Ауыр металдар

ЖОСПАР

І. КІРІСПЕ 

ІІ. Негізгі бөлім

1.1. Ауыр металдардың өсімдіктерде таралуы және  олардың әсері

1.2. Өсімдік тіршілігіндегі  химиялық элементтер қатынасы 

1.3. Мыс 

1.4. Кадмий 

1.5. Ауыр металдардан қоршаған ортаны залалсыздандыру жолдары

1.6. Органикалық қышқылдар және олардың өсімдіктегі ауыр

       металдарды залалсыздандыруы металдардың әсері

ІІІ. ҚОРЫТЫНДЫ 

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

КІРІСПЕ

Қазіргі кездегі  дүние жүзі ғалымдарын алаңдатып  отырған мәселелердің бірі - ауыр металдардың тірі ағзаларға әсерін әлсірету болып табылады. Ауыр металдардың қоршаған ортаға таралуы тек табиғи жағдайда ғана емес, сонымен қатар антропогенді жолмен де таралуда. Олардың қатарына өндіріс қалдықтары, тау-кен өндірісі, транспорт, түсті және қара металл өндіру, жалпы урбанизацияны жатқызуға болады.

Осыған байланысты эколог мамандардың  алдына қойып отырған бірінші  мәселе - ауыр металдардың қоршаған ортадағы жалпы және белсенді мөлшерін анықтау. Екінші мәселе, табиғи объектілердің  ластану деңгейін болжау мақсатында ластаушы заттардың таралуына қарапайым және айтарлықтай сенімді моделдерін жасау. Үшінші кезекте, ластанудың келеңсіз әсерлеріне жол бермеу мақсатында ауыр металдарды ғылыми негізделген түрде залалсыздандыру және нормалау тұр.

Қоршаған ортаны ауыр металл ионынан тазарту және оны сақтау, кезек күттірмейтін өзекті мәселе болып саналады. Ластанған қоршаған ортаны қайта қалпына келтіру жолдарының физикалық, химиялық және биологиялық тәсілдері белгілі. Солардың ішінде ең тиімдісі, биологиялық әдіс. Әсіресе, ластанған ортаны өсімдіктер көмегімен қайта қалпына келтіру жолдарын жасау соңғы жылдары аса қарқынды дамуда.

Осындай жұмыстар  индустриясы өркендеген мемлекеттерде  кеңінен пайдалана бастағаны  белгілі. Сонымен қатар, әр елде климат жағдайына сай эндемикалы және  эндемикалы емес өсімдік түрлерін табумен қатар оларды кеңінен қолданып төзімділік табиғатын анықтау жұмыстары жүргізілуде. 

Қоршаған ортаны қалпына келтірумен қатар, әр елде халықты  таза сапалы өніммен қамтамасыз ету  үшін ауылшаруашылық және мәдени өсімдіктердің ауыр металдарға төзімді сорттарын шығару физиология, селекция, биотехнология ғылымдарының алдында тұрған басты мәселе.

Аталғандарды ескерсек, ауыр металл иондарының кең тараған өсімдіктерге әсерін жан-жақты зерттеу маңызы зор актуалды мәселелер қатарына жататыны белгілі. Себебі, трофикалық байланыстар тізбегінде өсімдіктердің алатын орны ерекше.

Жұмыстың мақсаты - әртүрлі  астық тұқымдас өсімдіктеріне ауыр металдардың әсер және олардан залалсыздандырудағы  органикалық қышқылдардың ролі.

Осы мақсатқа жету жолында алға келесі міндеттер қойылды:

1.Өсімдіктердің биометлік  парметрлеріне ауыр металдардың  (Cu, Cd) әсерін зерттеу.

2. Өсімдіктердің ауыр металдарға  төзімділігінің органикалық қышқылдарға  қатынасын анықтау.

1. Ауыр металдардың өсімдіктерде таралуы және  олардың әсері.

Жалпы ауыр металл дегеніміз - салыстырмалы атомдық салмағы 40 – тан, тығыздығы  5 г/см ³ – тан жоғары химиялық элементтер [1].

Өсімдіктер  ауыр металдарды әртүрлі жолдармен  қабылдайды. Топырақтан ауыр металдарды тамыр арқылы сіңіріп, ауадан жапырақ устьицалары арқылы негізінен шаң-тозаң арқылы қабылдайды. Ауыр металдар сулы ерітінділерден устьица және кутикула арқылы пассивті диффузиялану, белсенді тасымалдану арқылы енеді. Ауыр металдардың өсімдіктерге әсер етуінің алғашқы белгілері: өсімдік өсуінің баяулауы, биомассасының азаюы, хлороздың дамуы, су айналуының бұзылуы, өнім сапасының төмендеуі болып табылады [2].

Ауыр металдармен  ластану – «топырақ - өсімдік» жүйесін  ластаудағы кең таралған қауіптіліктің бірі болып табылады.

Топырақ - алмастырылмайтын табиғи ресурс, ол қажетті глобальді  және экологиялық функциялардың  тобын толықтырады және атмосфералық ауаның, жер беті және жер асты суының сапасына әсер етеді. Сондықтан топырақтың ауыр металдармен ластануынан туындаған қауіп - қатер ауылшаруашылық дақылдарының өнімділігінің төмендеуіне және оның гигиеналық сапасының нашарлауына әкеледі. Бұл мәселе, өсімдіктің ешқандай көрнектіі белгілерінсіз ақ, адамдарға және жануарларға қауіп төндіреді. Осыған орай, топырақтың «тазалығы мен саулығы» көптеген жағдайларда өсімдік сапасымен байланысты [3]. 

Болашақтағы тапсырмаларды  шешу үшін агрохимиялық заттарды белсенді   түрде пайдаланудан жинақталған  ауыр металдардың топырақтарды және өсімдіктерді ластау деңгейі және оның көздерін дұрыс бағалау үшін топырақтың экологиялық мониторингі үлкен мүмкіндік береді. Бұл үшін, әр түрлі формалы ауыр металдардың топырақтардағы және олардың өсімдіктерге жинақталуы жөніндегі тәжірибелі мәліметтер керек. Бұл мәліметтерді алу үшін математикалық талдаудың жаңа әдістері, модельдеу, инженерлік білім керек. Бұл - информациялық ресурстарды эффективті пайдалануға және топырақтың, өсімдіктердің ластануын болжауына экологиялық баға беру үшін мүмкіндік береді, сондай – ақ олардың улылығын төмендетіп және экологиялық жағынан қауіпсіз өсімдік өнімдерін алуға жағдай туғызады [4].    

Минералды органикалық  тыңайтқыштарды және өсімдіктерді қорғаушы заттарды қолданбай дәнді – дақылдардың  жоғарғы және тұрақты өнімін алу  мүмкін емес. Тыңайтқыштар және кейбір мелиоранттар, өздерінде белгілі бір мөлшерде микроэлементтердің болуымен сипатталады, топырақта жетіспеушілігі ауылшаруашылық дақылдарының көлеміне және өнімнің сапасына кері әсерін тигізеді. Көптеген ғалымдардың айтуынша, топырақта әртүрлі улы заттардың жинақталуы, соның ішінде ауыр металдардың болуы тыңайтқыштарды пайдаланғаннан болады. 

Тыңайтқыштарды  және мелиоранттарды қолдану белгілі  деңгейде топырақтың химиялық элементтерін өзгертуі мүмкін. Біріншіден, топырақтарға қосымша мөлшерде металдардың түсуі. Екіншіден, топырақтағы элементтердің қозғалыстарының өзгеруін, оның өзгерістерге түсуі. Бұл енгізілген физиологиялық жағынан қышқыл немесе физиологиялық сілті бола тұрып, ортаның реакциясын өзгертеді. Физиологиялық қышқыл, тыңайтқыштардың топырақтағы кадмийдің, никельдің және цинктің қозғалысын жоғарылатады, ал физиологиялық сілті керісінше - төмендетеді [5]. 

Топырақтардың және өсімдіктердің ауыр металдармен  ластану мәселесі   қазіргі  кезде бәрін адаңдатуда. Бұл бір  жағынан түскен өнімдерде ауыр металдардың жоғары болуы, адам және жануарларға зиянды екендігімен және көп жағдайда тағам немесе жем ретінде пайдалы немесе пайдасыз екендігі анықталады. Екінші жағынан, топырақтың ауыр металдармен ластануы кәсіпорындарға пайдалы өнімді жарамсыз ету қаупі бар.

Көптеген ғалымдардың  жұмысына сүйенетін болсақ, өсімдіктердің  химиялық құрамы мен ортаның элементтер құрамының байланысы бар, ал химиялық негізгі массасы өсімдікке топырақтан түседі. 

Өсімдіктерге ауыр металдардың  түсуі мынадай факторларға байланысты: өсімдіктер түрлерінің ерекшеліктері, топырақтың түрі, концентрациясы, ауыр металлдың болу формасы, топырақтың рН және оның гранулометрлік  құрамы, органикалық заттардың болуы, топырақтардың катионды жұту мөлшері, экожүйенің ластануының техногендік көздерінің болуы. [6]

Өсімдіктерге ауыр металдардың  түсуінің негізгі көзі тамыр абсорбциясы  жолымен жүзеге асады. Бұл процесс  пассивті және активті болуы мүмкін, ал тамыр арқылы ауыр металдарды сіңіру жылдамдығы олардың топырақтағы  болу мүмкіндігінің қорымен өзара байланысады.                      

Ауыр металдардың активті  жұтылуы градиент концентрациясына қарсы жүреді және оған энергия қажет. Топырақ ерітіндісінің қалыпты  концентрациясында ауыр металдардың  сіңірілуі тамырдың өзінің ішіндегі метоболиттік процестері арқылы бақыланады.

Топырақтағы метал иондарының концентрациясына тәуелді аталған  механизмдер арасындағы қарым-қатынас  және олардың әрқайсысына қатысты  ролі өзгеруі мүмкін [7]. 

Металдардың тамыр арқылы сіңірілуі мынаған әсер ететіндігі көрсетілген: тамырлық жүйедегі катиондардың алмасуы, клеткаішілік тасымалдаушылармен тасымалданып, ризосфералық әсері, өсімдіктердің тамырлық жүйесі, топырақтың қозғалыс жағдайына байланысты әртүрлі компоненттері бар, ауыр металдардың белсенді тасымалдануына әсер етеді. Бұл қоршаған ортаның әртүрлі рН деңгейіне байланысты әрқалай болып жүреді.

Өсімдіктердің ауыр металдарды сіңіруі өзгермелі түрде болады. Өсімдіктермен шектен тыс жеңіл  сіңірілетіндері: Cd, B, Br, Cs, Pb. Мынадай  элементтер: барий, титан, цинк, бериллий, кобальт және кейбір деңгейде темір және цезий өсімдіктерге әлсіз сіңеді [8]. 

Ауыр металдардың өсімдіктерге түсуін өсімдіктердің элементтік химиялық құрамына сай, екі басты факторлардың болуымен түсіндіріледі: генетикалық  – экологиялық, әр қайсысының үлестік қатысуы орта жағдайының өзгеруіне тәуелді ауысып отырады. Өсімдіктердің трофикалық сұраныстары фитоценоздардың геохимиялық жағдайы олардың элементтік құрамына қатысты, негізінен генетикалық бақылаудың негізін қалыптастырады. Бұл жағдайларда өсімдіктің ұлпаларының таңдаулы және сипатты берілген түрдегі металл иондарының сіңірілуі сақталады. Бұған экологиялық фактор тек өмір сүру ортасы ауыр металдарының қозғалмалы формаларының қамтылған жағдайында ғана қатысады [9]. 

Өсімдіктердің және оның мүшелеріндегі, ұлпаларындағы элементтердің концентрациясының қарым – қатынасы өте өзгермелі және бұл өсімдіктердің түрлік спецификасымен, сондай – ақ элементтердің құрылымдарымен байланысты.

Көптеген ғалымдар ауыр металдардың  максималды жинақталуы өсімдіктердің тамырларында деп көрсетеді. Металлоаккумуляцияның негізгі ролі тамыр ұлпаларына жатады. Көптеген жағдайларда қабық ұлпаларының, тамырларының жалпы массасында, металдардың концентрациясы өседі. [10]. 

Д. А. Сабинин химиялық элементтерді, олардың өсімдік мүшелеріне жинақталуына байланысты екі топқа бөлді:

- базипетальді (олардың жылжуы  жапырақтан сабаққа және тамырға  қарай төмендейді);

- акропетальді (олардың көп  болуы тамырда байқалып, сабақ  бойымен төмендейді).

Ластанбаған топырақта ауыр металдардың мөлшері аз болады, тек қорлық мүшелерге ғана тән (жеміс, тамыр және түйнек) екендігі анықталған. Бұл осы мүшелерге аздаған мөлшерде ауыр металл қажет екендігін түсіндіреді.

Ауыр металдарды өсімдіктердің жер үсті және жер  асты мүшелері бойынша бөлу белгілі  бір тәуелділікке байланысты емес. Мысалы, кадмийдің биоаккумуляциясы бойынша оның ауылшаруашылық өсімдіктерінің тамыры мен жер үсті мүшелерінде жинақталуына байланысты көптеген ерекшеліктер көрсетілген. Бірнеше өсімдіктерде кадмийдің белсенді жинақталуы тамырда жүргізілгендігі анықталған.  Көптеген зерттеушілердің мәліметтері бойынша [11] өсімдітер ауыр металдарды тамырына жинақтайды, ал кейбір зерттеушілер [12,13] ауыр металдар өсімдіктердің жер үсті мүшелерінде жинақталатынын көрсетеді. Негізінен көптеген зерттеушілер көзқарасы бойынша ауыр металдардың өсімдік бойында жинақталуы өсімдік түріне, сортына, элементтің физикалық және химиялық қасиетіне байланысты [14,15]. Ауыр металдардың өсімдік тамырында шоғырлануы күдік туғызбайды. Металға төзімді өсімдік тамыры мен топырақ ерітіндісі арасында олардың жылжымалы формасы төмендейді және концентрация градиенті жоғарылай отырып өсімдікке сіңірілуі артады [16]. Ауыр  металдардың тамырда шоғырлану механизмі өсімдіктер арасында ауыр металға төзімсіздермен салыстырғанда төзімділерде байқалады [17]. Көптеген зерттеушілердің мәліметтері бойынша [18,19] көбінесе өсімдіктерде тамырдың өсуі тоқтатылып, тамыр түктері мен биомассасы азаяды. Ауыр металдар әсерінен ең бірінші меристима аймағы, одан соң созылу және тамыр түктерінің түзілу процесі жүретін өсу аймақтары бұзылады. Қоректік заттардың тамыр арқылы сіңірілуін төмендетеді. Нәтижесінде жалпы тамыр көлемі азайып, тамырдың адсорбциялаушы ауданы азаяды да, соңынан тамырдың өлуіне әкеледі. Сонымен қатар, ауыр металдар жер үсті бөліктерінің де өсуін тежейді. Бұдан өсімдіктердің мүшелерінің сырттан келген заттарды сіңіру қабілеті бұзылып, құрғақ биомассасының жинақталуы азайып, өсімдіктің тіршілікке қабілеттілігі төмендейді. Ақыр соңында өсімдіктің өсіп – дамуы тежеліп,  тіршілігін жояды [20,21]. Ортада ауыр металдардың тым көп болуынан, өсімдіктердің ең алғаш қорғаныс жүйесі - тамыр жүйесі екені бізге мәлім, олар жапырақтың фотосинтездік ұлпасына енуіне жол бермей ауыр металдарды тоқтатады, осының әсерінен өсімдіктің өнімділік процессінің мүмкіндігі төмендейді.

Көптеген зерттеушілердің мәліметтері  бойынша [22,23] көп жағдайда ауыр металдардың  әсерінен тамырының өсуі тежеледі, тамыр түктерінің саны және тамыр  биомассасы  азаяды. Ең бірінші меристема  аймағы бұзылады, содан кейін тамыр түктерінің түзілу процессі жүретін клеткалардың созылу аймағы бұзылады. Нәтижесінде жалпы көлемі мен тамырдың жалпы және сіңіруші ауданы кішірейеді, бұл бірте – бірте тамырдың өліміне әкеледі. Тамырдың жұту қабілеті мен қоректі заттарды сіңіруінің төмендеуінің  нәтижесінде өсуі мен дамуы тежеледі, бұл ең ақырында өсімдік организмінің өліміне әкеп соқтырады. 

Жер үсті бөлігінің өсуі тежелгенде ассимиляциялаушы мүшелердің  дамуы  бұзылады,  құрғақ биомассаның  жинақталуы нашарлайды, бұл және де өсімдіктің өсу қабілетінің әлсіреуіне әкеледі.

Панин М. С. (2000 ж.) мәліметтері  бойынша Cu мен Mn элементтерінің өсімдіктер мүшелерінде таралу реті мынандай: жапырақ > гүл > тамыр > сабақ, ал мырыш, кобальт, молибден элементтерінікі  болса: жапырақ > гүл > сабақ > тамыр. Сонымен қоса, өсімдіктердің тіршілік формаларының әртүрлілігіне байланысты олардың металдарды жинақтау қабілеті де әртүрлі болады. Мысалы: Mn – бұтақты, жартылай бұтақты және шөптесін өсімдіктерге қарағанда ағаш өсімдіктерде 2,3 – 3 есе жоғары. Ал, Cu мен Co шөптесін өсімдіктер көп сіңірсе, Zn – ағаштарда, жартылай бұтақты өсімдіктерде, Мо – шөптесін және жартылай бұтақты өсімдіктерде көп жинақталады [25]. Топырақтағы және өсімдік мүшелеріндегі ауыр металл мөлшерін салыстыра отырып, топырақ пен өсімдіктердегі тәуелділік дәрежесі дара жарнақтыларда мына қатарға байланысты: Cd > Zn >Cu > Pb > Cr. Ал қос жарнақтыларда бұл заңдылық өте аз мөлшерде сақталады. Мәдени және табиғи өсімдіктердің түр аралық, түр ішіндегі өсімдіктерін салыстыра отырып, ауыр металдардың улы әсері жағынан мынандай қатарға жіктеген: Cu > Cd > Zn > Ni > Pb > Mn [26].

2. Өсімдік тіршілігіндегі химиялық элементтер қатынасы.

Ауыр металдардың  улы әсер етуі олардың өсімдіктердегі бір – бірімен қатысының бұзылуынан болуы мүмкін. Бір металдың артық мөлшерінің өсімдікке енуі басқа металдардың жетіспеуіне әкеледі. Бұл металдардың «бақталастық» қатынасына байланысты. Иондар антоганизмі макроэлементтердің Ca, Mg, Cd, P мен ауыр металдар арасында болуы мүмкін. Ауыр металл қорғасын ерімейтін фосфаттарды түзеді де, фосфордың жетіспеушілігін туғызады. Топырақ типі, ондағы механикалық құрамы, органикалық заттар мөлшері, рН көрсеткіші басқа элементтердің қатысуы әсіресе, Са және өсімдіктегі ауыр металдардың улылығын өзгертуі мүмкін. Өсімдіктегі металдардың улы әсері олардың өзара қарым – қатынас жасау әрекеттерінің нәтижесі деп болжауға болады. Сонымен қатар, қоршаған орта факторларының температура, ауа және топырақ ылғалдылығы жарықтың қарқындылығы өсімдіктегі ауыр металдардың улы реакцияларын    өзгетеді [27].

