Газостійкість.

Газостійкість – це здатність рослин зберігати життєдіяльність при дії шкідливих газів. На ступінь газостійкості рослин впливають фізико-географічні і метеорологічні умови. Рослини не володіють сформованою в ході еволюції системою адаптації до шкідливих газів, і тому властивість протистояти ушкоджуючій дії газів ґрунтується на механізмах стійкості до інших несприятливих факторів. Це пов'язано з тим, що сучасна нам флора формувалася в умовах, при яких вміст шкідливих газів (внаслідок вулканічної діяльності, пожеж, хімічних процесів) в атмосферному повітрі був дуже малий. Такий склад повітря сформувався близько 1 млрд. років тому як наслідок життєдіяльності автотрофів. Очевидно, звільнення первинної атмосфери Землі від аміаку, сірководню, метану, оксиду вуглецю й ін. речовин активно здійснювали рослини-автотрофи протерозойської і палеозойської ер, які повинні були мати механізми газостійкості. Але по мірі зростання кисню в атмосферному повітрі і зменшення в ньому вмісту шкідливих газів ці механізми були втрачені.

Забруднення атмосфери, пов'язане з розширенням виробничої діяльності людини, зростає в таких катастрофічних масштабах, що системи авторегулювання біосфери вже не справляються з його очищенням. У результаті різних видів діяльності людини (промисловість, автотранспорт і ін.) у повітря виділяється більш як 200 різних компонентів. До них відносяться газоподібні сполуки: сірчистий газ (SO₂), оксиди азоту (NO, NО₂), чадний газ (СО), сполуки фтору й ін., вуглеводні, пари кислот (сірчаної, сірчистої, азотної, соляної), фенолу й ін., тверді частинки сажі, золи, пилу, що містять токсичні оксиди свинцю, селену, цинку і т.д. У промислово розвинутих країнах на 52,6 % повітря забруднене діяльністю транспорту, на 18,1% – опалювальними системами, на 17,9% – промисловими процесами і на 1,9 і 9,5% – за рахунок спалювання сміття й інших процесів відповідно.

Забруднюючі атмосферне повітря компоненти (ексгалати) по величині частинок, швидкості осідання під дією сили тяжіння й електромагнітному спектру розділяють на пил, пару, тумани і дим.

Гази і пара, легко проникаючи в тканини рослин через продихи, можуть безпосередньо впливати на обмін речовин клітин, вступаючи в хімічні взаємодії вже на рівні клітинних стінок і мембран. Пил, осідаючи на поверхні рослини, закупорює продихи, чим погіршує газообмін листків, ускладнює поглинання світла, порушує водний режим.

По зменшенню токсичного впливу на рослини гази можна розташувати в наступні ряди: 1) F₂ > Сl₂ > SO₂ > NO > СО > СО₂ чи 2) Cl₂ > SO₂> NH₃> HCN > H₂S.

Дихання в умовах забруднення, як правило, спочатку зростає, а потім знижується в міру розвитку ушкоджень. Усі ці зміни порушують ріст рослин, прискорюють процеси старіння в них. Дуже сильно страждають від кислих газів хвойні породи.

По характеру реакції (тобто швидкості і силі прояву патологічних процесів під впливом газів) в рослин розрізняють газочутливість і газостійкість. Для газостійкості істотна властивість рослин: 1) регулювати надходження токсичних газів, 2) підтримувати буферність цитоплазми і її іонний баланс, 3) здійснювати детоксикацію отрут, що утворюються.

Газостійкість рослин підвищується при оптимізації мінерального живлення і загартуванні насінневого матеріалу. Замочування насіння у слабких розчинах соляної і сірчаної кислот підвищує стійкість рослин до кислих газів. Хоча забруднення атмосферного повітря завдає великої шкоди рослинності, саме рослини поряд з регуляцією водного, вітрового й іншого режимів середовища являють собою могутній фактор, що очищає атмосферу.

Радіостійкість.

Біологічний ефект іонізуючого випромінювання є результатом впливу радіації на багатьох рівнях — від молекулярного до організменного і популяційного. Їхня загальна особливість полягає в тому, що значний біологічний ефект викликається слабкою енергією і невеликим числом первинних радіаційно-хімічних реакцій. Наприклад, при гамма-опроміненні дозою близько 10 Гр (1000 р), летальною для ссавців, поглинається енергія, яка може підвищити температуру лише на 0,001° С.

