Определение степени загазованности сернистым газом Ивацевичского района по внешнему состоянию сосны

Растения не обладают сформировавшейся в ходе эволюции системой адаптаций к вредным газам, и поэтому способность противостоять повреждающему действию газов основывается на механизмах устойчивости их к другим неблагоприятным факторам. Это связано с тем, что современная нам флора формировалась в условиях, при которых содержание вредных газов (вследствие вулканической деятельности, пожаров, химических процессов) в атмосферном воздухе было очень мало. Этот состав воздуха сформировался около 1 млрд. лет назад как следствие жизнедеятельности автотрофов. По- видимому, освобождение первичной атмосферы Земли от вредных газов активно осуществляли растения-автотрофы протерозойской и палеозойской эр, которые должны были обладать механизмами газоустойчивости. Но по мере увеличения кислорода в атмосферном воздухе и уменьшения содержания в нём вредных газов эти механизмы были утрачены .

Проблема загрязнения воздуха в наше время очень актуальна, так как расширяется производственная деятельность человека. Поступление вредных веществ в воздух возрастает в таких катастрофических масштабах, что системы авторегуляции биосферы уже не справляются с его очисткой. В результате разнообразных видов деятельности человека (автотранспорт, промышленность, сжигание мусора и др. ) в воздух выделяется более 200 различных компонентов. К ним относится газообразные соединения: сернистый газ (SO2), оксиды азота (NO, NO2), угарный газ (CO) и др. , пары кислот, фенола, формальдегида и др. , твёрдые частицы сажи, золы, пыли, содержащие токсические оксиды свинца, цинка, селена и др.

Газы и пары, легко проникая в ткани растений через устьица, могут непосредственно влиять на обмен веществ клеток, вступая в химические взаимодействия уже на уровне клеточных стенок и мембран.

Наиболее сильно газы воздействуют на процессы в листьях (особенно на хвою из-за отсутствия листопада). Кислые газы нарушают водный режим тканей, приводят к постоянному закислению цитоплазмы клеток, изменению работы транспортных систем мембран (плазмалеммы, хлоропластов), накоплению Ca, Zn, Pl, Cu. В этих условиях интенсивность фотосинтеза сильно снижается из-за нарушения мембран хлоропластов, кроме этого на свету быстро разрушается хлорофилл а. Особенно неблагоприятно на пигментную систему хлоропластов действует сернистый газ (SO2).

Что касается процесса дыхания, то он в условиях загрязнения вначале возрастает, а затем снижается по мере развития повреждений клеточных структур. Все эти изменения нарушают рост растений, ускоряют в них процессы старения. Очень сильно страдают от кислых газов (как уже упоминалось выше) хвойные породы (одним из наиболее чувствительных растений этой группы – сосна), это вредное влияние проявляется не только анатомическими изменениями, но и заметными морфологическими: суховершинность, ослабление ростов стволов в толщину, уменьшение длины и увеличение числа хвоинок на побеге, быстрая потеря хвои.

Регуляция поглощения газов определяется, прежде всего, чувствительностью устьиц к газам; под их влиянием (особенно SO2) устьица быстро закрываются.

Электронная микроскопия с высокой разрешающей способностью даёт возможность точнее и полнее выявить структурные изменения в поражённых фитотоксикантом клетках по сравнению со световой микроскопией. Получаемые с её помощью данные могут служить дополнением к результатам других методов.

Анализ научной литературы даёт возможность рассмотреть происходящие патологические изменения, происходящие в хвое, проследить к чему это может привести и на основе этих знаний пытаться сделать карту загазованности района, чтобы уберечь растения от нежелательных интоксикантов.

СОСНА – СЕНЗИТИВНЫЙ ИНДИКАТОР ЧИСТОТЫ ВОЗДУХА.

СТРОЕНИЕ ХВОИ В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ.

Хвоя – многолетний лист. Листья хвойных имеют в большинстве случаев ясно выраженное ксероморфное строение. Эволюция анатомической структуры шла по пути выработки приспособлений к уменьшению испарения, придания жёсткости и прочности.

Листья сосны имеет игловидную форму. Защитный покров состоит из двух слоев клеток — эпидермы и гиподермы. Хвоинка имеет толстостенную эпидерму (эпидермальные клетки у них мелкие) с мощной кутикулой, имеющей сложное строение. Клетки эпидермы в сечении почти квадратной формы. Все стенки сильно утолщены, в углах имеются поровые каналы. Полость клетки представлена округлым узким каналом. У старых листьев стенки клеток эпидермы одревесневают.

В углублениях (на уровне гиподермы) расположены устьица, под которыми имеется большая воздушная полость, прикрытые зёрнышками воска (приспособление для уменьшения испарения). Устьица располагаются вертикально рядами по всем сторонам хвоинки. Замыкающие клетки устьиц имеют гантелевидную форму, верхняя часть которых расширена с тонкой оболочкой, содержит хлоропласты, и узкой средней частью с толстой оболочкой.

Под эпидермой находится толстостенные с частично лигнифицированными оболочками клетки гиподермы (от греч. hypo—вниз и derma — кожа), или подкожица, из 1—3 слоев удлиненных толстостенных клеток, благодаря которой листья имеют обычно твердый наружный скелет, придающий им характерную жесткость.

Под гиподермой находится мезофилл, состоящий из однородных клеток, стенки которых местами врастают в полость клетки, образуя складки (складчатая паренхима). Это значительно увеличивает площадь прилегающего к стенке слоя цитоплазмы с хлоропластами, а, следовательно, и ассимилирующую поверхность. В каждой клетке видно ядро.

В мезофилле располагаются смоляные ходы, выполняющие защитную функцию от вымерзания. Смоляные ходы, пронизывающие складчатую паренхиму, внутри выстланы тонкостенными клетками, выделяющими внутрь смолу, а снаружи имеют обкладку из толстостенных клеток.

Смоляные ходы состоят из канала, выстилающего его эпителия и одной – двух сопутствующих клеток. Содержимое канала смоляного хода прозрачное. При окончании роста хвои в длину, в клетках эпителия смоляных ходов наблюдается уменьшение цитоплазмы и органелл: лейкопластов, рибосом, митохондрий, эндоплазматической сети. Аппарат Гольджи малоактивен, увеличивается вакуолизация, исчезает крахмал. В гиалоплазме прогрессирует синтез запасных масел, которые откладываются в вакуолях, также липиды обнаружены в замыкающих клетках устьиц .

В центре хвоинки находятся проводящие пучки: два закрытых коллатеральных пучка. Ксилемная часть обращена к плоской стороне листа, флоэмная — к выпуклой. Следовательно, плоская сторона хвои является морфологически верхней, а выпуклая — нижней. Пучки связаны склеренхимной стяжкой (механическая ткань). Остальное пространство центральной части занято тканью основной паренхимы (трансфузионная ткань), состоящей из двух типов клеток: трахеиды – одревесневшие клетки с порами, которые содержат смолы, крахмал, и живыми толстостенными паренхимными клетками.

Трансфузионная ткань (лат. Transfusio – переливание) имеет отношение к транспорту воды и питательных веществ между проводящими пучками и мезофиллом.

Трансфузионная ткань окружена толстостенной эндодермой, на радиальных стенках клеток которой имеются одревесневающие утолщения — пятна Каспари на ранних стадиях развития и субериновую пластинку на более поздних. В зрелом состоянии клетки эндодермы имеют вторичную лигнифицированную оболочку .

Таким образом, хвоинка в своём строение имеет достаточно отличий, которые указывают о ксероморфности и многолетности растений, имеющих хвою, что помогает им адаптироваться к условиям окружающей среды .

ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ХВОИ В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОЙ ЗАГАЗОВАННОСТИ СЕРНИСТЫМ ГАЗОМ.

О, присмотрись внимательно к Земле,

И грудью к ней прильни всецело,

Чтоб снова в зеленеющем листе

Исторгнуть к Солнцу дух и тело.

В тревожных человеческих сердцах

И в нежной немоте растений,

Восходит к жизни придорожный прах,

Сверкая в бездне воплощений

А. Чижевский.

Для оценки содержания в воздухе токсикантов наиболее целесообразно использовать растения. Они осуществляют в 10 раз более интенсивный газообмен по сравнению с человеком или животным, обладают более высокой чувствительностью и стабильностью ответных реакций на действие факторов. Основываясь на этих особенностях растительные организмы можно использовать для анализа уровня загрязнённости воздуха токсическими веществами.

К наиболее вредным соединениям серы, находящимся в атмосфере, относятся двуокись серы (оксид серы (IV)), оксисульфид (сероокись углерода), сероуглерод, сероводород и диметилсульфид, формальдегид. Последние четыре соединения вследствие сильного окислительного действия атмосферы легко превращаются в двуокись серы или в серную кислоту (сульфаты). Под влиянием деятельности человека более всего изменяется содержание двуокиси серы.

Непосредственная гибель растений в наибольшей степени ощущается вблизи от выбросов загрязнений, в радиусе нескольких десятков километров от их источника. Главной причиной является высокая концентрация двуокиси серы. Это соединение адсорбируется на поверхности растения, в основном на его листьях, и оказывает на него вредное влияние. Двуокись серы, проникая в организм растения, принимает участие в различных окислительных процессах. Эти процессы протекают с участием свободных радикалов, образованных из двуокиси серы в результате химических реакций. Они окисляют ненасыщенные жирные кислоты мембран, тем самым, изменяя их проницаемость, что в дальнейшем отрицательно влияет на многие процессы (дыхание, фотосинтез и др. ).

Непосредственные воздействия на растения могут принимать различные формы: 1) генетические изменения; 2) видовые изменения; 3)нанесение прямого вреда растительности. Естественно, в зависимости от чувствительности вида и размеров нагрузки масштаб воздействия может простираться от восполнимого (обратимого) ущерба до полной гибели растения.

Непосредственный вред, приносимый двуокисью серы, зависит от многих факторов — местного климата, вида деревьев, состояния почвы, способов обработки леса, рН влажных осадков и др. Опасный уровень атмосферной двуокиси серы оказался гораздо ниже, чем считалось раньше, так как определенные физиологические и биохимические изменения могут происходить без каких-либо признаков гибели.

Различают пять степеней повреждения растений сернистым газом в зависимости от концентрации его и продолжительности поглощения листьями: отсутствие повреждений, скрытые, хронические, острые и катастрофические. В. Ямрих выделяет три категории повреждений листьев: депигментация, некротизация и дефолиация. Эта классификация подобна уже названным трем типам повреждений (невидимые, хронические и острые) и точно отражает динамический процесс действия газов на растения .

В данном случае акцент будет делаться на особенности повреждения в условиях хронической загазованности.

О высокой чувствительности сосны обыкновенной к загрязнению воздуха соединениями серы свидетельствует уменьшение в 1,5 – 2 раза линейных размеров хвои в условиях загрязнения. Сернистый газ вызывает у деревьев опадание хвои старших возрастов (5, 4 и 3 года) и уменьшение ассимиляционной поверхности.

На ней обычно появляются некротические участки в виде рассеянных пятен диаметром 1 – 1,5 мм или отмерших верхушек.

В последнем случае зеленовато – желтоватая или желтовато – серая отмершая апикальная часть хвои обычно отделена от здоровой коричневым пояском шириной 1 – 1,5 мм. Вокруг поврежденных точечных участков и ниже окаймляющего кольца, отделяющего погибший участок хвои, расположена переходная зона шириной 1 – 2 мм с постепенно ослабевающим некрозом. В ней сменяется окраска от желтой к желтовато – зеленой и переходит в обычную темно – зеленую.

В случае распространения зоны поражения до проводящего пучка деформируются клетки ксилемы и флоэмы и ксилемные сосуды заполняются веществом.

Образование некрозов на листьях может происходить, с одной стороны, вследствие фотодинамических и свободнорадикальных окислений и, с другой – вследствие чисто химического отравления содержимого клеток высокими концентрациями токсических соединений. В зависимости от скорости поглощения газа, состояния растений и погодных условий соотношение этих процессов в повреждении растений может меняться.

Газ вызывает нарушения в следующей последовательности: кутикула, клетки эпидермиса, замыкающие клетки устьиц, паренхима.

Газообразные токсиканты проникают в листья, главным образом, через устьица, хотя газообмен может осуществляться через микроканалы в эпидермальных клетках и кутикуле. Поглощённые токсические вещества растворяются в плёночной воде оболочек мезофилла и в виде ионов кислот проникать через липопротеиновые мембраны внутрь клеток. Поступившие токсиканты обладают свойствами свободных радикалов и поэтому разрушают клеточную мембрану. Большинство газов аккумулируется в хлоропластах, где и вызывают депрессию или полное прекращение фотосинтеза и разрушение внутриклеточных структур. Механизм действия газов заключается в неспецифических нарушениях деятельности многих ферментов в результате подкисления цитоплазмы и нарушения ионного обмена, метаболизма органических соединений и накопления балластных токсических продуктов, в разрушении фотосинтетических структур нарушается электронно-транпортная пути миграции энергии от пигментов к центрам их использования, уменьшается эффективность использования световой энергии для восстановительных процессов.

