Повышение устойчивости растений к фитотоксикантам

Исследования в области устойчивости растений к токсическому действию загрязнителей имеют, безусловно, важное значение как для теории, так и для практики. Следует, однако, иметь в виду, что эта устойчивость носит относительный характер. При изменении условий окружающей среды устойчивые растения могут сравнительно легко поражаться ими. Кроме того, когда мы говорим об устойчивости, то имеем в виду сравнительно невысокие концентрации фитотоксикантов. Вместе с тем в ряде случаев, например при авариях на химических заводах, при сбросе неочищенных сточных вод, фитотоксические вещества могут попадать в окружающую среду в таком количестве, при котором растения погибают. При меньших концентрациях они сильно повреждаются ядовитыми веществами, при этом происходит снижение их продуктивности, ослабление способности к очищению атмосферы и гидросферы.

В связи с этим перед исследователями встала проблема поиска средств активной защиты растений от токсического влияния вредных примесей. Особо следует заботиться о молодых посадках и посевах, находящихся поблизости от предприятий, загрязняющих окружающую среду. Дело в том, что молодые растения более интенсивно накапливают ядовитые вещества по сравнению со взрослыми, а поэтому сильнее повреждаются от их действия. Способы повышения устойчивости растений к вредным загрязнениям могут быть различными.

Селекционные методы

Из приведенных выше материалов явствует, что растения разных видов, а нередко и клонов одного и того же вида, очень резко отличаются по устойчивости к фитотоксикантам. В опытах с популяцией райграса было показано, что сернистый газ действует на нее как селектирующий фактор. В результате этого по мере действия фитотоксиканта популяция становится все более устойчивой к нему. По этой причине посадки райграса в городах стали более устойчивыми к сернистому газу, несмотря на то что уровень содержания газа в воздухе за период наблюдений не понизился. Используя высокоустойчивые формы, следует создавать новые формы и сорта еще более устойчивых растений. Успешные работы по отбору и размножению высокоустойчивых к сернистому газу и фтору особей хвойных растений ведутся в ГДР и ФРГ. При нахождении таких особей их затем размножают вегетативным путем с целью сохранения признака высокой устойчивости у новых растений.

В США созданы устойчивые к фотохимическому смогу сорта сои, шпината, картофеля и томатов. Исследования по выведению устойчивых к фитотоксикантам растений разворачиваются ныне в разных странах.

Агротехнические приемы

Почва, в которой выращиваются растения, имеет исключительно важное значение в устойчивости растительных организмов к фитотоксикантам. На плодородных почвах растения меньше страдают от загрязненности воздуха и оказываются более долговечными. При внесении удобрений в почву нейтрализуются накапливающиеся в ней вредные вещества, улучшаются условия существования микроорганизмов, способствующих детоксикации и нейтрализации вредных примесей.

Использование удобрений повышает декоративность и стойкость деревьев к солям, применяемым для борьбы с гололедом. Казалось бы, при этом должно происходить повышение концентрации почвенного раствора и вследствие этого угнетение роста растений. На самом же деле минеральные удобрения способствуют ликвидации неуравновешенности почвенного раствора, от которой в сильной степени страдают придорожные растения. Следует иметь в виду, что внесение больших доз азотных удобрений может привести к повышению чувствительности растений к фитотоксикантам. В связи с этим рекомендуется вносить их дробно.

С помощью фосфорных удобрений удалось снизить содержание кадмия в растениях шпината и кукурузы на

58 %. Этот элемент имеет важное значение в повышении устойчивости растений к фторидам. Калий также увеличивает устойчивость растений к фитотоксикантам. Оптимальное снабжение этим элементом ослабляет степень их повреждения, особенно в случае воздействия сернистым газом. При действии загрязнителей часто происходят сдвиги кислотности почвенного раствора, которое сильно выражено на песчаных почвах с низкой буферностью. При внесении удобрений следует учитывать это обстоятельство. Нельзя применять физиологически кислые соли (например, сернокислый аммоний) там, где загрязняющие почву вещества вызывают ее подкисление. Сдвиг кислотности почвенного раствора может крайне неблагоприятно сказаться на растениях.

Правильно произведенная подкормка растений положительно сказывается на росте растений, а усиливающийся обмен веществ способствует детоксикации вредных примесей. Ослабленные растения плохо растут и не могут с достаточной эффективностью выполнять возложенную на них функцию – очистку окружающей среды от вредных примесей. Неудивительно, что путем внесения удобрений удалось улучшить состояние лесных насаждений, подверженных задымлению.

