Ластанудың өсімдіктер фотосинтезіне әсері
Фотосинтез - өсімдіктерге күн сәулесінің көмегімен көмірқышқыл газынан (CO₂) және судан (H₂O) тамақ (глюкоза) өндіруге мүмкіндік беретін негізгі процесс. Бұл процесс өсімдіктердің өсуі мен өнімділігін ғана емес, сонымен қатар оттегін бөлу арқылы экожүйелік тепе-теңдікті сақтайды. Дегенмен, өнеркәсіптік қызметтен, көліктен, қалдықтарды жағудан және орман өрттерінен ауаның ластануының артуы фотосинтезге нақты қауіп төндірді. Кейбір ластаушы заттар жарықтың сіңуін тежеп, жапырақ құрылымын зақымдап, устьицаларды бұзып, тіпті хлоропласттардағы химиялық реакцияларды бұзуы мүмкін. Бұл мақалада ластанудың өсімдіктердің фотосинтезіне қалай әсер ететіні , оның механизмдері және экожүйелер мен ауыл шаруашылығына әсері талқыланады.
Фотосинтез және оған әсер ететін факторлар
Қарапайым тілмен айтқанда, фотосинтез екі реакция жиынтығында жүреді: жарық реакциялары (жарыққа тәуелді) және Кальвин циклі (органикалық қосылыстар түзу үшін CO₂ пайдаланады). Фотосинтез жылдамдығына жарық қарқындылығы, температура, судың қолжетімділігі, CO₂ концентрациясы және жапырақтардың физиологиялық жағдайы сияқты бірнеше негізгі факторлар әсер етеді. Ластану осы факторлардың бірін немесе бірнешеуін бір уақытта бұзуы мүмкін. Мысалы, шаң бөлшектері жапырақтарға түсетін жарық мөлшерін азайтуы мүмкін, ал озон (O₃) және күкірт диоксиді (SO₂) сияқты улы газдар жапырақ тіндерін зақымдап, хлорофиллдің тиімділігін төмендетуі мүмкін.
Фотосинтезге ең көп әсер ететін ластану түрі
Фотосинтезге әсер ететін ластануды газ тәрізді ауаның ластануы, бөлшектердің ластануы және атмосферадағы химиялық реакциялар нәтижесінде пайда болған екінші реттік ластаушылар деп бөлуге болады.
1. Тропосфералық озон (O₃)
Төменгі атмосферадағы озон күн сәулесінің қатысуымен азот оксидтерінің (NOx) және ұшпа органикалық қосылыстардың (ҰОҚ) әрекеттесуі нәтижесінде түзіледі. O₃ жоғары реактивті сипатына байланысты өсімдіктер үшін ең зиянды ластаушы заттардың бірі болып табылады.
2. Күкірт диоксиді (SO₂)
Әдетте көмір және кейбір майлар сияқты күкірт бар қазба отындарының жануынан пайда болатын SO₂ жапырақтарға устьицалар арқылы еніп, метаболизмді бұзуы мүмкін.
3. Азот диоксиді (NO₂)
Негізінен автокөліктер мен электр станцияларында өндірілетін NO₂ жапырақ тіндерін зақымдауы мүмкін, сонымен қатар озонның түзілуіне ықпал етеді.
4. Бөлшектер (PM10 және PM2.5) және шаң
Ұсақ бөлшектер жапырақ бетіне жабысып, устьицаларды жауып, жарықтың енуіне кедергі келтіруі мүмкін.
5. Ауыр металдар және басқа да ластаушы заттар
Өнеркәсіптік немесе тау-кен өндірісі аймақтарында өсімдіктер шаңның жиналуы немесе топырақтың ластануы арқылы ауыр металдарға ұшырауы мүмкін. Топырақ жағдайларымен көбірек байланысты болғанымен, ауыр металдардың жиналуы хлорофиллдің түзілуі мен фотосинтез ферменттерінің жұмысын бұзуы мүмкін.
