Ауыр металдардың өсімдіктерге биологиялық әсері

12

Мысалы, фотосинтездің нашарлауына, тыныс алу процесінің екпінді  жүруіне ықпал жасайды, ал мұның  ағза үшін еш пайдасы жоқ, өйткені, энергиянын шығыны көбейеді, сол сияқты метаболиттердің  жылжуына себін тигізеді. Рас, жапырақ  бетіне түскен мыстың өсімдік бойына өту жылдамдығы кутикуланың қалыңдығына  қарай әр түрлі  өсімікте түрліше  болады. Осы белгілеріне қарай ауыр металдарды ретімен орналастырса, онда кадмий, қорғасын, мырыштан кейін мыс төртінші орында тұраы: Cd > Pb > Zn > Cu > Mn > Fe. Ал  активтілігіне, яғни, түрлі реакцияларға тез кірісетін қабілетіне қарай мыс екінші орынға шығады:  Fe > Cu > Mn > Cd > Zn> Pb. Демек, қорғасынмен салыстырғанда кутикула арқылы мыс өсімдіктің бойына нашарлау енеді, бірақ оның есесіне ішке кіріп алған соң мыс темірден кейін ең активті метал болып, тұрғанына қарағанда оның зиянды жағы аз болмаса керек.

    Мырыш - Жер қыртысында сульфидті шөгінділердің құрамына кіретін халькофильдік элемент. Массаға есептегенде жер қыртысындағы оның орташа мөлшері 8,3х10^-3% болатынын А.П.Виноградов (1952ж) хабарлайды. Кварц және далалық шпат сияқты жеңіл минералдың  құрамында мырыш бола бермейді, ал саз минералдарының құқрамында оның жалпы қорының 20-60%-ға дейін мөлшері шоғырланған. Мырыштың атмосфераны ластау жолдары кадмийге ұқсас. Қоршаған ортаға мырыш таратып, оны ластайтын негізгі көздерінен гальванивалық және оны қорытатын зауыттарды айтуға болады. Жоғарыда айтылғандай ауырметалдардың қай қайсысының да өсімдікке өтуі тек топырақтан тамыр арқылы ғана емес, оның белгілі бөлігі ауадан жапырақ бетіне түсіп, онан кутикула арқылы клеткаға өтеді.  Мырыш солардың бірі. Ауыр металдардың жапырақ бетіне түсіп, онан клеткаға өту жылдамдығына қарай ретімен орналастырғанда солардың ішінде кадмий мен қорғасыннан кейінгі үшінші орыны осы мырыш иемденеді. Демек, мырыштың өсімдік клеткасына өтуде оның өткірлігі бірден көзге түсеі.

13

Ол қатар мынадай: Cd > Pb > Zn > Cu > Mn > Fe.Кадмий. Қоршаған ортада тірі табиғатқа, әсіресе жан- жануарларға  аса қауіпті аур металдардың  бірі саналатыны осы кадмий. О сульфидтік шөгінділердің құрамында болатын  халькофилдік элемент. Көбінесе қорғасын мен мырыш өндіру үшін сульфидт шөгінілерді  өңдегенде алынатын концентраттың  құрамында болады. ондағы кадмийдың  мөлшері 0,2% шамасында. Топырақтағы бұл металдың табиғи қоры 4,5х10^-4%, ал оның ауадағы деңгейі шамамен 0,002 мкг/м. Қоршаған ортаға кадмий тарататын көздер осы металды өндіретін салаларымен байланысты. Зерттеулердің қолда бар нәтижелері Сырдарияның атыраулық топырақтарында кадмийдың орташа ең төменгі мөлшері 0,38-0,55 мг/кг-нан жоғары деңгей 0,62-0,65 мг/кг-ға дейін болатынын көрсетті. Сонда топырақтағы жалпы орташа мөлшері 0,51-0,60 мг/кг шамасында. Осы мәліметтерге қарағанда сырдың атыраулық топырағындағы кадмийдің қоры тегі жағынан табиғи болғанымен ол ауадан және фосфор тыңайтқыштарымен бірге түсетін кадмийдың есебінен толғып тұраы. Қазіргі кезде топырақтың осы элементпен ластануы өсімдік қауымдастығына, оның ішінде микробиологиялық ценоздарға зиянды екені белгілі болып отыр. Әйтсе де топырақтағы биохимиялық процестер неғұрлым күшті жүретін болса, кадмий металының тірі табиғатқа улылық әсері солғұрлым пәстеу болатыны дәлелденді. Бұл элемент басқа ауыр металдар сияқты өсімдіктің жапырақ бетіне түсіп, онан кутикула арқылы клеткаға өтеді. Мысалы, Жапонияда балықтардың сынаппен ластануы күрделі минамат ауруын тудырды. Иракта фунгицидпен дәріленген бидайдан жасалған наннан улану жағдайлары байқалған. Минералды тыңайтқыштардың жоғары мөлшерін қолдану улануды және әртүрлі ауруларды тудырады. Адамдар және жануарлар үшін ауыр металдардың жоғары мөлшерінің жалпы уытты әсері ағзаның маңызды жүйелерінің орталық және перифериялык жүйке жүйесі, қан айналымы, ішкі секрецияның іс-әрекетінің өзгеруіне немесе бұзылуына әкелед.

14

Химиялық ластағыш заттар адам және жануарлардың әртүрлі мүшелеріне және ұлпаларында іріктеле жинақталады. Әдетте олар қарқынды биохимиялық үрдістер жүретін мүшелерде - бүйрек, бауыр, эндокринді безде шоғырланады. Өнеркәсіпті  аудандарда атмосфералық ауаның ластануы нәтижесінде өлім-жітім және аурулардың артуы; орташа өмір сүру ұзақтығының  төмендеуі; иммундық жүйенің, қанның морфологиялық  құрамының, балалардың физикалық дамуының бұзылуы түрінде спецификалық емес биореакциялар байқалады. Мыс балқыту  зауыттарының зонасында өмір сүретін  адамдарда тыныс алу мүшесінің  ісік ауыруынан өлім-жітімнің жоғарылауы, алюминий, болат құятын және суперфосфат  өндірісінің маңында тері аурулары байқалған. өзінің улылығына, табиғатта  таралуына, қорек тізбегінде жинақталу  мүмкіндігіне қарай биосфераны ластайтын, бірінші кезекті бақылауды қажет  ететін оннан астам элементтерге ерекше назар ауды.  Қауіптілік дәрежесі(1.2 кесте) бойынша оларды үш топқа бөледі:

1.1 кесте –Ауыр металдарды  қауіптілік дәрежесі бойынша  жіктелуі

15

2.2.Ауыр металдармен ластануы

     Жер бетінде қорғасын, сынап, кадмий, т.б. ауыр металдардың жергілікті, аймақтық және ғаламдық жиналу процесі. Ортаға металдардың ену жолдары әр түрлі (металл бөлшектерді жоңқалау, коррозия, іштен жанатын қозғалтқыштардың, жылу энергетикасы қондырғыларының, т.б. шығарындылары); олар, негізінен, терең жер қабатынан алынуы және жер бетінде таралуы арқылы жиналады. Бұл орайда антропогендік химиялық реакция нәтижесінде табиғи қосылыстардан металдардың босауының үлесі шамалы.Ғылыми-техникалық прогресс қоршаған ортаның көптеген мөлшерде зиянды заттармен ластанып, қалыптасқан табиғи тепе-теңдіктің бұзылуымен қатар жүруде. Республиканың көптеген аймақтары газ, сұйық және қатты күйдегі өндіріс қалдықтарымен, сульфаттармен және ауыр металдармен ластануда. Қоршаған ортаның зиянды заттармен ластану деңгейі жоғары болуына байланысты олардың жануарлар ағзасына түсуіне, тигізетін зияны мен биологиялық рөлін зерттеуге ерекше көңіл бөлініп отыр.Өндіріс ошақтары орналасқан аудандардың атмосферасына көп мөлшерде  әр түрлі химиялық қосылыстар, ауыр металдар түсуде. Ауыр металдардың 80% микро-элементтердің қатарына жатады. Микроэлементтердің ауыз су мен тағам өнімдерінде жетіспеуі зат алмасудың бұзылуына, нәтижесінде эндемиялық аурулардың дамуына әкеліп соқтырды. Ал, ауыр металдардың өсімдіктер мен жануарларда артық мөлшерде жинақталуы олардың ағзасында жүретін тіршілік үшін маңызды процестерге қауіп төндіреді. Бұл, ауыр металдардың суда, топырақта қалыпты мөлшерде болу қажеттілігін талап етеді. Себебі, трофикалық тізбек арқылы таралып, биотаға және адам ағзасына түседі де, оларға  кері әсер етеді. Өндіріс қалдықтарының қоршаған орта нысандарына түсуін, жинақталуы мен миграциясы, заңдылықтарын зерттеу олардың әсерін дұрыс бағалауға мүмкіндік береді (Попов А.В., 1993 ж).

16

Сондықтан, жоғарыда айтылған күрделі аймақтық проблемалар осы зерттеу жұмысының мақсаты мен міндеттерін  анықтады.

1-сурет. Ақшабұлақ кен  орнының жалпы шолу картасы.

17

      III. БӨЛІМ Ауыр металдардың өсімдіктерге биологиялық әсері

3.1. Өсімдіктерге металдардың тигізетін зиянды әсерлері

    Қоршаған ортаға түскен экотоксиканттар метеорологиялық  факторлардың әсерінен топырақта, суда және атмосферада кең таралып, тірі организмдердің тіршілік әрекетіне кері әсер етуде. Экотоксиканттардың үлкен қашықтықтарға таралуы олардың физикалық және физика-химиялық қасиеттеріне, яғни булануына, ұшқыштығына, ерігіштігіне т.б. байланысты. Қазіргі кезде барлық табиғи орталарда бақыланып отырған ластаушы  химиялық  заттардың негізгілерінің бірі- ауыр металдар. Бұл бір жағынан  металдардың биологиялық активтілігіне байланысты. Сонымен қатар, оларорганикалық қосылыстар сияқты  трансформацияға  берілмейді, биохимиялық айналымға түскенде ұзақ сақталады . Металдардың осы қасиеттеріне және қоршаған ортаның  бақылаусыз ластануына байланысты, өткен ғасырдың 50-ші жылдарынан кейін тірі организмдер жаппай улануы  байқала бастады . Көптеген ауыр металдар, олардың ішінде қорғасын, кадмий, хром, никель улы заттардың қатарына жатады. Олар тірі  организмдерде  жинақталып, ұзақ уақыт бойы сақтала алады және аккумуляцияланған у ретінде әсер етеді. Бұл заттардың тірі организмдердегі концентрациясы қоршаған ортадағы  концентрациясынан 100-1000 есе жоғары .Ауыр металдар (Zn,Cu) мен күкірт тотығы (SО₂) ағаш жапырақтарында  жүретін метоболизм процестеріне ингибитор ретінде әсер етеді. Орталық Европаның орман массивтерінің 23% дефолияциямен бүлінген (интенсивтілігі 25%). Қылқан жапырақтыларға қарағанда емен сияқты жапырақты ағаштар көп зардап шеккен. Ауыр металдардың өсімдіктерде жиналуы әр түрдің өз ерекшелігіне байланысты. Зерттеулер бойынша мыс балқыту өндірісіне жақын аймақта топырақ пен өсімдіктерге ауыр металдардың мөлшері бақылау аймағымен салыстырғанда өте жоғары.