В естественных условиях химический состав, концентрация и продолжительность поступления вредных газов из воздуха в листья довольно изменчивы и растянуты во времени. При длительном действии атмосферных загрязнителей на растение происходят значительные изменения в кутикулярном слое и эпидермальных клетках.

Гипертрофия эпидермальных клеток смоляных каналов и закупоривании их, грануляции цитоплазмы трансфузионной и мезофильной паренхимы, гипертрофии клеток флоэмных сосудов, образовании некрозов, отчетливее всего появление некрозов от разрушения (коллапса) мезофильных клеток вызывало действие сернистого газа.

Наиболее чувствительной ответной реакцией хвои на стрессовое воздействие является закупоривание смоляных ходов.

Если в хвое сосен, произрастающих вне зоны задымления, обычно образуется около 10 смоляных ходов, то в условиях хронической загазованности их количество увеличивается до 14 – 17. Этот феномен известен давно.

Материалы анатомических исследований хвои сосны позволяют установить последовательность и глубину нарушения их клеток и тканей. При действии на хвою повреждающей концентрации газа в первую очередь на замыкающие клетки устьиц и клетки, выстилающие подустьичную полость. На это указывает пожелтение клеточных оболочек и цитоплазмы. Дальнейшее поступление в хвою фитотоксиканта вызывает более глубокие структурные изменения в прилегающих к покровным тканям клетках гиподермы и далее – мезофилла и проводящих сосудов. Поступающие в ткани листа фитотоксиканты в неповреждённой концентрации проникают в проводящие сосуды, по которым оттекают и постепенно накапливаются на верхушке хвои. При достижении концентрации, превышающей нейтрализующие способности хвои, происходит образование тилл изменение структуры клеток сосудов, плазмолиз клеток мезофилла, но без заметных изменений клеток эпидермиса и гиподермы. Полное закупоривание проводящих сосудов и зона глубокого нарушения структуры соседних с ним клеток, как правило, удалена от верхушки и выступает прямой причиной резкого сокращения притока к ней воды и минеральных веществ, глубокого иссушения и отмирания.

Клетки эпидермиса и устьиц имеют повышенный тургор, хлоропласты равномерно рассеяны по цитоплазме. В случае проникновения в них газа происходит уменьшение размеров клеток за счет сморщивания клеточных оболочек с одновременным набуханием и группированием хлоропластов в замыкающих клетках устьиц в одном или нескольких местах. Сократившиеся в размерах клетки вызывают гидропассивное открывание устьичных щелей и дают возможность свободно проникать токсическому газу во внутренние полости листа. При более сильном поражении клеток газом происходят дальнейшие нарушения в цитоплазме, сопровождающиеся плазмолизом, распадом хлоропластов на граны, и образованием из них сгустка распавшихся фрагментов хлоропластов, а также дальнейшее сокращение размеров клеток и полное открытие устьичных щелей.

Структура изменения в ассимиляционных органах, вызванная сернистым газом является в большинстве случаев следствием функциональных нарушений и происходит в местах поглощения и локализации токсиканта. В листе от величины поверхности хлоропластов и клеток зависит поглощение и распределение света, а следует, и интенсивность газообмена. Спектр структурных изменений хлоропласта может касаться его морфологии, то есть конфигурации, размера, объема, так и внутренней организации, то есть ультраструктуры. Но в целом хлоропласт представляет собой клеточную органеллу с чрезмерно высокой степенью надежности, которая обеспечивается структурными особенностями, а именно в многократном дублировании системы фотосинтетических мембран, прочностью и эластичностью оболочки в сочетании с высокой избирательностью и регуляцией проницаемости, значительной автономией в самосборке мембранных элементов после повреждающего действия. Атмосферное загрязнение вызывает нарушение начальных этапов синтеза хлорофилла. Не исключено, что причина подавления синтеза пигментов – глубокое окисление сульфагидрируемых групп ферментов. Газы ингибируют процесс формирования хлоропластов, нарушая их функциональную активность.

При проникновении сернистого газа изменяется структура внутриклеточных органелл.

На отмерших участках однолетней или двухлетней хвои наиболее глубокие нарушения тканей и клеток отмечаются в зоне коричневого пояска. Здесь клетки сильно деформированы. Хлоропласты и ядра клеток мезофилла разрушены. Выше опоясывающего кольца на отмершей верхушке хвои структурные изменения клеток выявлены в значительно меньшей степени. В них клеточные оболочки сохраняются светло-зеленными или желтовато-серыми, слабо деформированными. Хлоропласты мезофилла – в разной степени разбухшими или разрушенными, серо-желтыми, а ядра – гранулированными и деформированными. Цитоплазма клеток эндодермы вследствие обезвоживания сосредоточена в виде сгустков вблизи оболочек, а в эпителиальных клетках, выстилающих смоляные ходы, плазмолизированы.

Сильное повреждение хлоропластов вызывает полную деструкцию внутрипластидных мембран на отдельные граны, которые рассеиваются в цитоплазме. Газы, проникая в клетку, способны вызвать плазмолиз. Они накапливаются преимущественно в хлоропластах, в результате чего последние разбухают, агглютинируют и в дальнейшем наступает полная их деструкция.

Подобные изменения происходят в митохондриях. Вначале набухают наружные мембраны крист, затем просветляется матрикс, исчезают митохондриальные гранулы и всё заканчивается разрушением и потерей целостности митохондрий.

Слабее выражены нарушения структуры ядер, которые появляются прежде всего в области ядрышка. С повышением концентраций газа уменьшается количество полисом и разобщаются рибосомы.

Наиболее стойкими к повреждающему действию фитотоксикантов являются клетки, граничащие с проводящими сосудами в серединной части хвоинки. Это обусловлено, очевидно, быстрым оттоком от них токсических веществ в ксилему или флоэму и более благоприятным обеспечением их минеральными веществами. С удалением от сосудов, особенно на краю ксероморфного листа, степень поражения клеток резко увеличивается. Это доказывают визуальные наблюдения и данные микроскопического анализа.

Действие загрязнителей на растение является функцией сложного комплекса метеорологических условий и факторов, зависящих от состояния растений. Степень нарушения физиолого-биохимических процессов в клетках зависит от скорости поглощения газа, от степени проницаемости мембран.

Диоксид серы весьма негативно влияют на хвойные. Загрязнители отрицательно действуют на дыхание и фотосинтез растений, резко нарушают метаболизм и приводят к различным заболеваниям. Высокие дозы диоксида серы или хроническое его воздействие приводят к ухудшению процессов фотосинтеза.

Химические, биохимические, структурные, функциональные изменения для ранней диагностики аккумуляции вредных веществ в растений: сдвиги рН в тканях, распад хлорофилла, депрессия фотосинтеза, изменения метаболизма, нарушение роста, уменьшение уровня изменения проницаемости и паралич замыкающих клеток (уменьшение фотосинтеза).

Кислые газы угнетают биосинтез пигментов. При разрушении хлорофилл превращается в феофитин, этому способствуют кроме сернистого газа накопление некоторых катионов из почвы под влиянием газа, так как наряду с накоплением сульфата в хвое увеличивается содержание некоторых зольных элементов – К, Са, Zn, Рь и других, которые также могут оказывать вредное действие.

Хлорофилл в пластидах находится в прочной связи с белком, и снижение его концентрации обычно нарушает прочность хлорофилл-белкового комплекса в результате коагуляции или гидролиза белков. При воздействии сернистого газа хлорофилл а оказывается более лабильным, как в отношении экстракции, так и других способов нарушения пигментного комплекса. В нормальных условиях у сосны в хвои хлорофилл а представлен более чем наполовину лабильной формой, в то время как хлорофилл б находится преимущественно в прочной связи с белком. Под влиянием атмосферного токсиканта в хвое, во-первых, уменьшается концентрация хлорофилла а, а во-вторых, увеличивается процент его лабильной формы на фоне стабильного хлорофилла б. От соотношения лабильности и прочности связи зависит фотохимическая активность хлоропластов и работа фотосинтетического аппарата в целом.

Таким образом, наиболее чувствительны к изменению токсиканта ферменты и белки. Нарушение деятельности ферментов вызывает изменение метаболизма важнейших органических соединений: углеводов, органических кислот, аминокислот, белков, жиров и т. д.

Летальные концентрации газов вызывают быструю инактивацию многих ферментов и фиксацию клеток без разрушения пигментов вследствие чисто химического отравления, гидролиза и окислительного распада важных биологических белковых структур клетки.

Но при действии сернистого газа на ферментативную систему происходят нарушения в сфере энзимологической регуляции физиологических процессов организма, а также происходит дисгармоничная активация тех или иных ферментов в разные периоды жизнедеятельности растения, что также приводит к различного рода нарушениям регуляции.

Первопричиной нарушения фотосинтеза, дыхания и других синтетических и обменных процессов под влиянием газообразных токсинов в ряде случаев выступает подавление синтеза адезинтрифосфорной кислоты или активности ферментных систем. Снижение фотосинтетической деятельности тормозит биосинтез вторичных веществ, ведет к накоплению промежуточных продуктов и аммиака, которые приводят к отравлению и гибели клеток.

Таким образом, механизм токсического действия кислых газов заключается в неспецифическом нарушении деятельности многих ферментов в клетках вследствие подкисления и нарушения ионного режима, метаболизмы и накопления балластных и токсических продуктов, в разрушении фотосинтетических структур, в нарушении электронно- транспортных путей миграции энергии от пигментов к центрам их использования, в уменьшении использования световой энергии на восстановительные процессы и появлении автокаталитических цепных реакций свободнорадикального и фотодинамического окисления.

Кислые газы нарушают фосфорный обмен растений. Слабое действие газа не вызывает заметных нарушений; при наличии видимых повреждений снижается содержание общего фосфора и повышается содержание кислотонерастворимого фосфора. Газы вызывают нарушение и минерального обмена. Поглощение анионов из воздуха сопровождается при этом накоплением ряда катионов из почвы – К, Са, Zn, Pb, Cu.

Для внутриклеточной нейтрализации ионов серы используются катионы, чаще К, Са, Мg, Na. Одним из наиболее существенным в обеспечении газоустойчивости растений свойством следует считать увеличение ёмкости катионного и анионного обменов, что является своего рода буфером в регуляции загрязнения атмосферным токсикантом.

У растений, как и у любого живого организма, с возрастом или при плохом самочувствии меняется состав внутренний среды. Например, в хвое сосны меняется содержание фенолов. Однако подобные изменения вызывает и промышленное загрязнение воздуха: в той же хвое начинают усиленно синтезироваться фенолы и эфирные масла. Большая защитная роль отведена возникновению фенолов под влиянием окислительных превращений. Предположение о защите свойственно группе образовавшихся специфических продуктов окисления фенолов представляет собой ответную реакцию растения на внешнее загрязнение. Причем в эфирных маслах резко подскакивает доля фенолов, своеобразного защитного вещества на все случаи жизни.

Образование продуктов вторичного метаболизма (полифенолов) в ассимиляционном аппарате следует рассматривать в двух аспектах: как защитную реакцию, при котором усиливается биосинтез определенных групп этих соединений, увеличивая жизнеспособность растительного организма в неблагоприятных условиях, и как один из путей трансформации чужеродных соединений в процессе чего осуществляется защита прижизненной функции растения.

Одно и тоже количество токсиканта при быстром и медленном поступлении в растение оказывает неравноценное повреждающее действие. При быстром поглощении двуокиси серы большая ее часть накапливается в виде сернистой кислоты, губительное действие которой приводит к острым ожогам. При медленном поглощении газа малыми порциями или непрерывно он обезвреживается в большей степени вследствие окисления и связывания. В итоге его действие обнаруживается лишь через длительный срок в виде хронических повреждений.

Средняя продолжительность жизни хвои сокращается. Кроме торможения фотосинтеза и укорачивания длины хвоинок при этом появляется стрессовая транспирация, обусловленная потерей устьичной реакции. Падает концентрация хлорофилла, происходит плазмолиз клеток, снижается активность многих ферментов, происходит дезорганизация мембран тилакоидов хлоропластов. Цвет хвои становится серым или жёлтым.

Просматривается прямая связь скорости поглощения вредных газов и повреждаемости растений с интенсивностью газообмена (фотосинтез), а подавление фотосинтеза газами – с нарушением, угнетением фотохимической активности и запасания световой энергии в АТФ .

Интерес представляет то, что взрослые сосны (60 и более лет) с высоко прикрепленной кроной (5 - 9 лет) не подвергаются газовым воздействиям.

Интересно отметить, что потеря 50 % хвои не препятствует проявлению прироста ствола, но с увеличением поражаемости хвои до 80 % прирост их ствола сокращается. Это объясняется способностью сосны восстанавливать жизнедеятельность после значительного поражения хвои.

Однократное значительное повреждение хвои оказывается менее губительным, чем слабое ежегодно повторяющееся повреждение. Полное или почти полное (95 %) поражение хвои в июле приводит к отмиранию дерева от иссушения.

Таким образом, соответственное изреживание хвои ослабляет дерево, уменьшает его устойчивость и в результате приводит к его отмиранию.

Таким образом, двуокись серы – один из наиболее опасных и распространенных поллютантов. Хвою сосны используют для индикации загрязнения воздушного бассейна соединением серы.

Обобщая, можно сказать, что действие загрязнителей на растение является функцией сложного комплекса метеорологических условий и факторов, зависящих от состояния растений. Степень нарушения анатомической структуры, физиолого-биохимических процессов в клетках зависит от скорости поглощения газа.

ПРАКТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ СЕРНИСТЫМ ГАЗОМ ИВАЦЕВИЧСКОГО РАЙОНА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЗАГАЗОВАННОСТИ ИВАЦЕВИЧСКОГО РАЙОНА.

Среди загрязнителей воздуха наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серосодержащего топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а также транспорта, особенно дизельного). При хроническом загрязнении воздуха диоксидом серы наблюдается повреждения, и преждевременное опадение хвои, а также подавление репродуктивной деятельности сосны. Число шишек на деревьях снижается, уменьшается число нормально развитых семян в шишках, заметно изменяются размеры шишек (до 15 – 20%).

Для оценки загазованности атмосферы сернистым газом Ивацевичского района были определены места-квадраты для изучения сосен. В процессе выполнения исследования использовались следующие алгоритмы (предложенные ниже), на основании которых делались выводы о состоянии воздуха.

Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы

1. Выберите район, в котором будет проводиться обследование растений сосны обыкновенной. В пределах района определите точки обследования (вблизи дороги, предприятий, дома, школы, в ближайшем парке, сквере, лесу). При высокой антропогенной нагрузке они должны быть расположены на значительном удалении (1,5 – 3 км).

2. В районе намеченной точки выбирите пять молодых сосен, растущих на открытом месте (поляне, опушке, просеке), с 8 – 15 мутовками боковых побегов на главном стволе, отстоящих друг от друга на расстоянии 10 – 12 м.

3. У каждого деревца осмотрите хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второго сверху). Если деревья очень большие, то обследование проведите на боковом побеге в четвертой сверху мутовке.

Пользуясь рисунком 1, определите класс повреждения и усыхания хвои. Имейте в виду, что шипик на конце хвоинки всегда более светлый, поэтому его окраска не подлежит оценке.

Бал Категория Морфологические признаки лы состояния деревьев кроны хвои почек и побегов прироста ствола

1 Здоровье Без внешних признаков повреждения. Крона, хвоя, почки, величины приростов соответствуют норме для данного вида, возраста и условий произрастания.

2 Ослаблен-ные Слабоажур-ная с Хвоя светло-зелёные, У хвойных верхушечные Часто укорочен. У хвойных, сильное усыханием отдельных часто с жёлтым почки часто деформирова- смолотече-ние и ветвей оттенком, повреждение ны. Мутовки образуются из небольшие местные хвои до 1/3 общего 2/3 почек. отмирания коры.

количества. Хвоя держится 2-3 года

3 Сильно-ослаблен-ные Ажурная, изреженна, Хвоя матовая, с бурым У хвойных погибает до Укорочен или Смолотечение со значитель-ным оттенком 50-70% почек, образующих полно-стью сильное;

усыханием мутовки; значительная отсутст-вует значитель-ное часть верхушечных почек отмирание коры деформирова-на.

4 Усыхаю-щие Сильноа-журная, Хвоя бледно-зелёная, Сохранилось до 10-15% Отсутст-вует Признаки заселения усыхание ветвей по жёлтого и бурого почек стволовы-ми всей кроне оттенка, осыпающи-еся, вредителя-ми повреждение листьев и (буровая муха), хвои превышает 2/3 отверстия, общего количества значитель-ное отмирание коры

5 Сухие (свежий и Сухая Хвоя жёлтая и бурая, Почек нет, побеги сухие Отсутст-вует Кора частично или старый сухостой) осыпается или осыпалась полностью опала;

заселена или обработана стволовы-ми вредителя-ми.