Если растения произрастают на территории, атмосфера над которой загрязнена двуокисью серы, то при подкормке растений следует воздержаться от применения серосодержащих удобрений, поскольку в этом случае в растительных тканях может создаваться избыток серы. Нежелательно использовать в этом случае и суперфосфат, поскольку он содержит большое количество серной кислоты.

Вблизи азотнотуковых заводов, выбрасывающих в атмосферу окислы азота, растения должны обеспечиваться фосфором, калием и микроэлементами. Что же касается азота, то на богатых почвах его вообще можно не вносить. В этом случае растения будут активнее поглощать окислы азота из воздуха, очищая его от этих фитотоксикантов.

Важное значение для нейтрализации кислых газов, поступающих с осадками в почву, имеет известкование. Этот прием играет положительную роль в деле уменьшения поступления из почвы вредных тяжелых металлов. Так, например, поглощение свинца корнями райграса многоукосного уменьшалось при известковании почв, что приводило к повышению урожайности. Снижение скорости поглощения свинца растениями находилось в прямой зависимости от увеличения pH почвенного раствора. Установлено также, что совместное внесение в почву минерального удобрения и навоза снижает поступление в растения радиоактивного стронция.

Внесение гуминовых удобрений совместно с нитрофоской повышает устойчивость растений к выбросам коксохимического завода. Они увеличивали содержание углеводов в тканях растений. Газоустойчивость повышается также в результате предпосевной обработки семян слабыми растворами микроэлементов (марганца, кобальта).

Для повышения устойчивости растений к токсическим веществам следует правильно снабжать растения водой. Обычно чем лучше водоснабжение растений, тем шире открыты устьица, интенсивнее транспирация и более активное поступление токсикантов. Вместе с тем осадки смывают с листьев вредные вещества, вымывают из их тканей хлор, сернистый газ и т. д. Удаление пыли способствует усилению процессов жизнедеятельности листьев.

Следует иметь в виду, что дождевание эффективно после газации. До газации осадки могут оказать вредное воздействие, так как в них может содержаться очень большое количество растворенных вредных примесей, которые, проникая в листья, будут вызывать их повреждение.

Плодородная почва отличается от неплодородной высоким содержанием микроорганизмов. В этой связи следует отметить, что повышения устойчивости растений к фитотоксикантам можно достигнуть путем использования некоторых микроорганизмов. Так, например, в 1971 г. в опытах Ж. Т. Козюкиной было показано, что обработка препаратами Pseudobacterium lacticum 392 и Pseudomonas lequetaciens 399 корневой системы бирючины обыкновенной перед посадкой в грунт в условиях промышленного, предприятия способствует снижению повреждаемости листьев, увеличению их количества на побегах, активному росту побегов.

Положительное влияние микроорганизмов почвы на растения в условиях действия фитотоксикантов связано как с их участием в детоксикации вредных веществ, так и с другими эффектами. Известно, что микроорганизмы почвы в процессе жизнедеятельности выделяют большое количество углекислого газа. Между тем во многих исследованиях показано положительное влияние подкормки растений углекислотой на устойчивость растений к фитотоксикантам. Так, например, растения люцерны, выращиваемые в атмосфере с повышенным содержанием углекислого газа, меньше повреждаются сернистым газом, окисью азота и смесью этих фитотоксикантов.

Опыты П. П. Чуваева с соавторами (1973) показывают, что подкормка растений углекислотой, в особенности в сочетании с последующим освежающим дождеванием, повышает их газоустойчивость, усиливает темпы роста. Особенно перспективно дождевание слабыми растворами (0,3 %) бикарбоната калия с добавлением микроэлементов и других элементов минерального питания.

Важное значение в повышении устойчивости растений к фитотоксикантам имеет характер размещения растений в посадках. Отдельно стоящие деревья и кустарники более подвергаются их действию по сравнению с теми, которые находятся внутри древостоя. По этой причине посадки деревьев в зоне атмосферных загрязнений должны располагаться достаточно плотно.

Под влиянием загрязнителей происходит замедление роста побегов, более быстрое их старение. В этих условиях путем обрезки растений можно стимулировать процессы омоложения вегетативных и генеративных органов. Положительное значение в защите неустойчивых к фитотоксикантам растений имеет посадка перед ними устойчивых деревьев и кустарников.

