Культурные растения под влиянием смога резко снижают урожайность: бобы — на 25, а помидоры — на 33 %. Между степенью повреждения растений от загрязнений (некроз, ожоги листьев, хлороз) и величиной урожая имеется вполне определенная количественная связь. Таким образом, культурные растения могут выступать в роли индикаторов загрязненности окружающей среды смогом.

С помощью гамма-облучения японские исследователи вывели очень чувствительный к смогу сорт бегонии, который при первых признаках фотохимического смога (0,15 частей газа на миллион частей воздуха) покрывается пятнами. Если концентрация смога продолжает увеличиваться, то пятна на листьях вздуваются, а затем образуются сквозные отверстия.

Одним из компонентов фотохимического смога является озон. Установлено, что разные сорта одного и того же растения неодинаково реагируют на загрязнение окружающей среды, подобно тому как существует сортовая реакция растений по отношению к вредителям, болезням, воздействию неблагоприятных условий. Некоторые сорта растений оказались чувствительными к определенным веществам, загрязняющим воздух. Фасоль сорта Пинто реагирует на избыток озона и пероксиацетилнитрата. Выведены сорта табака, отличающиеся по отношению к озону. Так, растения сорта BelB устойчивы, сорта BelC чувствительны, а сорта BelW₃ сильно чувствительны к нему.

В 1967 и 1968 гг. в отдельных районах ФРГ определяли загрязненность воздуха озоном на основе симптомов повреждения растений-индикаторов. В качестве растения-индикатора был использован табак сорта BelW₃. Установлено, что степень повреждения растений в условиях ФРГ была ниже, чем в США. Авторы исследований объясняют это тем, что в ФРГ концентрация озона в воздухе при проведении опыта была сравнительно невысокой. В связи с этим для учета влияния пониженных концентраций озона требуются сорта табака более чувствительные, чем растения сорта BelW₃.

Между тем в США в 1976 и 1977 гг. восьминедельные растения табака сорта BelW₃, выращиваемые в поле на о-ве Нантакет, проявляли симптомы повреждения озоном, переносимым ветром с индустриальных районов Нью-Йорка и Вашингтона через открытый океан,

В 1981 г. был предложен оригинальный метод учета повреждений индикаторных растений озоном, включающий два этапа:

1) фотографирование поврежденных листьев в поле;

2) проведение измерений на негативах с помощью телевизионной камеры, соединенной с вычислительной машиной.

Фотографирование листьев в поле производится в определенном положении с использованием подсветки. С помощью зеленого светофильтра получают негативы, на которых некротические участки выглядят как темные пятна на белом фоне. Негативы рассматривают в телевизионной системе. Размер поврежденной фракции листа подсчитывают с помощью малой вычислительной машины. Преимущество этого метода в том, что он объективен и что фотографирование можно производить прямо в поле, не повреждая растений. Исследовалась также реакция указанных сортов табака на озон в условиях культуры ткани. В этом случае культивировавшиеся на искусственной питательной среде кусочки тканей вскоре становились коричневыми в результате разрушения поверхностных клеток. Одним из характерных признаков действия озона на растения является ингибирование прорастания пыльцы. В связи с этим предложено использовать прорастающую пыльцу в качестве биотеста на озон. Указанные выше сорта табака оказались сильно различимыми и по скорости роста пыльцевых трубок в присутствии озона. Длина пыльцевых трубок у чувствительного сорта табака BelW₃ в присутствии озона была в два раза короче, чем у BelB.

Другой эффект действия озона — разрушение хлорофилла. В связи с этим некоторые исследователи предлагают простой и быстрый метод оценки повреждений озоном листьев фасоли сорта Пинто по убыли хлорофилла.

Японские исследователи предложили в качестве индикатора загрязнения окружающей среды озоном растения ипомеи сорта Scarlet O’Hara.

Некоторые водоросли обладают способностью избирательно накапливать отдельные элементы, в том числе радиоактивные (цирконий, рутений, иттрий, торий и др.). Так, например, концентрация стронция-90 в тканях протококковой водоросли сценедесмус превышает концентрацию этого элемента в воде в 1000–9000 раз. Высокую концентрацию радиоактивных веществ несут планктонные диатомовые водоросли, удельная радиоактивность которых в зараженной среде в 2 тыс. раз больше, чем в воде.

В связи с этим с помощью растений становится возможным контроль за радиоактивностью водоемов в случае попадания в них радиоактивных отходов. Так, например, исследование радиоактивности водорослей в р. Колумбия позволило определить площади заражения воды ниже Хэнфордских реакторов, которое было значительным уже на расстоянии 25–50 км.

Ученые подметили, что некоторые микроорганизмы очень чутко реагируют на состояние окружающей среды. Они, например, чувствуют чрезвычайно малые дозы вредных веществ, поступающих с промышленными стоками и атмосферными осадками. Большой интерес в связи с этим представляют светящиеся бактерии. Некоторые из них перестают светиться в присутствии самых разнообразных веществ, в частности газообразных промышленных загрязнений, например сернистого газа.

В настоящее время ученые создают штаммы бактерий, которые сигнализировали бы о присутствии различных токсикантов, а также конструируют приборы, в которых детекторами загрязнений служат сменные патроны, заполненные питательной средой с бактериями. Прекращение свечения бактерий под действием вредных примесей будет восприниматься фотоэлементами, которые подадут соответствующие сигналы человеку.

Приборы подобного типа будут использоваться для определения опасных концентраций анестезирующих веществ в операционных, содержания ядохимикатов вблизи обрабатываемых полей, для обнаружения утечки ядовитых веществ в лабораториях, а также в поисках полицией наркотиков.

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что селекционеры могут сделать весьма многое для создания растений — индикаторов различного рода загрязнений атмосферы. Очень чувствительные растения, по существу, могут заменить сложную дорогостоящую установку для газовых анализов. Такой «газоанализатор» окажется доступным каждому человеку.

При использовании растений в качестве индикаторов загрязненности атмосферы следует иметь в виду, что сила ядовитого действия загрязнений зависит от состояния устьиц. Состояние устьиц, в свою очередь, определяется климатическими факторами. В засушливом году устьица открыты слабее, чем в достаточно влажном, поэтому растения, растущие вблизи очагов загрязнения атмосферы, будут повреждаться в меньшей степени. Опыты, проведенные в Югославии, хорошо подтверждают эту мысль. В засушливом 1971 г. содержание серы в растениях, произрастающих в условиях постоянного загрязнения атмосферы, источником которого являлись железорудные заводы «Зеница», было меньше, несмотря на то что заводы работали более производительно. В связи с этим рекомендуется при использовании листьев древесных пород в качестве индикаторов загрязнения атмосферы учитывать характер метеорологических условий года и вносить соответствующие поправки.

Глава 3. Роль растений в детоксикации вредных загрязнителей окружающей среды

Определить с помощью растений степень загрязненности воздуха и воды вредными веществами — значит решить только часть проблемы охраны окружающей среды. Каким образом можно избавиться от вредных примесей? Здесь на помощь человеку вновь приходят растения.

Борьба с загрязнением атмосферы и гидросферы должна вестись прежде всего с помощью технологических приемов. Однако применение даже очень совершенных фильтров не может полностью предотвратить поступление в окружающую среду вредных веществ. Кроме того, технологические усовершенствования часто нейтрализуются ростом числа объектов, загрязняющих окружающую среду.