Воздействие кадмия на растения
Добавил пользователь Morpheus Обновлено: 19.09.2024
В последние десятилетия, в связи с интенсивным развитием промышленности,
в окружающей среде значительно возросло содержание тяжелых металлов,
оказывающее вредное влияние на организм животных, растений и человека.
Среди тяжелых металлов основными загрязнителями считаются Hg, Pb, Cd, As, главным образом потому, что техногенное накопление их в окружающей среде идет высокими темпами. Рассмотрим в качестве примера кадмий (Cd).
Кадмий очень токсичен, вследствие загрязнения почв он проникает в растительный организм. В определенных условиях ионы кадмия, обладая большой подвижностью в почвах, легко переходят в растения, накапливаются в них и затем поступают в организм животных и человека. Высокая фитотоксичность кадмия объясняется его близостью по химическим свойствам к цинку. Поэтому кадмий может замещать цинк во многих биохимических процессах, нарушая работу большого количества ферментов. Основным источником кадмиевого загрязнения почв является внесение удобрений, в особенности суперфосфата, куда кадмий входит в качестве микродобавок.
Широкое распространение кадмия в топливе, удобрениях, рудных отвалах наряду с использованием этого элемента в промышленном производстве и определяет постепенно увеличивающуюся концентрацию данного элемента в окружающей среде. Поступая в пресные водоемы и в моря, растворенный кадмий осаждается и накапливается в донных осадках. Водные растения и животные извлекают и концентрируют его в тканях своего тела. Явление биоаккумуляции Сd происходит в экосистемах как при наличии металла в естественных для окружающей среды количествах, так и при антропогенном ее загрязнении.
Антропогенные источники поступления кадмия в окружающую среду можно разделить на две группы: локальные выбросы, которые связаны с промышленными комплексами, производящими или использующими кадмий, и диффузно рассеянные по Земле источники разной мощности, начиная от тепловых энергетических установок и моторов и заканчивая минеральными удобрениями и табачным дымом. При сбросе в водоемы промышленных сточных вод, очищенных обычными способами, содержание Сd увеличивается в несколько десятков раз.
Загрязнение почвы Cd сохраняется длительное время и после того, как этот металл перестает поступать вновь. До 70% попадающего в почву кадмия связывается с почвенными химическими комплексами, доступными для усвоения растениями. В процессах образования кадмиево-органических соединений участвует и почвенная микрофлора. В зависимости от химического состава, физических свойств почвы и формы поступающего кадмия его превращения в почве завершаются в течение нескольких суток. В итоге кадмий накапливается в ионной форме в кислых водах или в виде нерастворимых гидроксида и карбоната. Он может находиться в почве и в виде комплексных соединений. В зонах повышенного содержания кадмия в почве устанавливается 20-30 кратное увеличение его концентрации в наземных частях растений по сравнению с растениями незагрязненных территорий.
Подвижность кадмия будет определяться растворимостью его карбонатов и фосфатов, а также рН почвы. Кадмий наиболее подвижен в кислых почвах при рН=4,5-5,5. Он не входит в число необходимых для растений элементов, но эффективно поглощается. Кадмий в основном локализуется в корнях и в меньших количествах — в стеблях, черешках и главных жилках листьев. При этом, когда количество кадмия в среде резко повышается, концентрация элемента в корнях в несколько раз превышает его концентрацию в надземной массе. Установлено, что хлорофилл обладает способностью концентрировать кадмий в растительных тканях. Видимые симптомы, вызванные повышенным содержание кадмия в растениях, — это хлороз листьев, красно-бурая окраска их краев и прожилок, а также задержка роста и повреждения корневой системы. Фитотоксичность кадмия проявляется и в тормозящем действии на фотосинтез, нарушении транспирации и фиксации углекислого газа, а также в изменении проницаемости клеточных мембран. Кадмий — эффективный и специфичный ингибитор биологического восстановления. Поскольку в органические вещества включается только аммонийный азот, нитрат — анионы, поглощенные растением, должны восстанавливаться в клетках.
