Явление синергизма загрязняющих веществ атмосферы наиболее четко проявляется при воздействии на растения
В окружающем растения воздухе обычно содержится несколько потенциальных фитотоксичных загрязняющих веществ. Вопрос об их взаимодействии и воздействии этой смеси на растения еще недостаточно изучен. Однако давно предполагали, что признаки воздействия загрязняющих веществ появляются вследствие действия смеси газов, а не одного вещества. В то же время смесь газов может вызывать те же повреждения растений, что и отдельное загрязняющее вещество. Смесь газов может изменять пороговую чувствительность растения, в таком случае растение становится восприимчивым к действию одного или обоих загрязняющих веществ. Два газа в смеси могут причинить больше или меньше вреда, чем какой-либо из них в отдельности (синергизм).
Озон и двуокись серы. Признак влияния - появление на листьях фасоли и табака некротических участков от рыжевато-бурых до белых при воздействии на них смеси О3 и SO2. Признаки повреждения этой смесью были сходны с признаками повреждения О3 или SO2, в зависимости от того, концентрация какого вещества превышала пороговую. Если концентрация смеси О3 и SO2 ниже пороговой для SO2, но равна или ниже пороговой для Оз, то наблюдаются признаки повреждения листьев по типу воздействия О3.
Озон и пероксиацетилнитрат
Влияние на сосну желтую смеси ПАН — О3 и изолированно О3 концентрацией вызвало острое повреждение молодых хвоинок. Воздействие смеси ПАН — Оз вызвало меньший эффект, нежели воздействие О3.
Воздействие только ПАН повреждение растений не вызывало. Таким образом, при воздействии смесью появляется антогонистическпй эффект взаимодействия этих веществ, что приводит к ослаблению воздействия.
Двуокись серы и двуокись азота
Установлено, что при воздействии смеси SO2 и NО2 концентрацией ниже пороговой для каждого газа, происходит повреждение верхней стороны листа у овса, фасоли «Pinto», редьки, соевых бобов, табака и томата. Нижняя поверхность листьев становится серебристой или на ней появляется красноватая пигментация, совместное действие SO2 и NО2 приводит к уменьшению сухой массы у четырех пастбищных трав (злаков), в то время как в результате воздействия каждого из этих веществ в отдельности снижения урожайности могло и не быть.
Лондонский тип смога. Токсичность лондонского смога для растений обычно в значительной мере относится за счет содержания в нем сернистого ангидрида. Хотя отложение сажи на листьях и угнетало рост вечнозеленых растений поблизости от парка Кью-гарденс, но растения в большей мере страдали от присутствия в атмосфере токсических веществ, чем от уменьшения освещенности, вследствие запыления поверхности листьев.
Примерами этих острых симптомов являются отпадение цветов и листьев бегонии и многих других растений, почернение и гибель бутонов и цветов некоторых орхидей, особенно Calanthes, отпадение листвы цинерарий и примул и почти полная гибель таких растений, как CоleusBlumei…
Экспериментальное окуривание растений сернистым ангидридом в концентрациях, близких к лондонскому воздуху, вызывает появление симптомов поражения, подобных тем, какие возникают у тех же видов растений во время туманной погоды, «если атмосфера достаточно влажная, а температура достаточно высока». С увеличением концентрации сернистого ангидрида тяжесть поражения возрастала.
Некоторые приведенные симптомы поражений более характерны для действия других загрязнений, таких, как этилен, органические основания, например акридин или фтористый водород, чем для действия сернистого ангидрида. Однако, именно сернистый ангидрид в силу своей высокой концентрации является важнейшим компонентом лондонского смога, обусловливающим его токсичность для растений.
Фитотоксичность лос-анджелесского типа смога очень велика, особенно для так называемых салатных культур — шпината, салата-ромэн, эндивия, а также для столовых сортов свеклы, мангильда и сельдерея. На растениях появляются характерные признаки поражения. Прежде всего в результате гибели субэпидермальных клеток эпидермис нижней поверхности листа приобретает серебристый или бронзовый оттенок. Позднее повреждение может распространиться на всю толщу листа, вызывая появление пораженных участков в виде белого налета или пятнистости и на верхней поверхности.
