Ауыр металдардың астық тұқымдас өсімдіктердің өніп-өсуіне әсері

Техногенді ластанған аудандардағы өсімдіктер мен өсімдік өнімдерінде кадмийдің мөлшері кең деңгейде ауытқиды. Бұл талдауларда өсімдік дәніндегі кадмий мөлшері қалыпты жағдайдан көп ауытқуы көрсетілген. Жоғары сапалы қара топырақта өсірілген өсімдіктерді өзара салыстырғанда арпа өсімдігі дәнінде Cd-дің мөлшері жоғары, ал бидай  дәнінде қалыпты жағдайда болған. Ал, кейбір жағдайда картоп түйнегінде Cd-дің мөлшері 0,27-0,60 мг/кг-арасында ауытқыса, енді бірде оның мөлшері қалыптағыдан едәуір жоғарылап кеткен [14]. Осыған сәйкес кейбір зерттеушілердің көзқарасы бойынша ауыр металдардың, соның ішінде кадмийдің  өсімдік дәнінде қалыптан тыс жоғарылайтынын атап кетеді.

Зерттеушілердің мәліметтері бойынша кадмийдің топырақ-өсімдік арасындағы таралуы көптеген факторларға байланысты. Ол өсімдік түріне, сортына, топырақтың физикалық, химиялық қасиетеріне, климат жағдайына, және қолданылған тыңайтқыш түріне  байланысты өзгеріп отырады [15].

Кадмийді қорғасынмен салыстырғанда топырақ-өсімдік жүйесінде қасиетінің өзгеше екендігі анықталған. Төрт жыл бойы жасанды жолмен ластанған ортада жүргізілген тәжірибе нәтижелерінің қорытындысы бойынша, бірінші жылы қорғасынның өсімдікке түсуі жоғары болған, бірақ төртінші жылы оның  өсімдіктердегі мөлшері қалыпты деңгей мөлшеріне (2-3 мг/кг құрғақ затқа шаққанда) дейін  төмендеген. Ал кадмийдің мөлшері төртінші жылы да  жоғары (5-8 мг/кг) деңгейде сақталған. Бұл алынған көрсеткіш кадмийдің топырақ-өсімдік жүйесіндегі жылжымалы-белсенді күйі ұзақ уақыт сақталатынын көрсетеді.

Cd-дің өсімдіктерге әсері. Бұршақ өсімдігімен жүргізілген тәжірибеде қоректік ортадағы кадмийдің мөлшері 10 мг/кг болғанда өсімдіктер бақылау вариантымен қатар биомасса жинап  гүлдеген, бірақ олардың жеміс түзу қабілеті күрт төмендеген.  Бұл тәжірибеде өсімдіктің бүрлену кезінде тамыр және жерүсті мүшелерінде кадмийдің мөлшері жоғарылаған, бұдан кейін төмендеп кеткен. Ал қоректік ортадағы кадмийдің концентрациясын жоғарылатқанда өсімдіктің өсуі мен дамуы  баяулап,  жеміс түзілмеген.

С. Атабаева мен әріптестерінің ізденіс жұмысында бидай өсімдігінде (8-күндік Омская-9 с.) Cu мен Cd-дің әсері салыстырмалы түрде зерттелген. Бұл тәжірибеде кадмийдің 10-20-40-80 мг/кг концентрациялары дәл осындай мыстың концентрацияларына қарағанда өте улы әсер ететіні анықталған. Мысалы, өсімдік сабағы бойынша мыстың 10 мг/кг концентрациясы бидай өсімдігінің өсуін 3 %-ға тежесе, кадмийдің дәл осы концентрациясы 10 %-ға төмендеткен. Ал, 40 мг/кг концентрацияда мыс 20 % -ға төмендетсе, кадмий 75 %-ға тежеген. Осы тәжірибеде өсімдіктің биомасса жинауы сабағы бойынша 10 мг/кг мыста 4 %-ға, 40 мг/кг мыста 15 %-ға дейін төмендесе, дәл осы концентрациядағы кадмий оны (биомасса жинақтау процесін) 13 және 33 %-ға дейін төмендеткен. Ал, тамырдың биомасса жинауы 10 мг/кг мыста 4 %-ға жоғарылап, 40 мг/кг мыста 37 %-ға төмендесе, кадмийдің осы концентрациясында 3 және 77 % -ға дейін төмендеген. Бұл кадмийдің басқа элементтермен салыстырғанда өте улы екендігінің тағы бір дәлелі.      

Арпа өсімдігінің жас өскіні кадмийді жақсы жинақтайды. Ал қарқынды өсу кезінде бұл металдың мөлшері төмендейді, бірақ өсімдіктің онтогенезі соңында бұл металдың мөлшері қайта жоғарылайды. Сонымен қатар кадмийдің көп бөлігі астық тұқымдас және мәдени жеміс өсімдіктердің онтогенезі соңында көп жинақталатынын айта кеткен жөн.

