Окислительная деградация и детоксикація атмосферных загрязнителей растениями

Окружающая среда постепенно загрязняется разнообразными чужеродными соединениями — ксенобиотиками — в основном отбросами промышленных предприятий и энергетических установок. Эти вещества с одной стороны, непосредственно концентрируются в тканях растений, а с другой — меняют условия среды их обитания. У многих растений, помимо морфоструктурных механизмов защиты от чужеродных веществ, существуют биохимические механизмы детоксикации и окислительной деградации поглощенных загрязнителей. Пока что изучены пути и механизмы детоксикации в растениях производных бензола и некоторых других экзогенных ароматических соединений. Изучение усвоения и превращения экзогенных ароматических соединений растениями представляет интерес как в аспекте выявления механизма их детоксикации, так и с точки зрения борьбы с химическим загрязнением воздуха, водоемов и почвы, так как многие гербициды, пестициды и стимуляторы роста растений являются производными бензола.

Полученные результаты выявляют способность высших растений поглощать и утилизировать наиболее токсичные органические загрязнители биосферы, что имеет важное значение для разработки общей теории детоксикациоиного механизма растительной клетки.

В растительной клетке детоксикация экзогенных ароматических веществ осуществляется реакциями двух типов: 1) окислительными, приводящими в конечном итоге к образованию естественных метаболитов живой клетки; 2) реакциями конъюгации, в результате которых экзогенное соединение или продукт его окисления соединяется с эндогенными молекулами клетки. В результате конъюгации эндогенные соединения клетки блокируют функциональные группы чужеродных молекул, таких как

СООН, —ОН, —МН2, и таким образом уменьшается токсичность экзогенной молекулы. При окислительных превращениях указанных экзогенных веществ первичным процессом является их гидроксилирование, а дальнейшая окислительная деградация образующих оксипроизводных протекает по схеме:

Бензол >Фенол —> Пирокатехин —>

 

Бензойная кислота —> Оксибензойная кислота

—► о-Хинон —* Муконовая кислота —> Общий метаболизм

Данная схема позволяет говорить о довольно эффективном ката- оолическом и окислительном метаболизме производных бензола и других ксенобиотиков. ^

В последнее время появляется все больше фактов, свидетельствующих о том, что доминирующую роль в первичных актах детоксикации выполняют хлоропласты. Это обусловлено, вероятно, значительным содержанием и них низкомолекулярных соединений мели и ионов других металлов, избирательно взаимодействующих с токсикантами.

Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Кафедра прикладної екології

Методичні вказівки

До виконання лабораторної роботи з курсу «Біогеохімія»

Для студентів спеціальності 7.070801

«Екологія та охорона навколишнього середовища»

Лабораторна робота № 2

«Поширення хімічних елементів та їх сполук в біосфері. Кларки основних хімічних елементів земної кори»

Мета лабораторної роботи: вивчити особливості поширення хімічних елементів та їх сполук в біосфері та її складових елементів на різних рівнях організації. Проаналізувати кларки основних хімічних елементів земної кори

Затверджено на засіданні

кафедри

прикладної екології

протокол

№_2__від _11.10___2010 р.

Кривий Ріг

2010

Таблиця58. Середньодобові ГДК в атмосфері населених пунктів, мг/м3

Речовина	ГДК	Речовина	ГДК
Нітробензол Сірчастий газ Сірководень Чадний газ Аміак Оксиди азоту Пил від вовни Пил нетоксичний Сажа Пари сірчаної кислоти Пари фтор водню Формальдегід Фенол Пари свинцю Пари ртуті	0,0008 0,05 0,008 1,0 0,004 0,04 0,04 0,15 0,05 0,1 0,005 0,003 0,003 0,0003 0,003	Гексахлоран Метафос Солі нікелю Двооксид селену Двооксид телуру Хлороформ Хром (У1) Хлор Хлорид заліза Фосфорний ангідрид Пари оцтової кислоти Оксиди міді, хлорид міді Ацетон Нафталін Пеніцилін	0,0003 - 0,0002 0,00005 0,00001 0,003 0,0015 0,03 0,004 0,05 0,06 0,002 0,35 0,003 0,002

Таблиця 59. ГДК шкідливих речовин в питній воді, мг/л

Речовина	ГДК	Речовина	ГДК
Бенз(а)пірен Оксид трибу тиловий Двохлорпропан Двоетілртуть Кадмій Кобальт, марганець, вісмут, барій Бензол,бор Берилій Двооксид Нафталін Нітрати (вміст нітратону) Нітрит (ні тритону)	0,000005 0,0002 0,0006 0,0001 0,001 0,1 0,5 0,0002 0,00000000005 0,01 45,0 3,3	Нітрометан, поліетилен Ртуть Свинець Селен Срібло Талій Тетраетил олово Сторонцій Бензин, газ Фенол,трихлорбіонфеніл Цинк,кобальт,залізо Хром,нікель,мідь,молібден	0,005 0,0005 0,03 0,01 0,005 0,0001 0,0002 7,0 0,1 0,001 0,1 0,001

Таблиця 60. ГДК речовин в грунтах мг/кг грунту

Речовина	ГДК	Речовина	ГДК
Бенз(а)пірен Свинець Хром(У1) Ртуть Бензол,толуол Нітрати Мідь Нікель Цинк Марганець Вандій Кобальт Кадмій	0,02 20,0 0,05 2,1 0,3 130,0 3,0 4,0 23,0 1500,0 150,0 5,0 1,0	Сірка Сірководень Фтор Хлорофос Карбофос Хлорамін Метафос Гексахлоран Бромофос Метилстірол Поліхлорпропілен Гетерофос Антразин Ліндан	160,0 0,4 10,0 0,5 2,0 2,0 0,1 1,0 0,4 0,5 0,006 0,01 1,0

Дуже суттєвими і доречними будуть такі натурні та лабораторні експерименти спостережений (кожне з яких при певному підході може бути розширене навіть до окремої науково-практичної роботи) за:

погодою; мета - показати вплив (або його відсутність) промислової дяльності транспорту на співвідношення кількості сонячних і похмурих днів (бажано за рік);

опадами; мета - вивчення динаміки рН дощової води і, при умові відносно тривалого дослідження, відслідкування появи (або відсутності) кислотних дощів" над досліджуваною територією;

пошкодженням листя ( неістотні плями на поверхні листя неприродна зміна їх кольору та ін.) поблизу промислових об'єктів'та на різних відстанях від них; мета - відслідкування поширення на досліджуваній території шкідливих промислових викидів:

ярами; мета - визначити їх зростання після чергової зливи; при цьому порівнюється швидкість "росту" ярів, схили яких зміцнені рослинністю з інтенсивністю "росту" ярів, схили яких не мають рослинної дернини; '

етапом грунтів; мета - виявити процеси забруднення переволоження, підтоплення, засолення та інших негативних антропогенних негаразд ів за допомогою рослин-індикаторів (приклад таких спостережень наведении нижче);

станом водойм (озеро, водосховище, ставок та ін )-мета - відсшдкувати антропогенне порушення стану водної екосистеми по гідрохімічних (наприклад, розрахувати антропогенну складову іонного вмісту води; зафіксувати появу або відсутність "цвітіння" води планктонними водоростями та визначити його рівень - як свідоцтво евтрофування водойми; визначити клас якості води за допомогою тест- організмів та відповідних класифікаційних таблиць та ін.).

Аналіз екологічних проблем супроводжується інвентаризацією (складання якомога більш повного списку джерел забруднення довкілля) та класифікацією факторів антропогенного впливу на територію Фактори можна класифікувати за такими ознаками джерел:

вигляд джерела: локальне, поширеного впливу;

періодичність появи: періодичне, неперіодичне;

черга виникнення: первинне, вторинне;

середовище виникнення: атмосферне, водне, едафічне (грунт)­- характер : інформативне (сигнальне), фізичне (звук, вібрація

тепло та ш.), хімічне (кислотне, сольове, вапняне та ін.); *

-умови вшивання: залежне або незалежне від щільності впливаючих джерел;

спектр впливання: загальної або відбіркової дії;

ступінь впливання: летальне, екстремальне (стресове), лімітуюче (обмежуюче), етологічне (впливає на поведінку, наприклад, викликає почуття жаху, турботи та ін.), мутагенне, тератогенне (викликає потвору) та ін

Ш-и блок - пропозиція засобів щодо вирішення виявлених екологічних проблемі 1 акими засобами в залежності від проблеми можуть бути:

скорочення об'єму водовідведення (скиду стічних вод), рекультивація грунтів, створення водоохоронних зон (або їх поширення), заповідників, замовників, більш жорстке нормування внесення добрив, пестицидів, здійснення зеленого будівництва на території та ін.

Таблиця 61. Кларки (природний вміст) елементів в грунті, воді, рослинах і тваринах

Елемент	Грунт, мг/кг сухої маси	Прісні води,мг/л	Рослини, мкго/кг сухої маси	Тварини, мкг/кг сухої маси
Алюмінй Барій Берилій Бор Ванадій Волфрам Залізо Йод Кадмій Кобальт Літій Магній Марганець Мідь Молібден Миш’як Нікель Олово Ртуть Свинець Селен Скандій Срібло Стронцій Сурма Телур Уран Фтор Хлор Хром Цезій Цинк	71000 500 6 20 90 1,5 40000-55000 5 0,06-0,35 1-8 25 5000 1000-5000 2-100 1,2 6 10-80 4-10 0,06-0,3 10-35 0,2-0,4 7 0,1 250 1-6 10 5000 2 200 100 70-3000 4	0,3 0,15 0,0005 0,0003 0,5 0,07-10 0,0001 0,0002 0,002 4 0,008 0,003 0,0005 0,0005 0,0005 0,0000009 0,0001 0,003 0,0002 0,7 0,0002 0,005 0,0004 0,1 7 0,001 0,00002	90-530 8-200 0,001-0,5 0,0005-0,2 2-250 0,05-0,5 0,05-9 0,01-4,6 0,08-1,3 700-5600 0,3-1000 4-25 0,3-5 0,02-7 0,02-4 0,2-6,8 0,005-0,02 0,2-20 0,001-0,5 3-400 0,0003-0,03 0,02-2,6 0,01-0,06 0,02-24 200-46000 0,016-14 0,0010,08	0,1-200 0,33-1 0,002-0,02 0,002-0,02 180 0,14-3,2 0,005-1 0,023 900 0,2-2,3 10 0,02-0,07 0,007-0,09 2-1 0,009-2 0,02-07 0,23-3,3 0,42-1,9 0,12-0,35 0,0003-0,2 2-1 0,0009-0,003 0,05 2000-5200 0,02-0,84 0,02-0,84

Отриманий під час виконання цієї роботи матерія може стати в пригоді при виконанні робіт еколого-економічного Напрямку. Наприклад, прж обгрунтуванні еколого-економічного збитку, нанесеного антропогенною діяльністю, при економічному розрахунку витрат на природоохоронні та природовідновні засоби, при проведенні ділової гри з екологічної експертизи та ін.

Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Кафедра прикладної екології