Biddаppa C. C. (1989 ж.) зерттеулерінде [28] какос пальмасын таза құмда өсіріп, оны белгілі уақытта ауыр металдар ерітінділерімен (Cd – 1-4мг/л, Bi – Ni – 2-8мг/л, Pb, Cr, Ba, Ti – 5-20мг/л) қоректендіріп отырған. Осы тәжірибедегі өсімдік жапырағынан алынған әртүрлі фракцияларындағы P, K, Ca, Mn, Cu, Zn элементтеріне талдау жасаған. Ауыр металдарды негізінен нуклеин қышқылдарында, белоктарда және полисахаридтерде төмендеткен. Ал, Bi, Cr, Ba, Ti, Ni металдар бір ортадағы өсімдік жапырақ фракцияларында (лигнин, целлюлоза, органикалық қышқылдар, пигменттер, липидтер)            К – элементі жоғарылаған. Барлық ауыр металдар органикалық қышқылдарда, пигменттерде, липидтерде Са – элементін төмендетсе, нуклеин қышқылдарында, полисахаридтерде төмендеген. Ауыр металдар Mn – тің полярлы қосылыстарда жинақталуын тудырған. Cr, Bi, Cd және Ba  әсерінен Zn элементі белокта, полисахаридтерде жоғарылаған. Роса өсімдігінде ауыр металдар әсерінен пигментте, липидте, белокта, пектатта Cu жинақталса, полисахаридтерде, органикалық және нуклеин қышқылдарында өзгермеген күйінде қалған. Бұл алынған көрсеткіштер өсімдік өскен ортадағы ауыр металл концентрациясының жоғарылауы, өсімдік тірішлігіне қажетті басқа элементтердің тіршілігін бұзады. Ауыр металдар өсімдіктерде кейбір элементтердің жинақталуы мен кейбір элементтердің ығысуына әсер ететінін көруге болады. Өсімдік тіршілігіндегі химиялық элементтердің ретінің бұзылуы олардың өсіп – дамуына теріс әсерін беретіні белгілі.

3. Мыс

Мыс – ауыр металдар арасындағы қоршаған ортаны ластауда ерекше орын алады. Бұл элементтің таралуының негізгі көзі мыс – никель балқыту заводтары (50%), жанар – жағар май (22%), ағаш жағу (11%) және темір өндіру орындары (11%) болады .

Құрамында мыс  бар фунгициттерді жүзім алқаптарында кеңінен пайдаланады. Бұл осындай аймақтардың мыспен ластануының бірден – бір жолы. Россияда бұндай аймақтар 1416 мың га жерді алып жатыр [29].

Мыс – адам, жануар және өсімдіктер үшін ең қажетті микроэлемент. Ол мынандай ферментер құрамына кіреді: цитохромоксидазалар, церулоплазминдер, аскорбатоксидазалар, супероксиддисмутазалар, уратоксидазалар және т. б. [30,31].

Мыс бір жағынан  төменгі концентрациясы маңызды  биологиялық микроэлемент ал, екінші жағынан жоғарғы концентрациясы қауіпті ауыр металл. Ол биохимиялық процестерде ферменттердің негізгі құрамы ретінде тотығу – тотықсыздану реакциясын жүзеге асырушы. Оның валенттілігінің ауысып отыруына байланысты фермент орталығының электрон донорлық немесе акцепторлық қызметін атқарады. Мыс қоршаған ортаны қорғау мамандарының (ЮНЕП) 1980 жылғы шешімі бойынша басқа элементтермен қоса (сынап, кадмий, қорғасын, хром, никель, мышьяк) ең улы ауыр металл қатарына кіреді. Сонымен қоса бұл металдың антропогендік жолмен таралуы бақылауға алынды.

Мыстың жоғарғы  концентрациясы тірі ағзаларға өте қауіпті. Бұндай жағдайда улану белгілерімен кейбір ферменттердің активтілігіне, биосинтезіне кері әсерін тигізеді. Жоғары сатылы өсімдіктерде мыс ауыр металдар арасындағы кадмийден кейінгі орынды алады (Hg > Cd > Cu > Pb > Cr > Ni > Zn) [32].

Өсімдіктерге  мыстың жетіспеуінен болатын белгілі  симптомдар: өсуінің баяулауы, жапырақтың хлорозы, тургордың жоғарылауы, түсімнің азаюы.

4. Кадмий

Ауыр металдардың  ішіндегі ең улы және қоршаған ортаға кеңінен таралған - кадмий элементі болып табылады. Қоршаған ортаның кадмиймен ластануы  кейінгі кезде  Швецияда, АҚШ – та  бірнеше есе жоғарлаған [33].