Ластану механизмдері фотосинтезді тежейді
1. Устьицалардың жабылуы және газ алмасудың бұзылуы
Устьицалар газ алмасу үшін «есік» қызметін атқарады: CO₂ фотосинтез үшін ішке кіреді, ал оттегі мен су буы шығады. Ластану қорғаныс реакциясы ретінде устьицалардың жабылуына әкелуі мүмкін. Устьицалар жабылған кезде CO₂ сіңірілуі төмендейді, фотосинтез баяулайды. Сонымен қатар, жабысып қалған шаң бөлшектері устьицаларды физикалық түрде жауып, өсімдік оларды ашық ұстағысы келсе де, газ алмасуын бұзуы мүмкін.
2. Хлорофиллдің зақымдануы және жарықтың жұтылуының төмендеуі
Кейбір ластаушы заттар хлорофиллдің ыдырауына әкеледі немесе оның түзілуін тежейді. Мысалы, SO₂ хлорофиллдің төмендігінің белгісі болып табылатын хлорозды (жапырақтардың сарғаюын) тудыруы мүмкін. Хлорофилл аз болған кезде жапырақтар жарық энергиясын оңтайлы түрде сіңіре алмайды, бұл жарыққа тәуелді реакцияларды әлсіретеді.
Сонымен қатар, шаң немесе күйе бөлшектері жапырақ бетінде қабат түзуі мүмкін. Бұл қабат фотосинтетикалық тіндерге жететін жарық қарқындылығын төмендетеді, осылайша энергия өндірісін (АТФ және НАДФН) азайтады.
3. Тотығу стрессі және жасушалардың зақымдануы
O₃ және басқа да реактивті ластаушылар жапырақ тінінде бос радикалдарды (реактивті оттегі түрлері/ROS) түзуі мүмкін. ROS зақымдары жасуша мембранасы, ақуыздар және фотосинтетикалық пигменттер. Хлоропласт мембранасының зақымдануы жарыққа тәуелді реакциялардың негізгі компоненті болып табылатын фотожүйе II тиімділігін тікелей төмендетуі мүмкін. Бұл фотосинтез жылдамдығын төмендетіп қана қоймай, жапырақтың қартаюын жеделдетеді және өсуін баяулатады.
4. Метаболизм мен фермент белсенділігінің өзгеруі
Фотосинтез Кальвин циклінде CO₂ бекітуінде рөл атқаратын RuBisCO сияқты ферменттерге негізделген. Ластаушы заттардың созылмалы әсер етуі бұл ферменттердің белсенділігін жанама түрде өзгертуі мүмкін, мысалы, жасушалық рН өзгеруі, ақуыздың зақымдануы немесе энергиямен қамтамасыз етудің бұзылуы арқылы. Нәтижесінде, жарық жеткілікті болған кезде де, өсімдіктер CO₂-ны қантқа тиімді өңдей алмайды.
5. Қышқыл жаңбыр және жанама залал
SO₂ және NOx қышқыл жаңбыр түрінде түсетін күкірт және азот қышқылдарын түзу үшін әрекеттесуі мүмкін. Қышқыл жаңбыр жапырақ беттеріне зиян келтіріп қана қоймай, топырақтың рН деңгейін өзгертеді, белгілі бір қоректік заттарды ерітеді және ауыр металдардың ерігіштігін арттырады. Магний (хлорофиллдің құрамдас бөлігі) немесе азот сияқты маңызды қоректік заттар жетіспейтін өсімдіктерде пигмент пен фермент түзілуінің бұзылуына байланысты фотосинтездің төмендеуі байқалады.
Ластануға байланысты өсімдіктердегі белгілер
Көптеген жағдайларда, ластанудың әсері көзбен байқауға болады. Кейбір жиі кездесетін белгілерге мыналар жатады:
– Хлорофиллдің азаюына байланысты жапырақтардың сарғаюы (хлороз).
– Некроз (қоңыр дақтар/тіндердің өлуі), әсіресе озон қабатының әсерінен.
– Өсудің тежелуі, жапырақтардың кішіреюі және биомассаның азаюы.
