Влияние атмосферных загрязнителей на растения

РЕФЕРАТ ПО ЭКОЛОГИЙ НА ТЕМУ:

« ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ

ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ».

САНКТ – ПЕТЕРБУРГ

2001 год.

Содержание.

1. Введение. Существующая ситуация.

2. Биохимические и клеточные эффекты.

- Диоксид серы

- Фториды

- Озон

3. Воздействие на растение в целом.

- Чувствительность растений

4. Кислотный «ДОЖДЬ».

5. Реакции экосистемы.

6. Стандарты качества воздуха.

7. Заключение.

8. Список литературы.

1.Введение. Существующая ситуация.

Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Темпе-ратуры, характерные для данного района, количество осадков, характер почв, био-тические параметры и даже состояние атмосферы – все эти условия, взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта и виды растений являющихся его ча-стью. Если окружающие условия изменяются, то изменяется и растительный мир. Изменения способна вызвать даже разница в количестве осадков, выпадающих в разные годы. Если изменение условий очень значительны, то растения, обладающие большой чувствительностью к таким изменениям, испытывают стресс и, в конечном счете, могут погибнуть. Значительные изменения даже какого–либо одного пара-метра могут приводить к гибели растений.

В нормальных условиях в атмосфере содержится огромное число компо-нентов – как газообразных, так и в виде аэрозолей. Помимо основных компонентов – кислорода и азота, а так же важного, но присутствующего в меньших количествах диоксида углерода, воздух содержит различные химические соединения, которые следует рассматривать как загрязнения. К ним относятся некоторые углеводороды, выделяемые самими растениями, а также серосодержащие соединения, являющиеся продуктами жизнедеятельности бактерий. Установлено, что такие биогенные источ-ники ответственны за 11% от общего количества диоксида серы, попавшего в атмо-сферу. Оставшаяся часть образуется в результате деятельности человека, то есть по-ступает из антропогенных источников.

В атмосфере обычно присутствуют оксиды азота. Они в основном обра-зуются при электрических разрядах молний и в результате биологического окисле-ния, главным образом бактериями. Из искусственных источников поступает только около 10% общего количества оксидов азота. Тем не менее, эти источники весьма существенны, поскольку вблизи городских центров происходит концентрация за-грязнений в атмосфере. Антропогенными источниками оксидов являются процессы горения, при которых происходит окисление воздуха до NO. Чем выше температура, тем больше образуется оксидов. В дневное время происходит дальнейшее окисление NO до NO2 в результате химических реакций. Часть NO2 расходуется с образованием озона, пероксиацилнитратов и других загрязняющих веществ.

Таким образом, предшественники многих основных загрязняющих ве-ществ уже имеются в обычных условиях в атмосфере. Поскольку растения развива-лись в присутствии таких соединений в обычных концентрациях, в этих условиях редко наблюдаются какие либо отрицательные воздействия на них. Эти воздействия обнаруживаются только тогда, когда концентрация загрязнений оказывается выше допустимого порогового уровня.

Такое превышение может произойти во многих случаях. Одним из наибо-лее наглядных примеров являются местности, расположенные около металлургиче-ских заводов, где для атмосферы характерны высокие концентрации оксидов серы и тяжелых металлов. В этих условиях многие растения неспособны к выживанию.

Любая популяция растений включает в себя различные индивидуально-сти. Точно так же, как один вид растений может быть более или менее чувствитель-ным к загрязнениям, чем другой, внутри популяции каждого вида может различать-ся чувствительность отдельных экземпляров. Поэтому в присутствии определенных количеств загрязнений наименее устойчивые виды и экземпляры ослабевают или гибнут, в то время как более устойчивые продолжают участвовать в производстве следующего поколения растений. В этом поколении также может проявиться ана-логичное различие в устойчивости, и, таким образом, процесс селекции продолжа-ется, и популяции растений приходится реагировать на дополнительные параметры, связанные с воздействием окружающей среды.