Кадмийдің айтарлықтай  бөлігі топыраққа және суға жауын  – шашын арқылы түседі. Жыл сайын  Балтық теңізіне 2000 тонна кадмий түссе, оның 45% - ы ауадан келеді. Бұл элемент тірі ағзаларға қауіптілігі жағынан бірінші класқа жатқызылады. Кадмий адам мен жануарлар ағзасында жиналуға қабілетті және жүрек қан тамыр әрекетіне, басқа да аурулардың пайда болуына себепші. Адам ағзасында 10 мг кадмийдің жинақталуы улану белгілерін білдіреді [34].

Кадмийдің басқа  ауыр металдармен салыстырғанда  өсімдік тіршілігіне қажеттілігі  әлі толық дәлелденбеген. Бірақ  осы металдармен ластанған ортада оның өсімдікке түсуі жоғары. Зерртеушілердің  көрсетуі бойынша өсімдіктің құрғақ салмағына шаққанда 0,1- 1 мкг/кг кадмийдің болуы қалыпты деп есептеледі.

Кадмийдің өсімдіктердегі улы әсерінің алғашқы белгілері  болып: өсімдік өсуінің баяулауы, биомасса жинауының кемуі, хлороз түсімінің  азаюы т.б. физиологиялық процестер  жатады [35].

Cd-дің  өсімдіктерге сіңірілуі және таралуы Өсімдікке кадмийдің сіңірілуіне топырақ ерітіндісінің қышқылдануының әсері байқалады. Өз кезегінде топырақтың қышқылдануына қышқыл жауын – шашын мен қышқыл тыңайтқыштардың әсеріне байланысты кадмиймен ластанған топырақтың қышқылды ортасы рН 6 – 6,5 – тен төмен болмауын ұсынады. Табиғи жағдайда топырақтағы кадмийдің деңгейі негізінен 1 мг/кг – ға жуық, бірақ кадмийдің топырақтағы өсімдікке оңай сіңетін жылжымалы формасы көп емес (топырақ ерітіндісіндегі еріген формасы 0,07% шамасында). Бұл кадмийдің топырақпен өте тығыз байланысқа түсетінін көрсетеді [36]. Кадмийдің өсімдікке сіңуіне және мүшелер арасына таралуына оның биологиялық ерекшелігі негізгі фактор болып табылады.

Өсімдіктің  табиғи жағдайда кадмийді сіңіруі әртүрлі, оларды үш топқа бөледі: бірінші топқа бұл элементтің салыстырмалы төменгі мөлшерін сіңіретін бұршақ тұқымдастар жатса, екінші топқа орташа мөлшерін сіңіретіндер астық, асқабақ тұқымдастар, шатыршагүлдер, лилия тұқымдастары ал, үшінші топқа бұл элементтің жоғарғы концентрациясын сіңіретін крестгүлділер, күрделі гүлділер, ала бұталар жатады. Бұл тұқымдастардың ішінде кадмийдің төменгі немесе жоғарғы концентрациясын жақсы сіңіретіндер немесе сезімтал түрлер де кездеседі. Бірдей жағдайда өсірілген қара бидай және бидай өсімдіктерін салыстырғанда, бидайдың кадмийді өзіне көп жинауы осы фактіні дәләлдей түседі. Кадмийге төзімді қызанақ және қырық қабат болса, оған сезімтал - салат, шпинат және т.б. жапырақты, жемісті өсімдіктері болған [37].

Сәбіз,қызылша  өсімдіктері және жапырақты жемісті өсімдіктер, топырақта кадмийді көп сіңіреді және осы сіңірілген металдың жартысы өсімдік тамырында байланысқан күйінде қалса, жарты бөлігі өсімдік сабағы арқылы басқа мүшелерге тарайды. Кадмийдің өсімдіктергі сіңірілуі мен тасымалдануы дара жарнақты және қос жарнақты өсімдіктерде әртүрлі.

Кадмий өсімдіктерде жалпы мынандай ретпен таралады. Ең көп мөлшерде тамырда, жер үсті мүшелерінде  аз, жеміс пен ұрықта ең төмен. Азықтық  өсімдіктерде және астық тұқымдас өсімдіктердің  дәніндегі қалыпты жағдайдағы кадмийдің мөлшері 0,7 – 0,27 мг/кг және 0,13 – 0,22 мг/кг сәйкес.

Зерттеушілердің мәліметтері бойынша[38] кадмийдің  топырақ - өсімдік жүйесінде қасиетінің өзгеше екендігі анықталған. Төрт жыл  бойы жасанды жолмен ластанған ортада жүргізілген тәжірибе нәтижелерінің қорытындысы бойынша, бірінші жылы қорғасынның өсімдікке түсуі жоғары болған, бірақ төртінші жылы оның өсімдіктердегі мөлшері қалыпты деңгей мөлшеріне    (2-3 мг/кг құрғақ салмағына шаққанда) дейін төмендеген ал, кадмийдің мөлшері төртінші жылы да жоғары (5 – 8 мг/кг) деңгейде сақталған. Бұл алынған көрсеткіш кадмийдің топырақ - өсімдік жүйесіндегі жылжымалы белсенді күйі ұзақ уақыт сақталатынын көрсетеді.

