Фитотоксичность описывает любые неблагоприятные эффекты на рост растений, физиологию или метаболизм, вызванные химическим веществом , таким как высокие уровни удобрений, гербицидов, тяжелых металлов или наночастиц . [1] Общие фитотоксические эффекты включают измененный метаболизм растений, торможение роста или гибель растений. [2] Изменения метаболизма и роста растений являются результатом нарушенного физиологического функционирования, включая торможение фотосинтеза , поглощения воды и питательных веществ, деления клеток или прорастания семян . [1]
Высокие концентрации минеральных солей в растворе в среде выращивания растений могут привести к фитотоксичности, обычно вызываемой чрезмерным применением удобрений . [3] Например, мочевина используется в сельском хозяйстве в качестве азотного удобрения. Однако, если ее внести слишком много, фитотоксические эффекты могут возникнуть из-за токсичности мочевины напрямую или из-за образования аммиака в результате гидролиза мочевины. [3] Органические удобрения, такие как компост , также могут быть фитотоксичными, если они недостаточно гумифицированы , поскольку промежуточные продукты этого процесса вредны для роста растений. [4]
Гербициды разработаны и используются для борьбы с нежелательными растениями, такими как сельскохозяйственные сорняки. Однако использование гербицидов может вызвать фитотоксические эффекты на нецелевых растениях через снос распыляемых ветром веществ или из-за использования загрязненного гербицидами материала (такого как солома или навоз), вносимого в почву. [5] Гербициды также могут вызывать фитотоксичность в сельскохозяйственных культурах, если применяются неправильно, на неправильной стадии роста сельскохозяйственных культур или в избытке. [1] Фитотоксические эффекты гербицидов являются важным предметом изучения в области экотоксикологии .
Тяжелые металлы — это металлические соединения высокой плотности, которые ядовиты для растений в низких концентрациях, хотя токсичность зависит от вида растения, конкретного металла и его химической формы, а также свойств почвы. [2] Наиболее значимыми тяжелыми металлами, способствующими фитотоксичности в сельскохозяйственных культурах, являются серебро (Ag), мышьяк (As), кадмий (Cd), кобальт (Co), хром (Cr), железо ( Fe), никель (Ni), свинец (Pb) и цинк (Zn). Из них Co, Cu, Fe, Ni и Zn являются микроэлементами, необходимыми в небольших количествах для ферментативных и окислительно-восстановительных реакций , необходимых для развития растений. [2] Однако после определенного порога они становятся токсичными. Другие перечисленные тяжелые металлы считаются токсичными в любой концентрации и могут биоаккумулироваться , представляя опасность для здоровья человека при употреблении. [6]
Загрязнение тяжелыми металлами происходит как из природных, так и из антропогенных источников. Наиболее заметным естественным источником тяжелых металлов являются выходы горных пород, хотя извержения вулканов могут высвобождать большие объемы токсичных материалов. [2] Значительные антропогенные источники включают горнодобывающую и плавильную промышленность, а также применение органических и неорганических удобрений. [2]
Нанотехнологии — это быстрорастущая отрасль с множеством применений, включая доставку лекарств , биомедицину и электронику. [7] В результате этого произведенные наночастицы размером менее 100 нм выбрасываются в окружающую среду. [8] Поглощение и биоаккумуляция этих наночастиц растениями может привести к усилению роста растений или фитотоксическим эффектам в зависимости от вида растения и концентрации наночастиц. [8]