К сожалению, не все популяции растений обладают генетической структу-рой, обеспечивающей устойчивость по отношению к существующим концентрациям всех загрязнений. Во многих случаях скорость увеличения количества загрязнений в атмосфере превышает скорость перестройки генетического аппарата популяции, что не дает возможности растениям приспособиться к изменению окружающих условий. При загрязнении окружающей атмосферы такие виды исчезают.

2. Биохимические и клеточные эффекты.

Воздействие на экологическую систему, будь это пустыня, луг или лес, на первых порах не отражается на системе или организме в целом; любые нарушения или стрессы сначала дают себя знать на молекулярном уровне отдельного растения или системы растений. В тех случаях, когда стрессы воздействуют на процессы, протекающие в клетке, растение начинает слабеть; при этом происходят изменения в процессах обмен, и сама клетка подвергается воздействию.

Каждое из загрязнений воздействует своим особым образом, однако все загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы, в частности на-рушают водный баланс. В первую очередь воздействию подвергаются системы, ре-гулирующие поступление загрязняющих веществ, а также химические реакции, от-ветственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производство энергии.

Рассмотрим наиболее вредные загрязняющие вещества: диоксид серы, фториды, озон.

1. Диоксид серы.

Загрязняющее вещество первоначально поступает в растение через усть-ица – отверстия, имеющееся на листьях и в нормальных условиях использующихся для газообмена. Диоксид серы, прежде всего, воздействует на клетки, которые регу-лируют открывание этих отверстий. Степень их открывания и факторы, влияющие на нее, в начальный период являются основными параметрами, определяющими ин-тенсивность воздействия загрязнителей. Даже при очень малых концентрациях ди-оксид серы способен оказывать стимулирующее действие, в результате которого при достаточно высокой относительной влажности устьица остаются постоянно от-крытыми. В тоже время при высоких концентрациях диоксида углерода устьица за-крываются. Кроме того, в случае высокой влажности устьица открываются, в случае низкой – закрываются.

Попав в межклеточные пространства листа, загрязняющее вещество всту-пает в контакт с мембраной окружающей клетку. При нарушении целостности этой полупроницаемой мембраны нарушается баланс питательных веществ и процесс по-ступления ионов.

Пройдя в клетку, диоксид серы взаимодействует с органеллами – метохон-дриями 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 раз-личные биохимические реакции. Сульфиты, обладающие слабокислотными свойст-вами, дезактивируют некоторые ферменты, блокируя активные центры, препятствуя протеканию основной химической реакции; это явление известно как конкурентное ингибирование. Диоксид серы является конкурентным ингибитором дифосфаткар-боксилазы, препятствующим фиксации СО 2 в процессе фотосинтеза.

Хотя точный механизм действия SO2 на молекулярном уровне неизвестен, можно предположить, что основную роль играют присутствие избыточного количе-ства окисленных форм серы, нарушение баланса с восстановленными формами и воздействие на жизненно важные ферменты.

2. Фториды.

Последствия воздействия фторидов на процессы обмена в клетке в общих чертах схожи с воздействием диоксида серы, хотя их механизмы, естественно раз-личаются. Фториды содержатся во всех растительных тканях, однако их избыток может оказывать токсическое действие. Большинство растений способно накапли-вать в листьях концентрации фторидов до 100 – 200 млн.-1 и более, без каких – либо отрицательных последствий. Некоторые виды, например, чай и камелия, могут на-капливать фториды в листьях в очень высоких концентрациях – нормальное содер-жание их составляет несколько сот миллионных долей.

Для большинства растений порог токсичности равен 50 – 100 млн.-1 фто-ридов и при более высоких концентрациях могут происходить изменения в процес-сах обмена и в структуре клетки. Гранулирование, плазмолиз и сплющивание хло-ропластов являются первыми симптомами, которые можно наблюдать под микро-скопом. 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 ор-ганических