Тема 2: Антропогенные изменения химических, физических, механических характеристик.

Модуль 3. Окружающая среда и иммунитет растений

Практическое занятие 7

Тема 2: Антропогенные изменения химических, физических, механических характеристик.

Вопросы:

1 Химические характеристики антропогенных изменений.

2 Физические характеристики антропогенных изменений.

3 Механические характеристики антропогенных изменений.

К числу наиболее нежелательных антропогенных экологических изменений, ухудшающих условия инди­видуального развития сельскохозяйственных растений и качество их продукции (в том числе и в результате нарушения иммуногенетических барьеров), принадле­жат изменения химических и физических характеристик среды обитания.

Антропогенные изменения химических харак­теристик среды обитания — атмосферного воздуха, природных вод и почв — вызываются многими причи­нами, важнейшие из которых:

химическое загрязнение выбросами производст­венных предприятий, транспортных двигателей и отопи­тельных систем;

химическое загрязнение в результате утечки жид­ких, испарения газообразных и распыления твердых естественных и синтетических продуктов из хранилищ, а также вследствие возникновения различного рода аварий;

химическое загрязнение в процессе добычи и пе­реработки природного сырья;

химическое загрязнение в результате несоблюде­ния регламента применения химических средств в раз­личных отраслях хозяйства, в том числе сельского, лес­ного и рыбного;

уменьшение содержания кислорода в атмосфере, в водах и почвах в результате его участия в окисли­тельных процессах, в том числе связанных с окислением химических загрязнителей;

уменьшение или же увеличение содержания воды в результате специальных мероприятий (а также при стихийных бедствиях).

Наиболее опасно для сельскохозяйственных расте­ний загрязнение среды их обитания так называемыми трансформирующими химическими соединениями, к ко­торым принадлежат, например, многие полициклические ароматические углеводороды, N-нитрозосоединения, окислы элементов с переменной валентностью и т. д. Эти соединения в зависимости от концентрации, усло­вий воздействия и состояния поражаемого организма способны вызывать различные сочетания наследствен­ных изменений пороков строения и развития, случаи отравления, ослабления иммунитета и ускорения старе­ния, а также многие иные нарушения, уменьшающие эффективность сельскохозяйственного производства.

Результатом их воздействия могут быть сокращение срока сохранения сельскохозяйственными растениями их сортовых свойств, уменьшение биологической про­дуктивности сельскохозяйственных растений, ухудше­ние качества урожая, повышение вредоносности вреди­телей и возбудителей болезней растений и расширение границ их распространения.

Антропогенные изменения физических харак­теристик среды обитания также достаточно много­образны и зависят от многих причин. Наиболее сущест­венны из них:

изменения водного режима, связанные с воздейст­вием на водоемы, водотоки, осадки и подземные воды;

изменения температурного режиа — локальное повышение (понижение) суточной, месячной или сезон­ной температуры, связанное с горно-техническим и гид­роэнергетическим строительством, искусственным вы­равниванием рельефа местности, воздействием антро­погенных источников тепла и холода и т. д.;

изменения режима полей ионизирующей и неиони­зирующей радиации, связанные с работой электриче­ских, электромагнитных, звуковых, световых и иных машин, механизмов и систем.

Антропогенные изменения физических характеристик среды обитания, как упомянутые выше химические, ока­зывают непосредственное повреждающее воздействие на развитие сельскохозяйственных растений и их защит­ные силы, ослабляя их жизнеспособность и биологиче­скую продуктивность.

Антропогенные изменения механических ха­рактеристик среды обитания могут быть связаны с ее механическим загрязнением (при увеличении количе­ства пылевых частиц, аэрозоля, крупнообъемных отхо­дов, отбросов и неиспользованных продуктов и т. д.), а также с изменением рельефа земной поверхности и профиля почвы при различного рода строительных и землеустроительных работах и в результате стихийных процессов — возникновения селевых потоков, оползней, провалов, карстовых воронок и т. д.

Значительные последствия для растений имеет возможность объединения фитопатогенных организмов, а также химических и физических повреждающих аген­тов в различных сочетаниях. Результат возникновения последних — общее ослабление иммунитета сельскохо­зяйственных растений.

Важно в связи с этим, что эффективность системы иммуногенетических барьеров и их стабильность неоди­наковы на протяжении индивидуального развития расте­ний. Существуют своего рода критические сроки в раз­витии иммунитета (иммунокритические периоды), во время которых иммуногенетические механизмы в той или иной степени уязвимы и могут быть обратимо или же необратимо повреждены. Установление закономер­ностей возникновения упомянутых периодов и выявле­ние их отличий с целью направленного управления ими — актуальная проблема фитоиммунологии.

Исследование сущности влияния антропогенных по­вреждающих агентов на иммунитет и своеобразие им­мунитета, направленного на ограничение действия этих агентов, становится все более и более необходимым. Полнота сведений о неинфекционном иммунитете расте­ний чрезвычайно важна для повышения продуктивности сельскохозяйственного производства. Причина этого — тот факт, что культурные растения, сорта которых со­здаются при селекционной работе в короткие сроки, в значительно меньшей мере, чем дикорастущие растения, оказываются подверженными воздействию повреждаю­щих агентов, связанных с человеческой деятельностью. Исторически возникшие эффективные приспособления, способствующие предотвращению и ограничению пора­жения антропогенными агентами и нейтрализации и де­зактивации последних, у культурных растений большей частью отсутствуют.

