1.2 Өсімдіктерге ауыр металдар әсерінің физиология-биохимиялық ерекшеліктері.

Өсімдіктерге ауыр металдардың түсу жолдары. Қоршаған табиғи ортаның ауыр металдармен ластануы мен экологиялық мониторинг мәселесіне арналған зерттеулерде қазіргі уақытты ауыр металдарға Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесіндегі атомдық массасы 50 атомдық бірліктен асатын және тығыздығы >5 г/см ³ жететін 40-тан аса металдар тиісті. Н. Реймерстің жіктеуі бойынша, ауыр металдарға тығыздығы 8/ см³ болатын:

V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Mo,Cd,Sn,Hg,Pd,Bi металдар жатады. [].

Ауыр металдар өсімдіктерге топырақ пен атмосфера арқылы түседі.

Топырақтан ауыр металдарды өсімдіктер тамыр жүйесі арқылы сіңіреді. Егер топырақта ауыр металдардың мөлшері жоғары болса өсімдік оларды жер үсті мүшелерінде де жинақтайды. Ауадан ауыр металдар устьица арқылы түседі, бірақ негізінен шаң бөлшектері эпидермистің балауызды құрылымы мен берік байланысуы мүмкін.Жапырақтардың ауыр металдарды сіңіру қабілеті олардың анатомиялық құрылымында байланыстылығы бар.

Сулы ортадан ауыр металдар устьица және кутикула арқылы пассивті диффузия немесе активті транспорт жолымен түсуі мүмкін[7-20]. Ауыр металдардың топырақ ерітіндісіндегі концентрациясы металдардың фитоқолжетімділігі үшін маңызды фактор болып табылады. [8-21].

Иондардың мембрана арқылы тасымалдануы элементтердің химиялық қасиетіне және биологиялық маңызына байланысты әртүрлі жолдармен жүзеге асады. Жоғары концентрацияда Cd мембрана арқылы сіңіру пассивті, ал ортада төмен концентрацияда активті процесс[9-22].

Плазматикалық мембрананың беттік зарияды клеткаға үлкен зариядты және жоғары валентті иондардың тасымалдануына әсер етеді[10-23], және плазмалемма зариядының өзгеруі металл иондарының трансмембрандық өтуін реттеуде негізгі рөл атқарады[11-24,25].Катиондар мембрана арқылы бетінде теріс зариядының болуына,метаболиттік тәуелді процеспен протондарды Н⁺-АТФ-азамен ауыстыру немесе Н⁺ пассивті шығарылуымен байланысты өтеді[12,26].

Ауыр металл иондарының өсімдіктерге түсу жолдары арнайы транспорттық жүйелер арқылы жүзеге асады.Биологиялық мембраналардың транспорттық жүйесін иондық каналдар және тасымалдаушылар деп екіге бөліп қарастыруға болады. Иондық каналдар таңдамалы болады. Ал тасымалдаушылар таңдамайды [13,27]. Ерітінді тасымалдаушымен байланысу аймағында байланысады және белок-тасымалдаушы конформациялық қайта құруынан кейінгі босаған мембраналар арқылы транспортталады. Иондардың транспорты бірізділік тасымалдаушы жүйе арқылы жүзеге асырылады[28].

Алмастырушы физикалық-химиялық сорбция жолымен клетка қабығымен ауыр металл иондарының қайтымды байланысы жағдайында өсімдік бойына ион тасымалдануын қамтамасыз ететін концентрациялық градиент бар кезде олар симпластқа пассивті түрде диффузиялануы мүмкін. Алмастырушы адсорбция жүретін аймақтар селективті емес. Олардың қатысуымен Cd,Zn,Cu,Hg және т.б. металдар түседі [29]

Клетка қабығының бос аймақтарына металл иондарының жинақталуы ионалмастырушы коэффициент мөлшері арқылы анықталады. Ал бұл белоктардың гистидиндік топтары санына тәуелді, сондай-ақ, пектиндердің бетінде орналасқан карбоксилдік топтар мөлшеріне тәуелді [24].

Металл иондарының алмастырушы –байланыс фракциясы керекті элементі жоқ қоректік ортаға ауыстырылған кезде тамыр жүйесінен шайылады. Клетка қабығы арқылы өте отырып, иондардың бір бөлігі апопласттың реактивті компоненттерімен байланысады, ал басқа бөлігі цитозолға түседі[30]. Тамыр жүйесінде ауыр металдардың иммобилизациясы клетка қабығының бетінде және тамыр симпластының маңайында орналасқан шектеулі аймақтармен метаболиттік емес қайтымсыз байланыс өсімдік клеткалары мен ұлпалары арқылы токсикалық иондардың қозғалысын шектейді, екіншіден, бұл процесс концентрациялық градиенттің пайда болуын қамтамасыз етеді.

Металдардың өсімдік мүшелері мен клеткаларындағы локализациясы өсімдік бойымен жылжу қабілетіне тәуелді болады. Ғалымдардың люпинмен жүргізген зерттеу жұмыстарының нәтижесінде Pb ең жоғары концентрациясы тамырдың ұшында жинақталатындығы байқалған, ал базальді бөлігі мен өскіндерінде оның мөлшері төмен болған. Pb көп мөлшері орталық цилиндрмен салыстырғанда контикальді паренхимада жоғары болатындығы анықталды. Бұл факторда Pb басқа ауыр металдармен салыстырғанда жылжымалылығы төмен екендігінің дәлелі бола алады[30-31].

Металдар тамыр арқылы өсімдіктің жер үсті мүшелеріне тасымалданады. Ауыр металдар иондары тамыр эндодермасына ксилема арқылы тасымалданады. Эндодерманың клетка қабырғасында суберин көп болғандықтан, судың өтуін қамтамасыз ететін шектеу түзеді (Каспари белдеушесі). Эндодерма арқылы иондарының өтуі металдардың өсімдіктің жер үсті мүшелеріне транслокациясына шектеуші фактор болып табылады. Ауыр металдардың көп бөлігі ризодерма мен паренхималы қабатта жинақталады және олардың төмен концентрациясында эндодермалық барьерден өтпей қалады. Керісінше жоғары концентрациясында бұл барьер бұзылады да ауыр металдар өсімдік сабағының ұлпаларына жетеді[32-33].