Зміст
Вступ
. Стан антиоксидантної системи рослин в умовах техногенного навантаження
.1 Основні джерела антропогенного забруднення довкілля
.2 Фізіологічні зміни в рослинах за впливу полютантів
.3 Вплив важких металів на фізіолого-біохімічні процесси рослин
.4 Функціонування та роль антиоксидантної системи рослин
.4.1 Структура та властивості глутатіону
.4.2 Функції глутатіон-залежних ферментів
.5 Фізіолого-біохімічні особливості насіння
.5.1 Ортодоксальне насіння
.5.2 Рекальцітрантне насіння
. Матеріал і методи досліджень
2.1 Об’єкти досліджень
.2 Методи досліджень
.3 Статистична обробка
3. Фізико-географічна характеристика району досліджень
4. Стан глутатіонової системи в насінні представників роду acerl. за дії антропогенного навантаження
4.1 Зміни вмісту глутатіону в насінні представників роду AcerL.за умов антропогенного забруднення
4.2 Стан активності глутатіон-редуктази у насінні A. pseudoplatanusтаA. platanoides за впливу антропогенного забруднення
4.3 Зміни активності глутатіон-пероксидази у насінні A. pseudoplatanusтаA. platanoides за впливу антропогенного забруднення ..
.4 Активність глутатіону-S-трансферази у насінні A. pseudoplatanus та A. platanoides за впливу антропогенного забруднення
Висновки
Перелік посилань
Додатки
Вступ
Антропогенне навантаження становить важливу проблему для м. Дніпропетровськ, у якому промислові підприємства і перенасичений транспортний потік постачають у навколишнє середовище велику кількість різноманітних забруднювальних речовин. Серед них такі сполуки,як:важкі метали, пил, сполуки азоту, сірка та похідні фенолу тощо [50]. Токсичні викиди з року в рік потрапляють у повітря, воду, ґрунт. Накопичувачем аерополютантів, поряд з ґрунтом, є рослинність, яка зазнає впливу різноманітних чинників середовища і є інтегральним показникам стану довкілля [10; 31; 91]. Окремі інгредієнти викидів можуть впливати на рослини одночасно чи послідовно, у різних співвідношеннях та через різні відрізки часу. Використання рослин як біоіндикаторів антропогенного забруднення природного середовища дає змогу оцінити екологічний вплив окремих хімічних речовин за фізіологічними і біохімічними показниками [10; 12; 93]. Системний підхід до вивчення стійкості рослин також передбачає виявлення впливу полютантів на генеративну функцію рослин, в першу чергу, на життєздатність й інші властивості насіння.
Адаптація рослин до антропогенного забруднення потребує участі захисних механізмів на різних рівнях організації. На клітинному рівні вона реалізується шляхом активації фізіолого-біохімічних процесів [88]. До ефективних ланок метаболічного захисту належить глутатіонова система, активність якої визначається вмістом відновленого глутатіону (GSH) у рослинних клітинах й індукується впливом різноманітних чинників [90].
Оцінка функціонального стану деревних рослин потребує дослідження всіх етапів онтогенезу, проте на сьогодні майже не вивчено вплив полютантів на стан антиоксидантної системи в репродуктивних органахкленів, хоча показано, що за умов техногенного навантаження зменшуються показники насіннєвої продуктивності представників роду Acer L., змінюються морфометричні, фізіолого-біохімічні та цитогенетичні характеристики їх генеративних органів [16].
Зважаючи на все вижевикладене, мета роботи - з’ясування закономірностей впливу антропогенного навантаження на функціонування глутатіонової системи у насінні представників роду Acer L. Для дослідження обрано поширені у фітоценозах міста Дніпропетровськ види Acer platanoides L. та Acer pseudoplatanus L., які є контрастними за толерантістю до висихання.
Відповідно до мети перед дослідженням поставлено наступні завдання:
. Проаналізувати вплив антропогенного забруднення на вміст відновленого глутатіону в насінніA. platanoides та A. pseudoplatanus.
. Дослідити зміни вмісту глутатіон-S-трансферази та глутатіон-пероксидази в насінні дослідних об’єктів за дії промислових емісій та викидів автотранспорту.
. З’ясувати зміни активності глутатіон-редуктази в насінні A. platanoides та A. pseudoplatanus в умовах техногенного пресу.
. Встановити закономірності відгуки глутатіонової захисної системи за антропогенних факторів
. Виявити найбільш інформативні тест-об’єкти та
тест-параметри для фітоіндикації забруднення навколишнього середовища та стану
рослин роду Acerу техногенних зонах.
1. Стан антиоксидантної системи рослин в умовах техногенного
навантаження
.1 Основні джерела антропогенного забруднення довкілля
Промисловий комплекс за інтенсивністю впливу на довкілля посідає провідне місце. Головними причинами цієї першості є: недосконалі технології виробництва, надмірна концентрація - як територіальна, так і в межах одного підприємства, брак надійних природозахисних споруд [1].
За характером впливу на довкілля вирізняють такі комплекси: паливно-енергетичний, металургійний, хімічний, будівельний [7].
Паливно-енергетичний комплекс є найбільшим забруднювачем на Землі не тільки через недосконалі технології та відсутність очищення викидів, а й через надзвичайне поширення його об’єктів. Рівень економіки у XX ст. визначився і рівнем споживання палива та електроенергії. Комплекс екологічних проблем виникає і в галузях паливної промисловості, і в електроенергетичних [29; 62]. Так, якщо видобуток вугілля здійснюється підземним способом, то це призводить до утворення великої кількості поверхневих і побіжних порід, шахтних вод тощо. Більша частина твердих відходів складується у відвали, які охоплюють величезні площі, порушуючи природний ландшафт, забруднюючи поверхневі і підземні води. Відвали породи в основному розміщуються поблизу населених пунктів, а це посилює їхній вплив на довкілля. За даними Макіївського інженерно-будівельного інституту відвали вугільних шахт міст Донецька і Макіївки вкрили територію площею понад 900 га. У відвалах цього промислового району накопичено понад 230 млн. м3 породи, щорічно додається ще 16 млн. м3.
Великим забруднювачем є й нафтогазовий комплекс. На всіх його стадіях (видобуток нафти, виділення попутних газів і води, збереження, транспортування, переробка) відбувається забруднення атмосфери, ґрунтів, водних об’єктів нафтою і нафтопродуктами (фенолом, бензолом, толуолом, етиловим ефіром тощо). Районам, де здійснюється видобуток нафти, властиве забруднення водойм, оскільки нафта і нафтопродукти можуть знаходитися як у вигляді поверхневої плівки або емульсії, так і в розчиненому вигляді [60]. Наявність у воді цих забруднювачів згубно відбивається на її якості. Негативний вплив нафтопродуктів позначається і на рибному господарстві: навіть незначні домішки нафтопродуктів у водоймах надають рибі неприємного присмаку і запаху, а у великій кількості призводять до її загибелі. Під час термічної обробки вуглеводневих сполук виділяються канцерогенні речовини, які забруднюють довкілля [8].
Для організації матеріального виробництва людина використовує енергію, яку вона виробляє з викопного палива, та добуває з природних джерел. Кількість енергії, що виробляється в світі, невпинно зростає одночасно із зростанням потреб людини [8; 35]. В 70-х роках XX ст. кількість споживаної енергії подвоювалась упродовж 15 років, у 80-х роках - 10 років, тоді як останнє подвоєння чисельності населення відбулося впродовж 50 років. Отже, виробництво енергії відбувається випереджаючими темпами. Нині енергію добувають різними шляхами. У 1980 р. 70% світової кількості енергії вироблено спалюванням нафти і газу, 20% -вугілля, 3% - гідроелектростанціями, 2% - атомними електростанціями. Решта 5% припадає на нетрадиційні джерела енергії.
Вплив теплоелектростанцій. Теплові електростанції працюють на: твердому паливі (вугілля, торф, сланці), рідкому паливі (мазут), газоподібному (природний газ). Всі види палива містять сполуки сульфуру: від 3-7% у вугіллі до 0,05% у природному газі [17]. Тому найпоширенішими забруднювачами є оксиди сульфуру, нітрогену, дрібнодисперсний пил, чадний і вуглекислий гази. Продуктами згорання твердого палива є: зола та жужіль, уловлювання, складування і зберігання яких вимагає великих затрат, оскільки з господарського використання вилучаються земельні ресурси. За кордоном використання золи і жужелю становить: у США - 20%, у Франції - 72%, Фінляндії - 84%. Відходи ТЕС є сировиною для будівельних матеріалів - бетонних блоків, панелей, шляхового покриття, силікатної цегли. Працюючі ТЕС забруднюють біосферу радіоактивними речовинами в обсягах, які перевищують можливі радіоактивні викиди атомних електростанцій за нормальної експлуатації [12; 35].
Гідравлічні електростанції традиційно вважають екологічно чистими. Проте будівництво дамб на річці обумовлює зміну властивостей екосистем ріки. З проточної системи ріка перетворюється на ланцюг водосховищ, де змінюються всі фізичні, хімічні, біологічні властивості. Це вже зовсім інша екосистема [31; 50]. Донні та зважені наноси, що надходять з басейну ріки і раніше служили добривом для заплавних земель, тепер здебільшого затримуються у водосховищах і відкладаються на дні, забруднюючи воду. До того ж мільйони тонн землі щорічно завалюються з берегів у воду, через що каламутність її збільшується у 100 разів [12; 35; 29].
Будівництво ГЕС на гірських, бурхливих річках приводить до менших змін в екосистемі ріки. Спорудження ж їх на рівнинах, та ще й на великих річках породжує цілий ряд як економічних, так і екологічних проблем. Часто економічні збитки від вилучення земель на багато років із сільськогосподарського виробництва в десятки разів перевищують прибутки від виробництва електроенергії електростанцією. Значних економічних збитків зазнає і рибне господарство річки [12; 29].
Приблизно 1/4 усіх країн світу має на своїй території атомні реактори [5; 60]. Аналізи, проведені після аварій на Трі-Майл-Айленд (США) і Чорнобильській АЕС, де використовувалися зовсім різні типи реакторів, показали, що ці аварії сталися через дві й чотири тисячі реакторів-років відповідно. Проте ці аварії показали , що ризик є і ця проблема заслуговує на увагу. В Україні переважають реактори типу ВВЕР-440, ВВЕР-1000 і РБМК. У 1986 р. у Відні на нараді експертів МАГАТЕ відзначалося, що за міжнародним стандартом реактори РБМК із 19 обов’язкових параметрів відповідають тільки одному [7; 16].
У кожному 1000-мегаватному реакторі міститься стільки радіоактивного матеріалу, скільки могло б утворитися після вибуху тисячі бомб, подібних до хіросімських. „Проплавлення” (за якого ядерне розплавлене паливо, а також залізобетонні конструкції, що його оточують, перегріваються і плавляться) може викинути радіоактивний вміст реактора в атмосферу, позбавивши при цьому життя понад 50 тис. людей і, забруднивши тисячі квадратних миль землі.
Під час катастрофи на ЧАЕС 25 квітня 1986 р. стався найбільший механічний вибух, еквівалентний викидові після великого атомного вибуху. Навіть у радіусі понад 1500 км у деяких регіонах радіоактивні опади перевищили рівень, зафіксований під час атмосферних випробувань ядерної зброї. Попри те, що під час аварії загинув тільки 31 чоловік, віддалені наслідки чорнобильської катастрофи дадуться взнаки приблизно 28 тис. випадків ракових захворювань у всьому світі, причому половина з них - поза межами України, Білорусії та Росії. В усьому світі понад 700 млн. осіб живуть у радіусі 160 км від ядерних станцій [3; 5].
Кожний ядерний реактор виробляє приблизно 215-230 кг плутонію. Період його напіврозпаду - 24 000 років. У природних умовах він існує в дуже незначних концентраціях. Це одна з найбільш небезпечних для живого організму токсичних речовин: поглинання одного його мікрограма може виявитися смертельним. Крім того, це основна речовина для виробництва атомних бомб. Кожний реактор виробляє його в такій кількості, що її достатньо для виробництва 40 бомб [29].
Не можна не брати до уваги забруднення біосфери малими дозами радіації. Щодоби з реактора просочуються канцерогенні та мутагенні матеріали. Вони підвищують фоновий рівень радіації, вплив її здійснюється постійно, збільшуючи ризик появи ракових і генетичних захворювань.
Атомна енергетика та виробництво ядерної зброї - два основні джерела радіаційного забруднення. Вони ведуть до утворення сотень радіоактивних елементів, що починають забруднювати харчові ланцюги. Радіоактивний матеріал потрапляє до рік, озер, океанів, де його поглинають риби, вводячи у свої біохімічні системи, підвищуючи його концентрацію у своїх тілах в тисячу разів. Забруднена вода і ґрунт усмоктується рослинами, концентруючи в них токсичні речовини. Це, в свою чергу, призводить до забруднення молока і м’яса, оскільки забрудненою травою живиться худоба [62].
Важливою проблемою атомної енергетики є поховання радіоактивних відходів. Кожний реактор виробляє тисячі тонн таких відходів, деякі з них лишаються небезпечними впродовж 500 тис. років. Кожна АЕС рано чи пізно сама перетворюється на радіоактивні відходи: вік її експлуатації - 20-30 років, бо вона стає надто радіоактивною для того, щоб продовжувати її експлуатацію або ремонтувати. Після цього її необхідно демонтувати або поховати весь комплекс під тоннами землі [29; 62].
Металургійний комплекс є одним з найбільших забруднювачів біосфери в багатьох країнах світу. В Україні його розвиток зумовив різке погіршення екологічної ситуації в трьох районах - Донбасі, Придніпров’ї, Приазов’ї. На підприємства чорної металургії припадає близько 15% всіх промислових викидів в атмосферу пилу, до 10% викидів оксидів сульфуру, 15% загального обсягу споживання води. До цього слід додати величезну кількість твердих відходів [29; 62].
Сучасний металургійний завод на 1 млн. т. виплавленої сталі викидає в довкілля: 800 тис. т шлаків, 100 тис. т. пилу, 30 тис. т .оксидів карбону, 8 тис. т. оксидів сульфуру, 50 тис. т. сполук флуору, 3 тис. т. оксидів нітрогену.
У галузях кольорової металургії утворюється велика кількість твердих відходів: у більшості галузей на отримання однієї тонни металу витрачається 100-200 тонн руди. Відходи часто відзначаються великою токсичністю так як містять сполуки сульфуру, арсену, стибію, селену. Великі проблеми створюють і скиди стічних вод: в них спостерігається висока концентрація хлоридів, сульфатів. Виробництво металевого алюмінію супроводжується утворенням сполук флуору, які згубно впливають на тканину кісток та зубів. Найважливішім напрямом науково-технічного прогресу є впровадження в металургійній галузі маловідходних технологій, які дозволять не лише зменшити забруднення довкілля, а й підвищити ефективність металургійного виробництва [5; 29].
Хімічна промисловість теж є джерелом істотного забруднення довкілля. Номенклатура продукції, що її випускає хімічна промисловість розвинених країн, є вельми різноманітною. У світі використовується понад 300 тис. т хімічних речовин і щорічно до них додається 1-2 тис. нових. 50 речовин виробляються в кількостях, що перевищують 1 млн. т на рік, а 1500 речовин - 500 т на рік. Донині в довкілля надійшло близько 3 млн. нових речовин і сполук, які не властиві біосфері; серед них є надзвичайно шкідливі для нормального функціонування живої клітини [8].
Хімічна промисловість належить до галузей, які споживають велику кількість сировини, води та енергії. Вона вирізняється складними багатостадійними процесами [29]. Під час виробництва утворюється велика кількість побічної продукції, яка поки що не завжди може бути використана як вторинні ресурси, а накопичується у вигляді відходів. У багатьох випадках відходи вимагають повного знищення через їхню надмірну токсичність. Найбільшу кількість твердих відходів дають виробництва мінеральних добрив, сірчаної кислоти, виробництво гумових виробів, пластмас, нафтопереробка.