Вадим Артамонов: Растения и чистота природной среды

В настоящее время загрязнение окружающей среды носит глобальный характер. Оно охватывает атмосферу, гидросферу и почву.

Среди соединений серы, загрязняющих окружающую среду, следует назвать сернистый газ, сероводород и сероуглерод.

Сернистый газ выделяется в атмосферу в результате переработки и сжигания органических веществ (каменного и бурого угля, нефти и нефтепродуктов, древесины), при производстве серной кислоты и серы, при плавке серосодержащих руд. Его выбрасывают тепловые электростанции, предприятия черной и цветной металлургии, коксохимические и цементные заводы, заводы по производству синтетических волокон, аммиака, целлюлозы.

По данным на 1978 г., ежегодно в мире выбрасывается в атмосферу 110 млн т сернистого газа, прячем 75 % этого количества приходится на долю Северной Америки и Западной Европы. Возрастание выброса в атмосферу сернистого газа за последние годы является прямым результатом энергетического кризиса. Когда он не ощущался, высокосернистые угли и мазуты почти не использовались в качестве топлива. Однако сейчас они активно сжигаются и служат одной из главных причин загрязнения атмосферы сернистым газом.

Двуокись серы является чрезвычайно токсичной для растений. Чем интенсивнее они поглощают ее, тем обычно сильнее выражены повреждения листьев. Повреждения листьев проявляются в их пожелтении, в возникновении ожогов, в сморщивании листовой пластинки, наконец в отмирании и опадении. Концентрация сернистого газа 1∙10 -4% уже приводит к преждевременному опадению хвои сосны. Если же она увеличивается, то хвоя может погибнуть за несколько часов. Молодые листья сильнее поглощают сернистый газ и более страдают от него, чем старые.

В опытах с соей показано, что между величиной площади повреждений листьев от сернистого газа и урожаем существует прямая зависимость. При отсутствии видимых повреждений листьев не было и потерь урожая. В Чехословакии в радиусе 2–3 км от металлургического предприятия сернистый газ вызвал снижение урожая клевера на 14,4, а льна — на 65,6 %.

Почему листья растений желтеют в присутствии сернистого газа? При растворении его в воде образуется сернистая кислота, которая проникает в хлоропласты и взаимодействует с зеленым пигментом хлорофиллом, вызывая превращение его в феофитин. Опыты показали, что количество феофитина возрастает в листьях тополя гибридного, подвергнутого воздействию сернистого газа. Снижение содержания хлорофилла отмечено в хвое сосны, ели, лиственницы и в листьях липы, тополя канадского, акации белой, березы бородавчатой, ольхи черной, граба восточного, боярышника однопестичного, житняка Смита, гороха, шпината. Уменьшение содержания хлорофилла под влиянием сернистого газа сопровождается падением уровня каротиноидов, особенно ксантофиллов.

Наряду со снижением количества хлорофилла сернистый газ вызывает существенные сдвиги в структуре мембран хлоропластов. Сами хлоропласты приобретают неправильную форму, окружающие их мембраны становятся тоньше, а внутренняя ламеллярная система деградирует. При повышении концентрации двуокиси серы ламеллярная система хлоропластов вообще разрушается.

Сдвиги в пигментной системе и структуре хлоропластов отрицательно сказываются на процессе фотосинтеза. Присутствие в воздухе сернистого газа снижает его интенсивность у сосны, ели, лиственницы, липы, фасоли, кормовых бобов. Ослабление интенсивности процесса фотосинтеза под влиянием сернистого газа отмечено также у березы бородавчатой, дуба черешчатого, жимолости татарской, клена остролистного и ясенелистного. У фасоли при относительно высокой влажности воздуха (71 %) ингибирование фотосинтеза составило 84 %, тогда как при низкой влажности (33 %) — лишь 44 %. Этот результат можно поставить в зависимость от скорости поступления газа в листья растений при разной влажности воздуха. В опытах с пеканом показано, что скорость фотосинтеза снижается пропорционально концентрации двуокиси серы в окружающей среде и количеству поглощенного газа. Растения, поглощающие сернистый газ более интенсивно, сильнее снижают скорость процесса фотосинтеза.

Каковы же молекулярные механизмы нарушения фотосинтеза под влиянием двуокиси серы? Исследователи считают, что устойчивое подавление фотосинтеза у растений вызвано уменьшением парциального давления углекислого газа в клетках из-за снижения его растворимости в подкисленной воде, конкуренцией сернистого и углекислого газа при поступлении в клетку и в хлоропласты, возрастанием сопротивления устьиц диффузии двуокиси углерода, подавлением нециклического фотосинтетического фосфорилирования.