Rezistența plantelor la poluarea mediului de viață - ecofiziologie ambientală

La momentul actual, atentia opiniei publice mondiale este atrasa de ritmul de agravare a situatiei ecologice. Diverse probleme precum degradarea continua a mediului ambiant, micsorarea numarului de specii vegetale si animale, scaderea fertilitatii solului, cresterea continutului de gaze cu efect de sera in atmosfera, aparitia ploilor acide, modificarea climei, contaminarea bazinelor acvatice, contaminarea alimentelor, pierderea securitatii hranei, impun elaborarea unui sistem de amendamente si intreprinderea unor actiuni urgente, integrate si eficiente in vederea solutionarii problemelor globale ale omenirii, diminuarii si inlaturarii impactului negaiv al activitatii antropice asupra sistemelor ecologice. Aceasta prevede crearea unor mecanisme eficiente de minimalizare a impactului negativ al activitatilor ecominice asupra sistemelor ecologice, elaborarea unor masuri ce tin de aplicarea managementului de mediu in vederea restabilirii echilibrului ecologic.

Poluarea este caracteristica agriculturii moderne, mecanizate si chimizate, iar poluarea aerului este un fenomen obisnuit in orasele mari si in zonele limitrofe. S-a constatat ca in tarile cu industrie puternic dezvoltata aerul este poluat de activitatea transportului (in proportie de peste 50%), de sisteme de incalzire (18%), de produsele industriale (18%). Prejudicii considerabile cauzeaza substantele chimice folosite in agricultura contemporana, care nu au analogie in natura si afecteaza suprafee foarte mari. Dereglarile ecologice provocate de poluanti se manifesta prin scaderea numarului si si diversitatii speciilor de plante si animale, prin micsorarea di degradarea ecosistemelor, degradarea lanturilor trofice si, respectiv, a biocenozelor. Pe de alta parte, are loc inmultirea necontrolata a organismelor (unele insecte, microorganisme) care se adapteaza mai usor la aceste conditii datorita mecanismelor de rezistenta pe care le poseda.

Organismele vii sufera direct sau indirect din cauza poluarii accentuate a mediului de viata. Astfel, problema ocrotirii mediului ambiant necesita o studiere profunda a influentei diferitelor tipuri de poluare asupra organismelor vii. In acest sent, o importanta deosebita capata studierea proprietatilor si directiilor de modificare a sistemelor naturale, stabilirea cailor de adaptare si cercetare a mecanismelor de obtinere a rezistentei organismelor vii la factorii nefavorabili. Reprezentand sisteme deschise, care sunt intr-un schimb permanent de materie si energie cu mediul ambiant, plantele raspund in mod adecvat la actiunile nefavorabile, iar procesele fiziologo-biochimice sunt perfect coordonate cu factorii ambianti. Totodata, in organismu vegetal, poluantii genereaza asa-numitele stari de stres, care constau in modificarea proceselor de crestere si dezvoltare a fotosintezei, respiratiei, activitatii hormonale si a altor procese reglate la nivel molecular. Cu cat este mai mare gradul de poluare a mediului, cu atat dereglarile metabolismului celular sunt mai pronuntate. Astfel, existenta organismelor vii in conditii nefavorabile de mediu este determinata de rezistenta si capacitatea de adaptare.

Este cunoscut faptul ca plantele, prin reactii biochimice specifice, incorporeaza, metabolizeaza si partial detoxifica agentii poluanti, prin aceasta contribuind la diminuarea riscului determinat de poluarea mediului. La randul lor, alimentele contaminate cu substante poluante devin un element de risc major, iar influenta negativa continua a mediului poluat asupra sanatatii omului si starii biosferei in ansamblu pune un monitoring asupra mediului ambiant in vederea pronosticarii urmarilor cauzate de transformarile tehnogene solutionarii unor probleme de utilizare a deseurilor, de epurare a apelor reziduale, de diminuare a substantelor toxice in produsele alimetare, de minimalizare a riscului determinat de mediul poluat asupra sanatatii omului si ecosistemelor. Solutionarea acestor probleme este posibila numai in baza unor studii teoretice profunde si este indisolubil legata de formarea unei mentalitati ecologice noi.