Вещества, определяющие токсичность смога для растений, изучаются уже в течение многих лет. За исключением озона, который, как будет показано ниже, не вызывает типичных для смога поражений, не было обнаружено ни одного вещества, которое в тех концентрациях, в каких оно присутствует в смоге, вызывало бы поражения. Предполагалось, что эффект смога обусловливается смесью окислителей. Даже соединение X, пероксиацетилнитрит (или нитрат) (ПАН), синтезированное Институтом Франклина, не обнаружило высокой фитотоксичности. Это вещество, которое по своему инфракрасному спектру, идентично выделенному из смога, было получено в достаточном количестве путем фотохимической реакции между n-бутеном и двуокисью азота, очищено с помощью методик вымораживания и газовой хроматографии, затем растворено в азоте до известной концентрации и сохранялось под давлением для экспериментального окуривания. Период полураспада этого вещества равен примерно 13 часам. Оно обладает свойством .резко раздражать глаза. Изучение действия ПАН на растения обнаружило его высокую фитотоксичность по отношению к травянистым растениям, таким, как бобы, «салатные культуры», петуния и многие другие. Характернее для смога поражения листьев петунии возникали при действии этого вещества в концентрации 0,05 части на миллион, в течение примерно 4 часов. По-видимому, это соединение представляет собой существенный компонент в той смеси, которая называется смогом.
С помощью ручных срезов свежего материала и окраски его тионином и другими красителями для облегчения наблюдений Бобров детально изучал процесс поражения растений (Bobrov, 1952a,b; Glater, 1956; LosAngelosCountyAirPollutionControlDistrict, 1951). Данное им описание представляет большой интерес. В качестве первой реакции растений происходило следующее: ...в нижнем эпидермальном слое появлялись мельчайшие пузырьки, при близком рассмотрении видимые невооруженным глазом. В области ряда (но не всех) устьиц сторожевые клетки вместе с окружающими эпидермальными клетками набухали и, выходя за пределы подустьичных камер, образовывали пузырек... Эпидермальные клетки увеличивались по длине и ширине, становились, разбухшими, а стенки их теряли свою зазубренность и приобретали гладкость. Сторожевые клетки увеличивались лишь в ширину, но не в длину, широко открывая устьица. Вовлеченные в процесс эпидермальные клетки затем погибали.
Первыми подвергались плазмолизу клетки, окружающие нижние и верхние подустьичные камеры, затем, по-видимому, закрывающие устьица.
Однолетнее растение мятлик луговой (Poaannua) является одним из наиболее чувствительных к смогу, и его повсеместное распространение делает его весьма удобным индикатором смога. Бобров (1955) подробно изучил анатомию этого растения, выявив его открытую структуру с устьицами на обеих поверхностях листьев и чувствительные участки их, на которых возникают коричневатые пятна или поперечная исчерченность. Поражения ограничены теми клетками, которые находятся в стадии максимального .расширения. Они возникают на верхушке наиболее молодых листьев и постепенно переходят и на старые листья. Начальное и наиболее тяжелое поражение возникает в окружении подустьичных камер. За дезинтеграцией хлоропластов следует плазмолиз и, наконец, полная дегидратация пораженных клеток, что приводит к мумификации мезофильной ткани в пораженных участках.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Загрязнение атмосферного воздуха продуктами деятельности человека теоретически может быть полностью исключено, но цена, в которую это обошлось бы человечеству, является чрезмерной, будь то в денежном или любом другом выражении. Было бы наивным полагать, что мы должны прекратить использование всех процессов, связанных со сгоранием топлива, поскольку они являются основным источником атмосферных загрязнений, образующихся в результате деятельности человека. Однако качественная и количественная очистка воздуха на селективной основе вполне возможна, а в некоторых случаях и крайне необходима. Этого можно достичь, например, предупреждением выброса в атмосферу отдельных видов загрязнителей путем селективной задержки их уже в самом источнике.