Вступ

Важкі метали - нечітко визначена група елементів з металічними властивостями, що зазвичай включає перехідні метали, деякі металоїди, лантаноїди і актиноїди. Історично було запропоновано багато визначень цього терміну, деякі засновані на густині, інші на атомному номері або атомній масі, ще інші на хімічних властивостях або токсичності.

Рослини здатні поглинати з навколишнього середовища у великих чи у менших кількостях практично всі елементи Періодичної системи. Тим часом для нормального життєвого циклу рослинного організму необхідна лише визначена група основних живильних елементів, функції яких у рослині не можуть бути замінені іншими хімічними елементами. У цю групу входять 19 елементів: вуглець, водень, кисень, азот фосфор, сірка, калій, натрій, кальцій, магній, залізо, марганець, мідь, цинк, молібден, бор, хлор. Серед цих основних елементів лише 16 є власне мінеральними, тому що вуглець, водень і кисень надходять у рослини у вигляді газів.

Перспективність використання рослин як індикаторів очевидна. На цей час виділено рослини, чутливі до різних токсичних речовин, створено численні шкали чутливості, які дозволяють реєструвати забруднення у широкому діапазоні. Зрозуміло, що пошук таких рослин логічно вести серед однолітків з коротким періодом вегетації, щоб мати можливість простежити за реакцією на токсикант в різні періоди онтогенезу рослин.

Вміст того чи іншого елемента в тканинах рослин непостійний і може сильно змінюватись під впливом факторів зовнішнього середовища. Найбільш багате мінеральними елементами листя, у якого зола може складати від 2 до 15 % від маси сухої речовини. Мінімальний вміст золи (0,4 - 1 %) виявлено у стовбурах деревини.

Важкі метали, транспортуючись у органи рослин, особливо у листки, перешкоджають біосинтезу в хлоропластах, особливо інгібують д-амінолевулінациддегідрогеназу і фотохлорофіл редуктазу. Зниження концентрації хлорофілу в листках рослин може бути наслідком інгібування процесів біосинтезу ферментів, їх руйнуванням, а також служити біоіндикаторною ознакою забруднення навколишнього середовища, що відмічене в цілому ряді випадків за дії різних важких металів та інших сполук.

Підвищення концентрації важких металів може приводити до загальних, мало специфічних фізіологічних і біохімічних змін. Токсична дія металів виявляється у гнобленні росту, зниженні біологічної продуктивності, хлорозах і некрозах. При забрудненні ґрунтів металами можуть спостерігатися морфологічні зміни у рослин. Дія комплексу металів на рослини призводить до порушень функцій рослинного організму і їхнього взаємозвязку. Значне підвищення рівня важких металів у навколишньому середовищі призводить до зниження інтенсивності клітинних поділів в коренях, а також до збільшення відносної кількості профаз. Таким чином, дослідження нагромадження важких металів у рослинах важливе як для оцінки стану гноблення життєвих функцій, так і для характеру адаптації рослин до високих концентрацій металів.

Дослідження рівня забруднення кадмієм ґрунту та рослин, а також його подальшої долі в цих системах та дія кадмію в біологічних обєктах має великий науковий та практичний інтерес. Передусім це зумовлено з особливостями кадмію, які відрізняють його з поміж інших важких металів. Згідно з прийнятою класифікацією кадмій - елемент першого класу небезпеки. Існують дані про гонадотропний, ембріотропний, мутагенний, тератогенний та канцерогенний вплив елементу на живі організми. Іони кадмію викликають дестабілізацію організму, що відбивається у порушенні фотосинтезу та транспірації. Між тим, виявлено, що хлорид кадмію при низькій концентрації (10-5 М) стимулює схожість, енергію кільчення насіння та початкові етапи росту. Відзначена здатність кадмію до реутилізації зі старого листя до тих, що ростуть. Кадмій дуже рухливий у ґрунті і рослинах, особливо при низьких pH. Слід відзначити. Що накопичення кадмію тим менш, чим більш окультурена рослина.

Вважається, що кадмій не входить у число необхідних для рослини елементів, однак він ефективно поглинається як кореневою системою, так і листям.

Іони кадмію блокують поділ клітин шляхом порушення цитокінезу. Відновлення росту здійснюється за рахунок клітин меристеми, які знаходились в період обробки важкими металами. Окрім того, реакція окремих зон апікальних меристем не однакова. Тут виділяють а) стелярну зону - найбільш життєздатну, клітини якої вакуолізуються слабо і довше зберігають здатність до поділів; б) кортикальну меристему, розміщену вище клітин центру спокою, клітини якої вакуолізуються в першу чергу, а зовнішні шари або відмирають та злущуються, або лігніфікуються; в) коркову - частина групи клітин центру спокою, клітини яких здатні до активного ділення за дії іонів цинку і кадмію. Для багатьох адаптованих видів рослин характерне значне накопичення важких металів у коренях. При високих концентраціях базальна частина кореня накопичує значно більші концентрації свинцю, цинку та кадмію, аніж апікальна.