Nghiên cứu khoa học: Phản ứng của thực vật khi tiếp xúc với ô nhiễm bụi

Trong bối cảnh ô nhiễm bụi đô thị hiện nay, nhu cầu thay đổi cách tiếp cận trồng cây và các loài thực vật khác ngày càng tăng. Việc bổ sung các cây cảnh có khả năng giảm thiểu ô nhiễm bụi trong bản đồ cảnh quan có thể cung cấp cơ sở lý luận song song của việc làm cho các thành phố trở nên xanh và được kiểm soát ô nhiễm.

Một vấn đề được đặt ra là, khi con người tiếp xúc với bụi, chúng ta cảm thấy khó chịu, thậm chí xuất hiện nhiều căn bệnh nguy hiểm, vậy với thực vật thì sao? Xuất phát từ câu hỏi này, các nhà khoa học Ấn Độ đã thực hiện một thí nghiệm. Nội dung thí nghiệm như sau:

Sống trong không gian có nhiều bụi, cây xanh ít nhiều chịu những ảnh hưởng khác nhau

Giới thiệu bụi – ô nhiễm bụi

Các hạt bụi tạo thành một phần chính của các chất ô nhiễm không khí phát sinh do các quá trình công nghiệp và đe dọa nghiêm trọng đến hệ sinh thái. Ở Ấn Độ, 30-35% chất ô nhiễm không khí bao gồm các hạt bụi. Các hoạt động như khai thác than, khai thác đá, nghiền đá, nhà máy nhiệt điện, công nghiệp xi măng, v.v., tạo ra một lượng bụi rất lớn cho môi trường. Kịch bản phá rừng quy mô lớn hiện nay; sự phá hủy các quần xã sinh vật và các thành phần hệ sinh thái khác được cho là do tác động của ô nhiễm bụi.

Các sol khí đủ nhỏ để lơ lửng trong không khí có ái lực bám vào bề mặt rắn tiếp xúc với nó. Khi dòng không khí đi qua cây, một số phần của hạt bụi bám vào phần trên và phần dưới của lá, một số trong số này bị dội ngược trở lại hoặc lắng đọng ở nơi khác tùy thuộc vào kích thước và đặc tính của hạt, vận tốc gió và bề mặt. khu vực lắng đọng. Sau khi lắng đọng, các hạt bụi có xu hướng dính vào bề mặt lá trong một thời gian nhất định cho đến khi chúng bị rửa trôi bằng nước mưa hoặc lá bị vụn. Hạt có kích thước nhỏ hơn đường kính của lỗ khí khổng đi trực tiếp vào khoang dưới khí khổng và tiếp xúc với nhu mô xốp của mô lá, các hạt lớn hơn đi vào bên trong lá bằng cách hòa tan trong nước và axit cacbonic do chính khí khổng thải ra. Thực vật bám bụi và mùn của lớp đất mặt; các loài thực vật nhỏ bé sống trong đất cũng làm giảm các chất ô nhiễm bụi và phá vỡ hoặc phân hủy nhiều hóa chất độc đi vào đất.

Các yếu tố ảnh hưởng đến ô nhiễm bụi

Hình thái và giải phẫu lá

Khả năng tiếp nhận bụi của lá phụ thuộc vào hình dạng bề mặt, các đặc điểm biểu bì và dạng thấu kính của lá và chiều cao & tán của cây. Phyllotaxy, hướng của lá và bản chất không cuống hoặc nửa không cuống của lá cũng đóng một vai trò quan trọng bằng cách cung cấp diện tích tối đa cho sự lắng đọng bụi giữ cho lá theo hướng nằm ngang. Sự định hướng gần như tự nhiên và thẳng đứng của lá dẫn đến sự lắng đọng bụi ít hơn như trong trường hợp của cây Bạch đàn. Những chiếc lá đơn giản đã được chứng minh là hút bụi tốt hơn những cây có lá kép.

Thành phần khoáng chất của bụi

Trong một nghiên cứu được thực hiện bởi Chatson và cộng sự, nó đã được tiết lộ rằng cả khoáng vật học và kích thước hạt đều là những yếu tố quan trọng kiểm soát các phản ứng sinh hóa trong thực vật. Các bon đen mịn dẫn đến nhiệt độ của lá tăng khoảng 10 lần so với bụi thô trong nghiên cứu. Nó cũng đã được chứng minh rằng ở nồng độ rất thấp, các hạt bụi mịn cũng có khả năng gây ra các hiệu ứng trong trường hợp hạt thô cần liều lượng cao hơn. Vì bản chất hóa học của các hạt là đa dạng, một loạt các phản ứng hiệp đồng có thể xảy ra giữa các hạt này, do đó, có thể ảnh hưởng đến các chức năng sinh lý của thực vật theo một số cách. Nếu các hạt bụi trơ thì nó sẽ gây ra một số tổn thương cơ học hoặc nếu nó chứa một số chất độc hòa tan nhất định, nó có thể tạo ra đốm hoại tử. Khi gặp hơi ẩm, nó đông đặc lại thành lớp vỏ cứng kết dính, có thể làm hỏng mô thực vật và ức chế sự phát triển. Sự ức chế sinh trưởng có thể do sự cản trở ánh sáng, bịt các lỗ khí khổng và làm tổn thương trực tiếp mô thực vật do các phản ứng hóa học của các hạt bụi trên bề mặt lá gây ra. Kết quả là giảm tỷ lệ trao đổi CO₂ , đồng hóa cacbon, thoát hơi nước và quang hợp thực,được quan sát thấy. Lượng bụi chính xác gây ra hiệu ứng này không được biết nhưng có phần trên 1,0g / m ² / ngày.

Ô nhiễm bụi gây ảnh hưởng đến chất diệp lục

Sự khử diệp lục do lắng đọng bụi cũng đã được nhiều đồng nghiệp quan sát thấy. Bụi lắng đọng trên bề mặt lá làm giảm tổng hợp diệp lục-a do tác dụng rụng lá. Do đó, sự gia tăng lắng đọng bụi và sự suy giảm chất diệp lục tương ứng có thể có mối tương quan thuận. Các điều kiện kiềm phổ biến do sự hòa tan của các hạt bụi trong nhựa tế bào là nguyên nhân dẫn đến sự phân hủy chất diệp lục và giảm hoạt động quang hợp. Quá trình hydrat hóa hình thành lớp vỏ do bụi lắng đọng trên lá của thực vật dạng bụi, giải phóng Ca (OH) ₂(có tính kiềm cao). Chất này xâm nhập qua khí khổng và làm tổn thương tế bào bên dưới, đồng thời gây ra sự biến tính một phần của lục lạp và sau đó làm giảm sắc tố trong tế bào của lá bị hư hỏng. Người ta đã đề xuất trong nghiên cứu trên rằng có khả năng phân huỷ các enzym chịu trách nhiệm sinh tổng hợp diệp lục. Bụi kiềm lắng đọng trên bề mặt lá cũng có thể gây ra hiện tượng úa lá và chết mô lá do sự kết hợp của lớp vỏ dày và độc tính kiềm sinh ra trong thời tiết ẩm ướt.

Hình 1: Hiệu ứng lọc tốt của rừng trồng rời.

Hiệu ứng lọc của cây - Ô nhiễm bụi — Hiệu ứng lọc của cây – Ô nhiễm bụi

Hình 2: Hiệu ứng lọc nhỏ của rừng trồng dày

Ảnh hưởng của ô nhiễm bụi đến khí khổng

Sự lắng đọng bụi do ô nhiễm bụi dẫn đến tắc nghẽn khí khổng, dẫn đến giảm tốc độ trao đổi carbon dioxide, carbon đồng hóa, thoát hơi nước, và do đó giảm quang hợp. Rajchidambaram và cộng sự (1980) đã quan sát thấy sự tắc nghẽn của khí khổng, mất một hoặc cả hai tế bào bảo vệ hoặc sự phá hủy hoàn toàn bộ máy khí khổng do ô nhiễm bụi xi măng ở tất cả năm loài thực vật có hoa mà họ nghiên cứu. Yunus và cộng sự nhận thấy sự gia tăng dễ thấy về tần số khí khổng, tỷ lệ phần trăm khí khổng bất thường, lỗ khí khổng lớn hơn và các vân tròn dễ thấy trong quần thể ô nhiễm của Ricinus communis L. Lá của Syzygium cuminiL, cho thấy kích thước tế bào biểu bì giảm rõ rệt, số lượng tế bào biểu bì và khí khổng tăng lên, tổn thương hoại tử và tế bào biểu bì chết. Một số loài cây đại lộ phổ biến như A. indica và P. longifolia được tìm thấy với các hạt bụi bám trong lớp vỏ sáp của lá. Lớp biểu bì bị mất tổ chức và bị phá vỡ ở gờ khí khổng bên ngoài. Papillae mất hẳn danh tính. Vành quanh khí khổng không được xác định rõ. Các gờ khí khổng hoàn toàn bị phá vỡ và các hạt bụi và mảnh vụn lớn có trên bề mặt lỗ thủng bị thương. Shamnughavel quan sát thấy những bất thường như khí khổng chỉ có một ô bảo vệ, có 3-5 tế bào con và khí khổng khổng lồ. Tất cả các tổn thương trên đều tập trung vào ứng suất cơ học do bụi gây ra đối với cây trồng.

Ảnh hưởng đến sự chuyển hoá của cây

Hàm lượng protein và tinh bột của lá thường được sử dụng để theo dõi ô nhiễm bụi cũng giảm khi tiếp xúc với môi trường bụi. Theo Borka, giảm tinh bột là do khí khổng bị tắc nghẽn có thể ức chế quá trình phosphoryl hóa đường và do đó chuyển vị từ lá đồng hóa do làm giảm sự thoát hơi nước và do đó làm nóng lá. Đặc điểm nổi bật nhất là proline tích lũy đóng vai trò bảo vệ trong tình trạng căng thẳng. Chất này hoạt động như một hợp chất lưu trữ ‘C’ và ‘N’ và được sử dụng để tạo ra các protein mới khi quá trình tổng hợp protein bị ức chế trong tình trạng căng thẳng.

Lá như một màn hình bụi

Gần đây, việc sử dụng lá để giám sát ô nhiễm bụi, sử dụng các cân nhắc về hình thái học khác nhau đã được nghiên cứu. Khả năng dọn sạch bụi của cây đã được chứng minh ở Anh và Liên Xô. Trong công viên Hyde, một khu vực xanh có diện tích 1 Sq. Dặm ở trung tâm London, nồng độ khói giảm trung bình là 27% so với khu vực không có cây xanh xung quanh nó. Các bộ lọc bụi thực vật được sắp xếp theo thứ tự lọc bụi giảm dần. Người ta đã tính toán rằng 300 cây Dương là loài hút bụi kém nhất, trải rộng trên 2,5 mẫu Anh, sẽ lọc ra 0,375 tấn bụi trong mùa mang lá. Những phản ứng chọn lọc này của lá cây chống lại bụi có thể được sử dụng để giám sát ô nhiễm bụi. Có thể thấy rõ từ nhiều phát hiện rằng các đặc điểm biểu bì và biểu bì của lá phản ứng về mặt định lượng hơn là định tính đối với ô nhiễm bụi và có thể được sử dụng làm chỉ thị sinh học về mức độ ô nhiễm. Ở Mimusops elengi , người ta quan sát thấy rằng các trichomes hoàn toàn không có ở vùng không bị ô nhiễm bụi nhưng trong vùng bị ô nhiễm, các trichomes đơn bào đã phát triển ở bề mặt trụ và sự phát triển của chúng là tối đa ở các tế bào biểu bì gần khí khổng. Rangarajan và cộng sự báo cáo về sự gia tăng tần số của các trichomes ở mặt trước của lá cây cảnh. Điều này cho thấy rằng trichomes hoạt động như một lớp vỏ bảo vệ chống lại các chất ô nhiễm trong khí quyển, đặc biệt là vật chất dạng hạt, vì vậy chúng không xâm nhập được vào khi mở khí khổng. Lá của cây bị phủ bụi bởi các hạt vật chất cho thấy hàm lượng protein và nitơ giảm đáng kể khi lá rụng tương ứng ở các loài rụng lá. Bụi đọng lại trên lá làm giảm diện tích quang hợp của lá dẫn đến giảm khả năng quang hợp. Sự giảm số lượng hoa và năng suất ở cây gấm đen và các cây có hoa khác đã được chú ý do ô nhiễm bụi. Có ý kiến cho rằng dưới tác dụng của bụi, đầu nhụy tiết axit chuyển thành kiềm, điều kiện không thuận lợi cho sự nảy mầm của hạt phấn, dẫn đến thụ tinh và năng suất kém. Các nghiên cứu giao dịch thực địa đã làm nổi bật phản ứng bất lợi của thực vật đối với bụi. Thiệt hại về năng suất trung bình đối với lúa do môi trường ô nhiễm bụi xi măng xấp xỉ 20%. Singh và cộng sự. (1990) điều tra Oryza sativaphát triển ở các vị trí khác nhau xung quanh nhà máy xi măng và nhận thấy rằng phần sinh dưỡng và sinh sản tích lũy sinh khối thấp hơn đáng kể (lần lượt là 33 và 60%) tại các vị trí cách nhà máy 1 km nhận tải lượng bụi cao. Tác động của bụi bay lên các đặc điểm của hạt lúa mì được chứng minh bằng giá trị hạt trên cành, trọng lượng và thể tích thấp hơn, độ ẩm, protein, tổng tro, chất béo, chất xơ thô và nhiệt trị trong một nghiên cứu được thực hiện bởi Pandey và cộng sự. (2001).