СОСТАВЛЕНИЕ КАРТЫ ЗАГАЗОВАННОСТИ ИВАЦЕВИЧСКОГО РАЙОНА.

В ходе исследования были определены следующие зоны: вблизи населенных пунктов, вблизи небольших дорог, в лесу, вдоль автотрассы Брест – Москва.

Проведя анализ сосен, произрастающих на этих территориях (данные вносились в дневники описания сосен), можно сделать вывод о том, что сильноослабленные сосны растут вдоль автотрассы, то есть в этих местах средняя степень загазованности атмосферы; ослабленные сосны находились вблизи населенных пунктов и небольших дорог, отмечая слабую степень загазованности воздуха. Что же касается леса, то в его гуще присутствует большое количество здоровых растений, что указывает на чистоту воздуха на этой территории Ивацевичского района.

Наглядно ситуацию загазованности сернистым газом Ивацевичскоко района можно увидеть на карте района с нанесенными обозначениями.

Карта загазованности сернистым газом Ивацевичского района

Загрязнение атмосферы газами создаёт неблагоприятные условия для роста растений. Растения в таких условиях резко снижают продуктивность, декоративность и часто погибают. Сосна – одно из самых чувствительных растений к сернистому газу. Сосна выделяет фитонциды, которые убивают многих болезнетворных микробов, оздоравливают воздух.

В процессе фотосинтеза у сосны выделяются особые химические соединения, которые обладают большой активностью. Растения способны активно преобразовывать химические и атмосферные загрязнения, особенно газообразные. Кроме того, лес обладает возможностью поглощать отдельные компоненты промышленных загрязнений.

Атмосферные токсиканты сосредотачиваются главным образом в хлоропластах и митохондриях, вызывая нарушения процессов фотосинтеза и дыхания.

Согласно современным представлениям, токсический газ, попадая через устьица или эпидермис в лист, растворяется в воде клеточных оболочек и взаимодействует с цитоплазмой. Первыми повреждаются клетки устьичных полостей. Газ, растворяющийся в воде, образует кислоту, которая взаимодействует с протопластом. Часть её нейтрализуется, а часть остаётся в свободном состоянии. Кислоты разрушает хлорофилл, изменяют рН тканей листа и устойчивость биоколлоидов цитоплазмы, повышают общую окисляемость, увеличивают дисперсность коллоидов и гигроскопичность тканей, отрицательно влияют на энзиматический аппарат, нарушают обмен веществ в клетках листа и проводящих систем, снижают интенсивность фотосинтеза, повышают интенсивность дыхании, проникая в растительные клетки, изменяют проницаемость мембран, вызывая либо усиление, либо уменьшение потоков ионов через мембраны.

Значение устьичной регуляции проявляется в одновременном сокращении степени открытости устьиц и фотосинтеза при усиливающейся засухе и в полуденной депрессии фотосинтеза в течение периодов временного закрывания устьиц.

Таким образом, можно сделать на основании данных исследований учёных вывод, что влияние газа сказывается на всех морфологических, анатомических и физиологических параметрах хвои: на её количество и длину, функционировании устьичного аппарата, газообмене. О загрязнении воздуха вредным газом можно судить по изменению феноритмов роста и развития растения, морфо-биометрического показателей вегетативных органов (площадь хвои побега, сухой и сырой вес хвои на годичном побеге, возраст хвои и т. д. ), анатомических (число и размеры устьиц), биохимических и биофизических показателей (активность пероксидазы, содержание аскорбиновой кислоты, проницаемость клеточных мембран).

Токсическое действие токсического газа на растения заключается в нарушении строения и проницаемости клеточных мембран, регуляции открытия устьиц и газообмена, в двух- или трехфазном подавлении фотосинтеза и резком активировании дыхания и окислительных процессов, в нарушении деятельности ряда окислительно-восстановительных ферментов из-за подкисления клеточного содержимого и изменения ионного режима. Кроме того, газ в зависимости от концентрации, скорости поглощения растением может вызывать быстрое химическое отравление (острое поражение) или постепенное нарушение многих физиолого-биохимических процессов, разрушение пигментов, усиление свободнорадикальных и фотодинамических окислений, нарушение синтеза многих соединений, разрушение белков, полисахаридов (скрытые повреждения). Степень указанных нарушений находится в прямой корреляции с повреждаемостью растений газом.