Влијанието на загадувањето врз фотосинтезата на растенијата
Фотосинтезата е фундаментален процес што им овозможува на растенијата да произведуваат храна (гликоза) од јаглерод диоксид (CO₂) и вода (H₂O) со помош на сончева светлина. Овој процес не само што го одредува растот и продуктивноста на растенијата, туку и ја одржува рамнотежата на екосистемот со ослободување на кислород. Сепак, зголеменото загадување на воздухот од индустриските активности, транспортот, согорувањето на отпадот и шумските пожари стана вистинска закана за фотосинтезата. Одредени загадувачи можат да ја инхибираат апсорпцијата на светлина, да ја оштетат структурата на листовите, да ги нарушат стомите, па дури и да ги нарушат хемиските реакции во хлоропластите. Оваа статија дискутира за тоа како загадувањето влијае на фотосинтезата на растенијата , вклучените механизми и неговото влијание врз екосистемите и земјоделството.
Фотосинтеза и фактори што влијаат на неа
Едноставно кажано, фотосинтезата се одвива во два сета реакции: светлосни реакции (кои зависат од светлината) и Калвинов циклус (кој користи CO₂ за формирање органски соединенија). Стапката на фотосинтеза е под влијание на неколку клучни фактори, како што се интензитетот на светлината, температурата, достапноста на вода, концентрацијата на CO₂ и физиолошката состојба на листовите. Загадувањето може да наруши еден или повеќе од овие фактори истовремено. На пример, честичките прашина можат да ја намалат количината на светлина што ја примаат листовите, додека токсичните гасови како што се озонот (O₃) и сулфур диоксидот (SO₂) можат да го оштетат ткивото на листот и да ја намалат ефикасноста на хлорофилот.
Видот на загадување што најмногу влијае на фотосинтезата
Загадувањето што влијае на фотосинтезата може да се подели на гасовито загадување на воздухот, загадување со честички и секундарни загадувачи формирани од хемиски реакции во атмосферата.
1. Тропосферски озон (O₃)
Озонот во долната атмосфера се формира со реакција на азотни оксиди (NOx) и испарливи органски соединенија (VOCs) во присуство на сончева светлина. O₃ е еден од најштетните загадувачи за растенијата поради неговата високо реактивна природа.
2. Сулфур диоксид (SO₂)
Генерално произведен од согорување на фосилни горива што содржат сулфур, како што се јагленот и одредени масла, SO₂ може да навлезе во листовите преку стомите и да го наруши метаболизмот.
3. Азот диоксид (NO₂)
NO₂, кој во голема мера се произведува од моторни возила и електрани, може да го оштети ткивото на листовите, а исто така придонесува за формирање на озон.
4. Честички (PM10 и PM2.5) и прашина
Фините честички можат да се залепат за површината на листот, затворајќи ги стомите и спречувајќи го навлегувањето на светлината.
5. Тешки метали и други загадувачи
Во индустриските или рударските области, растенијата можат да бидат изложени на тешки метали преку таложење прашина или контаминација на почвата. Иако повеќе е поврзано со условите на почвата, акумулацијата на тешки метали може да го наруши формирањето на хлорофил и ензимите за фотосинтеза.
Механизмите на загадување ја инхибираат фотосинтезата
1. Затворање на стомите и нарушување на размената на гасови
Стомите функционираат како „врати“ за размена на гасови: CO₂ влегува за фотосинтеза, додека кислородот и водената пареа излегуваат. Загадувањето може да предизвика затворање на стомите како заштитен одговор. Кога стомите се затвораат, апсорпцијата на CO₂ се намалува, забавувајќи ја фотосинтезата. Понатаму, прилепените честички прашина можат физички да ги блокираат стомите, нарушувајќи ја размената на гасови дури и кога растението сака да ги држи отворени.
2. Оштетување на хлорофилот и намалена апсорпција на светлина
Некои загадувачи предизвикуваат разградување на хлорофилот или го инхибираат неговото формирање. SO₂, на пример, може да предизвика хлороза (пожолтување на листовите), знак на низок хлорофил. Со помалку хлорофил, листовите не се во можност оптимално да ја апсорбираат светлосната енергија, ослабувајќи ги реакциите зависни од светлината.
Дополнително, честичките прашина или саѓи можат да формираат слој на површината на листот. Овој слој го намалува интензитетот на светлината што достигнува до фотосинтетските ткива, со што се намалува производството на енергија (ATP и NADPH).
3. Оксидативен стрес и оштетување на клетките
O₃ и други реактивни загадувачи можат да произведат слободни радикали (реактивни кислородни видови/ROS) во ткивото на листот. ROS оштетува клеточна мембрана, протеини и фотосинтетски пигменти. Оштетувањето на хлоропластната мембрана може директно да ја намали ефикасноста на фотосистемот II, клучна компонента на реакциите зависни од светлината. Ова не само што ја намалува брзината на фотосинтезата, туку и го забрзува стареењето на листовите и го намалува растот.