5. Ауыр металдардан қоршаған ортаны залалсыздандыру жолдары.

Ауыр металдармен ластанған гетерогенді ортаның қайта қалпына келтіру гомогенді ортамен салыстырғанда айтарлықтай қиын да, күрделі. 

Техногеді аудандардағы ауыр металдардың улы әсерін тежеу  үшін және олардың жылжымалы формасын азайту үшін органикалық тыңайтқыштармен  қатар, избесттеу, цеолиттеу және т.б. әдістерді атап айтуға болады. [39]. Овчаренко М. М. 1996 жылғы мәліметтері бойынша [40] ластанған топырақты избесттеу ауылшаруашылық өсімдіктерінің өнімділігін арттыратынын көрсеткен.

Гайсин И. А. [41] әріптестерімен орманды сұр топырақта жүргізілген тәжірибеде картопты пайдаланған. Онда алғашқы жылы мыс – 165, мырыш – 297, қорғасын – 281 мг/кг қалыптан жоғары екендігін көрсеткен. Олардың қалыпты өткізу концентрациясы мыс пен мырышта – 3 есе, қорғасын – 9 есе жоғары екендігін атап кетеді. Тәжірибеде 6 тонна/га избест сіңіру арқылы ауыр металдардың улы әсерін төмендетуге қол жеткізген. Алғашқы жылғы қорытынды бойынша өсімдік бақылау вариантымен салыстырғанда мыс, мырыш – 2,5, қорғасын – 8 есе  жоғары болған. 

6. Органикалық қышқылдар және олардың өсімдіктегі ауыр металдарды залалсыздандыруы.

Органикалық қышқылдар  – бұл сұйық ерітіндіде диссоциация  кезінде сутек катиондарын түзе алатын органикалық заттар. Көбінесе жануарлардың және өсімдіктердің клеткаларында  болады. Органикалық қышқылдар көмірсулардың айналуының өнімі болып табылады.

Құрамындағы карбоксил  тобының санына қарай олар бірнегізді (сірке қышқылы, құмырсқа, пропион, май, сүт, гликоль қышқылдары), екінегізді (алма, янтар, қымыздық қышқылдары) және көпнегізді (лимон, аконит қышқылдары) болып бөлінеді.

Қасиеттеріне  байланысты органикалық қышқылдар  ұшатын және ұшпайтын болып бөлінеді. Ұшатын органикалық қышқылдарға  уксус, пропион, май қышқылдары және т.б. жатады. Бұлар тез буланады, өткір  иісті. Барлық қалған органикалық қышқылдар - ұшпайтындарына жатады.Органикалық қышқылдардың көп бөлігін карбон кетоқышқылдары алып жатыр. Сонымен қатар карбонды емес органикалық қышқылдарына гетероциклды қосылыстар жатады

Органикалық қышқылдар  тірі организмдердің зат алмасуында маңызды орын алады. Өсімдіктердің тамырына қоректік заттар түскен кезінде, олар катиондар мен аниондардың қажетті арақатынасын сақтайды. Өсімдік клеткаларында белгілі рН мәні бар буферлік қоспа түзеді және де биохимиялық өзгерістердің алғашқы, аралық және соңғы өнімдері болады. Өсімдіктердің сабағында, жапырағында, жемісінде едәуір мөлшерде, бос күйінде және тұз түрінде жинақталады.[42].

Ауыр металдарды байланыстыруда және оның өсімдік бойымен жылжуына ксилема ағымындағы органикалық  қышқылдар және басқа да төменмолекулалы дикарбоксильді аниондар мен органикалық катиондар қатысады. Өсімдіктертамыры арқылы сіңірілгенмысксилема арқылы теріс зарядталған комплекс түрінде, мүмкін АҚ байланысқан түрінде жылжиды. [43]   Күнбағыстың ксилема сөлінде мыстың  99%-ы комплексті түрінде болады. АҚ мыспен берік комплекс түрінде болады. Мұндай АҚ-дарына асбұршағында аспарагин мен гистидин, ал томатта аспарагин және глутамин жатады. НА (никотинамин) томаттың ксилема сөлінде мыстың негізгі тасымалдаушысы.

24 сағат 2,5х10^-4М цитрат ерітіндісінде ұсталған томат өсімдігінде Cd-дің тамырданжер үсті мүшелеріне жылжуы жоғарылаған. Cd-дің концентрациясын 5х10^-6М-ге дейін көтергенде оның жылжуы бақылау вариантымен және Cd-мен цитраты бар вариантымен салыстырғанда 6-8 есе артқан.Басқа зерттеулер бойынша цитраттың қатысында Cd-дің  ксилема клеткаларының қабығы арқылы адсорбциялануы төмендеген.

