Техногендік факторлардың өсімдіктегі биомассаның жинақталуына әсері

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 [62].

Cd-дің  физиологиялық және биохимиялық  процестерге әсері. Кадмий өсімдіктердің  мембрана өткізгіштігіне кедергі  келтірумен қатар тыныс алу, фотосинтез және бірқатар ферменттердің белсенділігіне кері әсерін тигізеді. Кадмий жүгерінің тамыры меристемалық клеткасының митоздық бөліну кезінде ядроның бөлінуіне кедергі келтіреді. Бұл кедергі қайтымсыз және клетканың өлуіне әкеледі. Кадмийдің 6х10-6 М концентрациясы күнбағыс өсімдігінің нитратредуктаза және глутаминсинтетаза ферменттерінің белсенділігін жоғарылатқан, ал оның 1-ден 25 мМ концентрациясы 2 апталық жүгері өсімдігінің малатдегидрогеназа, глюкоза-6-фосфатдегидрогеназа және гваякол-пероксидаза ферменттерінің белсенділігін тежеген. Сонымен қатар кадмий күріш тамырының пероксидаза ферментінің белсенділігін жоғарылатып, ондағы пролиннің жинақталуына әкелген [63].

Бидайдың (8-күндік Омская-9 с.) АТФ-аза ферментінің белсенділігі кадмийдің 10 мг/кг, 20 мг/кг, 40 мг/кг концентрацияларында  бақылаумен салыстырғанда 19, 61, 63 %-ға дейін төмендеген. Кадмий іn vіtro жағдайында АТФ-аза ферментінің белсенділігін жоғарылатса, іn vіvo жағдайында Н+/К+ иондарының тасымалдануын тежеген.

Ю. П. Мельничук (1979) қызметтестерімен бірге ауыл шаруашылық өсімдіктері тұқымдарының алғашқы өсу кезінде кадмийдің төменгі концентрациясымен өңдегенде оң әсер беретіндігін көрсетеді. Ол қант қызылшасы тұқымы үшін 1 х10-4 М,  асбұршақ өсімдігі  үшін 5х10-5М, 2,5х10-5 М, күріш өсімдігі үшін 2,5х10-5М концентрациялары. Кадмийдің хлорлы тұзы ерітіндісінің 2,5х10-5М концентрациясы асбұршақ өсімдігінің тамыр меристемасы клеткасының  митоздық бөлінуінің G1-кезеңінде белок биосинтезі мен РНҚ синтезін жоғарылатқан. Бұл мәліметтер кадмийдің 2,5х10-5 концентрациясы асбұршақ өсімдігінің тамыр меристемасы клеткасының  митоздық бөлінуінің G0-G1 кезеңдерін тежемейді, керісінше оны тұрақтандыратын әсер беретіндігін жорамалдайды .

Мыс. Мыс-өсімдік тіршілігінде ауыстырылмайтын микроэлементтер қатарына жатса, оның қоршаған ортадағы жоғары концентрациясы улы ауыр металл болып саналады [64]. 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.

 А. В. Кузнецов (1997) мәліметтері бойынша  мұндай аймақтар Ресейде 1416 мың  гектар жерді алып жатыр.

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.

В. В. Демидчик (2001) қызметтестерімен жүргізген тәжірибелерінің нәтижелері  бойынша мыстың негізгі шоғырланатын орны хлоропластар, ядро, вакуольдер және клетка қабығы болып есептелді.

Мыстың улы концентрациясы жоғары және төменгі сатыдағы өсімдіктердің хлорофилл биосинтезін төмендетеді. Сондықтан оның әсеріне фотосинтез процесі өте сезімтал келеді, жұмысы бұзылады. Бірақ, мыстың әсерінен болатын фотосинтездің биохимиялық, фотохимиялық реакциялары әлі толық зерттелмеген [129, 130]. Тек, протохлорофиллидредуктазалар жұмысының тежелетіндігі туралы болжам жасалған [131]. Мыстың жоғары концентрациясы әсерінен фосфоенолпируваткарбоксилаза және рибулоза-1,5-дифосфаткарбоксилаза ферменттері белсенділігі тежеледі [132, 133].

Мыстың әсерінен хлоропластардың белоктық құрамы өзгеріске ұшырайды [134, 135]. Мысалы, 30-күндік күріш өскініне мыстың 4х10-6 моль/л ден жоғары концентрациясымен әсер еткенде тилакоид мембранасының полипептидтік құрамы өзгерген. Мыстың көбеюінен кейбір полипептидтердің пайда болуымен қатар, қайсыбір полипептидтер жоғалып кеткен [134].