4. Промени во метаболизмот и ензимската активност
Фотосинтезата се потпира на ензими, вклучувајќи го и RuBisCO, кој игра улога во фиксацијата на CO₂ во циклусот на Калвин. Хроничната изложеност на загадувачи може индиректно да ја промени активноста на овие ензими, на пример преку промени во клеточната pH вредност, оштетување на протеините или нарушување на снабдувањето со енергија. Како резултат на тоа, дури и кога има доволно светлина, растенијата не се во можност ефикасно да го преработат CO₂ во шеќери.
5. Кисели дождови и индиректна штета
SO₂ и NOx можат да реагираат и да формираат сулфурни и азотни киселини, кои паѓаат како кисел дожд. Киселиот дожд не само што ги оштетува површините на листовите, туку ја менува и pH вредноста на почвата, раствора одредени хранливи материи и ја зголемува растворливоста на тешките метали. Растенијата на кои им недостасуваат есенцијални хранливи материи како што се магнезиум (состојка на хлорофилот) или азот ќе доживеат намалена фотосинтеза поради нарушено формирање на пигменти и ензими.
Симптоми кај растенијата поради изложеност на загадување
Во многу случаи, влијанието на загадувањето може да се забележи визуелно. Некои вообичаени симптоми вклучуваат:
– Хлороза (пожолтување на листовите) поради намален хлорофил.
– Некроза (кафеави дамки/смрт на ткивото) особено при изложеност на озон.
– Забавен раст, помали лисја и намалена биомаса.
– Намалување на приносите кај култивираните култури, на пример пченица, соја, ориз или зеленчук.
– Предвремено стареење и побрзо опаѓање на листовите, што ја намалува способноста на растението за фотосинтеза во текот на целата сезона.
Сепак, не сите влијанија се лесно очигледни. Со ниска, но продолжена изложеност, намалената фотосинтеза може да се појави без забележливи симптоми - станувајќи забележлива само преку намалена продуктивност или отпорност на растенијата на суша и штетници.
Влијание врз екосистемите и земјоделството
Падот на фотосинтезата има далекусежни последици. На ниво на екосистем, примарната продуктивност се намалува, што влијае на синџирот на исхрана поради намалениот внес на енергија. Ослабените шуми и вегетацијата се поранливи на болести и климатски промени. Понатаму, ако фотосинтезата се намали регионално, се намалува и способноста на вегетацијата да апсорбира CO₂, што може да го влоши акумулацијата на стакленички гасови во атмосферата.
Во земјоделството, влијанието директно влијае на приносите од земјоделските култури и квалитетот на производите. Растенијата кои не се во можност оптимално да фотосинтетизираат ќе произведуваат помалку јаглехидрати, што резултира со намалена големина на плодот, семето или клубенот. Загадувањето може да ги влоши и другите еколошки стресови, како што е сушата. Кога стомите се блиску до блокирање на загадувачите, ефикасноста на користењето на водата се намалува, што им отежнува на растенијата да се прилагодат на суви услови.
Напори за намалување на влијанието на загадувањето врз фотосинтезата
Решавањето на овој проблем бара пристап од долу нагоре:
1. Намалување на емисиите преку транспорт со ниски емисии, обновлива енергија и индустриски контроли.
2. Урбаното зеленило со видови отпорни на загадување може да помогне во филтрирање на честичките и намалување на локалните нивоа на загадувачи.
3. Имплементација на вегетациски тампон-зони околу индустриските области или главните патишта за намалување на директната изложеност на земјоделско земјиште.
4. Одгледување растенија отпорни на загадување, на пример сорти што имаат посилни антиоксидантни системи или поадаптивни стоми.
5. Соодветна фолијарна нега и наводнување во одредени одгледувања (на пр. оранжерии или интензивни површини) за да се минимизира насобирањето прашина и да се намали стресот.
Заклучок
Загадувањето на воздухот и таложењето на загадувачи претставуваат сериозни закани за фотосинтезата на растенијата. Преку механизми како што се затворање на стомите, оштетување на хлорофилот и хлоропластите, оксидативен стрес и индиректни ефекти како што се киселите дождови и нарушувањето на хранливите материи, загадувањето може значително да ги намали стапките на фотосинтеза. Влијанијата се движат од намален раст на растенијата до нарушена екосистемска и земјоделска продуктивност. Бидејќи фотосинтезата е основа на животот на Земјата, напорите за контрола на загадувањето се клучни не само за здравјето на луѓето, туку и за одржливоста на животната средина и безбедноста на храната.
