Ауыр метал иондарының кейбір өсімдіктердің жекеленген мүшелерінде таралу ерекшеліктері

Өсімдіктер тамыр бөлінділері арқылы ризосфераның микроағзаларымен өзара әсерлеседі. Тамыр аймағының микроағзалары экожүйедегі өсімдіктердің арасындағы  тіршілік ортасы үшін бәсекелестікте маңызды орын алады, өйткені, топырақтан қоректік заттардың келуіне әсер етеді. Medicago sativa және Trifolium alexandrinum ризопландарының стрептомицеттері топырақтағы қоректік заттардың қоры мен олардың өсімдіктердің тамырларымен сіңімділігінің белсенділігі арасында бітістіруші болып табылады. Ризосфера микроағзаларының белсенді тіршіліктеріне қарай органикалық заттың мине-рализациясы нәтижесінде өсімдіктердің азотты және фосфорлы қоректенуі жақсарады. Көптеген авторлар өсімдіктердің азотты қоректенуінде микро-ағзалардың кейбір түрлерінің – тамыр бөлінділерін энергетикалық субстрат түрінде пайдаланатын азотфиксаторлар мен денитрификаторлардың маңызды роліне көңіл бөледі [31].

Осылай, ризосфералық микроағзалар өсімдіктердің минералды қоректе-нуіндегі элементтермен қамтамасыз етілуіне әсер етеді. Бірақ, өсімдіктердің ризосфера мен ризоплан микроағзаларының микроэлементтердің биогеохи-миялық қоректік тізбекке енгізілуіндегі ролі зерттеуден тыс қалып отыр. Микроэлементтердің, соның ішінде ауыр металдардың әртүрлі өсімдіктердің ризосфералық және ризопланды микроағзалармен жинақталу заңдылықтарын өсімдіктердің микроэлементтермен қамтамасыз етілудегі ролін анықтау үшін зерттеу әрі жаңа, әрі маңызды мақсат болып табылады. Өсімдіктердің тамыр жүйелері үшін микроағзалардың жеке арнайы жинақтаушы түрлерін айқындау өсімдіктермен химиялық элементтерді жинақтау механизмін түсіну үшін қажет.

Тіршілік ортасының техногенді факторларының ағзаларға әсері. Осы уақытқа дейін металл-микроэлементтер негізінен биологиялық қажеттілік тұрғысынан қарастырылып келді. Бірақ, олардың биосферадағы мөлшерінің бірден жоғарылауы кейінгі уақытта өнеркәсіптің, транспорттың, ауылшаруа-шылықтың интенсивті дамуының нәтижесінде металл-микроэлементтерді зерттеудегі жаңа бағыттың – олардың уыттылығын зерттеуге алып келді. Бұл қоршаған ортаның ауыр металдармен нақты ластану қаупінің себебі болып табылады. Кадмий, сынап, мыс, мышьякпен қатар, қорғасын қоршаған ортаға қарқынды түрде келіп қосылатын улылығы жоғары ластағыштардың қатарына жатады. Жер бетінің осы металмен ғаламдық ластануы орын алып отыр. Басқа тұрақсыз және жылдам трансформацияланатын ластағыштармен са-лыстырғанда ауыр металдардың қосылыстары тұрақты және улылық қасиетін ұзақ уақыт сақтауға қабілетті. Осыған байланысты қорғасынның және басқа да ауыр металдардың биогеохимиялық қоректік тізбектер арқылы миграциялану мәселесі  ерекше маңызға ие.

Топырақтардағы ауыр металдардың кларктері жоғарылау үрдісіне ие, ал қорғасынға қатысты ол бірқатарға жоғары. ГФР-нің денсаулық сақтау қыз-метінің нормаларына сәйкес топырақтағы қорғасынның  мүмкіндік етілген мөлшері  – 100 мг/кг, ал Солтүстік Рейн-Вестфалия топырақтарының 67 % көлемінде оның мөлшері 300 мг/кг. Тек автокөліктердің пайдаланылған газ-дарының салдарынан жер бетіне бұл металдың 180-260 мың тоннасы бөлінеді, мырыш пен қорғасынның техногенді мөлшерлері жылына 1 км2 жерге ондаған килограммды құрайды [32].

Қоршаған ортадағы қорғасынның концентрациясының жоғарылауы адам денсаулығы мен жануарларға да белгілі қауіп көздері болып есептеледі. Қазіргі уақытта бірқатар элементтердің топырақтағы, өсімдіктердегі, азықтық жем-шөптердегі, азық-түліктердегі рұқсат етілген мөлшерлері белгіленген.

Негативті әсерлермен бірге қорғасын концентрациясының ағзаларға оң әсері байқалған. Осылай, осы металдың өсімдіктерге аз мөлшерінің өсуін жақсартатын әсерін  авторлармен бірге П.А.Власюк көрсеткен. Қорғасынның жетіспеушілігінің тәжірибелік жануарлардың өсуі мен дамуына және осы элементтің зат алмасудың қалыпты жүруі үшін қажеттілігін растайтын негізгі гематологиялық көрсеткіштерге әсері туралы мәліметтер бар. Қорғасынның аз мөлшерінің ағзаларға оң әсерінің себептері жеткіліксіз зерттелген, өйткені оның метаболизм процесстеріндегі әсер ететін нүктелері белгісіз. Бұл ықпал қорғасынның тікелей әсері деп есептелмейді де, осы жағдай топырақтың сіңіру кешенінен кейбір макро-, микроэлементтердің белгілі мөлшерінің ығыстырылуымен байланысты болып, соңында олардың өсімдіктерге келіп қосылуының жоғарылауына  алып келеді [33].

Мырыш қорғасынмен салыстырғанда уыттылығы төмен. Керісінше, көптеген зерттеушілер көрсеткендей, ол ағзалар үшін қажетті маңызды биогенді элемент болып табылады. Мырыштың биологиялық ролі белгілі бір жағдайда оның көптеген ферменттердің және металлферменттердің құрамында болуымен анықталады. Мырыш тыныс алу, фотосинтез, ақуыз бен нуклеин қышқылдарының синтезі сияқты маңызды процесстерге қатысатын шамамен 40 ферменттің құрамына кіреді. Мысалы, карбоангидраза өсімдіктердің тыныс алуына қатысатын құрамында мырышы бар металло фермент болып табылады. Сонымен бірге, мырыш өсімдіктердің фосфорлы және азотты зат алмасу процесстеріне әсер ететіні туралы мәліметтер бар. Бұл элемент өсімдіктердің өсуін реттеуге қатысады, алдыңғы кезекте ауксинді және гибберелинді алмасуға, өсімдіктердің генеративті органдарының қалыптасуына да қатысады. Мырышты тыңайтқыштарды енгізу өсімдіктердің қоректік заттарды пайдалануын жақсартуға ықпал етеді де, азот пен фосфордың топыраққа қайтуын азайтып, өсімдіктердің өнімділігін жоғарылатады [34].

Мырыш микроағзалардың тіршілігіне үлкен әсер етеді. Осылай, бұл эле-мент органикалық қышқылдардың, антибиотиктердің, пигменттердің өндірі-луіне қатысып, кейбір микроскопиялық саңырауқұлақтарға қажетті болып табылады. Қоректік ортаға мырышты қосу көптеген қосылыстардың – амин-қышқылдардың, ақуыздардың, нуклеотидтердің ынталандырылуына ықпал етеді. Rhizopus nigricans - және Aspergillis niger Кребс айналымына, Aspergillis paraziticus гликолиттік және фосфоглюконатты айналымына қатысатын ферменттердің белсенділігіне оң әсер етеді. О.И.Бершова мырыштың әсерінен ризосфералық микроағзаларда протеолитикалық, амилолитикалық және дегидрогеназдық белсенділіктің жоғарылайтыны жайлы айтады. Мырыш микроағзалардың жасушаларындағы көмірсулы, азотты, көмірсутекті метаболизмге қатысады. Қорғасынның микроағзаларға оң әсері туралы әдеби мәліметтер кездескен жоқ [35].

Бірнеше зерттеушілердің тобы мырыш пен қорғасынның белгілі мөл-шерлерінің микроағзаларға уытты әсер ететіні туралы айтады. Бейле мен Кэмбпел долананың жапырағында тіршілік ететін микроағзаларға мырыш, қорғасын және кадмийдің салыстырмалы әсерлерін зерттеп, бактерияларға қорғасын әлдеқайда күшті әсер ететінін айқындаған. Мырыш тек сары формалардың дамуын шектеді. Жарықтық және элеткрондық микроскоппен бақылау қорғасынмен әсер етілген жасушалардың шамамен жартысында морфологиялық өзгерістер орын алғанын анық көрсетті. 10 мм концентрациядағы Zn2+ Escherichia coli өміршеңдігін төмендете отырып, Bacillus solani мицелийінің өсуін толық тежеп, Fusarium solani мен Aspergillus niger  мицелийлерінің өсуін тежеді. Қорғасынның 10 мкг/кг концентрациясы Rhizoctonia solani  өсуін 21 %-ға,  ал 500 мкг/кг концентрацияда – 100 %-ға басты [36].

Мырыш, қорғасын және басқа ауыр металдар топырақ микрофлорасына да біршама кері әсер тигізеді. Топырақтың ауыр металдармен ластануы оның биологиялық белсенділігінің көптеген көрсеткіштерінің төмендеуіне алып келеді. Осылай, қорғасынның топырақтағы жоғары концентрациясы фермент синтезінің күшті әлсіреткіші болып табылады да, ол қорғасын хлоридімен өңделген топырақтағы нитрификацияның екінші сатысының басылуына себеп болады, бұл металл топырақ микроағзаларының негізгі өкілдерінің дамуын, олардың негізгі санитарлық-көрсеткіштерін және жинақтық биологиялық белсенділігінін басады.

Ауыр металдармен ластанған топырақтардың биологиялық белсенділі-гінің барлық көрсеткіштері төмендеуі мүмкін, бұл өз кезегінде биологиялық белсенділік критерийлерін анықтау қажеттілігін туындататыны туралы айтты. Бұл кезде, ауыр металдармен ластанған топырақтың жағдайын оны ұзақ мерзім ішінде ластану барысындағы жағдайға көшкен процесс ретінде қарастырып, оның жауабына бақылау жүргізіледі.

Топырақта ауыр металдар артық мөлшерде болғанда топырақ микроағза-ларының жалпы сандық және түрлік алуантүрлілігі де төмендейді. Ауыр металдармен ластануға микробтық бірлестіктің үш түрлі жауап реакциясы байқалған: микробтық бірлестіктің жалпы биомассасы және оның құрамының өзгеруі, бірлестіктің құрылымының өзгеруін өз кезегінде авторлар қоршаған ортаның ауыр металдармен ластануына қатысты баға беретін критерийлер есебінде қолдануды ұсынады. Мырыштың жоғары мөлшері бар топырақтағы микроағзалардың санының төмендеуі мен формаларға кедейленуі мырыштың микроағзаларға тікелей улы әсерімен, сонымен бірге жанама әсерімен де түсіндіріледі: өсімдік жамылғысының өзгеруі, топырақтың қызуы, құрғауы, рН жоғарылауы, өсімдіктердің түсуінің нәтижесінде топыраққа келіп қосылатын органикалық заттардың  мөлшерінің азаюы.

Ластағыш факторлардың 5-жыл бойы әсерінің нәтижесінде ауыр метал-дардың топырақта жинақталуына және микробтық бірлестіктің саны мен сапалық құрамының өзгеруіне алып келеді. Саңырауқұлақтар бактерияларға қарағанда төзімді болып келді. Топырақтағы мицелий жіпшесінің ұзындығы мен саңырауқұлақ мицелийінің биомассасы ауыр металдармен күшті ластанған топырақтарда зақымдалмаған аймақтармен салыстырғанда бір қатарға жоғары. Күкіртқышқылды мырышты 15 кг/га мөлшерінде енгізу биоценоздың құрылымы мен сипатын біршамаға өзгертті: аммонификациялайтын бактериялардың мөлшерін жоғарылатты және саңырауқұлақтардың мөлшерін төмендетті. Бірақ, бактериялар мен актиномицеттерде ауыр металдардың артық мөлшеріне сезімталдылығы жоғары, ал – саңырауқұлақтарда төмен  болып келді. Бұл микроағзалардың физиологиялық ерекшеліктеріне байланысты: микроскопиялық саңырауқұлақтардың тіршілік процессінде бөлінетін органикалық қышқылдар ауыр металдармен ерімейтін тұздар түзіп олардың улылығын бейтараптайды [37].

Бірқатар зерттеушілердің бақылауларының нәтижесі микроағзалар орта-дағы ауыр металдардың жоғары мөлшеріне бейімделгіштік қабілеттілігіне ие екенін көрсетті. Осылай, ауыр металдармен ластанған топырақтардан бө-лінетін микроағзалар олардың еш әсеріне ұшырамаған топырақтардың мик-роағзаларымен салыстырғанда артық мөлшеріне әлдеқайда резистентті болды. Мырыш, қорғасын, кадмий, мыспен байытылған Англияның мәдение-лендірілген топырақтарынан бөлініп алынған гетеротрофты бактериялардың популяцияларының осы металдарға төзімділіктері анықталғанда, Троуэр бір-неше авторлармен айқындағандай, топырақтағы ауыр металдардың мөлше-рінің деңгейі мен олардың жоғары концентрациясына төзімді бактериялардың санының арасында тура коррелляциялық байланыс бар. Топырақ бакте-рияларының қорғасынға сезімталдылығы зерттелгенде, ауыр металдар кон-центрациясы жоғары ортада бұл металмен байытылған топырақтарда кедей топырақтармен салыстырғанда өсіп шыққан бактериялардың мөлшері жоғары болды. Осыдан топырақтардың қорғасынмен ластануының салдары бұл элементтің артық мөлшеріне төзімді бактериялар селекциясы болуы мүмкін деген қорытынды жасауға болады [38].

Көптеген авторлардың мәліметтері бойынша, топырақтардың ауыр ме-талдармен ластануы салдарынан топырақ микробиогеоценоздарында құры-лымдық өзгерістер орын алады. Топырақтың қорғасын, кадмиймен ластануы микроағзалар құрамының кедейленуіне және микроағзалар, бациллдар мен саңырауқұлақтардың целлюлоза түзетін түрлерінің доминантты дамуына ықпал етеді. Қиыр Шығыстың қара топырақтарында 1200 мг/кг мөлшерде қорғасын болғанда  азоттың органикалық формаларын  пайдаланатын спора түзбейтін бактериялар практика жүзінде мүлдем  байқалмаған. Топырақта қорғасынның артық мөлшерінің әсерінен кейбір саңырауқұлақтардың, әсіресе Paecillomyces lilacinus көбеюінің күшеюі, байқалған. Қорғасын-мырыш кен орнының қалдықтарында дамыған топырақтарда Penicillium туысының өкілдері мүлдем болмаған, ал Mortierella, Verticillum туыстарының түрлері басым болған. Топырақта қорғасынның жоғары концентрацияларында (1000-5000 мг/кг) бұндай топырақтарға сипатты емес Phycomycetes саңырауқұлақтарының қарқынды дамуы байқалған. Топырақтағы ауыр металдардың мөлшері мен Sporobolomyces roseus-тің мөлшерінің арасындағы корреляцияны бақылады. Авторлар S. roseus-тің қоршаған ортаның ауыр металдармен ластануына биоиндикатор ретінде қолданылу мүмкіндігі жайлы пікір айтты. Олар топырақтағы қорғасын мен Aureobasidium pullulens мөлшерінің арасында оң коррелляцияны байқады. Топырақ пен су кадмиймен ластанғанда Penicillium lilacinum тест түрінде, ал Metallogenium топырақтан темір, марганец, алюминийді жинақтайтын көрсеткіш ретінде пайдаланылуы бойынша мәліметтер бар [39].

Топырақтың өнеркәсіп қалдықтарымен ластануының микроағзаларға әсеріне орай антропогендік факторлардың әсерінен микробиологиялық және биохимиялық көрсеткіштердің өзгеруін топырақтардың ластануына диагнос-тика қою және ластанудың алдын-алуды болжауда пайдалануға болатынын тұрғысынан қарастырады.

Демек, биосфераға деген техногенді әсердің уақыт өткен сайын көбеюіне байланысты қоршаған ортаның ауыр металдармен ластануына топырақ микроағазаларының биологиялық реакция жауаптарын зерттеу өзекті мәселе болып табылады. Қазіргі уақытта осы мақсатта топырақтардың биологиялық белсенділігін анықтау, ластану әсерінен топырақ микроағзаларының кешендік құрылымдарының өзгеруін бақылау, ортадағы ауыр металдардың артық мөлшеріне индикатор-түрлерді айқындау  пайдаланылады.

Бұл сұрақтар геохимиялық экология тұрғысынан қарастырылып, қор-шаған ортаның ауыр металдармен ластануына биологиялық реакция жауап-тарына баға беру және болжаудың жаңа критерийлерін ұсынуға мүмкіндік берді.

Топырақтың құнарлылық деңгейінің маңызды көрсеткіштерінің бірі - оның биологиялық белсенділігі. Топырақ – биологиялық жүйе болып табылады және онда өтетін барлық процесстер өзара шартталған. Топырақтанудың негізін қалаған В.В.Докучаевтің өзі онда жүретін күрделі процесстермен бірге, оны күрделі табиғи дене деп қарастырды. П.А.Костычев өсімдіктер мен микроағзаларға ерекше көңіл бөліп, биологиялық факторларды ерекше маңызды орынға қойды, өйткені олар органикалық заттардың ыдырауы мен қарашіріктің жиналуындағы негізгі агент болып табылады да, потенциалды құнарлылықтың басты көрсеткіші деп есептеледі.