Ô nhiễm bụi làm tắc nghẽn sự thở của lá cây

Ở nhiều khu công nghiệp, gần các đường lớn, bề mặt lá cây thường xuyên có một lớp bụi lớn bán vào

Các loài cây như đào, anh đào và cam quýt có dấu hiệu bị ô nhiễm bụi gây ra tổn thương với thời gian ra hoa bị ức chế hoặc rút ngắn, rụng lá sớm và rụng quả sớm. Phát triển các vết bệnh hoại tử màu đỏ và nâu và một lớp bụi đen dày trên bề mặt lá cùng với hiện tượng mọc chậm và già nhanh đã được quan sát thấy ở thành phố công nghiệp phía đông nam Trung Quốc với nồng độ SPM trung bình hàng ngày khoảng 320µg / m ³ . Bụi từ lò nung xi măng cho thấy ảnh hưởng xấu đến chỉ số phân bào của Vicia fabavà nó tỷ lệ nghịch với nồng độ bụi, trong khi tần số bất thường trong quá trình nguyên phân tỷ lệ thuận. Sự đứt gãy nhiễm sắc thể và các cầu nối nhiễm sắc thể chủ yếu được ghi nhận lần lượt ở giai đoạn chuyển tiếp và tương ứng. Theo quan điểm của tác động gây độc tế bào của bụi lò xi măng, nó cũng có thể hoạt động như một chất gây đột biến. Những đặc điểm này là kết quả của sự lắng đọng bụi trên các bộ phận của lá có thể được sử dụng làm chỉ thị sinh học về ô nhiễm bụi.

Các đặc điểm của thực vật để kiểm soát ô nhiễm bụi hiệu quả đã được Kumar et al như sau:

Khả năng chịu đựng các điều kiện cụ thể hoặc khả năng thích ứng rộng rãi với các điều kiện sinh lý sinh thái.
Phát triển nhanh.
Năng lực chịu đựng căng thẳng về nước và khí hậu khắc nghiệt sau khi thành lập ban đầu.
Sự khác biệt về chiều cao và thói quen tăng trưởng.
Vẻ ngoài dễ chịu.
Cung cấp bóng râm.
Khối lượng sinh học lớn và số lượng lá để cung cấp thức ăn gia súc và nhiên liệu.
Khả năng cố định Nitơ trong khí quyển.
Cải tạo các vùng đất hoang hóa.

Cây có lá dày, nhiều thịt, có cuống lá mềm dẻo, có khả năng chịu rung rất thích hợp.

Cành và thân cây nặng hơn cũng làm lệch hướng hoặc khúc xạ sóng âm thanh.

Kết luận

Các loại lá khác nhau ở thực vật thể hiện sự khác biệt; lá dính hoạt động tốt hơn trong việc thu thập nhiều hạt sinh ra từ không khí hơn; một số lá có độ cứng bề mặt lớn hơn và thô hơn, điều này liên quan đến độ dính của chúng đối với các hạt. Đặc điểm hình thái của lá là yếu tố quyết định diện tích thân cây. Lựa chọn các loài cây ven đường cần giải quyết các vấn đề sau, viz. sự phù hợp với khí hậu nông nghiệp, chiều cao và diện tích tán của cây, kiến trúc tán, tốc độ sinh trưởng, thân thẳng không phân chia, dạng tán lá, hoa hoặc cụm hoa hấp dẫn, khả năng chống chịu ô nhiễm và khả năng phát tán bụi. Liên quan đến kịch bản ô nhiễm môi trường – ô nhiễm bụi đô thị hiện nay, cần nghiên cứu thay đổi cách tiếp cận trồng cây xanh và các loài cây khác.

Nguồn: https://medcraveonline.com/