Cd-дің физиологиялық және биохимиялық процестерге әсері. Кадмий өсімдіктердің мембрана өткізгіштігіне кедергі келтірумен қатар тыныс алу, фотосинтез [11] және бірқатар ферменттердің белсенділігіне кері әсерін тигізеді.

Мыс. Мыс-өсімдік тіршілігінде ауыстырылмайтын микроэлементтер қатарына жатса, оның қоршаған ортадағы жоғары концентрациясы улы ауыр металл болып саналады [12]. Бұл элементтің таралуының негізгі көзі мыс-никель балқыту заводтары (50%), жанар-жағар май (22%), ағаш жағу (11%) және темір өңдеу орындары (11%) болып табылады. Сонымен қатар кейбір мәдени өсімдіктерді зиянкес, ауру қоздырғыштардан қорғауда (темекі, жүзім, күріш, мақта, томат) құрамында мыс секілді ауыр металдар кездесетін фунгицидтерді қолдануда, ауыр металдар топырақ бетіне көп шоғырланады.  Өсімдіктерді бүрку арқылы өңдеу олардың жер үсті мүшелеріне тікелей әсер етеді.

Өсімдіктердің белсенді өсіп-даму кезеңі мысқа өте сезімтал келеді. Мыстың улы әсеріне өсімдіктердің морфологиялық белгілері: жапырақ тақтасының кішіреюі, бұралуы, өсіп-дамуының баяулауы және  хлороз, некроз ауруларының пайда болуы.

Мыстың әсерінен өсімдік жапырағының паренхима клеткалары үлкейіп саны азаяды, олардың арасындағы қуыстары кеңейеді.

Мыстың улы концентрациясы жоғары және төменгі сатыдағы өсімдіктердің хлорофилл биосинтезін төмендетеді. Сондықтан оның әсеріне фотосинтез процесі өте сезімтал келеді, жұмысы бұзылады.

Мыс фотосинтезге әсер ететін концентрациядан төмен мөлшерінің өзінде өсімдіктердің тыныс алуына кері әсерін тигізеді. А. В. Косицин (1983) жұмыстарында мыстың жоғары концентрациясы азоттың айналымын, белок биосинтезін және көмірсулар жұмысын бұзатындығы туралы мәліметтер келтірілген.

Мыстың өзіндік физиологиялық рөлі кіші диометрлігі, жоғары атомдық салмағы, валенттілігін жеңіл өзгертуге қабілеттілігі, тұрақты кешенді қосылыстар түзуге қабілеттілігімен анықталады.

Мыс металдар арасында ионды формасымен (Cu+2 – Cu+) химиялық қасиетіне байланысты ерекше орын алады. Сонымен қатар мыс басқа ауыр металдармен салыстырғанда оттегімен, азотпен және құрамында күкірт бар қосындылармен жақсы байланысқа түседі, сондай-ақ екі валентті металдардың кешенді байланыс түзу қабілетті мына ретке қарай төмендейді Cu+2 >Zn+2 >Nі+2 >Co+2 >Fe+2 >Mn+2 >Mg+2 >Ca+2 [12].

Мысқа төзімділігі немесе сезімталдылығы бойынша өсімдіктерде бір тұқымдасқа жататын түрлер арасында да ерекшеліктер бар. Бұл элементке сезімтал жоңышқа, шпинат, қант қызылшасы т. б. өсімдіктер болса, төзімділігімен райграсc, қарабидай, бидай ерекшеленеді [12].

Қорғасын.

Қоршаған ортадағы қорғасынның жоғары концентрациясы ауыр металдар арасында өсімдік тіршілігі үшін өте улы элементтер қатарына кіреді. Добровольскийдің (1985) мәліметтері бойынша  10 мг/кг қорғасынның концентрациясы өсімдікке улы әсер еткен.

Өсімдік түрлеріне байланысты қорғасынның топырақтағы 100-500 мг/кг концентрациясы улы әсер етеді. Қорғасынның улы әсері өсімдіктің өсуінің, биомассасының азаюынан, қою-жасыл бұралыңқы жапырақтардың пайда болуынан байқауға болады. Жоғары концентрацияда әсер еткен қорғасын өсімдіктердің тыныс алуын тежейді, фотосинтез қарқынын баяулатады, клетканың митозды бөлінуіне, судың сіңірілуіне кері әсерін тигізеді [14, 15].

Негізінде қорғасынның басқа элементтермен салыстырғында топырақтағы жылжымалы формасы төмен. Осыған қарамастан (60-86 %) жылжымалы формасы өсімдіктерге органикалық заттармен кешенді қосылыс күйінде түседі.  

Мырыш және кадмиймен салыстырғанда қорғасын  өсімдіктердің жер үсті бөлігінде болуы өте төмен болғанмен, тамыр жүйесінде көп шоғырланады.

Ауыр металдардың өсімдік мүшелерінде шоғырлануы олардың өсімдік бойымен жылжуына байланысты.

Қорғасынның жоғары концентрациясы өсімдіктерге басқа катиондар (Ca, Mg, Mn, Zn, Cu, Fe) мен аниондардың (NO3, SO4) сіңірілуін төмендетеді.

Қорғасын өсімдіктің тамырының клетка қабығындағы көлденең, ұзын тізбекті компоненттерімен қосылып олардың индолил-3-сірке қышқылын (ИСҚ) аз қабылдайтындай етеді [3]. Сонымен қатар 20 мМ Pb(NO3)2 концентрациясы флюоресценцияны төмендетіп фотосинтез қарқынын бұзады.

Қорғасын негізінде өсімдіктердің тамыр клеткасында көп жинақталады. Қорғасынның өсімдіктердің барлық физиологиялық және биохимиялық процестеріне әсері жайлы мағлұматтар И. В. Серегин., В. Б. Иванов (2001)  еңбектерінде кеңінен талқыланған.

Мырыш. Ауыр металдар арасында қоршаған ортаны ластаушы бірден-бір улы элемент-мырыш. Бірақ, басқа ауыр металдармен салыстырғанда бұл элементтің төменгі концентрациясы тірі ағзалардың тіршілігіне қажетті микроэлемент.

Мырыштың қоршаған ортадағы немесе топырақтағы қалыпты мөлшері - 90 мг/кг. Топырықтағы мырыштың жылжымалы формасы минералды заттар мен рН деңгейіне байланысты және органикалық заттармен мықты байланыста болады. Сондықтан ол топырақтың беткі қабатындағы қарашірікте көп жинақталады [16].  

Мырыштың қоршаған ортадағы жоғары концентрациясы барлық тірі ағзаларға улы әсер етеді. Өндіріс орындарының жақын маңы және құрамында мырыш элементі кездесетін тыңайтқыштардың қалыптан тыс пайдаланылуы өсімдіктердің мырышпен улануына әкеледі. Негізінен көптеген өсімдіктер мырышқа төзімді келеді. Мырыштың шамадан тыс көбеюі өсімдіктердің өсіп-дамуын тежеп, жас өскіндердің уланып, хлороз ауруына шалдығуына әкеледі. Мырыштың жоғары концентрациялары өсімдіктерде мыс пен темірдің тапшылығын тудырады.

Мырыштың жоғары концентрацияларына өсімдіктер әрқилы сезінеді. Мысалы, Н. Ю. Гармаш (1989) бидай мен бұршақ тұқымдас өсімдіктерімен жүргізген жұмыстарында бидайдың мырыш элементіне төзімділігімен ерекшеленгендігін көрсеткен. Қоректік ортаға 1-600 мг/кг мырыш қосылған құмда өсірілген тәжірибелерінде 1-100 мг/кг концентрацияда бидай өсімдігі бақылау вариантымен қатар өсіп-дамыған болса, 25 мг/кг жоғары концентрациялар бұршақ өсімдігінің өсуін тежеген. Ал, 200 мг/кг және одан жоғары концентрацияларда бидай өсімдігінің өсуі тежелген кезде, үш апталық бұршақ өсімдігінің тіршілігі тоқыраған. Бидай өсімдігі тек, 600 мг/кг болған жағдайда ғана тіршілігін жойған. Сонымен қатар өсімдіктердің үшінші жапырақтану кезеңінде мырыштың жоғары мөлшерін шоғырландырған болса, бидай өсімдігі бұршаққа қарағанда көп жинақтаған. Бұршақ өсімдігінің вегетациялық кезеңі соңында ғана мырыштың мөлшері артқан. Бұл көрсеткіштер мырыш элементінің әр өсімдік түріне әрқилы әсер ететіндігін білдіреді. 

                 2. Ауыр металдардың кейбір табиғи астық   тұқымдас өсімдіктердің дәнінің өнуіне әсері

Қоршаған ортаға ауыр металдардың таралуы барлық тірі ағзалардың өсіп-дамуына (микроорганизмдер, өсімдіктер, жануарлар) улы әсерін тигізетіндігі белгілі. Ал, зерттеушілердің көрсетулері бойынша өсімдіктің тұқымы ауыр металдардың өте аз шоғырланатын орны. Өсімдік тұқым жарғағы ауыр металдардан немесе басқа да зиянды заттардан қорғайтын ең алғашқы тосқауыл, тіпті ауыр металдардың жоғары концентрациясында олар өсімдік тұқым жарғағында ғана кездескен.

Дегенмен, ауыр металдардың өсімдік дәнінің өнуіне әсері өсімдік түріне әрқилы әсер ететіндігі байқалды. Ауыр металдардың төменгі концентрациялары өсімдік дәнінің өнуін арттырса, жоғары концентрациялар керісінше өсімдік дәнінің өну қарқынын төмендететіндігі байқалды.

Мысалы, мыс төменгі (3,2 мг/кг) концентрацияда астық тұқымдас  өсімдіктердің дәнінің өну қарқынын 2-17 %-ға төмендеткен және ортадағы мыстың концентрациясы артқан сайын ол көрсеткіш те арта түскен. Мыстың ортадағы концентрациясы 6,4 мг/кг және 12,8 мг/кг болғанда астық тұқымдас өсімдіктерінің дәнінің өну қарқынын 31 %-ға және 41 %-ға дейін төмендейді. Ал, мыстың ең жоғары концентрациясында бұл көрсеткіш 79 %-ға дейін жеткен.

Алынған нәтижелерге зер салсақ қоректік ортадағы мыстың улы әсері бірден байқалды. Тәжірибедегі өсімдіктердің мыстың әсеріне өте сезімталдылықтарын көруге болады. Мыстың өсімдіктерге қажетті микроэлементтік үлесі басқада өсімдікке қажетті элементтермен ара қатысының сақталуында болуы мүмкін. Ол қажетті микроэлемент ретінде өсімдіктердің дәнінің өнуіне оң әсер беруі керек еді. Бірақ, мұндай әсер тек бір өсімдікте ғана байқалды. Яғни, оның қоректік ортадағы жалғыз болуы тіпті, төменгі концентрациясында өсімдіктер дәндерінің өнуіне теріс әсері аталған элементтің ауыр металдар қатарынан орын алуына себеп және ол басқа екі валентті катиондармен салыстырғанда өсімдікте органикалық кешенді қосылыстар жасауға өте қабілетті [12]. Сондықтан, өсімдіктің өніп-өсуіндегі қажетті басқа элементтердің ығысуы немесе орны мыспен ауысуы дәннің өнуіндегі маңызды физиологиялық процестердің бұзылуына әкеліп соқтыруы мүмкін. Осының салдарынан өсімдік дәнінің өнуі баяулап немесе тоқырауына әкеледі.

Өсімдіктердің ауыр металдарға төзімділігі, өсімдіктерге әсер ететін жоғары концентрациямен есептелуі тиіс. Өйткені, зерттеушілердің мәліметтері бойынша қоршаған ортаға жылына жүздеген, мыңдаған тонна химиялық элементтер таралса [2, 3],  олардың техногенді аймақтағы топырақтағы мөлшері қалыпты жағдаймен салыстырғанда 10-даған, 100-деген есеге жоғарылайды [6]. Сондықтан өсімдіктердің мыстың әсерінен дәнінің өнуі бойынша 25,6 мг/кг варианты бойынша келесідей қатарға қоюға болады. асқабақтұқымдас > астықтұқымдас > бұршақтұқымдас. Осы қатарға сай ізденістегі өсімдіктердің дәнінің өнуі бойынша олардың мысқа әртүрлі қатынаста екені байқалады.

Дәл осындай концентрацияда берілген бірақ, өсімдік тіршілігінде маңызды элементтер қатарынан орын алмайтын кадмийдің өсімдіктердің дәнінің өнуі әсерін қарастырайық. Зерттеулер нәтижелері көрсеткендей кадмий элементінің төменгі концентрациясы барлық өсімдіктердің дәнінің өнуіне оң әсер берді.

Мысалы, астық тұқымдас өсімдіктердің дәнінің өнуі төменгі концентрациясында 32 %-ға артса, 6,4-12,8 мг/кг концентрацияларда 21 %-ға дейін сақталды.

Өсімдіктер тіршілігіне қажетті бірақ, қоректік ортадағы концентрациясы жоғарылағанда улы ауыр металл болып есептелетін элементтің бірі-мырыш Бүгінде, мырыштың 200 дей ферменттерді активтендіретіндігі белгілі [15]. Оның өсімдіктерге улы әсер ететін концентрациясы жоғары. Н. Ю Гармаш (1989) мәліметтері бойынша мырыштың 100 мг/кг концентрациясы кей өсімдіктерге қалыпты әсер етсе, кейбір өсімдіктерге кері әсер берген.     

Яғни, мырыштың тәжірибеге алынған концентрациясының бәрі (100-200 мг/кг) астық тұқымдас өсімдіктердің дәнінің өнуіне оң әсер еткені байқалды.