Растения и чистота природной среды - Артамонов Вадим Иванович

α-нафтол усваивается как корнями, так и листьями кукурузы, фасоли, базилика и других растений (Дурмишидзе, 1977). Основными продуктами окислительного превращения этого соединения являются органические кислоты: малоновая, фумаровая, янтарная, гликолевая и яблочная. Часть радиоактивного углерода α-нафтола оказывается в углекислом газе.

Превращение полициклических ароматических углеводородов. Полициклические ароматические углеводороды оказывают очень сильное воздействие на человека и широко распространены в окружающей среде. Наиболее активным из них является бенз(а)пирен (Шабад, 1973). Наряду с канцерогенной активностью полициклические ароматические углеводороды обладают хорошо выраженным мутагенным действием.

Бенз(а)пирен может переходить из воздуха в почву, из почвы в растения, а затем в корма сельскохозяйственных животных и в пищу человека. Микроорганизмы почвы обладают способностью разрушать бенз(а)пирен и превращать его в различные химические соединения. Кроме того, в детоксикации этого соединения участвуют и высшие растения. Морковь, редис и шпинат поглощают бенз(а)пирен тем интенсивнее, чем больше его в питательном растворе. Процесс поглощения зависит от химического состава и физических свойств субстрата. Растительные масла и детергенты, будучи растворителями ароматических полициклических углеводородов, снижают поступление бенз(а)пирена из кварцевого песка.

Стерильные растения кукурузы, фасоли, люцерны, райграса, нута, огурцов, тыквы, ежи сборной, вики усваивают бенз(а)пирен корнями и листьями, превращая его в различные соединения с открытой цепью (Дурмишидзе, 1977). Интенсивность метаболизации бенз(а)пирена определяется видом растения и колеблется в пределах 2—18 % от поглощенного растениями канцерогена. Высушивание растительной массы райграса под воздействием ультрафиолетового излучения способствовало снижению количества бенз(а)пирена в зеленой массе и накоплению его метаболитов. Продукты превращения бенз(а)пирена могут транспортироваться из корней в листья, а из листьев — к корням.

Радиоактивный углерод бенз(а)пирена обнаруживается в различных органических кислотах — фумаровой, малоновой, янтарной. Конечным продуктом распада молекулы этого канцерогена является углекислый газ. Чем меньше концентрация бенз(а)пирена в питательной среде, тем полнее распадается он до двуокиси углерода. В окислительном превращении бенз(а)пирена участвуют ферменты, содержащие в активном центре ионы меди, а в боковом — сульфгидрильную группировку. Наиболее интенсивно процесс окисления канцерогена осуществляется ферментными системами пластид и митохондрий.

В окружающей среде широко распространен и другой канцероген из группы полициклических ароматических углеводородов — бенз(а)антрацен. Структура этого соединения менее жестка по сравнению с бенз(а)пиреном. В растениях он подвергается различным превращениям вплоть до образования соединений с открытой цепью. Так, например, в стерильных условиях райграс и люцерна способны расщеплять его до конечного продукта — углекислого газа.

Радиоактивный углерод бенз(а)антрацена включается в состав низкомолекулярных и высокомолекулярных веществ. Среди органических кислот, в состав которых включается углерод бенз(а)антрацена, следует отметить фумаровую, янтарную, лимонную, гликолевую и щавелевую кислоты. Из аминокислот наиболее радиоактивными были α-аланин, лейцин, серин, валин, триптофан и фенилаланин.

Бензидин (4,41-диаминобифенил) усваивается проростками кукурузы и фасоли. Превращение бензидина в растениях происходит с расщеплением бифенильной структуры его молекулы (Дурмишидзе, 1977). Меченый углерод этого соединения обнаруживается в составе низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений, а частично выделяется в виде углекислого газа. Среди органических кислот радиоактивный углерод обнаруживается в яблочной, фумаровой, малоновой, лимонной, гликолевой, глиоксалевой, щавелевой.

Превращение пестицидов. Д. И. Чкаников (1981) выделил три этапа превращения в растениях пестицидов и других ксенобиотиков.

1. Гидролиз, восстановление, окисление, гидроксилирование, галогенирование, дезалкилирование и иные химические превращения, в результате которых изменяется их активность.