Поступивший в почву кадмий в основном присутствует в ней в подвижной форме, что имеет негативное экологическое значение. Подвижная форма обуславливает сравнительно высокую миграционную способность элемента в ландшафте и приводит к повышенной загрязненности потока веществ из почвы в растения. Загрязненные растения могут содержать даже до 400мг/кг Cd и более. В противоположность другим минеральным элементам (за исключением Zn) Cd может накапливаться в относительно больших количествах в генеративных органах. В среднем его содержание в зерне увеличивается с 0,2 до 4 мг/кг.
В работе описаны загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, распространение и аккумуляция металлов в природной среде и их негативные воздействия на растения.
The pollution plumbum producing plant is influence on heavy metals accumulation processing of plants. Theheavymetalswillbechangedofplantsgename.
Основными источниками антропогенного поступления тяжелых металлов в окружающую среду являются металлургические предприятия, тепловые электростанции, карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд, транспорт, химические средства защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей, сжигание нефти и различных отходов и пр. Наиболее мощные ореолы тяжелых металлов возникают вокруг предприятий черной и особенно цветной металлургии в результате атмосферных выбросов. Действие загрязняющих веществ распространяется на десятки километров от источника поступления элементов в атмосферу. По приведенным ниже данным можно судить о размерах антропогенной деятельности человека: вклад техногенного свинца составляет 94–97 %(остальное природные источники)., кадмия-84–89 %процентов, меди-56–87 %, никеля-66–75 %, ртути -58 % [1,2].
Заметное загрязнение атмосферного воздуха и почвы происходит за счет транспорта, в том числе авиационного. Большинство тяжелых металлов, содержащихся в пылегазовых выбросах промышленных предприятий, как правило, более растворимы, чем природные соединения [3].
Фитотоксичное действие тяжелых металлов проявляется, как правило, при высоком уровне техногенного загрязнения ими почв и во многом зависит от свойсв и особенностей поведения конкретного металла. Однако в природе ионы металлов редко встречаются изолированно друг от друга. Поэтому разнообразные комбинативные сочетания и концентрации разных металлов в среде приводят к изменениям свойств отдельных элементов в результате их антогонического воздействия на живые организмы [4].
Растительная пища является основным источником поступления ТМ организм человека и животных. По данным с ней поступают 40–80 % тяжелых металлов, и только 20–40 %. — с воздухом и водой. Поэтому от уровня накопления тяжелых металлов в растениях, используемых в пищу, в значительной степени зависит здоровье населения. Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление тяжелых металлов растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах.
Несмотря на существенную изменчивость различных растений к накоплению тяжелых металлов, биоаккумуляция элементов имеет определенную тенденцию, позволяющую упорядочить их в несколько групп: 1) Cd,Cs, Rb — элементы интенсивного поглощения; 2) Zn, Mo, Cu, Pb, Co, As –средней степени поглощения; 3) Mn, Ni, Cr –слабого поглощения; 4) Se, Fe, Ba, Te — элементы труднодоступные растениям.
Другой путь поступления тяжелых металлов в растения — некорневое поглощение из воздушных потоков. Поступление элементов в растения через листья (или фолиярное поглощение) происходит, главным образом, путем неметаболического проникновения через кутикулу. Тяжелые металлы, поглощенные листьями могут переносится в другие органы и ткани и включаться в обмен веществ.
Свинец и кадмий относятся высокотоксичным металлам. В придорожных растениях количество свинца резко повышено, оно в 10–100 раз выше по сравнению с растениями, растущими вдали от дорог. Между содержанием свинца в растениях и расстоянием дерева от дороги существует доказуемая обратная зависимость. Свинец в достаточно высокой концентрации тормозит прорастание семян растений, замедляет рост корней в длину, а также образование корневых волосков. Листья отравленных свинцом растений становятся хлоротичными в межжилковых зонах. Особенно сильно поражаются молодые листья. Высокое содержание свинца в растениях негативно влияет на рост и развитие:
- снижается активность фотосистемы І и ІІ, причем фотосистема-ІІ более чувствительная к действию этого фитотоксиканта.
- оказывает ингибирующее влияние на реакцию Хилла, т. е. на способность изолированных хлоропластов на свету выделять кислород.
- в хлорпластах растений наблюдается подавление образования АТФ;
- вызывает потерю тургора клетками растений;
- прекращается деление клеток корня;
- подавляется образования корнеплодов, урожайность культурных растений;
- снижается количество каротина и аскорбиновой кислоты;
Некоторые травянистые растения, чувствительны по отношению к свинцу: ячмень, овес, пшеница, картофель. Среди дикорастущих следует отметить смолевку, которая от высокого содержания свинца приобретает карликовую форму, листья и стебли становятся темно-красными, а цветки мелкими и невзрачными [5].
Главным загрязнителем окружающей среды кадмием является цветная металлургия и обработка цветных металлов. Кроме того кадмий поступает в атмосферу при сгорании мусора и отходов. Большое количество кадмия обнаруживается в растения, произрастающих поблизости от автодорог. Так, например в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости автодорог количество кадмия возрастает в 11–17 раз. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до красновато-бурой и пурпурной. При этом листья скручиваются и опадают. Кадмий замедляет темпы роста растений. При внесении его в количестве 20 мг на 1 кг почвы урожай растения снижался на 50 %. По силе своего действия кадмий превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при концентрации кадмия в почве в количестве 30 мг/кг и выше. Большое количество кадмия поступает в почву при разработке и добыче цинковых руд. На таких почвах нельзя выращивать растения, ибо этот токсикант аккумулируется в тканях растений и может затем поступать в организм человека. Накопления кадмия происходит главным организм человека. Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия — резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 96 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50 % [6].
Поступление тяжелых металлов в растения может происходить непосредственно из воздуха с оседающей на листья и хвою пылью и транслокации из почвы: доля тяжелых металлов в составе пыли на поверхности листьев вблизи источника составляет в среднем 30 проц. от общего содержания в них тяжелых металлов. В понижениях и с наветренной стороны это доля может доходить до 60 %. По мере удаления от источника роль атмосферного загрязнения заметно уменьшается.
Главным загрязнителем атмосферы кадмием является цветная металлургия и обработка цветных металлов. Кроме того, кадмий поступает в окружающую среду при сгорании некоторых видов топлива и особенно при сжигании мусора и отходов. Из атмосферы кадмий поступает в почву. Загрязнение ее этим элементом носит устойчивый характер, поскольку из почвы он вымывается медленно. Большое количество кадмия обнаруживается в растения, произрастающих поблизости от автомобильных дорог. Так, например в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости от автострад, количество кадмия возрастает в 11–17 раз. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до красновато-бурой и пурпурной. При этом листья скручиваются и становятся хлоратичными и опадают. По силе своего действия на растения кадмий превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при концентрации этого элемента в почве в количестве 30 мг/кг. Вблизи предприятий, выбрасывающих в атмосферу кадмий наблюдается резкое снижение урожайности и даже гибель культурных растений. Накопление кадмия происходит главным образом в корнях растений (риса, пшеницы), однако часть его достигает органов. Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия, резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 96 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50 %. Существует прямая зависимость между содержанием кадмия в почве и поступлением его в растения.
Токсическое влияние оказывают на растения и другие металлы, загрязняющие природную среду, например бериллий, марганец, медь, хром, ванадий, цинк и др.
1. Кузнецов А. В. Контроль техногенного загрязнения почв и растений // Агрохимический вестник. –1997г. -№ 5, -С. 7–9
2. Минеев В. Г. Проблема тяжелых металлов в современном земледелии // Тяжелые металлы и радионуклиды. –М., 1994г. –С. 42–48
3. Бутовский Р. О. Тяжелые металлы как техногенные химические загрязнители и их токсичность для почвенных беспозвоночных животных //Агрохимия.-2005 г. -№ 4, -С 73–91.
4. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. –Ленинград, 1987 г. –С. 141–144.
5. Зырин Н. Г. Тяжелые металлы в почвах и растениях в районе медеплавильного завода. –м., 1986г. –С. 81
6. Артомонов В. И. Растения и чистота природной среды. –М., 1986 г. –С. 27–31.
Основные термины (генерируются автоматически): металл, растение, кадмий, окружающая среда, почва, лист, организм человека, цветная металлургия, элемент, главный образ.