Мыс фотосинтезге әсер ететін концентрациядан төмен мөлшерінің өзінде өсімдіктердің тыныс алуына кері әсерін тигізеді [136, 137]. А. В. Косицин (1983) жұмыстарында мыстың жоғары концентрациясы азоттың айналымын, белок биосинтезін және көмірсулар жұмысын бұзатындығы туралы мәліметтер келтірілген [138]. Осы процестерге жауапты NO3-NO2-редуктазалар, малатдегидрогеназалар, глюкоза-6-фосфатдегидрогеназалар, изоцитратдегидрогеназалар белсенділігін мыстың 10-6 моль/л концентрациясында тежелген [139].

Мыстың өзіндік физиологиялық рөлі кіші диометрлігі, жоғары атомдық салмағы, валенттілігін жеңіл өзгертуге қабілеттілігі, тұрақты кешенді қосылыстар түзуге қабілеттілігімен анықталады [120].

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 [128, 142].

 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 [120, 122].

     2. НЕГІЗГІ БӨЛІМ

      2.1. Зерттеу жұмыстарының материалдары

      Ауыр металдардың табиғи астық тұқымдас өсімдіктердің дәнінің өнуіне, өсіп-дамуына және биомасса жинақтауына  әсерін салыстырмалы зерттеу үшін Алматы (2000-2002 жж) және Алтай (2003-2004 жж) ботаника бағынан келесі өсімдік дәндері жиналды.    

Agropyron repens L-Жатаған бидайық. Биіктігі 50-100 см. Тамырсабағы жатаған ұзын өскінмен. Сабағы жасыл, тегіс, түксіз. Жапырақ қынабы тегіс түксіз, кей жағдайда төмен шашақталған. Тілшесі қысқа, жапырағы тегіс немесе бұралыңқы, ені 5-10 мм. Төменгі жағы тегіс жоғарғы жағы бұдырлы. Масағы тік, ұзындығы 7-15 см. Масақтары тік кейде қисық орналасқан, ені 10-20 мм. Жасыл немесе күлгін түсті 5-7 гүлдері бар. Масақ қабыршағы сүйірленген ұзындығы 5-12 мм. Маусым, тамыз айларында гүлдейді. Құрғақшылыққа, суыққа және тұздануға төзімді. Қалыпты жағдайда 25-30 ц/г және одан жоғары өнім береді. 1000 дәннің салмағы 2,5±0,9 г. Жаңа жиналған дәннің лабораториядағы өнгіштігі 80 % және 5-7 жылға дейін сақталады. Қазақстанның барлық аймағында кездеседі. Құнарды мал азықтық көпжылдық шөптесін өсімдік.      

Phleum pratense L- Шалғын атқонақ. Биіктігі 60-100 см. Сабағы тік, түксізбуын аралығы қысқа кейде толық ұзын болып келеді. Жапырақ қынабы жылтыр, түксіз, Тілше ұзындығы 4 мм. Жапырағы тегіс, өткір бұдырланған, ені 8 мм.  Гүлі 6-12 см цилиндр тірізді. Масағы ұзынша бүйірінен сығылған. Гүл қабыршағы 2 есе масақ қабыршағынан қысқа өтпейтін тісшелері бар. Құрғақ алаңқайларда өседі. Аймақтарға байланысты мамыр, маусым айларында гүлдейді. Құнарлы, көпжылдық малазықтық шөптесін өсімдік.   

Zerna іnermіs- Қылтанақсыз арпабас. Биіктігі 40-100 см. Сабағы тік, жалқы немесе топтасқан, түксіз. Тамырсабағы жатаған өскінмен. Тілшесі 1-2мм тарамдалған. Жапырағы тегіс, аздап бұралыңқы. Түксіз, ұшынан төмен иілген, шеттері жіпшелермен бұдырланған. Ені 4-9 мм. Шашағы 10-15 см тік, жиі сабақшасы тік бағытталған 3-7 ден. Масағы түзу, ұзын өткір 1,5-3 см, гүлі 5-12-ден жасыл немесе сұрғылт-күлгін. Масақ қабыршағы ұзын, өткір, жалаңаш және жіпшелермен бедерлі. Төменгілері 6-7 жоғарғысы 9-11 мм. Маусым, тамыз айларында гүлдейді. Аязға, суыққа және құрғақшылыққа төзімді. Жоғары температураға төзімділігімен көптеген астық тұқымдастарының алдында тұрса, топырақтың тұздануына Жатаған бидайықтан (Agropyron repens L) кейінгі орында тұрады. Көптеген асық тұқымдастарына қарағанда кейін гүлдегенмен көп мөлшерде қор затын жинайды. Ылғалды жақсы жағдайда 50 ц/г-ға дейін өнім береді. Қазақстанның барлық аймағында кездеседі. Әсіресе жазық далаларда, тау бөктерлерінде. Жоғары өнімді. Мал азықтық шөптесін өсімдік.   

     2.2. Өсімдік мүшелеріндегі ауыр металдарды анықтау әдісі. Кепкен өсімдік мүшелерін (тамыр, сабақ) ұнтақтап жоғары температураға төзімді пробиркаларға 20 мг-нан өлшеніп салынды. Әр пробиркаға 100 мл концентірленген күкірт қышқылына 8 мл  57 % хлор қышқылы қосылған қоспадан 1 мл-ден  құйылды. Пробиркалар қақпағын жауып түнге қалдырылды. Келесі күні ылғал күйдіру жұмысы ауа сорғыш шкафтың астында, электрлік плиткаға асбест төсеніші үстінде  жүргізілді. Толық түссізденуді біліп отыру үшін, бақылау варианты ретінде қышқылды жеке пробиркада 1 мл көлемде күйдірдік. Толық түссіздену процесі аяқталған соң, салқындатып көлемін 10 мл-ге дейін дистилденген сумен жеткізілді. Пробиркалар қақпағы жабылған күйде тоңазытқышта сақталды. Ондағы ауыр металл иондары инверсиондық вольтамперметрлік тәсіл көмегімен анықталды.

Өсімдіктердің төзімділігін Уилкинс коэффиценті бойынша анықтау Wilkins D. S. (1978)  әдісі бойынша жүргізілді.

     2.3. Зерттеу жұмыстарының нәтижелері 

      2 3.1 Ауыр металдардың кейбір табиғи астық тұқымдас өсімдіктердің

құрғақ биомасса жинауына әсері 

Көптеген зерттеушілердің мәліметтеріне қарағанда ауыр металдардың әсерінен тамырдың өсуі сабаққа қарағанда көбірек тежеледі, тамыр түктерінің саны және биомассасы азаяды. Ауыр металл әсерінен алдымен тамырдың меристема аймағы, содан кейін тамыр түктерінің түзілуі жүретін созылу аймағының клеткаларында күрделі өзгерістер орын алады. Өсу корреляциясы бұзылып, апикальды өсу мен латеральды өсу үйлесімділігі жойылады. Соның салдарынан тармақталуы, бойлай өсуі тежеліп қысқа жуан тамырлар түзіледі. Нәтижесінде өсімдік  тамырының жалпы және адсорбциялағыш бетінің көлемі кішірейеді, осыдан барып өсімдік біртіндеп тіршілігін тоқтатады. Тамырдың қоректік заттарды сіңіру қабілетінің төмендеуі бара-бара өсімдіктің өсуін, дамуын тежеп тіршілігін тоқтатуға дейін  әкеледі [86,85]. 

Ауыр металдар өсімдіктердің жер үсті мүшелерінің де өсуін тежейді, бұның салдарынан ассимиляциалаушы мүшелердің дамуы бұзылып, өсімдіктің жалпы құрғақ биомассасы төмендейтіндігі туралы деректер келтіреді [86, 87].

Келтірілген мәліметтерді ескере отырып ауыр металдардың әртүрлі концентрацияларының өсімдіктердің биомасса жинақтауына әсерін қарастырайық. Тәжірибеге ілінген өсімдіктердің биомасса жинақтау қарқыны ауыр металдардың концентрациясына тәуелді екендігі және ауыр металдардың 1-ші классқа жатқызылатын өте улы (Cd, Pb) түрлерінің тәжірибеге алынған концентрацияларында өсімдіктердің сезімтал түрлерінің өсіп-дамуының мүлд 

2-кесте Кейбір табиғи астық  тұқымдас өсімдіктердің құрғақ  биомасса жинақтауына мыстың  әсері (мг)