مکانیسم های فیزیولوژیکی که به گیاهان اجازه می دهد سمیت فلزات سنگین را تحمل کنند چیست؟

گیاهان نقش مهمی در حفظ سلامت اکوسیستم دارند. با این حال، رشد و توسعه آنها می تواند به شدت تحت تاثیر سمیت فلزات سنگین قرار گیرد. فلزات سنگین به طور طبیعی عناصری مانند سرب، کادمیوم و جیوه هستند که به دلیل فعالیت‌های انسانی مانند صنعتی شدن و معدن‌کاری می‌توانند در خاک تجمع کنند. این آلاینده های فلزی می توانند از طریق ریشه وارد گیاهان شوند و فرآیندهای فیزیولوژیکی مختلف را مختل کنند. با این وجود، گیاهان چندین مکانیسم را برای تحمل و به حداقل رساندن اثرات مضر فلزات سنگین، تضمین بقای آنها و کمک به تعادل اکوسیستم تکامل داده اند.

1. حذف فلز

یکی از مکانیسم‌های اولیه که کارخانه‌ها برای مبارزه با سمیت فلزات سنگین به کار می‌گیرند، حذف فلزات است. این مکانیسم شامل محدود کردن جذب یون های فلزات سنگین به سیستم ریشه است. گیاهان از راه های مختلفی به حذف فلز دست می یابند:

• سد ریشه: گیاهان یک سد محافظ در بافت ریشه خود ایجاد می کنند و از حرکت فلزات سمی به داخل سیستم ساقه جلوگیری می کنند.
• جذب محدود: گیاهان تعداد ناقل فلزات را در سطح ریشه خود کنترل می کنند و ورود فلزات سمی را کاهش می دهند.
• تراوش ریشه: برخی از گیاهان ترکیبات آلی را از ریشه خود آزاد می کنند که می تواند فلزات سنگین را متصل و بی حرکت کند و از جذب آنها جلوگیری کند.

2. سم زدایی فلزات داخلی

هنگامی که فلزات سنگین وارد سلول های گیاهی می شوند، می توانند با ایجاد اختلال در فرآیندهای ضروری سلولی باعث آسیب شوند. برای مقابله با این آسیب، گیاهان مکانیسم‌های سم‌زدایی داخلی فلزات را توسعه داده‌اند:

• جداسازی فلزات: گیاهان از پروتئین های تخصصی به نام متالوتیونین ها استفاده می کنند که میل ترکیبی بالایی با فلزات سنگین دارند. این پروتئین ها به یون های فلزات سنگین متصل می شوند و اثرات سمی آنها را کاهش می دهند.
• کمپلکس فلزی: گیاهان اسیدهای آلی تولید می‌کنند که مستقیماً با یون‌های فلزات سنگین تعامل می‌کنند و کمپلکس‌هایی را تشکیل می‌دهند و آسیب کمتری به آن‌ها می‌دهند.
• سم زدایی از گونه های اکسیژن فعال: استرس فلزات سنگین می تواند منجر به تجمع گونه های فعال اکسیژن (ROS) در سلول های گیاهی شود که باعث آسیب اکسیداتیو می شود. گیاهان با افزایش تولید آنزیم های آنتی اکسیدانی که ROS را خنثی می کنند، با این مشکل مقابله می کنند.

3. مکانیسم های تحمل فلز

گیاهان همچنین می توانند مکانیسم های تحمل فلز را برای زنده ماندن در محیط هایی با غلظت فلزات بالا ایجاد کنند:

• پمپ‌های خروجی: گیاهان ناقل‌هایی تولید می‌کنند که به طور فعال یون‌های فلزات سنگین را از سلول‌های خود پمپ می‌کنند و از تجمع آنها جلوگیری می‌کنند.
• کیلات: برخی از گیاهان می توانند لیگاندهایی تولید کنند که با فلزات سنگین متصل می شوند و کمپلکس هایی را تشکیل می دهند که سمیت کمتری دارند یا به راحتی حمل می شوند.
• انتقال الکترون: برخی گیاهان از واکنش های انتقال الکترون برای تبدیل یون های فلزات سنگین به اشکال کمتر سمی استفاده می کنند.

4. فعل و انفعالات گیاه و باکتری

باکتری ها نقش مهمی در توانایی گیاه برای تحمل فلزات سنگین دارند. برخی از باکتری‌های غیر بیماری‌زا که در ریزوسفر (منطقه ریشه) گیاهان زندگی می‌کنند، می‌توانند تحمل فلزات را از طریق:

• جذب زیستی: برخی از باکتری ها توانایی اتصال فلزات سنگین را به سطح سلولی خود دارند و تجمع فلز در بافت های گیاهی را کاهش می دهند.
• تحریک گیاهی: برخی از باکتری ها می توانند رشد و نمو گیاهان را افزایش داده و آنها را در برابر استرس فلزات سنگین مقاوم تر کنند.
• استخراج گیاهی: گونه‌های میکروبی خاصی جذب و تجمع فلزات سنگین توسط گیاهان را تسهیل می‌کنند و به حذف فلز از خاک‌های آلوده کمک می‌کنند.

کاربرد در باغ گیاه شناسی

درک مکانیسم های فیزیولوژیکی که گیاهان را قادر می سازد سمیت فلزات سنگین را تحمل کنند برای مدیریت باغ های گیاه شناسی بسیار مهم است. باغ‌های گیاه‌شناسی به دلیل وجود فلزات سنگین در خاک، عمدتاً از مناطق شهری اطراف، اغلب با چالش‌هایی مواجه هستند. باغ‌های گیاه‌شناسی با به‌کارگیری دانش در مورد حذف فلزات، سم‌زدایی داخلی، تحمل فلز و برهمکنش‌های گیاه و باکتری، می‌توانند اقداماتی را برای حفاظت از مجموعه‌های گیاهی خود انجام دهند:

1. ارزیابی خاک: آزمایش منظم خاک می تواند آلودگی فلزات سنگین را شناسایی کند و امکان اتخاذ اقدامات مناسب را فراهم کند.
2. انتخاب گیاه: انتخاب گیاهانی که متحمل هستند یا توانایی انباشته شدن فلزات طبیعی دارند، می تواند به تضمین بقا در خاک های آلوده به فلزات سنگین کمک کند.
3. تلقیح میکروبی: معرفی باکتری های متحمل به فلزات به ریزوسفر گیاهان می تواند توانایی آنها را برای مقابله با استرس فلزات سنگین افزایش دهد.
4. اصلاحات خاک: افزودن مواد آلی یا آهک به خاک های آلوده می تواند به کاهش فراهمی زیستی فلز و بهبود رشد گیاه کمک کند.

نتیجه

گیاهان مکانیسم های فیزیولوژیکی قابل توجهی را برای تحمل سمیت فلزات سنگین تکامل داده اند. گیاهان از طریق حذف فلزات، سم‌زدایی داخلی فلزات، مکانیسم‌های تحمل فلز و تعامل با باکتری‌های مفید، حتی در محیط‌هایی با سطوح بالای فلزات سنگین می‌توانند زنده بمانند و رشد کنند. درک این مکانیسم ها برای مدیریت مجموعه های گیاهی در باغ های گیاه شناسی و تضمین حفظ و نمایش گونه های گیاهی متنوع حیاتی است.

تاریخ انتشار: 2023-11-18