Изучение механизма устойчивости растений биофизическими методами

Akhmedov Kh.A.

Tashkent State Agrarian University

Uzbekistan, Tashkent

STUDY OF THE STABILITY MECHANISM OF PLANTSBIOPHYSICAL METHODS

В настоящее время окружающая среда загрязнена несколькими физическими и химическими факторами. Среди физических факторов человечество особо беспокоят радиоактивные и ультрафиолетовые излучения. Эти загрязнители окружающей среды год за годом увеличиваются с применением радиоактивных изотопов в науке, технике, медицине и в сельском хозяйстве. С уменьшением запаса энергетических ресурсов (газ, нефть, уголь и др.) земного шара в ближайшем будущем использование человечеством атомной энергии еще больше увеличится и возрастает степень загрязнения радиоактивными веществами. Кроме того, добыча радиоактивных веществ в урансодержащих почвах, транспортировка и дальнейшее переработка их еще больше загрязняет окружающую среду.

С другой стороны, окружающая среда загрязнена несколькими веществами, такими как сернистый газ, сульфаты, окись углерода, двуокись азота, окись азота, фенол, бензо(а)пирен, фтористый водород, твердые фториды, медь сульфат, марганец, железо и другие. Среди этих токсических веществ, действующих на живые организмы, фтористые соединения стоят на третьем месте по токсичности. Поэтому нами было изучено действие ионизирующей радиации и фтористых соединений. Хотя механизмы действия этих факторов на живые организмы неодинаковы, однако, при летальных дозах процессы поражения этих факторов имеют в некоторой степени сходные закономерности в живых организмах.

Возрастания загрязнителей окружающей среды, ставит перед человечеством глобальные экологические проблемы об устойчивости против вредного воздействия экологических факторов, в частности растительных организмов. С переходом от биосферы в ноосферу человечеству необходимо создать некоторые более урожайные и устойчивые формы и сорта растительности от воздействия антропогенного фактора. Поэтому, нами были изучены механизмы устойчивости растительных организмов, растущих в различных экологических условиях, также было изучено содержание некоторых эндогенных защитных веществ, которые играют большую роль в устойчивости растительных организмов.

Нами была изучена степень устойчивости физиологическими, биохимическими и биофизическими методами исследования. Полученные результаты исследования показывают, что степень устойчивости связано с содержанием эндогенных защитных веществ, типа сульфгидрильных групп, фенольных соединений, количеством неспаренных электронов и высокой величиной электрических параметров, в частности, величиной электрической емкости и импеданса. Отсюда следует, что величина устойчивости растительных организмов от физических (ионизирующая радиация) и химических (различные токсические вещества) факторов является многофакторной системой, которая зависит от степени поражения окружающей среды, лабильности живых организмов и других процессов, протекающих в живых организмах.

По результатам многочисленных исследований была выдвинута рабочая гипотеза о том, что механизмы устойчивости зависят от функционального состояния живых организмов, содержания эндогенных защитных веществ, пропорциональности элементов минерального питания, в частности марганца с железом, количества свободных электронов и величины электрофизических параметров.

Была исследовано действие фтористого загрязнения на всхожесть, темпы прорастания, интенсивность дыхания, фотосинтеза, количество пигментов, активность фермента хлорофиллазы и на некоторых эндогенных веществ типа фенольной природы. Полученные результаты показывают, что в южных регионах республики действительно из года в год повышается содержание фтористых соединений в почве, воде, растительных и животных организмах, их количество увеличивается в несколько раз по сравнению с предельно допустимой нормой концентрации. Все это наводит на мысль о том, что изменяются в растительных организмах всхожесть, темпы прорастания, дыхание, фотосинтез в растениях, растущих в условиях фтористого загрязнения.

Полученные результаты показывают, что в семенах, собранных из мест, где существует фтористые загрязнения всхожесть семян дыни, томата и кукурузы уменьшается на 50-60 % по сравнению с контрольным вариантом. Высокая степень снижения всхожести, на наш взгляд, аккумулировалась в сменах из-за высокой концентрации фтористых соединений. Это подтверждают проведенные исследования, которые свидетелъствуют о том, что в яблоке, горохе, картофеле и в томате увеличивается ПДК 10-20 раз. Аналогичные результаты исследования получены по интенсивности дыхания, фотосинтеза, активности ферментов и некоторых эндогенных защитных веществ, типа фенольных соединений. Все эти физиологические параметры говорят о глубоком нарушении обмена веществ и функционального состояния живого организма под воздействием фтористого загрязнения. Под влиянием фтористых соединений изменяются основные физиологические процессы клеток и тканей.

Северная часть Сурхандарьинской области находится в зоне субтропического климата, кроме того, их предгорные местности имеют небольшое завышение радиоактивного фона радиацией. В настоящее время в окружающей нас среде существует несколько экологических факторов, которые действуют одновременно, т.е. оказывают синергетическое и сенсабилизационное воздействие на живой организм. Поэтому, мы исследовали ряд биофизических и физиологических параметров в растениях, растущих на повышенном фоне радиоактивности почвы. Полученные результаты показали, что наряду с интенсивностью дыхания и фотосинтеза с повышением радиоактивности почвы увеличивается содержание свободных радикалов. Как известно, малые дозы ионизирующих излучений стимулируют рост и развития растительных организмов. Увеличение свободных радикалов в семенах растений, растущих на повышенном фоне радиоактивности, на наш взгляд, связано со стимулирующим эффектом малых доз ионизирующей радиации, так как при действии малых доз ионизирующего излучения увеличиваются рост, развитие и обмен веществ в окислительно-восстановительных процессах.

Определить степень устойчивости растительных организмов, измеряя интенсивность дыхания, фотосинтез, количество пигментов, коротиноидов, рост и развитие под влиянием факторов внешней среды, очень трудно. Измеряя эти физиологические параметры, трудно судить о чувствительности живых организмов против вредных воздействий, особенно фтористых соединений. Поэтому нами был исследован ряд электрофизических параметров (электрическое сопротивление, удельная электропроводность, электрическая емкость, биопотенциал, электрокинетический потенциал, импеданс, диэлектрических потерь) в семенах и листьях различных растительных организмов.

Полученные результаты показали, что в растениях хлопчатника, персика, хурмы и гранаты, растущих на сильнозагрязненных участках (250300 мг/кг), электропроводность уменьшается на 7-12 процентов, а у абрикоса, винограда, томата - на 35-44 процента по сравнению с контрольным вариантом опыта. На наш взгляд, сильное уменьшение сопротивления указывает на то, что межклеточное пространство свободных ионов под влиянием фтористых соединений увеличивается. Видимо под влиянием фтористых соединений в растениях увеличивается количество свободных радикалов. Фтористые соединения сильнейшие окислители. Они приводят растительные клетки, клеточные мембраны и липиды к окислению с образованием аномальных метаболитов, в том числе и семихиноидных свободных радикалов.

Таким образом, можно выдвигать рабочую гипотезу о применении биофизических методов при определении устойчивости некоторых растений к различным экологическим факторам.