18

 Мыстың мөлшері 12 есеге  дейін, ал  басқа элементтердің  мөлшері 2-5 есеге дейін артады. Сонымен  қатар, мырыштан басқа  ауыр металдардың мөлшері топырақта   өсімдіктерге қарағанда әлдеқайда  көп. Алайда, топырақта ауыр  металдардың  мөлшері 2-3 есе артса, олардың  өсімдіктердегі  мөлшері 5-6есе  артады. Статистикалық талдау қорытындысы  бойынша, топырақ пен өсімдіктер  арасында тура корреляциялық   байланыс бар .Зиянды қалдық  заттардың вентиляциялық таралу  аймағында жапырақтардың және  барлық өсімдіктердің  морфопатогенезі   байқалады.  Жапырақтардың зақымдануы  формасы мен түсі өзгерген  некроз түрінде, сонымен қатар,  хлороз, сарғаю, тургорлық қасиетін  жоғалту, түсі өзгермей құрап  қалу, өзгеріссіз немесе  болмашы  ғана сыртқы зақымданудан соң   түсіп қалуымен байқалады . Күшті  ластану аймақтарында өндірістік  шаң да өсімдіктерге айтарлықтай  кері әсерін тигізеді. Шаңның  ірі бөлшектері (5-10м/км) өсімдіктердің  жер бетіндегі мүшелеріне механикалық  түрде  әсер етеді. Шаң бүршік, гүл, жапырақты зақымдаумен қатар  (кескілеумен) ағаш қабығын да  зақымдап, оның жарылып, аршылып  қалуына себепші болады. Қабығы  аршылған ағаш  организміндегі  суынан айрылып, қурай бастайды, калийдің қызметі бұзылады, яғни  жалпы өсімдіктер организмінің  тіршілік  қабілеттілігі төмендейді .Атмосфераға бөлінген зиянды  токсиканттар, атап айтқанда  күкірт  ангидриді, көміртегі тотығы, азот  тотығы, күкір қышқылы,  күкір  сутегі, хлор және ауыр металдар  қылқан жапырақты ағаштардың  жаңғақтарының дамуы мен мөлшеріне,  тұқым саны  мен массасына кері  әсер етеді. Қоршаған ортаны  ластаушы өндіріс  көздерінен  алшақтаған сайын бұл көрсеткіштер  дұрысталғандығы байқалады. Соңғы  кездерде экосистемалардың өздігінен  тазалануы тіпті оларға ауыр  металдардың түсуі тоқталған  күнде де жүрмей отыр, оның  себебі, осы уақытқа дейін топырақта  жиналған және оның тұрақты  компонентерінде фиксацияланған  металдар мөлшерінің шамадан   тыс көптігінде болып отыр.Өндірістік  шаңмен

19

интенсивті ластанған  аймақта тіршілігін жойған вегетативті бүршіктердің саны күрт өсіп (тыныштық күйдегі бүршіктер) мөлшері 80%-ке артқан. Ластану аймағынан қашықтағаннан сайын  тыныштық күйдегі тірі бүршіктердің саны артып, 90%- ке көтерілген. Соның әсерінен қабығы тілімденіп, бұтақтары деформацияланады. Экосистемалар-дың сандық және  сапалық өзгерістері өндіріс көздеріне жақындаған сайын арта түседі. Осының әсерінен  ағаш қабығындағы целлюлозаның мөлшері артады, нәтижесінде өсімдіктерің иммунитеті төмендеп, сыртқы  орта факторларының әсеріне төзімділігі төмендейді. (температура, стресс, патогенді микроорганизмдер) Ағаш қабығында целлюлоза мөлшері артып кеткен аудандарда зақымданған және тіршілігін жойған  ағаштардың саны артады. Сондықтан өсімдіктердің иммунитетін төмендететін техногенді  ластану олардың тіршілігін жоятын бірден-бір фактор. Табиғи стресстердің әсерінен иммуниеті төмендеген өсімдіктерде антропогенді ластануға жоғары  сезімталдық пайда болады.Өндірістік аймақтарда атмосфераның газды токсиканттармен ұзақ ластануы ағаш өсімдіктердің ассимиляциялық мүшелеріндегі пигменттердің түзілу мөлшеріне әсер етеді. Желдің бағыты бойынша таралған токсиканттардың жолындағы ағаштарда пигмент түзілу процесі жылдам жүретінін анықталған. Оған олардың жапырақтарындағы хлорофильдердің жоғары мөлшері дәлел бола алады .Соя өсімдігінің организміне кадмийдің түсуі артқан жағдайда (50мкг/моль) көміртегі айналымының жылдамдығы мен жапырақтардың су  өткізгіштігі алғашқы көрсеткішінен 50%-ке төмендеген. Мұндай өзгеріс жапырақтарда су мөлшеріне және  фотосинтез су өткізгіштігіде бір аптада 67% -ке төмендеген. Жоңышқа өсімдігіне құрамында мырыш пен кадмий бар ерітіндімен әсер  еткенде өсуі баяулап, хлороз белгілері мен жүйкелерінің арасында некроз пайда болған. Ластанудың артуы кейбір өсімдіктердің тіршілігінің жойылуына әкелген.

20

Кадмий мен қорғасынның  әсерінен өсімдіктер ұлпаларындағы  каталазаның және протеазаның активтілігі  төмендеп, ал пероксидазаның активтілігі  артады.Өсімдік және жануарлар организмінде ауыр металдардың  жиналуы, бірінші  кезекте бос иондарын активтілігімен  анықталады. Ауыр металдардың организмге енуіне әсер ететін екінші фактор болып  алкилденген және басқа да спецификалық химиялық формалардың болуы есептеледі.. Металдардың генетикалық өзгерістердің  кең спектрінің түзілуіне  себепкер. Бір метал клетканы бірнеше жерден зақымдай алады. Мысалы, кадмий ДНК  молекуласын зақымдауға, лизосомаларды  бұзуға, ДНК репарациясын тежеуге  қабілетті. Қорғасын ДНК репликациясы ферменттерінің синтезін бұзады, ДНК-ның  құрылымын өзгертеді. Мыстың жоғары мөлшері  ДНК конформациясын өзгертеді  және ДНК мен РНК синтезін  стимуляциялайды. Зерттеулердің нәтижелері көрсеткеніндей, кәдімгі сирень  және бирючина өсімдіктеріне ауыр металдар жиналған жағдайда фитогормондардың әсіресе цитокининдердің активтілігі төмендейді. Меристеманың флориальды морфогенезге көшуі гибберилиндер мен цитокининдердің активтілігінің артуымен  сипатталады. Алайда қоршаған орта ауыр металдармен ластанған жағдайда олардың активтілігінің деңгейі төмен күйінде қалады (ластанбаған ортамен салыстырғанда). Бұл фитогармондардың активтілігінің төмендеуі  меристеманың  дамуын тежеуші факторлардың бірі. Қоршаған орта ауыр металдармен ластанғанда өсімдік құрамындағы қанттардың, әсіресе сахарозаның мөлшері де төмендеп кетеді. Демек, орта ауыр металдармен ластанғанда  митоздың активлігінің төмендеуіне, меристеманың генеративті даму жолына көшуіне маңызды жағдайда фитогармондар мен қанттардың жетіспеуі кері әсер етеді. .Халықаралық денсаулық сақтау ұйымының мәліметтері бойынша қандағы қорғасынның қалыпты мөлшері 15-40 мкг/100 мл. АҚШ-да қала балаларының 5%-ке жуығының орталық жүйке жүйесінің қызметі қорғасын

21

тұздарымен зақымданған, ал Шотландияда балалардың 17%-нің  қанында 50-80 мкг/100 мл қорғасын кездеседі. Адам қанындағы қорғасынның мөлшері  оның ауадағы мөлшерінің артуымен пропорциональды  көтеріледі . Металдардың улылығын анықтаудағы маңызды жағдайдың  бірі –организмнің металдар аэрозолін  сіңіру. Мысалы, қорғасын-мырыш өндірістерінен бөлінетін қорғасын мен мырыштың сульфаттары мен хлоридтері биосферада оңай жылжып, бүкіл тірі организмдерге  жеңіл тасымалданады. Қорғасын-мырыш комбинаттарынан қоршаған ортаға бір мезгілде заттардың газды шаң түріндегі комплексі бөлінеді, ол газды заттардың организмге бірлескен түрде әсер ететінін көрсетеді. Мұндай комплексті әсерді бағалауда ортаның климаттық ерекшеліктеріне, атап айтқанда ауа температурасына, ауаның салыстырмалы ылғалдылығына көңіл бөлген жөн . Ауыр металдардың әсерінен өсімдік түрлерінің  реакциясы барлық ұйымдасу деңгейлерінде, яғни клеткалық, организмдік және популяциялық деңгейлерде байқала береді. Клеткалық деңгейде ауыр металдардың артық мөлшеріне қатысты жалпы байқалған стресс ретінде жасуша мембраналарының зақымдануы мен ферменттердің активтілігінің өзгеруі байқалады. Организмдік деңгейде өсімдіктің жеке бөлімдерінде морфологиялық және физиологиялық зақымданулар байқалады. Оларға  жапырақтардың некрозы, пішіндерінің өзгеруі, өркендердің қурап қалуы, өсімдіктің өсуінің баяулауы жатады. Зақымданған жапырақтарда жабын ұлпасы мен механикалық ұлпа, эпидермистің клеткалық қабаты әлсіз жетілген және кутикуласы жұқа болады. өндірістік ластанудың әсерінен дамудың толық циклы бұзылады . Ауыр металдарды адсорбциялау әр өсімдік түрінде әртүрлі жүреді. Мысалы бұршақ тұқымдастары, шатырша гүлділер , крест гүлділер және тал тұқымдастарына жататын өсімдіктер қорғасынды аз  жинайтыны анықталған, ал раушан гүлділер, күрделі гүлділер және  шегіршіндер тұқымдасының өсімдіктері көп мөлшерде жинайды. Ауыр металдардың тұздары өсімдіктер клеткеларында хромосомаларды үзеді, яғни құрылымына әсер етеді.

22

Аллюминий, кадмий, теллур т.б. ауыр металдар жануарлар мен өсімдіктердің  клеткаларында хромосомалық және генетикалық  мутациялардың кең  спектрін құрайтыны  туралы көптеген мәліметтер бар. Ауыр металдар өсімдіктер организмінде жинақталып, трофикалық  тізбек арқылы тарала отырып, тірі организмдердің әртүрлі таксономиялық  топтарына, оның ішінде адамға да зиянды әсер етеді .  Ауыр металдардың тұздары  бөліну кезеңінде хромосомалық аберрациялардың  жиілігін 2 есе арттырады. Көп жылдық  өсімдіктер, әсіресе дәнді дақылдар, құнды топырақтар мен өндірістік  территорияларда  табиғи  түрде  көптеп өседі.  Астық тұқымдастарының  түрлері ағаш өсімдіктеріне қарағанда  өндірістік газдардың әсеріне төзімді. Астық тұқымдастары ауыр металдармен  көп мөлшерде ластанған территорияларда  өсе алатындығы белгілі.Ауыр металдар иондарының жоғарғы концентрациясы, хросома ішіндегі  жеке органикалық  байланыстардың поляризациясын тудырады.  Бұл жағдайда барлық “ионды” мутациялар хромосомалардың үзілуімен сипатталады .