Таким образом, разработка способов искусственного повышения иммунитета сельскохозяйственных растений к воздействию антропогенных повреждающих агентов — самостоятельная и важная проблема.

Иммунитет — один из важнейших компонентов сис­темы сохранения и восстановления здоровья, возникшей у растений в процессе эволюции. Установление естест­венных закономерностей обеспечения и сохранения здо­ровья растений и обоснование способов его целенаправ­ленной регуляции — предмет фитогигиены — науки, од­новременно принадлежащей к циклу ботанических и гигиенических наук. Фитоиммунология взаимосвязана с фитогигиеной во многих отношениях.

Здоровье растений сохраняется на протяжении их индивидуального развития благодаря определенной системе морфофункциональных особенностей и свойств. К их числу принадлежат:

наличие системы иммуногенетических барьеров, способствующих сохранению жизнеспособности расте­ний в целом (структурная защита зародышей, а также апикальных и латеральных меристем; множественность однозначных вегетативных и репродуктивных органов; возможность изменения числа их метамерных частей и неравномерность их формирования и объединения в единую систему в процессе роста и развития; иерархи­ческий характер генной, мембранной, гормональной и электрофизиологической регуляции роста и формообра­зования; наличие антимутагенов и механизмов генети­ческой несовместимости и т. д.);

относительная морфофункциональная автоном­ность однозначных органов; способность к изменению ритмов их формирования и возникновению новых кор­реляций между ними; многократность вторичного роста (утолщения) и образования опробковевающих покровов и т. д., способствующие сохранению целостности орга­нов и систем органов;

способность меристематических и паренхимных клеток к дифференциации в различных направлениях (тотипотентность); возможность их реактивного деле­ния и реактивной гипертрофии, большая площадь кам­бия; обособление ксилемного и флоэмного транспорта в проводящих пучках и т. д., способствующие сохране­нию целостности тканей и тканевых систем;

наличие специализированных клеточных оболочек; компарментация протопласта; множественность одно­значных органелл и их способность к восстановлению и т. д., способствующие сохранению целостности кле­ток;

способность к интенсификации фотосинтеза, газо­обмена, водообмена и к дезактивации потенциально опасных химических соединений, в первую очередь хи­мических загрязнителей; наличие дополнительных (ре­зервных) путей метаболизма и соединений с адаптогенной активностью; полифункциональность и специфич­ность гормонов; многокомпонентность систем физиоло­гически активных соединений; способность к дополни­тельному синтезу информационных макромолекул и т. д., способствующие сохранению целостности физиологиче­ских функций и обмена веществ;

множественность микроспор и плодов; способ­ность к многократному цветению и изменению продол­жительности жизненного цикла; зависимость темпа про­цессов формообразования от условий окружающей сре­ды; возможность перехода в анабиотическое состояние и т. д., способствующие сохранению целостности попу­ляций.

Помимо сложной системы иммуногенетических барьеров, каждая структура и каждая функция расте­ний тем или иным путем способствует защите их орга­низма от воздействия повреждающих агентов. Однако обеспечить сохранение здоровья растительного организ­ма в целом все они способны лишь в том случае, если активность повреждающих агентов не превышает актив­ности защитных сил. При значительном повышении активности повреждающих воздействий собственная система иммунитета растений оказывается недостаточ­ной, и у них возникают различные патологические яв­ления.

В особенности значительно ослабление иммунитета при травмировании покровных тканей и камбия на большой площади; при отклонениях процессов роста и тканевой дифференциации; при изменении режима транспорта соединений по проводящей системе в ре­зультате ее повреждения; при повреждения механизмов фотосинтеза, газообмена, водообмена и минерального об­мена; при отклонениях в деятельности и функциониро­вании систем регуляции индивидуального развития и его ритмики. Их дисфункцию способны вызвать при определенных условиях любые химические и физические агенты, связанные с человеческой деятельностью. Наи­более вредоносны трансформирующие соединения и предшественники их синтеза, окислы серы, азота, уг­лерода, галогенов и металлов, продукты фотохимиче­ских процессов (компоненты смога) и производные мо­чевины.

Воздействуя на систему иммуногенетических барье­ров сельскохозяйственных растений и на их индивиду­альное развитие в целом, химические загрязнители из­меняют и условия обитания на их покровных тканях или же в их теле вредоносных организмов — вирусов, бактерий, микоплазм, грибов, нематод, клещей и насе­комых. Это приводит к отклонениям в связях сельскохо­зяйственных растений и их потребителей, причем ре­зультатом может быть увеличение вредоносности последних. Подобный результат имеет место в тех слу­чаях, когда ткани растения оказываются загрязненными химическими соединениями, стимулирующими питание, а также обладающими мутагенной активностью. Среди возникающих мутаций возможны такие, которые при­дают их носителям способность к массовому размноже­нию, расширению границ распространения и более интенсивному питанию.

Таким образом, антропогенные нарушения окружаю­щей среды часто оказываются фактором, ослабляющим иммунитет сельскохозяйственных растений к фитопато­генным организмам.