Физиологически активные вещества

К физиологически активным веществам относятся фитогормоны (ауксины, цитокинины, гиббереллины), ингибиторы роста, витамины, ферменты и др. Мы уже говорили, что один из видов устойчивости – биологическая – связан со способностью растений регенерировать поврежденные ткани и органы. В связи с этим для повышения устойчивости следует шире использовать физиологически активные вещества, способные ускорять протекание регенерационных процессов. Особенно это необходимо при пересадке крупных деревьев в городе, когда происходит повреждение корневых систем растений. Обработка комля ауксинами может способствовать быстрому отрастанию корней. Использование ауксинов в некоторых случаях позволяет снять действие фитотоксикантов, тормозящих рост растений.

Другой фитогормон – гиббереллин – в концентрации 0,01 и 0,001 % способствовал увеличению надземной массы трав, произрастающих в условиях воздействия токсических веществ. Однако декоративность их снизилась за счет появления светло‑зеленой окраски и изменения формы листьев. Последние становились более узкими. Изменение окраски и формы листьев является характерным признаком действия гиббереллина и не зависит от присутствия токсикантов. Для снятия нежелательных явлений можно рекомендовать использование гиббереллина вместе с рибофлавином.

Обычно когда говорят о холестерине, то имеют в виду животные организмы. Однако за последние годы было установлено, что растительные ткани также содержат это стероидное соединение. Наряду со снижением количества свободного стерола озон вызывает также уменьшение количества в растениях холестерина. Интересно отметить, что обработка растений фасоли холестерином хорошо защищала их от повреждающего действия озона. Наоборот, предварительная обработка растений ингибитором стероидных соединений увеличивала восприимчивость фасоли к озону. Исследователи пришли к заключению, что холестерин может быть одним из факторов, обусловливающих устойчивость растений фасоли к озону.

Ослабление скорости протекания обмена веществ, подавление ростовых процессов должны повышать резистентность растений к загрязнителям атмосферы. Действительно, ингибитор роста – абсцизовая кислота значительно уменьшает повреждающее действие озона.

В опытах с 65 сортами петунии было установлено, что обработка растений веществами, замедляющими удлинение междоузлий и способствующими развитию темнозеленой окраски листьев, уменьшает количество видимых повреждений растений от озона. Таким действием обладает, например, 2,2‑диметилгидразид янтарной кислоты. Он задерживает рост и изменяет чувствительность листьев к озону. Добавление аскорбиновой кислоты и воска к раствору для опрыскивания усиливало защитные свойства 2,2‑диметилгидразида янтарной кислоты. Препараты, не тормозящие рост, не защищали растения петунии от действия озона.

Многочисленны исследования, результаты которых свидетельствуют о положительном влиянии аскорбиновой кислоты на устойчивость растений к фитотоксикантам. Опрыскивание растений раствором этого витамина в районе Лос‑Анджелеса позволило ослабить повреждающее действие оксидантов на фасоль, сельдерей, латук, петунию и цитрусовые. В других опытах обработка растений салата, шпината, мятлика, петунии, томатов, роз, орхидей и гвоздик аскорбиновой кислотой способствовала повышению сопротивляемости их озону.

Слабые (0,001 %) растворы аскорбиновой кислоты, тиомочевины, янтарной кислоты рекомендованы для опрыскивания деревьев, газонов и цветников. Весьма ценно, что некоторые витамины обладают не только антитоксическим действием, но и проявляют антимутагенный эффект. На луке‑батуне и конских бобах такой результат достигнут с помощью α‑токоферола, аскорбиновой кислоты и β‑каротина. Аскорбиновая кислота и α‑токоферол эффективно снижали частоту мутаций, индуцированных ионизирующими излучениями. Таким образом, эти витамины обладают универсальной антимутагенной активностью, которая проявляется на разных объектах как при спонтанном, так и индуцированном мутагенезе. Приведенные примеры свидетельствуют о возможности использования физиологически активных веществ для предохранения растений от вредного действия фитотоксикантов.

Нейтрализаторы фитотоксикантов

Еще один путь повышения устойчивости растений против фитотоксикантов – нанесение на листья растений веществ, частично нейтрализующих и удаляющих поступающие в растения фитотоксиканты. Рассмотрим несколько характерных примеров.

Для того чтобы предохранить растения от свинца, предлагается опрыскивать их защитными препаратами. В качестве таких препаратов исследователи использовали хелаты: этилендиаминоуксусный кальций и полифосфат натрия. После обработки растворами этих веществ попадающий на поверхность растений свинец образовывал с ними комплексные соединения и при помощи осадков смывался в почву. Попадая с осадками в почву, комплексные соединения превращаются в нетоксичные для растений соли: сульфат свинца и фосфат свинца.

Исследователи пробовали вводить комплексные вещества непосредственно в почву. Там они связывали в комплексные соединения 94–99 % подвижного свинца.

Ученые исследовали возможность очищения почвы от кадмия. С этой целью почвы, загрязненные кадмием, насыщались раствором соляной кислоты (концентрация 0,05 и 0,1 н), а затем в них вносился углекислый кальций или фосфорнокислый магний. При этом содержание кадмия в почве резко сократилось, а растения, выращиваемые на этой почве, содержали его в пять с лишним раз меньше.

Для восстановления почв, загрязненных тяжелыми металлами, западногерманская фирма «Байер» предлагает обработать ее ионообменными смолами. Внесенные в виде порошка или гранул смолы адсорбируют ионы тяжелых металлов. В настоящее время исследовано влияние ионообменных смол при выращивании декоративных растений.

Исследования в области очистки почв от вредных примесей, несомненно, заслуживают большого внимания. Вполне возможно, что в недалеком будущем человечество будет поставлено перед необходимостью проведения таких мероприятий на больших площадях.

В качестве препарата, защищающего растения от вредного действия озона, может быть использован антиозонатор 4,4‑диоктилдифениламин, который обладает способностью инактивировать озон. Выращивание табака и петунии, чувствительных к озону, под пленкой, обработанной этим веществом, привело к тому, что растения были выше и имели большую массу по сравнению с растениями, находившимися под пленкой без антиозонатора.

Дифениламин, раствором или порошком которого обрабатывали трехмесячные яблони, 14‑дневные растения фасоли, 39‑дневные растения петунии и 60‑дневные растения табака, также вызывал снижение повреждающего действия озона. Наиболее эффективным препаратом, снижающим токсическое действие озона на листья табака, оказался пиперонилбутоксид, применяемый в виде раствора концентрации 0,1 %.

Особый интерес представляет использование для защиты растений антитранспирантов, которые уменьшают поступление фитотоксикантов внутрь растений. Так, аптитранспирант фоликот (эмульсия углеводородного парафинового воска), внесенный в почву в дозе 160 мг/кг, защищал растения на 99 % от повреждающего действия озона. Аналогичным образом действовало опрыскивание растений фасоли сорта Пинто III раствором фоликота в концентрации 10 мл на 1 л воды.

В ряде случаев против озона оказались эффективными системный фунгицид беномил, карбатиин, этилендимочевина, этилтрифонат, триаримол и другие вещества.

Наконец, имеются сведения относительно повышения устойчивости древесно‑кустарниковой растительности, в том числе хвойных, с помощью обработки растений моющими средствами типа ОП‑7, ОП‑10, которые использовались в виде 0,2 %‑ного раствора. Исследователи рекомендуют эти препараты для удаления грязи и адсорбированных токсических веществ.

* * *

Все изложенное свидетельствует о том, что растения в ряде случаев успешно противостоят вредному влиянию загрязнителей атмосферы. Такие растения обладают целым рядом характерных биологических и анатомо‑морфологических признаков. Обмен веществ также имеет характерные черты. Низкая интенсивность реакций метаболизма замедляет обмен веществ растений с окружающей средой и тем самым делает растения менее зависимыми от внешних воздействий. В ряде растений токсические вещества претерпевают глубокие изменения. Некоторые из них вовлекаются в обмен веществ. Это относится, например, к сернистому газу. Чем быстрее в растениях осуществляется процесс восстановления серы и включения ее в серосодержащие белки, тем лучше растение противостоит действию этого фитотоксиканта.

Несомненно, перед учеными стоит важная задача более детально исследовать механизмы устойчивости растений к загрязнителям окружающей среды, конкретизировать эти механизмы относительно каждого фитотоксиканта. Однако и достигнутое в этой области к настоящему времени нужно шире использовать при озеленении территорий промышленных предприятий, при создании новых форм, обладающих повышенной устойчивостью к загрязнителям окружающей среды.

Приведенные материалы свидетельствуют также о том, что во всем мире напряженно идет поиск средств, способных защитить зеленых друзей человека от токсического воздействия загрязнителей. Эта работа имеет важное значение в практическом плане. Необходимо активно помогать растениям успешно бороться против нашей общей опасности – загрязнения окружающей среды.