Agentii poluanti afecteaza toate cele trei componente de mediu –apa, aerul si solul. Compozitia aerului atmosferic nu este constanta. In prezent aceasta compozitie se schimba foarte mult datorita dezvoltarii industriei. In urma activitatii omului, in atmosfera se elimina peste 200 de compusi chimici, inclusiv SO2, NO, NO2, CO, vapori de acizi, fenoli, particule de cenusa, praf, funingine, care contin oxizi toxici ai metalelor grele etc. In functie de compozitia chimica, poluantii pot fi clasificati in :

- gaze acide foarte toxice pentru plante ( flor, clor, oxizi de sulf, oxizi de azot, oxid de carbon, oxid de fosfor, hodrogen sulfurat etc)

- vapori de acizi (acid clorhidric, acid sulfuric, acid azotic, acizi organici)

- oxizi ai metalelor (de plumb, zinc, selenium, mangan etc)

- baze alcaline (amoniac)

- vapori de mercur

- diferite gaze organice si substante cancerigene (hidrocarburi saturate si nesaturate, fenoli etc)

Dupa dimensiunile particulelor, viteza de sedimentare sub actiunea fortei de gravitatie si aspectul electromagnetic, compusii chimici ce polueaza aerul atmosferic se clasifica in : praf, vaposi, ceata si fum. Vaporii si gazele patrund usor in plante prin ostiole si influenteaza direct metabolismul celular, interactionand chimic la nivelul peretilor si membranelor celulare. Foarte toxice sunt gazele acide, care acidifica permanent citoplasma celulara, modifica activitatea sistelelor de transport membranar si contribuie la acumularea diferitelor elemente (Ca, Zn, Pb, Cu etc). Plantele rezistente la gazele toxice, dupa patrunderea acestora prin ostiole in frunze, le incadreaza in schimbul de substante, astfel dezoxificandu-le. Altele insa, inchid ostiolele, deregland schimbul de gaze, transpiratia si absorbtia de lumina. Poluarea aerului duce la scaderea intensitatii respiratiei, influenteaza negativ microflora solului si altele.

Solul reprezinta principala sursa de nutritie minerala a plantelor, si poluarea lui (fizica, chimica, biologica etc) duce la dereglarea functiilor sale. Folosirea pe scara tot mai larga a pesticidelor si a ingrasamintelor cu azot cauzeaza poluarea solului cu metale grele si nitrati, sporirea continutului acestora in plante si in produsele lor.

Din toate tipurile de poluare, cea mai periculoasa continua sa fie poluarea radioactiva.

Apele subterane sunt, de asemenea, supuse poluarii cu ingrasaminte chimice si pesticide, care se aplica abuziv in agricultura si care sunt spalate de ploi in adancime

Rezistenta plantelor la actiunea metalelor grele

Rezistenta plantelor la metalele grele este asigurata de mecanisme moleculare si fiziologice care depinde de natura substantei si particularitatile de specie ale organismului. In general, toletanta plantelor superioare la metalele grele se obtine prin evitarea patrunderii metalelor in celula si prin includerea mecanismelor intracelulare de detoxifiere a metalelor grele

Fig : Influenta metalelor grele (Cd) asupra controlului celular redox (Schutzebdubel A. et al., 2002)

Evitarea patrunderii ionilor de metale grele in celula vegetala se bazeaza pe imobilizarea ionilor de metale grele in peretele celular si eliminarea din celula a liganzilor care chelateaza metalele. Ca rezultat, planta evita actiunea toxica a metalelor grele asupra proceselor intracelulare. Se atesta o imobilizare si acumulare semnificativa a metalelor grele prin acumularea ionilor de metale in spatiul liber al peretelui cellular sau prin legarea metalelor in matricea extracelulara de catre situri specifice. Astfel, la Agrostis tenuis, planta toletanta la Zn, se observa o corelatie directa intre capacitatea peretelui cellular de a lega metalul si gradul de rezistenta la acest metal. Cultivarea plantelor de Oryza sativa pe medii cu concentratii toxice de Cd si Zn si Lupinus lutelus pe medii cu concentratii ridicate de Cu si Pb a dus la acumularea acestor metale anume in peretele celular.

Acumularea ionilor de metale in spatiul liber al peretelui celular este determinata de valoarea coeficientului schimbator de ioni, care depinde in mare masura de numarul gruparilor histidinice ale proteinelor si de numarul gruparilor carboxilice de la suprafata substantelor pectice din peretele celular. Se stie ca pectinele joaca un rol important in reglarea patrunderii elementelor minerale, inclusiv a microelementelor, in celula. Gruparile carboxilice formeaza la suprafata pectinelor o anumita sarcina, care permite retinerea ionilor de metale. Cu cat este mai mare valoarea coeficientului de schimb ionic, cu atat mai multi ioni toxici se retin in spaniul liber al peretelui celular, si invers.

Eficacitatea imobilizarii metalelor grele in peretele celular, depinde de asemenea, de reducerea activitatii lor in urma formarii legaturilor chimice stabile cu anumite substante din celula.Se presupune ca metalele grele sunt legate de catre proteinele specifice ale peretelui celular.