Сұлы тамырында Cd-дің  негізінен оттегі немесе азот легандаларымен байланысатыны абсорбциялық спектроскоп  арқылы көрсетілген, әйткенмен де, тамырдағы Cd күкірт лигандасымен де,болжам бойынша фитохелатинмен де байланысуы мүмкін. Оттегімен лиганда түзуі цитратпен хилаттауымен сәйкестенеді.

Ксилема сөлінде лимон  қышқылы мен басқа да төменгі  молекулалы дикарбон қышқылдар болады. [44 ]

Кадмий ксилемаға өткеннен кейін комплекс түзеді, ал оның тұрақтылығы лимон қышқылының концентрациясы өскен сайын артады. Осындай органикалық комплекс Cd – цитрат электрофорез әдісімен күріштің ксилема сөлінде байқалған. [45] Басқа зерттеушілердің алған нәтижелері бойынша ксилема сөліндегі Cd-дің  50 %-ы бейорганикалық түрде, негізінен Cd²⁺  немесе Cd(ОН)₂ түрінде болуы мүмкін. Ал біраз Cd-мен жүргізілгентәжірибелердің нәтижелері мынаны көрсетеді: цитраттар және басқа дикарбонды қышқылдар, Cd²⁺  және  Mg²⁺ индары ксилема қабырғасына байланысудабір-бірімен бәселесе отырып, Cd-дің  жылжуын жеңілдетеді. Металл иондарының залалсыздандыруының негізгі механизмі олардың цитоплазмада органикалық қышқылдармен және тиолдармен байланысуы, одан әрі олардың вакуольде жинақталуы.

Өсімдіктердің төзімді түрлері улы иондарды тамырлары мен сабақ вакуолінде жинайды. Өсімдіктер жапырағына жеткен металдар эпидермис вакуолінде және оның туындысы – трихомонада, өсімдік бездерінде жиналады, олар өсімдік организмінен металдарды шығару қызметін атқарады. Өсімдіктердің төзімсіз түрлерінің  металл иондарын тонопластқа шығару мүмкіншілігі аз, сондықтан олар металдарды жылжуын шектелгенқосылыс түрінде цитоплазмада жинайды.

Біраз ғалымдар никельге гипеаккумулятор болатын өсімдіктерді зерттей отырып, никельдің алма және лимон қышқылдарымен комплекс түзетінін көрсеткен. Ал кейбір өсімдік түрлерінде никельдің жоғарғы мөлшері малон қышқылының жоғарғы мөлшерімен сәйкестенеді.

Кейінгі әдебиет мәліметтеріне  қарағанда, өсімдіктердің ауыр металдарға төзімділігінің механизмі әлдеқайда күрделі. Өсімдік толеранттылығы ген деңгейінде реттеледі деген мәліметтер бар.

Ауыр металдардың өсімдіктерде залалсыздануына бірнеше механизм қатысуы мүмкін, соның ішінде органикалық  қышқылдар синтезінің артуы, шок  белоктар синтезінің индукциясы, металотиониндер синтезі. Міне сонда ғана улы элементтерге төзімді өсімдіктердің генетикалық негізін түсіне отырып, оларды ауыр металдармен ластанған аймақтарды тазартуға, яғни фиторемидиация үшін пайдалануға болады.

ҚОРЫТЫНДЫ

1. Мыс  пен  кадмий  иондары  өсімдіктердің өсімі  мен биомасса жинақтауын айтарлықтай  тежеген. Көп дәрежеде өсімдіктің  жер үсті мүшелерімен салыстырғанда  тамырларының өсу процестері  тежелген. Әртүрлі  сорттардың  төзімділігіндегі айырмашылықтар,  ауыр металдарға олардың  сорттық ерекшеліктерімен және генетикалық негізіне байланыстылығын көрсетеді.  

2. Арпа өсімдігі мен   жабайы астық тұқымдас  өсімдіктерінің  түрлерін салыстырғанда,  органикалық  қышқылдар мөлшері екі металмен  әсер еткенде де, көп жағдайда, тамырларында жоғарылаған, ал жер үсті мүшелерінде, керісінше, цитрат мөлшерінің ұлғаю проценті, жабайы түрлермен салыстырғанда, тәжірибе варианттарында төменірек болды. Бұл, берілген түрлердің ауыр металдармен өте қатты ластанған топырақта өсе алатындығын және арпаға қарағанда олар төзімдірек болып келетінін айтады. 3. Өсімдіктердің жер үсті мүшелеріне келіп түскен ауыр металдар, органикалық қышқылдармен байланысуы нәтижесінде өсімдіктерге тым күшті токсикалық әсер  көрсетпей, жалпы метаболизмнен шыға алады.