– Бидай, соя, күріш немесе көкөніс сияқты егістік дақылдардың өнімділігінің төмендеуі.
– Өсімдіктің маусым бойы фотосинтездеу қабілетін төмендететін ерте қартаю және жапырақтардың тез түсуі.
Дегенмен, барлық әсерлер бірден байқала бермейді. Төмен, бірақ ұзақ әсер ету кезінде фотосинтездің төмендеуі байқалмайтын белгілерсіз орын алуы мүмкін - тек өнімділіктің төмендеуі немесе өсімдіктердің құрғақшылық пен зиянкестерге төзімділігінің төмендеуі арқылы ғана байқалады.
Экожүйелер мен ауыл шаруашылығына әсері
Фотосинтездің төмендеуінің ауқымды салдары бар. Экожүйе масштабында бастапқы өнімділік төмендейді, бұл энергия шығынының азаюына байланысты азық-түлік тізбегіне әсер етеді. Әлсіреген ормандар мен өсімдіктер аурулар мен климаттың өзгеруіне көбірек ұшырайды. Сонымен қатар, егер фотосинтез аймақтық деңгейде төмендесе, өсімдіктердің CO₂ сіңіру қабілеті де төмендейді, бұл атмосферада парниктік газдардың жиналуын күшейтуі мүмкін.
Ауыл шаруашылығында бұл әсер дақылдардың өнімділігі мен өнім сапасына тікелей әсер етеді. Фотосинтезді оңтайлы жүргізе алмайтын өсімдіктер көмірсуларды аз өндіреді, бұл жемістердің, тұқымдардың немесе түйнектердің мөлшерін азайтады. Ластану құрғақшылық сияқты басқа да қоршаған ортаға кері әсер етуі мүмкін. Устьицалар ластаушы заттардың жиналуына жақын болған кезде, суды пайдалану тиімділігі төмендейді, бұл өсімдіктердің құрғақ жағдайларға бейімделуін қиындатады.
Ластанудың фотосинтезге әсерін азайту бойынша күш-жігер
Бұл мәселені шешу төменнен жоғары қарай тәсілді қажет етеді:
1. Төмен шығарындылы көлік, жаңартылатын энергия және өнеркәсіптік бақылау арқылы шығарындыларды азайту.
2. Ластануға төзімді түрлермен қаланы көгалдандыру бөлшектерді сүзуге және жергілікті ластаушы заттардың деңгейін төмендетуге көмектеседі.
3. Ауыл шаруашылығы жерлеріне тікелей әсерді азайту үшін өнеркәсіптік аймақтардың немесе негізгі жолдардың айналасында өсімдіктерді буферлеуді енгізу.
4. Ластануға төзімді өсімдіктерді, мысалы, күшті антиоксиданттық жүйелері немесе бейімделгіш устьицалары бар сорттарды өсіру.
5. Шаңның жиналуын азайту және стрессті азайту үшін белгілі бір өсірулерде (мысалы, жылыжайларда немесе қарқынды өсетін жерлерде) жапырақтарды дұрыс күту және суару.
Қорытынды
Ауаның ластануы және ластаушы заттардың тұнбалары өсімдіктердің фотосинтезіне елеулі қауіп төндіреді. Умацевтикалық қабаттың жабылуы, хлорофилл мен хлоропласттың зақымдануы, тотығу стрессі және қышқыл жаңбыры мен қоректік заттардың бұзылуы сияқты жанама әсерлер сияқты механизмдер арқылы ластану фотосинтез жылдамдығын айтарлықтай төмендетуі мүмкін. Әсері өсімдіктердің өсуінің төмендеуінен бастап экожүйе мен ауылшаруашылық өнімділігінің төмендеуіне дейін болады. Фотосинтез Жердегі тіршіліктің негізі болғандықтан, ластануды бақылау шаралары тек адам денсаулығы үшін ғана емес, сонымен қатар қоршаған ортаның тұрақтылығы мен азық-түлік қауіпсіздігі үшін де өте маңызды.