Изучали влияние гумата из торфа на устойчивость пшеницы к CdSO4 (25, 50, 100, 250, 500 и 1000 мкМ/л). Семена проращивали на растворах сульфата кадмия без гумата или с добавлением гумата, затем растения выращивали на растворе Хогланда в камере искусственного климата. Коэффициент протекторного действия гумата определяли двумя способами – по изменению сухой массы и по содержанию ионов кадмия в сравнении с растениями, выращенными без гумата. Установлено, что растения проходят все фазы развития только при 25 мкМ CdSO4. Степень металлоустойчивости этих растений повысилась в процессе их развития с 12 до 26 % в фазы кущения и колошения соответственно. При 25 мкМ наблюдалась высокая регулирующая функция корневой системы, заключающаяся в накоплении кадмия. Установлена протекторная роль гумата при 25 мкМ CdSO4, обусловленная снижением накопления токсичного иона. При 50 мкМ гумат усилил накопление кадмия в корневой системе растений.
1. Башмаков Д.И., Лукаткин А.С. Эколого-физиологические аспекты аккумуляции и распределения тяжелых металлов у высших растений. – Саранск: изд-во Мордовского ун-та, 2009. – 236 с.
2. Калинников Ю.А., Вашурина И.Ю., Кирдей Т.А. Способ получения жидких торфяных гуматов // Патент на изобретение № 2310633. Бюл. № 32. 2007.
3. Кирдей Т.А. Снижение токсического действия свинца на проростки пшеницы в присутствии гумата // Сельскохозяйственные науки и агропромышленный комплекс на рубеже веков: сборник материалов 1 Международной научно-практической конференции. – Новосибирск, 2013. – С. 13–17.
4. Кирдей Т.А. Защитное действие гумата на проростки пшеницы в присутствии тяжелых металлов // Проблемы региональной экологии. – М., 2014. – № 2. – С. 199–201.
5. Куликова Н.А. Защитное действие гуминовых веществ по отношению к растениям в водной и почвенной средах в условиях абиотических стрессов: автореф. дис. … д-ра биол. наук. – М.: МГУ, 2008. – 48 c.
6. Овчаренко М.М. Подвижность тяжелых металлов в почве и доступность их растениям // Аграрная наука. – 1996. – № 3. – С. 39–40.
8. Орлов Д.С. Свойства и функции гуминовых веществ // Гуминовые вещества в биосфере. – М.: Наука, 1993. – С. 16–26.
9. Перминова И.В. Гуминовые вещества – вызов химикам XXI века // Химия и жизнь. 2008. – № 1. – С. 50–56.
10. Семенов А.А. Влияние гуминовых кислот на устойчивость растений и микроорганизмов к воздействию тяжелых металлов: автореф. дис. … канд. биол. наук. – М., 2009. – 25 с.
11. Серегин И.В., Иванов В.Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения // Физиология растений. – 2001. – Т. 48. – С. 606–630.
13. Христева Л.А. К природе действия физиологически активных гумусовых веществ на растения в экстремальных условиях // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. – Днепропетровск, 1977. – Т. 6. – С. 3–15.
14. Kaschl A., Chen Y. Interaction of humic substances with trace metals and their stimulatory effects on plant growth // Use of humic substances to remediate polluted enviroments from theory to practice. – 2002. – Vol. 52. – P. 83–115.
15. Pan J., Plant J.A., Voulvoulis N., Oates C.J., C. Ihlenfeld. Cadmium levels in Europe: implications for human health // Environ. Geochem. Health. – 2010. – Vol. 32. – P. 1–12.
Кадмий – один из самых токсичных тяжелых металлов, поступающий в окружающую среду с отходами металлургии цинка, с выхлопными газами автомобилей, при производстве красок и электротехнической продукции, с фосфорными удобрениями и фунгицидами. Табак интенсивно аккумулирует кадмий – одна сигарета содержит 1,2–2,5 мкг кадмия. Опасность загрязнения кадмием усиливается вследствие большой подвижности и доступности металла для растений, которые могут накапливать кадмий даже при незначительном загрязнении [1, 15]. По фитотоксичности и способности накапливаться в растениях в ряду тяжелых металлов он занимает первое место (Cd > Cu > Zn > Pb) [6]. Воздействие кадмия на растения обусловлено его способностью замещать цинк в активных центрах металлсодержащих ферментов, что приводит к нарушению биохимических процессов. Фитотоксичность кадмия проявляется в торможении фотосинтеза, нарушении водного обмена, изменении проницаемости клеточных мембран [11].
