Диссертация (1154494), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В гидрологическом цикле только 1 % примесейрастворён в воде, а остальные 99 % сохраняются в отложениях ипроявляются со временем, являясь вторичным источником загрязняющих29веществ в водной среде (Paramasivam et al., 2015; Nazneen и Patel, 2016).Донные отложения можно назвать своеобразной «ловушкой» длятяжёлых металлов, потому что в них ТМ способны находиться долгое времяи накапливаться. Многие исследования показали, что содержание ТМ вдонных отложениях намного, в тысячи раз выше, чем в речной воде (Erel etal., 1991; Jain et al., 2004; González et al., 2000; Karadede-Akin et al., 2007;Wang et al., 2010).
Однако если образец речной воды берётся вблизи местасброса, то такая разница может быть меньше.Кроме того, некоторыми исследователями показана корреляция междусодержанием ТМ в донных отложениях и в речной воде (González et al., 2000;Gaur et al., 2005). Содержание ТМ в донных отложениях обычно имеетвысокие значения там, где в речной воде также высокое содержание ТМ.Однако другие исследователи полагают, что такой корреляции не существует(Zhang и др., 2010). Они указывают на тенденцию к более высокомунакоплению ТМ в донных отложениях по сравнению с растениями, а врастениях – по сравнению с речной водой (Singh et al., 2005; Zhang et al.,2010). Это действительно справедливо для большинства случаев, однако вместах, близких к сбросу, содержание ТМ в речной воде будет оченьвысоким, и данная тенденция там не применима.
Таким образом, необходимопровести много дополнительных, подробных исследований, чтобы сделатьболее точное заключение о соотношении содержания ТМ в речной воде,отложениях, флоре и фауне.Накопление металлов в донных отложениях может привести кнеблагоприятным экологическим последствиям. Ряд исследований показал,что активное загрязнение рек и накопление тяжёлых металлов происходит втечение последних нескольких десятилетий (Özkan, 2012; Nagajyoti et al.,2010; Li et al., 2000). Оценка распределения металлов в донных отложенияхнеобходима для анализа антропогенного воздействия и качества речнойводы, а также их влияния на природные сообщества и экосистему в целом.Накопление металлов в донных отложениях имеет важное значение из-за их30интеграции с пищевой цепью, которая может быть опасна для водныхорганизмов, поэтому исследование тяжёлых металов в донных отложенияхиграет большую роль (Бо и др., 2014; Али и др., 2015; Parween et al., 2017).Макрофиты водно-болотных угодий по сравнению с другимирастениями и животными имеют большую вероятность накопления металлов(Jana, 1988).
Факторы, влияющие на накопление водными растениямиметаллов, могут быть как биологическими (например: вид, возраст,генерация), так и небиологическими (например: температура, сезон,солёность, рН, концентрация металла). В частности, на накопление металловв макрофитах влияют концентрации металлов в воде и донных отложениях(Lin and Zhang, 1990), а также металлосодержащие соединения, такие каксвободные и гуминовые комплексы. Из-за волокнистых корневых системводных растений с большими участками контакта установлена способностьданных растений к накоплению больших количеств (Wang et al., 1997).Водные макрофиты могут накапливать большие количества тяжёлыхметаллов и переносить их большие концентрации в воде. Выбор видоврастений для биомониторинга, однако, зависит от местных условий иналичия водных макрофитов.Водный макрофит Phragmites australis, известный как обычныйтростник, является одним из наиболее распространённых растений, живущихво влажном состоянии экосистем.
Это растение может противостоятьусловиям, в том числе наличию токсичных загрязнителей, таких как тяжёлыеметаллы (Baldantoni et al., 2004; Quan et al., 2007).Phragmites australis также широко распространён в городских ипромышленных водоемах, загрязненных металлами (Bragato et al., 2006;Lesage et al., 2007; Vymazal et al., 2007).1.5. Влияние тяжёлых металлов и мышьяка на прибрежную воднуюрастительностьТяжёлые металлы подразделяются на необходимые и несущественные31микроэлементы для нормального роста растений. Такие микроэлементы, какCo, Fe, Mn, Mo, Ni, Zn и Cu, необходимы для нормального роста растений ипринимают участие в окислительно-восстановительных реакциях, переносеэлектронов и других важных метаболических процессах. Несущественныеметаллы (Pb, Cd, Cr и Hg) могут быть потенциально высокотоксичными длярастений (Sharma et al., 2009; Clemens et al., 2001; Sebastiani et al., 2004; Rai etal., 2004).Медь является важным микроэлементом для роста и развитиярастений, поскольку он связан с белками, участвующими в переносеэлектронов в окислительно-восстановительных реакциях, и также являетсякофактором при фотосинтезе, митохондриальном дыхании, окислительномстрессе реакции и сигналах передачи этилена (Hirayama et al., 1999).Несмотря на свою важность для ферментативной функции, Cu являетсятоксичным элементом для растений при повышенных концентрациях,поскольку он способен катализировать реакции Haber-Weiss и Fenton,приводящие к образованию активных форм кислорода, которые могутповредить клеточные компоненты (Bona et al., 2007).
Недавно Adrees et al.(2015) рассмотрели влияние избытка Cu на физиологические функциисельскохозяйственных культур. Воздействие высоких доз Cu вызывалоингибирование роста и замедление окислительных процессов пшеницы, риса,кукурузы, подсолнечника и огурцов. Обработка медью также изменяетминеральное питание, фотосинтез, активность ферментов, что приводит кснижению роста и урожайности культур (Adrees et al., 2015).В корнях риса Cu оказывала воздействие на белки, участвующие вантиоксидантной защите, углеводном обмене, метаболизме нуклеиновыхкислот и белков, синтезе клеточной стенки (Song et al., 2014).С целью более глубокого понимания молекулярных механизмов,участвующих в реакции растений на Cu, было проведено сравнительноеисследование между Cu-устойчивыми и Cu-чувствительными сортами риса(Chen et al., 2015).
Отобранные Cu-реагирующие белки были вовлечены в32антиоксидантнуюзащиту,детоксикацию,патогенезирегуляциютранскрипции генов. Karmous et al. (2014) исследовали роль ubiquitinproteasome и пептидаз в реакциях растений на концентрации Cu вботанических семядолях. Медь индуцировала инактивацию путей убиквитинпротеасомы и лейкоксипролин-аминопептидаз и ограничение роли вмодулировании удаления регуляторных и окислительных повреждённыхбелков. Однако активность трипсина и химотрипсина была увеличена из-занапряжения Cu, а активность их ингибитора снижалась, что указывает на то,что эти эндопротеазы играют определённую роль в защите клеток оттоксичности Cu.Cu играет важную роль в функции клеток, расходе энергии и вструктурном составе хромосом.
Избыток Cu увеличивает аномалии у корнеймитоз мицелл. Этот тяжёлый металл является важным микроэлементом длянормальногометаболизмарастений,большогоколичестваметаллоферментов, связанных с фотосинтезом пластоцианина и мембраннойструктуры по сравнению с другими токсичными тяжёлыми металлами (Li,Xiong, 2004). Чрезмерное накопление меди в тканях растений может бытьтоксичным, так как влияет на их физиологические и биохимическиепроцессы и рост. Обработка медью приводит к изменениям в азотном обменес уменьшением общего азота (Llorens et al., 2000). Медь оказываетвоздействие на увеличение свободных аминокислот (Mazen, 2004). НаличиеCu значительно снижает содержание хлорофилла и ингибирует рост.Всё более актуальной становится проблема токсичных воздействийкадмия на биологические системы.
Ионы Cd2+ легко поглощаются корнями итранслоцируются в листьях многих видов растений. Основным воздействиемCd является снижение роста, влияние на фотосинтез, флуоресценциюхлорофилла,поглощениепитательныхвеществрастения.Растения,обработанные более высокой концентрацией Cd, обычно замедляются вросте. Результаты токсического кратковременного воздействия Cd в PopulusNigra показали, что белки реагируют на стресс. В условиях стресса33изменялись фотосинтетический углеродный метаболизм и энергетическиепроцессы (Lomaglio et al., 2015). В видах водного растения эйхорния(водяной гиоцинт - Eichhórnia Сrassipes) воздействие Cd затрагивало какфизиологические, так и метаболические свойства (Li et al., 2015).
Возникалимногие факторы стрессоустойчивости, такие как увеличение количествапролина,белковтепловогошока,появляласьзащитаирегуляцияфункциональных белков. Кроме того, содержание ряда антиоксидантов,участвующих в детоксикации активных форм кислорода, было увеличено вответ на стресс Cd.Цинк является важным элементом растений и участвует во многихметаболических процессах. Его токсичность увеличивает проницаемостькорня мембраны и влияет на активность некоторых ферментов, а также наинтенсивность метаболических процессов.Следствием накопления тяжёлых металлов в растениях в целомявляется снижение их роста. Это часто является результатом ингибированияфотосинтеза, что было доказано на примере культивируемых растений(Mishra et al., 2008).Мышьяк проникает в растения через корневые эпидермальные клетки,конкурируя с фосфатом-ионом из-за химических сходств между этими двумяионами (Meharg et al., 1992).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