Присутствие в растительных тканях разнообразных высокоактивных ферментных систем (эстераз, амидаз, гидролаз, фосфатаз и др.) служит основой гидролиза этих и других соединений.

2. Конъюгация ксенобиотиков и первичных продуктов их метаболизма с углеводами (обычно с глюкозой), аминокислотами и иными соединениями с последующей локализацией продуктов конъюгации в компартментах, где они не могут воздействовать на процессы обмена веществ (например, в вакуолях). Конъюгированию с различными аминокислотами подвергается, например, 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота и другие галоидфеноксикислоты. Симм-триазины могут конъюгировать с глутатионом.

3. Полимеризация и другие изменения метаболитов, ведущие к образованию нерастворимых продуктов.

Производные феноксиуксусной кислоты являются широко используемыми гербицидами в посевах культивируемых растений. Применение их создает опасность нежелательного накопления этих веществ. В кукурузе, горохе и фасоли наряду с превращениями, затрагивающими боковую цепь феноксиуксусной кислоты и 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты, осуществляется и деградация ароматического кольца. В результате декарбоксилирования значительная часть углерода из боковой цепи отщепляется и выделяется в виде углекислого газа, а также включается в нормальный обмен веществ с образованием крахмала, белков и нуклеиновых кислот.

Ароматическое кольцо феноксиуксуспых кислот подвергается расщеплению, причем радиоактивная метка оказывается в составе органических кислот: муконовой, фумаровой, янтарной, яблочной, гликолевой и лимонной.

Мутагены. Предотвратить нарушения генетического аппарата, вызванные мутагенными веществами, позволяют некоторые витамины, в частности витамины Е, С и провитамин А (каротин). В растениях присутствуют и другие вещества, противодействующие мутагенам. Это было установлено путем исследования антимутагенной активности гомогенатов растительных тканей. Оказалось, что опасное действие мутагена Trp-Р лучше всего нейтрализуется гомогенатами кочанной капусты, брокколи, баклажанов, лука-шалота, имбиря, ананаса, листьев мяты. Несколько слабее, но достаточно эффективно действуют гомогенаты редиса, батата, винограда, цветной капусты и некоторых других растений. Самый широкий спектр действия оказался у баклажана, лопуха и брокколи. Они инактивировали целый ряд мутагенов. Интересно отметить, что при кипячении гомогенатов происходит потеря ими антимутагенной активности. Это позволяет предположить, что обезвреживание мутагенов происходит в результате реакций обмена веществ протекающих при участии ферментов.

Лес способствует очистке атмосферы от радиоактивного загрязнения. Ученые установили, что листья и хвоя деревьев захватывают до 50 % радиоактивной пыли, защищая посевы от радиоактивного загрязнения. Перехватывать содержащиеся в воздухе радиоактивные аэрозоли, снижая плотность загрязнения полей и пастбищ, могут полезащитные полосы. После сильного кратковременного облучения полосы леса радиоактивность наветренной стороны была в 32 раза больше по сравнению с подветренной. Радиоактивные элементы не только механически задерживаются растениями, но и усваиваются ими. Это обстоятельство должно учитываться при выборе мест для строительства атомных электростанций. Их следует размещать в окружении больших лесных массивов, с тем чтобы обеспечить максимально возможную защиту населения о радиоактивного излучения.

Если по каким-либо причинам заражение почвенно-растительного покрова местности радиоактивными веществами превышает допустимые нормы, ученые рекомендуют использовать загрязненные земли под лесопосадки. К моменту спелости леса, наступающей обычно через 80—100 лет после его посадки, содержание радиоактивных веществ в почве и деловой древесине в результате радиоактивного распада и других процессов самоочищения почв снизится настолько, что почвы после вырубки леса могут быть вновь использованы в качестве сельскохозяйственных угодий. Но дело не только в этом. Вынос радиоактивных веществ с территорий, не занятых лесом, значительно выше, нежели с облесенных площадей. Лес надежно препятствует расширению зоны радиоактивного заражения. В связи с этим в настоящее время специалисты изучают возможность облесения территорий, где захоронены радиоактивные отходы, а также ураносодержащих отвалов.