Известно, что гуминовые вещества снижают токсичность тяжелых металлов, связывая ионы металлов в прочные комплексы и выполняя тем самым роль естественных детоксикантов [5, 10, 13]. По снижению интенсивности аккумуляции в гумусе почв металлы располагаются в следующий ряд – Cu > Cd > Pb = Co > Ni > Zn > Mn. Установлено, что действие гуминовых веществ приводит к образованию хелатных соединений и снижению токсичности этих тяжелых металлов [6, 14].
Гуминовые вещества – специфическая группа высокомолекулярных соединений, которые образуются из органических остатков при затрудненном доступе кислорода. Их содержание в морских водах 0,1–3 мг/л, в речных – 20 мг/л, в болотах – до 200 мг/л, в почвах – 1–12 % [9]. Гуминовые вещества составляют основную часть каустобиолитов – горючих сланцев, ископаемых углей, торфа. Важнейшей, наиболее реакционноспособной частью гуминовых веществ являются гумусовые кислоты (ГК) – гуминовые и фульвокислоты. Макромолекулы ГК состоят из упорядоченного конденсированного ядра и неупорядоченной периферийной части, включающей полисахаридно-полипептидные фрагменты. При ядре и боковых цепях макромолекул ГК находятся способные к диссоциации кислотные и основные группы, придающие этим соединениям свойства полиэлектролитов. ГК являются аккумуляторами АК, углеводов, пигментов, биологически активных веществ, лигнина, макро- и микроэлементов [7, 8]. В естественном состоянии гуминовые вещества малоактивны и практически полностью находятся в нерастворимой форме. Физиологически активными являются соли ГК со щелочными металлами – гуматы, которые производят из углей, торфа, сапропелей.
Таким образом, в условиях роста загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами особую актуальность приобретает изучение фитопротекторных свойств гуматов. В связи с этим целью исследований являлось изучение влияния гумата, полученного из торфа [2], на устойчивость растений пшеницы к высоким концентрациям кадмия.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования были растения яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Приокская. Семена проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге с растворами сульфата кадмия в концентрациях 25, 50, 100, 250, 500 и 1000 мкМ при температуре 20–22 С. Растения выращивали в условиях водной культуры на питательной смеси Хогланда в камере искусственного климата. Гуминовый препарат использовали в концентрации 0,01 и 0,005 % для проращивания семян и для выращивания растений соответственно. Концентрации выбраны по результатам ранее проведенных экспериментов [3]. Реакцию растений на действие ионов металлов и гумата оценивали по всхожести семян, морфологическим показателям проростков на седьмой день эксперимента, а также по накоплению биомассы и морфологическим показателям развития растений в фазы кущения, выхода в трубку и колошения. Контролем служили растения, выращенные без сульфата кадмия в среде. Степень устойчивости определяли по соотношению сухих масс надземных органов растений на опытном и контрольном вариантах [12]. За показатель тканевой суккулентности принимали соотношение сырой и сухой массы растений. Рассчитывали коэффициент протекторного действия гумата:
1) по накоплению массы растениями – определяли соотношение массы растений, выращенных при использовании гуминового препарата и без гумата (коэффициент протекторного действия гумата по массе) [4];
2) по накоплению токсичного иона – определяли соотношение содержания кадмия в растениях, выращенных без гумата и при использовании гумата (коэффициент протекторного действия гумата по накоплению кадмия).
Статистическую обработку данных проводили при помощи программы Excel с использованием дисперсионного и корреляционного методов анализа.
