Plants and their Interaction to Environmental Pollution: Damage Detection, Adaptation, Tolerance, Physiological and Molecular Responses

آلودگی محیط زیست در نتیجه فعالیت های مختلف انسانی به یک نگرانی جهانی تبدیل شده است. شهرنشینی، معادن، انقلاب صنعتی، سوزاندن سوخت‌های فسیلی/هیزم و شیوه‌های کشاورزی ضعیف، علاوه بر تخلیه نامناسب مواد زائد، تا حد زیادی مسئول تغییر نامطلوب در ترکیب محیط هستند. آلودگی محیط زیست عمدتاً به عنوان آلودگی هوا، آلودگی آب، آلودگی زمین، آلودگی صوتی، آلودگی حرارتی، آلودگی نوری و آلودگی پلاستیک طبقه بندی می شود. امروزه مشخص شده است که با افزایش آلودگی های محیطی، ناخالصی هایی در گیاهان تجمع می یابد که برای مصارف اساسی انسان مانند غذا، پوشاک، دارو و غیره مورد نیاز است. آلودگی محیطی تأثیرات شگرفی بر رویدادهای فنولوژیکی، الگوهای ساختاری، پدیده‌های فیزیولوژیکی، وضعیت بیوشیمیایی و ویژگی‌های سلولی و مولکولی گیاهان دارد. قرار گرفتن در معرض آلودگی محیطی بسته به غلظت آلاینده، مدت زمان قرار گرفتن در معرض، فصل و گونه های گیاهی باعث آسیب حاد یا مزمن می شود. علاوه بر این، افزایش جهانی گازهای گلخانه ای مانند مونوکسید کربن، دی اکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، متان، کلروفلوئوروکربن ها و ازن در جو از جمله تهدیدات اصلی برای تنوع زیستی است. آنها همچنین تأثیرات قابل مشاهده ای بر چرخه زندگی و توزیع گونه های مختلف گیاهی نشان داده اند. فعالیت های انسانی، از جمله احتراق سوخت های فسیلی به طور خاص، مسئول افزایش مداوم در غلظت گازهای گلخانه ای اتمسفر هستند. این پدیده گرمایش جهانی را تسریع می کند. مطالعات نشان داده اند که تغییرات در غلظت دی اکسید کربن، بارندگی و دما بر فعالیت های فیزیولوژیکی و متابولیک گیاه از جمله تشکیل مواد فعال بیولوژیکی تأثیر زیادی گذاشته است. روی هم رفته، گیاهان با آلاینده‌ها تعامل دارند و پیامدهای اکولوژیکی و اقتصادی نامطلوبی ایجاد می‌کنند. بنابراین، پاسخ گیاه به آلاینده ها نیازمند بررسی بیشتر از نظر تشخیص آسیب، سازگاری، تحمل، و پاسخ های فیزیولوژیکی و مولکولی است. رادیو ایزوتوپ‌ها، تشعشعات تلفن همراه، نانوذرات، نانوکامپوزیت‌ها، فلزات سنگین و غیره و تأثیر آنها بر استراتژی‌های سازگاری گیاه، و امکان بازیابی، کاهش، گیاه پالایی و غیره نیز باید مورد بررسی قرار گیرد. علاوه بر این، لازم است فرآیند جذب آلاینده توسط گیاه و تجمع در زنجیره غذایی و قابلیت مقاومت گیاه در برابر انواع مختلف آلاینده‌های محیطی بهتر توضیح داده شود. در این زمینه، شناسایی مکانیسم‌های تحمل در گیاهان در برابر آلاینده‌ها می‌تواند به توسعه فناوری‌های سازگار با محیط زیست کمک کند، که نیازمند رویکردهای مولکولی برای افزایش تحمل گیاه به آلاینده‌ها، مانند تغییر شکل گیاهی و تغییرات ژنتیکی است. تولید بیش از حد ناشی از آلاینده گونه‌های فعال اکسیژن که باعث آسیب DNA و تغییرات مرتبط با آپوپتوز می‌شوند نیز مورد بررسی قرار گرفته‌اند. آنها همچنین باعث ایجاد تغییراتی در سطوح رونوشت، پروتئوم و متابولوم می شوند که در این کتاب مورد بحث قرار گرفته است.

Environmental pollution as a consequence of diverse human activities has become a global concern. Urbanization, mining, industrial revolution, burning of fossil fuels/firewood and poor agricultural practices, in addition to improper dumping of waste products, are largely responsible for the undesirable change in the environment composition. Environmental pollution is mainly classified as air pollution, water pollution, land pollution, noise pollution, thermal pollution, light pollution, and plastic pollution. Nowadays, it has been realized that with the increasing environmental pollution, impurities may accumulate in plants, which are required for basic human uses such as for food, clothing, medicine, and so on. Environmental pollution has tremendous impacts on phenological events, structural patterns, physiological phenomena, biochemical status, and the cellular and molecular features of plants. Exposure to environmental pollution induces acute or chronic injury depending on the pollutant concentration, exposure duration, season and plant species. Moreover, the global rise of greenhouse gases such as carbon monoxide, carbon dioxide, nitrous oxides, methane, chlorofluorocarbons and ozone in the atmosphere is among the major threats to the biodiversity. They have also shown visible impacts on life cycles and distribution of various plant species. Anthropogenic activities, including the fossil-fuel combustion in particular, are responsible for steady increases in the atmospheric greenhouse gases concentrations. This phenomenon accelerates the global heating. Studies have suggested that the changes in carbon dioxide concentrations, rainfall and temperature have greatly influenced the plant physiological and metabolic activities including the formation of biologically active ingredients. Taken together, plants interact with pollutants, and cause adverse ecological and economic outcomes. Therefore, plant response to pollutants requires more investigation in terms of damage detection, adaptation, tolerance, and the physiological and molecular responses.

The complex interplay among other emerging pollutants, namely, radioisotopes, cell-phone radiation, nanoparticles, nanocomposites, heavy metals etc. and their impact on plant adaptation strategies, and possibility to recover, mitigation, phytoremediation, etc., also needs to be explored. Further, it is necessary to elucidate better the process of the pollutant’s uptake by plant and accumulation in the food chain, and the plant resistance capability against the various kinds of environmental pollutants. In this context, the identification of tolerance mechanisms in plants against pollutants can help in developing eco-friendly technologies, which requires molecular approaches to increase plant tolerance to pollutants, such as plant transformation and genetic modifications. Pollutant-induced overproduction of reactive oxygen species that cause DNA damage and apoptosis-related alterations, has also been examined. They also trigger changes at the levels of transcriptome, proteome, and metabolome, which has been discussed in this book.