Тяжелые металлы в окружающей среде


HEAVY METAL TOLERANCE IN PLANTS - NEW AND EMERGING



Pdf көрінісі
бет52/237
Дата13.09.2023
өлшемі6.49 Mb.
#477474
1   ...   48   49   50   51   52   53   54   55   ...   237
Сборник для школы на сайт

HEAVY METAL TOLERANCE IN PLANTS - NEW AND EMERGING 
BIOTECHNOLOGICAL SOLUTIONS 
Bojin Bojinov 
 
Head, Department of Genetics and Plant breeding, Agricultural University of Plovdiv 
Keywords: heavy metals, phytotoxicity, biotechnology, hyperaccumulation. 
The term ―heavy metals‖ in plant science refers to a series of metals and metalloids that can 
be toxic even at very low concentrations. Most of them (i.e. As, Cd, Hg, Pb or Se) do not perform 
any known physiological function in plants. Others (such as Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni and Zn) are 
included in different plant metabolic pathways and thus are required for normal growth and devel-
opment. While their presence may be needed to the plants, an excess of these elements can easily 
lead to poisoning as their concentration rises above optimal. These high concentrations negatively 
impact the organisms and such an impact is termed ―heavy metal phytotoxicity‖. It results in major 
changes in the functioning of the roots and leaves that affect other developmental processes such as 
flowering, embryogenesis and seed formation.
Heavy metals – effects on plant functions and development 
Reduced growth is one of the most common physiological consequences of heavy metal ex-
posure in plants. Metal ion-induced changes in the structural and physiological integrity of leaves 
reduce the rates of photosynthesis and respiration, which has deleterious effects on energy provision 
and the efficiency of other metabolic processes. Transpiration and transport processes between var-
ious organs are also affected.
Plant roots are directly exposed to the heavy metal content of contaminated soils and are the 
first to be affected by that exposure. Furthermore, they have rather simple and predictable structural 
organization and developmental zonation, which makes them ideal model systems for studying 
plant adaptations to abiotic stresses. Studies show that higher concentrations of heavy metals may 
result in alterations of numerous physiological processes due to: (1) inactivating enzymes, (2) 
blocking functional groups of metabolically important molecules, (3) displacing or substituting for 
other essential elements and (4) disrupting membrane integrity.
A rather common consequence of heavy metals‘ presence is the interference with electron 
transport inside cells, especially that of chloroplast membranes. It results in an enhanced production 
of reactive oxygen species (ROS). While ROS are important signaling molecules on the one hand, 
they can have adverse effects on cell membranes when present in large quantities. This is likely to 
trigger specific defense responses in certain places – i.e., along the root axis, they can trigger cell 
wall cross-linking and lignification. ROS overproduction following exposure to high Cd concentra-
tions leads to lipid peroxidation and subsequent cell death. Other effects may include biological 
macromolecule deterioration, membrane dismantling, ion leakage, DNA-strand cleavage, etc. Alto-
gether these result in a plant state generally described as ―oxidative stress‖.
It is interesting to notice that there are plants that survive, grow and reproduce on natural 
metalliferous soils as well as on sites polluted with heavy metals as a result of anthropogenic activi-
ties. The majority of species that tolerate heavy metal concentrations that are highly toxic to the 
other plants behave as ―excluders‖, relying on tolerance and even hypertolerance strategies helpful 


58
59
strong deficit balance of Cu, Mn and Zn - important trace elements, slightly negative balance of Cr 
and Ni, weakly positive balance of Cd and Pb. 
UDC 502:574:581 


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   48   49   50   51   52   53   54   55   ...   237




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет