентрации фруктозы, глюкозы, сахарозы, эритрита на 35–62 %.
В связи с тем что днем устьица у большинства растений обычно открыты, растения интенсивно поглощают фитотоксиканты и сильнее повреждаются ими. Однако овес оказался более устойчивым к сернистому газу в дневное время. Отмеченное повышение устойчивости растений Р. Гудериан (1979) связывает с возрастанием уровня сахаров в листьях. В пользу такой точки зрения свидетельствуют результаты опытов, в которых растения фасоли помещали в растворы глюкозы и подвергали действию двуокиси серы. Другими исследователями показано, что существует четкая корреляция между содержанием сахаров в листьях культурных растений и устойчивостью их к озону.
Если растения томатов выдержать в течение 36 ч в темноте для понижения содержания сахаров в тканях, а затем в течение 4 ч обработать воздухом, содержащим в 1 м3 2,4 мг хлористого водорода, то довольно быстро на листьях обнаруживаются некротические повреждения, занимающие около 25 % площади листьев. В то же время у листьев, не подвергавшихся воздействию темноты, повреждения отсутствовали.
Из результатов этих экспериментов Р. Гудериан (1979) делает практический вывод: воздействие загрязнителей в утренние часы представляет особую опасность для растений.
В настоящее время весьма важное значение в различных проявлениях патологии клеток растений и животных придается проницаемости цитоплазмы. Не является исключением, по-видимому, и зависимость вредного действия ядовитых веществ на растения от проницаемости их тканей. Действительно, цитоплазма клеток хвои двухлетних сеянцев сосны, поврежденных вредными газами, обладает значительно большей проницаемостью, чем у здоровых. Устойчивые к сероводороду растения отличаются повышенной прочностью и высокой регуляторной способностью клеточных мембран. Под влиянием сероводорода у устойчивых видов по сравнению с неустойчивыми наблюдается сравнительно меньшее нарушение проницаемости клеточных мембран.
Говоря о физиолого-биохимической устойчивости, следует отметить мнение исследователей, согласно которому устойчивость растений к фитотоксикантам определяется не столько содержанием отдельных компонентов клетки, сколько способностью растений сохранять их в выгодных пропорциях, т. е. возможностями растений компенсировать путем регулирования метаболизма нарушения, вызванные действием загрязнителей окружающей среды.
Следует заметить, что устойчивость растений к фитотоксикантам зависит от физико-географических условий. Показано, например, что клен ясенелистный устойчив к сернистому газу на Урале и в Подмосковье и недостаточно устойчив на Украине.
Условия произрастания растений также сказываются на устойчивости растений к фитотоксикантам. Бук и вяз
значительно более устойчивы к атмосферным загрязнителям при выращивании на известковых почвах, нежели на бедных песчаных почвах.
Устойчивость к радиации также имеет физиолого-биохимическую природу. Семена, содержащие повышенное количество жиров, более радиоустойчивы по сравнению с семенами, имеющими меньшее их количество. Чем интенсивнее рост у растений, тем они сильнее повреждаются радиацией.
Повышение устойчивости растений к фитотоксикантам
Исследования в области устойчивости растений к токсическому действию загрязнителей имеют, безусловно, важное значение как для теории, так и для практики. Следует, однако, иметь в виду, что эта устойчивость носит относительный характер. При изменении условий окружающей среды устойчивые растения могут сравнительно легко поражаться ими. Кроме того, когда мы говорим об устойчивости, то имеем в виду сравнительно невысокие концентрации фитотоксикантов. Вместе с тем в ряде случаев, например при авариях на химических заводах, при сбросе неочищенных сточных вод, фитотоксические вещества могут попадать в окружающую среду в таком количестве, при котором растения погибают. При меньших концентрациях они сильно повреждаются ядовитыми веществами, при этом происходит снижение их продуктивности, ослабление способности к очищению атмосферы и гидросферы.
В связи с этим перед исследователями встала проблема поиска средств активной защиты растений от токсического влияния вредных примесей. Особо следует заботиться о молодых посадках и посевах, находящихся поблизости от предприятий, загрязняющих окружающую среду. Дело в том, что молодые растения более интенсивно накапливают ядовитые вещества по сравнению со взрослыми, а поэтому сильнее повреждаются от их действия. Способы повышения устойчивости растений к вредным загрязнениям могут быть различными.
Селекционные методы
Из приведенных выше материалов явствует, что растения разных видов, а нередко и клонов одного и того же вида, очень резко отличаются по устойчивости к фитотоксикантам. В опытах с популяцией райграса было показано, что сернистый газ действует на нее как селектирующий фактор. В результате этого по мере действия фитотоксиканта популяция становится все более устойчивой к нему. По этой причине посадки райграса в городах стали более устойчивыми к сернистому газу, несмотря на то что уровень содержания газа в воздухе за период наблюдений не понизился. Используя высокоустойчивые формы, следует создавать новые формы и сорта еще более устойчивых растений. Успешные работы по отбору и размножению высокоустойчивых к сернистому газу и фтору особей хвойных растений ведутся в ГДР и ФРГ. При нахождении таких особей их затем размножают вегетативным путем с целью сохранения признака высокой устойчивости у новых растений.
В США созданы устойчивые к фотохимическому смогу сорта сои, шпината, картофеля и томатов. Исследования по выведению устойчивых к фитотоксикантам растений разворачиваются ныне в разных странах.
Агротехнические приемы
Почва, в которой выращиваются растения, имеет исключительно важное значение в устойчивости растительных организмов к фитотоксикантам. На плодородных почвах растения меньше страдают от загрязненности воздуха и оказываются более долговечными. При внесении удобрений в почву нейтрализуются накапливающиеся в ней вредные вещества, улучшаются условия существования микроорганизмов, способствующих детоксикации и нейтрализации вредных примесей.
Использование удобрений повышает декоративность и стойкость деревьев к солям, применяемым для борьбы с гололедом. Казалось бы, при этом должно происходить повышение концентрации почвенного раствора и вследствие этого угнетение роста растений. На самом же деле минеральные удобрения способствуют ликвидации неуравновешенности почвенного раствора, от которой в сильной степени страдают придорожные растения. Следует иметь в виду, что внесение больших доз азотных удобрений может привести к повышению чувствительности растений к фитотоксикантам. В связи с этим рекомендуется вносить их дробно.
С помощью фосфорных удобрений удалось снизить содержание кадмия в растениях шпината и кукурузы на
58 %. Этот элемент имеет важное значение в повышении устойчивости растений к фторидам. Калий также увеличивает устойчивость растений к фитотоксикантам. Оптимальное снабжение этим элементом ослабляет степень их повреждения, особенно в случае воздействия сернистым газом. При действии загрязнителей часто происходят сдвиги кислотности почвенного раствора, которое сильно выражено на песчаных почвах с низкой буферностью. При внесении удобрений следует учитывать это обстоятельство. Нельзя применять физиологически кислые соли (например, сернокислый аммоний) там, где загрязняющие почву вещества вызывают ее подкисление. Сдвиг кислотности почвенного раствора может крайне неблагоприятно сказаться на растениях.