Розрізняють пряму і непряму дію радіації на живі організми. Пряма дія полягає в радіаційно-хімічних перетвореннях молекул у місці поглинання енергії випромінювання. Пряме попадання в молекулу переводить її в збуджений чи іонізований стан. Уражаюча дія пов’язана з іонізацією молекули. Непряма дія радіації полягає в пошкодженнях молекул, мембран, органоїдів, клітин, що зумовлюються продуктами радіолізу води, кількість яких у клітині при опроміненні дуже велика. Заряджена частка випромінювання, взаємодіючи з молекулою води, викликає її іонізацію.

В присутності розчиненого у воді кисню виникають також потужний окислювач НО₂ (Н⁺ + О₂→НО₂) і нові пероксиди (НО₂ + Н→Н₂О₂) і т.д. Ці сильні окислювачі за час життя 10-6–10-5 с можуть пошкодити (змінити) багато біологічно важливих молекул — нуклеїнових кислот, ферментів, ліпідів мембран і ін. Крім того, при взаємодії радикалів води з органічними речовинами в присутності кисню утворюються органічні пероксиди, що також сприяє променевому ушкодженню молекул і структур клітини.

При зниженні концентрації кисню в середовищі (тканині) зменшується ефект променевого ураження, цей «кисневий ефект» виявляється на всіх рівнях організації біологічних об'єктів — від молекулярного до тканинного.

Ушкодження, що виникли спочатку, можуть підсилюватися (розвиватися): 1) внаслідок виникнення під дією випромінювань радіотоксинів; 2) при нагромадженні помилок у процесах реплікації ДНК, синтезу РНК і білків; 3) через ушкодження ферментів, що забезпечують синтез біологічно важливих сполук і т.д.

Для клітини найбільш небезпечне порушення опроміненням унікальної структури ДНК.

Інші зміни стосуються радіаційних впливів на ядерну мембрану і хроматин. Опромінення може також інактивувати ферменти, що беруть участь у репарації ушкоджень молекули ДНК. Ці й інші ушкодження як на рівні ДНК, так і хроматину в кінцевому рахунку виражаються в змінах білкового синтезу, проходження фаз клітинного циклу, в утворенні хромосомних аберацій, збільшенні частоти мутацій у клітинах, порушенні систем регуляції і загибелі клітини.

З тканин рослинного організму найбільш чутливі до радіації меристеми. Їх називають критичними тканинами рослини, оскільки променеве ураження меристем визначає променеву хворобу і загибель всього організму.

Типовою реакцією рослин на опромінення є зміна в ростових процесах, причому в залежності від дози спостерігаються як стимулюючі, так і подавляючі ефекти. Наприклад, невисокі дози радіації (0,35-0,5 Гр, чи 0,035-0,05 кр) стимулюють ріст проростків гороху і кукурудзи протягом 4-6 днів після опромінення, а потім посилення росту припиняється. Стимулюючий ефект невисоких доз (5 Гр, чи 500 р) використовують у виробничих умовах для передпосівного опромінення насіння кукурудзи, що збільшує її врожайність на 10-12 %. Найменш радіостійкі вегетуючі рослини: летальні дози опромінення для проростків високочутливих до радіації кормових бобів (6-8 Гр, чи 0,6-0,8 кр) і гороху (10-15 Гр, чи 1,0-1,5 кр) порівнюються з летальними дозами опромінення для багатьох ссавців (близько 10 Гр, чи 1 кр). Опромінення приводить до різноманітних морфологічних аномалій у рослин (зміна розмірів, скручування і зморшкуватість листків, гіпертрофія органів, поява пухлевидних утворень на всіх органах).

Значно змінюється радіостійкість в онтогенезі рослин. Рослина найчутливіша до опромінення при проростанні насіння і в період споро- і гаметогенезу. При дозріванні радіостійкість насіння зростає до максимуму. Одноклітинні рослини найбільш стійкі до опромінення відразу після закінчення поділу і наприкінці фази синтезу ДНК.

Розвиток рослин як у філогенезі, так і в онтогенезі відбувалося і відбувається в умовах природної радіоактивності. На ранніх етапах розвитку життя на Землі радіоактивний фон був набагато вищим сучасного і поступово зменшувався через розпад багатьох радіоактивних елементів земної кори. Можливо тому організмам більш давнього походження властива підвищена радіостійкість. Високі дози радіації здатні переносити ціанобактерії, гриби і лишайники.