Результаты исследования и их обсуждение
Кадмий существенно снизил длину побегов и корней проростков пшеницы во всех вариантах опыта. Причем степень торможения роста проростков усиливалась с увеличением концентрации сульфата кадмия – коэффициент корреляции составил –0,82 и –0,81 для побегов и корней соответственно. Фитопротекторное действие гумата в большей степени было направлено на длину корней, чем побегов. Так, при 25 мкМ сульфата кадмия в среде гумат снизил токсическое действие кадмия в 1,1 и 1,3 раза, при 1000 мкМ – в 1,6 и 2,2 раза для побегов и корней соответственно. Соотношение побеги/корни увеличилось с ростом концентрации кадмия, что свидетельствует о более сильном подавлении роста корней. Для этого показателя установлен высокий коэффициент корреляции – 0,97 без гумата и 0,88 в присутствии гумата.
Достоверное снижение массы растений наблюдалось на всех вариантах опыта. Особенно сильное торможение роста начиналось с концентрации сульфата кадмия 50 мкМ – растения практически останавливались в росте. Так, масса одного растения в фазу кущения (для контрольных растений) составила 0,05 ± 0,01 г, в фазу колошения – 0,09 ± 0,01 г. Степень металлоустойчивости растений значительно снизилась с увеличением концентрации кадмия в среде (табл. 1). В процессе развития растений их устойчивость повысилась только при 25 мкМ, при более высоких концентрациях наблюдалось снижение этого показателя. При 1000 мкМ растения были убраны в фазу кущения, в связи с их гибелью, при 500 мкМ – в фазу выхода в трубку. Гумат достоверно повысил металлоустойчивость растений только при 25 мкМ.
Кадмий существенно снизил как накопление биомассы, так и линейный рост растений на всех вариантах опыта (рисунок). В фазу кущения протекторная роль гумата проявилась при 25, 50 и 100 мкМ. При более высоких концентрациях токсическое действие кадмия на высоту растений усиливалось в присутствии гумата, тогда как защитное действие гумата на корневую систему растений сохранялось.
ВЛИЯНИЕ ИОНОВ КАДМИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИХ ПИГМЕНТОВ ОДУВАНЧИКА ЛЕКАРСТВЕННОГО(TARAXACUM OFFICINALE)
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В настоящее время существуют экологические проблемы городов и сел, которые связаны с чрезмерной концентрацией на сравнительно небольших территориях населения, транспорта и промышленных предприятий, с образованием антропогенных ландшафтов, очень далеких от состояния экологического равновесия. Количество экологически чистых зон и парков отдыха как в городской черте, так и в прилегающих территориях становится все меньше и они приобретают все большую ценность. Поэтому возникает необходимость в экспресс-методах оценки экологической обстановки различных территорий [3].
Одними из наиболее распространенных и сильных загрязнителей на указанных территориях являются ионы кадмия, так как загрязнения такого рода - прямое следствие человеческой деятельности, оказывающее сильное воздействие на биосферу [5].
Кадмий - один из самых токсичных тяжелых металлов, некоторые источники даже называют кадмий "наиболее опасным экотоксикантом на рубеже тысячелетий" [1]. Живые организмы, в том числе и растения, интенсивно аккумулируют кадмий, что сказывается на процессах их жизнедеятельности. Согласно экологическим пищевым цепям, накопленный растениями кадмий, поступает в организм человека через желудочно-кишечный тракт и оказывает токсическое действие. Поэтому остается актуальным вопрос накопления кадмия в растениях, использование этого свойства как маркера загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и его влияние на количественное содержание растительных пигментов [5].
Хлорофилл обладает очень важной функций: перехват солнечных лучей и преобразование полученной энергии в питательные вещества — простые сахара, которые получаются из воды и углекислого газа. Эти сахара являются основой питания растений — источниками углеводов, необходимых для роста и развития. Во время процесса производства питательных веществ хлорофилл разрушается, так как непрерывно используется. Несмотря на это, в течение сезона роста, растения снова и снова восстанавливают запасы хлорофилла. Большой запас хлорофилла позволяет листьям оставаться зелёными.
Поздним летом жилки, переносящие соки в лист и из листа, постепенно закрываются. Это происходит по мере того, как в основании каждого листа формируется пробковый клеточный слой.
Помимо зеленых пигментов в хлоропластах и хлороформах содержатся пигменты, относящиеся к группе каротиноидов. Каротиноиды – это жирорастворимые желтые и оранжевые пигменты алифатического строения, производные изопрена. К каротиноидам относится три группы соединений: 1) оранжевые или красные пигменты каротины (С40Н56); 2) желтые ксантофиллы (С40Н56О2 и С40Н56О4); 3) каротиноидные кислоты – продукты окисления каротиноидов с укороченной цепочкой и карбоксильными группами (например, С20Н24О4 – кроцетин, имеющий две карбоксильные группы) [7].
Основными каротиноидами пластид высших растений и водорослей являются β-каротин, лютеин, виолаксантин и неоксантин. Синтез каротиноидов начинается с ацетил-СоА через мевалоновую кислоту, геранилпирофосфат до ликопина, который является предшественником всех других каротиноидов. Синтез происходит в темноте, но значительно ускоряется при действии света [ 10].
Каротиноиды являются обязательными компонентами пигментных систем всех фотосинтезирующих организмов. Они выполняют ряд важнейших функций в процессе фотосинтеза: 1) антенная функция, которая предполагает энергетическое взаимодействие каротиноидов и хлорофилла в процессе которого каротиноиды являются дополнительными пигментами в поглощении солнечной энергии; 2) защитная функция: каротиноиды в антенном комплексе и реакционном спектре выполняют уникальную защитную функцию, которая связана с тушением возбужденных триплетных состояний хлорофилла и синглетного кислорода; 3) фотопротекторная функция, которая состоит в защите фотосинтетического аппарата от излишка энергии возбуждения при высокой интенсивности света [2].
Объектом нашего исследования является одуванчик лекарственный (Taraxacumofficinale Wigg.)
Многолетнее травянистое растение семейства сложноцветных (Asteraceae), до 50 см высоты, с толстым стержневым корнем (до 2 см в диаметре, длиной до 60 см). Массовое цветение в мае, отдельно цветущие растения встречаются до осени. Плоды созревают в июне - августе. Нередко наблюдается повторное цветение и плодоношение в течение всего лета. Распространен по всей территории СНГ. Растет на свежих и влажных супесчаных, суглинистых и глинистых почвах на лугах, полянах, лесных опушках, вырубках, по обочинам дорог, в садах и огородах, посевах [6].
Образцы растительного сырья отбирались на следующих объектах: восточный район г. Оренбурга (ул. Луговая), п. Новосергиевка Оренбургская обл., с. Буранное Соль-Илецкий район Оренбургская обл., г. Стерлитамаке (РБ), г. Алга (Казахстан). Сбор производился в два этапа: в начале вегетационного периода (весной) и в конце вегетационного периода(осенью).
Экологическая обстановка в местах сбора такова, что имеются потенциальные источники загрязнения атмосферы и почвы кадмием: промышленные предприятия различной направленности, автомобильные и железнодорожные пути.
Рис 1. Количественное содержание кадмия в одуванчике лекарственном, мг/кг.
Также проводились измерения содержания пигментов на спектрофотометре при длине волны 644 нм, 662 нм, 440 нм. Содержание хлорофиллов a и b, каротиноидов в одуванчике лекарственном рассчитывали с использованием следующих формул:
а) определение концентрации (мг/л) пигментов в растении по формулам Смита и Бенитеза для 96%-го этилового спирта [9]:
Схлорофиллa= 13,7*D662 – 5,76* D644
Схлорофиллb= 25,8*D644 – 7,6* D662
б) определение количества пигментов в растении (мг/г сырой массы):
где V - объем спиртовой вытяжки (10 мл); С - концентрация пигментов в спиртовой вытяжке (мг/л); Р – навеска исследуемого материала (0,1г) [4].
На основе данных по содержанию хлорофилла a, хлорофилла b и каротиноидов рассчитывалось следующее:
1. общее содержание хлорофиллов (хобщ.);
2. отношение хлорофилла a к хлорофиллу b (хл a/b);
3. отношение суммы хлорофиллов к каротиноидам (хл/кар).
В испытуемом сырье были получены следующие результаты по содержанию растительных пигментов:
Читайте также: