Влияние тяжелых металлов на растения

http://monax.ru/order/ - рефераты на заказ (более 2300 авторов в 450 городах СНГ).

План

введение

влияние основных тяжелых металлов на растения:

а) кобальт;

б) молибден;

в) никель;

г) марганец;

д) медь;

е) цинк.

3) заключение

4) список использованной литературы

Введение

Тяжелые металлы(Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Изучение минерального питания растительных организмов включает в себя знакомство и с микроэлементами.

В настоящее время при помощи специальных, особо чувствительных методов удалось определить в составе организмов свыше 60 таких химических элементов. Од­нако можно утверждать, что названное число не является пределом и в состав организмов в самом деле входят все известные химические элементы и их изотопы, (как стабильные, так и радиоактивные).

Химические элементы, которые, входя в состав орга­низмов растений, животных и человека, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выражен­ной биологической ролью, получили название биогенных элементов. К числу биоэлементов относятся: азот, водо­род, железо, йод, калий, кальций, кислород, кобальт, кремний, магний, марганец, медь, молибден, натрий, сера, стронций, углерод, фосфор, фтор, хлор, цинк.

Указанный перечень будет, несомненно, увеличивать­ся по мере роста наших знаний. Например, биогенное значение кобальта и молибдена определилось не­давно. Некоторые элементы биогенны только по отношению к определенным классам, родам, а иногда и видам организмов. Например, бор необхо­дим для растений, но пока не может считаться биоген­ным по отношению к животным и человеку.

Значительное количество химических элементов, по­стоянно обнаруживаемых в организмах, оказывает оп­ределенное влияние на течение процессов обмена ве­ществ и на ряд физиологических функций в эксперимен­те, однако еще не известно, какую роль эти элементы играют в организмах в природных условиях, и поэтому их биогенное значение пока сомнительно. К таким эле­ментам относятся алюминий, барий, бериллий, бром, висмут, галлий, германий, кадмий, литий, мышьяк, ни­кель, олово, радий, ртуть, рубидий, свинец, серебро, сурьма, титан, уран, хром, цезий.

Количественное содержание биоэлементов, входящих в состав организмов, сильно варьирует в зависимости от среды обитания, способа питания, видовой принадлеж­ности и т. п.

Основную массу живого вещества (99,4%) состав­ляют так называемые макроэлементы: О, С, Н, Са, N, К, Р, Мg, S, Cl, Na.

К числу микроэлементов, содержание которых в организме исчисляется тысячными и даже триллионными долями процента, относятся: железо, кобальт, марганец, медь, молибден, цинк, кадмий, фтор, йод, селен, строн­ций, бериллий, литий и др.

Микроэлементам, несмотря на их малое количественное содержание в организмах, принадлежит значительная биологическая роль. Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы — например, фотосинтез у растений.

Связь между ролью элемента в жи­вом организме и положением его в периодической сис­теме хорошо прослежена для многих микроэлементов, однако далеко еще не все стороны этой зависимости изучены в достаточной степени.

Обратимся теперь к сущности влияния микроэлемен­тов на живой организм. Наиболее характерна высокая биологическая активность микроэлементов, т. е. способ­ность чрезвычайно малых доз их оказывать сильное дей­ствие.

Мощное воздействие микроэлементов на физиологи­ческие процессы и организме объясняется тем, что они вступают в теснейшую связь с биологически активными органическими веществами — гормонами, витаминами. Изучена также их связь со многими белками и фермен­тами. Именно указанными взаимоотношениями и опре­деляются основные пути вовлечения микроэлементов в биологические процессы.

В настоящее время твердо установлена связь между микроэлементами и витаминами. Показано, что марганец необходим для образования в ряде растений витамина С (аскорбиновой кислоты), предохраняющего человека и, некоторых животных от заболевания цингой. Есть данные, показывающие, что введением марганца можно вы­звать образование аскорбиновой кислоты в организме тех видов животных, которые обычно неспособны к вы­работке этого витамина. Марганец, по-видимому, нужен и для действия витамина D (антирахитного) и B_>1> (антиневритного). Намечается связь между микроэлементом цинком и витамином В_>1>. Однако наиболее интересно открытие антианемического витамина B_>12>, недо­статок которого в организме приводит к тяжелым фор­мам анемии (злокачественному малокровию). Оказа­лось, что этот витамин — соединение микроэлемента коба­льта и сложной органической группы.

Как известно, многие металлы, преимущественно микроэлементы, в растворах обладают ярко выражен­ным каталитическим действием, т. е. способны в значительной степени, в сотни тысяч и миллионы раз, уско­рять течение химических реакций. Это каталитическое действие микроэлементы проявляют и в живом организ­ме, особенно тогда, когда они вступают во взаимо­действие с органическими веществами, содержащими азот.

Максимальную каталитическую активность металлы как таковые или, чаще, их металлоорганические (органо-минеральные) соединения приобретают, всту­пая в соединения с белками. Именно такое строение имеют многие биологические катализаторы — ферменты. Помимо значительного повышения активности, роль белкового компонента заключается в придании таким соединениям, в основном ферментам, специфичности действия.

При взаимодействии микроэлементов с белковыми компонентами ферментов образуются металлоэнзимы. Состав большой группы металлоэнзимов характеризует­ся наличием в них металла в качестве стабильного ком­плекса (железосодержащие ферменты — каталаза, пероксидаза, цитохромы, цитохромоксидаза и др.).

Геохимические процессы, непрерывно протекающие в земной коре, и эволюция химического состава организ­мов— процессы сопряженные. Жизнь, по В. И. Вернад­скому, не составляет внешнего, случайного явления на земной поверхности, а теснейшим образом связана со строением земной коры.

Содержание элементов в живом веществе пропорцио­нально составу среды обитания организма с поправкой на растворимость соединений, включающих эти элементы.

С геохимическими провинциями земли тесно связаны биогеохимические провинции—области, характеризующиеся более или менее одинаковой концентрацией одно­го или нескольких элементов. В пределах биогеохимиче­ских провинций с избыточным или недостаточным содержанием определенных элементов наступает своеоб­разная биологическая реакция флоры и фауны данной области, что проявляется в эндемических заболеваниях растений и животных—биогеохимических эндемиях.

Влияние основных тяжелых металлов на растения

КОБАЛЬТ

В биосфере кобальт преимущественно рассеивается, однако на участках, где есть растения — концентраторы кобальта, образуются кобальтовые месторождения. В верхней части земной коры наблюдается резкая дифференциация кобальта — в глинах и сланцах в среднем содержится 2·10^-3% кобальта, в песчаниках 3·10^-5, в известняках 1·10^-5. Наиболее бедны кобальтом песчаные почвы лесных районов. В поверхностных водах его мало, в Мировом океане его лишь 5·10^-8%. Будучи слабым водным мигрантом, он легко переходит в осадки, адсорбируясь гидроокисями марганца, глинами и другими высокодисперсными минералами.

Содержание кобальта в почвах определяет количест­во этого элемента в составе растений данной местности, а от этого зависит поступление кобальта в организм травоядных животных.

Постоянно присутствуя в тканях растений, кобальт участвует в обменных процессах. В животном организме его содержание зависит от его уровня в кормовых растениях и почвах. Концентрация кобальта в растениях пастбищ и лугов в среднем составляет 2,2·10^-5—4,5·10^-5% на сухое вещество. Способность к накоплению этого элемента у бобовых выше, чем у злаковых и овощных растений. В связи с высокой способностью к концентрации кобальта морские водоросли по его содержанию мало отличаются от наземных растений, хотя в морской воде его значительно меньше, чем в почвах. Кобальт участвует в ферментных системах клубеньковых бактерий, осуществляющих фиксацию атмосферного азота; стимулирует рост, развитие и продуктивность бобовых и растений ряда других семейств. В микродозах кобальт является необходимым элементом для нормальной жизнедеятельности многих растений и животных. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными.

Кобальт применяют в сельском хозяйстве как микроудобрения – удобрения, содержащие микроэлементы (В, Cu, Mn, Zn, Со и др.), т. е. вещества, потребляемые растениями в небольших количествах.

Известкование почв снижает усвояемость растения­ми кобальта. Так же влияет избыток марганца и железа в почвах; наоборот, фосфор усиливает поступление ко­бальта в растения.

Применение кобальтовых солей (сернокислого ко­бальта) в качестве удобрений, как оказалось, способст­вует ускорению созревания ячменя, повышает урожай семян красного клевера, увеличивает содержание жи­ра в семенах льна. Под влиянием кобальта повышается урожайность сахарной свеклы.

Внесение 300 г сернокислого кобальта на 1 га значительно повышает урожай винограда: вес ягод увеличи­вается на 35%, сахаристость — на 14%, кислотность снижается на 10%.

М. Я. Школьник предлагает вносить кобальт в ка­честве удобрений в следующих дозах: внесение в почву перед посевом — 2—6 кг на 1 га; внесение в междурядье в виде подкормки — 0,5 кг на 1 га; внекорневое пита­ние— 0,1-процентный раствор; намачивание семян — 0,1-процентный раствор. При внесении кобальтовых удобрений с самолета применяется измельченный сер­нокислый кобальт в дозе 1,415 кг на 1 га.

Помимо чистых химических соединений кобальта, в качестве удобрений могут быть также использованы продукты переработки шлаков никелевого производства и колчеданных огарков.

МОЛИБДЕН

Среднее содержание молибдена в почвах составляет 0,0003%, в изверженных породах — 0,000154%, в осадочных породах —0,00024%. Больше всего молибдена находится в болотистых почвах и в почвах тундр. Богатство почв органическими веществами обусловливает низкий окислительный потен­циал среды.

Наиболее растворимы в воде и доступны для растений соединения Мо⁶ в нейтральной и слабощелочной среде. На кислых почвах молибден мало доступен растениям, поэтому в таких условиях сказывается положительно внесение молибденовых удобрений. Влияние молибдена зависит от многих факторов: на кислых почвах эффект молибдена зависит от содержания подвижного алюминия (чем больше алюминия, тем выше эффект молибдена). Между молибденом и марганцем наблюдается обратная зависимость—избыток марганца вызывает недостаток молибдена, и, наоборот, присутствие молибдена улучша­ет состояние растений (льна), болеющих на кислых почвах от избытка марганца. Антагонистическая зависи­мость наблюдается также между молибденом и медью (молибден вытесняет медь).

Молибден особенно важен для бобовых растений; он концентрируется в клубеньках бобовых, способствует их образованию и росту и стимулирует фиксацию клубень­ковыми бактериями атмосферного азота. Входя в состав фермента нитраторедуктазы (являющейся по своему строению молибдофлавопротеином), молибден восста­навливает нитраты у высших и низших растений и сти­мулирует синтез белка в них. Поэтому в условиях не­достатка молибдена в растениях накапливаются нитраты, одновременно уменьшаются азотистая раство­римая фракция и уровень азотистой белковой фракции. Молибден и марганец, по-видимому, катализируют от­дельные реакции, каждая из которых влияет на кон­центрацию аминокислот — промежуточных продуктов белкового обмена. Молибден активирует реакцию, веду­щую от нитратов к образованию аминокислот, тогда как марганец, по-видимому, активирует дальнейшие фазы превращения аминокислот в белки.

Молибден оказывает положительное влияние не только на бобовые растения, но и на цветную капусту, томаты, сахарную свеклу, лен и др. Растениями-инди­каторами недостатка молибдена могут быть томаты, ко­чанная капуста, шпинат, салат, лимоны.

Молибден необходим не только для процесса синтеза белков в растениях, но и для синтеза витамина С и ка­ротина, синтеза и передвижения углеводов, использова­ния фосфора.

Болезни молибденовой недостаточности:

- болезнь нитевидности цветной капусты. Выражается в уменьшении листовой пластинки. Поражает растения на кислых почвах: известкование может предотвратить появление болезни. Описана преимущественно в Австра­лии и Новой Зеландии.

- желтая пятнистость цитрусовых (рис.1). Выра­жается в появлении желтых пятен на листьях, быстро опадающих. При этом значительно уменьшается количе­ство плодов. Заболевание наблюдается во Флориде (США).

Применяются различные способы внесе­ния молибдена в качестве удобрения. Так, урожай и сахаристость сахарной свеклы увеличиваются при

Рис. 1. «Желтая пятнистость» грейпфрута — болезнь недостатка молибдена.

внесении в почву путем подкормки в междурядья на 0,5 кг с 1 га, при непосредственном внесении в почву—на 2,8 кг с 1 га. То же было установлено названным автором при изу­чении действия молибдена (молибденовокислого аммо­ния) на урожай семян красного клевера. На неизвесткованной почве эффект молибдена значительно более выражен.

Ввиду высокой стоимости молибденовых солей реко­мендуют применение предпосевной обработки семян — 0,8 г/л. При этом методе потребность в молибденовых солях уменьшается в сотни раз. Для внекорневого питания потребность в молибдате аммония составляет 600 л 0,03—0,05-процентного раствора на 1 га.

НИКЕЛЬ

Содержание никеля в почвах составляет 0,004%, в природных поверхностных водах — 0,000 000 34%. В растениях в среднем содер­жится 0,00005% на живой вес (в зависимости от вида растения, местности, почвы, климата и др.). Растения в районе никелевых месторождений могут накоплять в себе значительные количества никеля. При этом наблюдаются явления эндемического заболевания растений, например уродливые формы астр, что может быть биологическим и видовым индикатором в поисках никелевых месторождений. Морфологически измененные анемоны в обога­щенных никелем биогеохимических провинциях кон­центрируют никель в 30-кратном размере; повышенное содержание никеля в почвенных растворах и в почвах Южного Урала, обогащенных никелем в 50-кратном размере, является причиной появления уродливых форм у сон-травы (семейство лютиковых) и грудницы (семей­ство сложноцветных).

Критические значения концентра­ции никеля в питательном растворе—1,5 мг/кг и в сухой массе ячменя, выращенного на такой среде — 26 мг/кг. Токсический уровень этого элемента в листьях растений начинается с превышения 1,0 мг/кг сухой массы.

При усвоении никеля растениями происходит взаимодействие с содержащимися в почве железом, кобальтом, хромом, магнием, медью, цинком, марганцем; при этом ионы марганца и магния не ингибируют, а ионы кобальта, меди, железа и цинка — ингибируют абсорбцию никеля на 25—42%. Существуют указания на то, что растения, произрастающие на серпентиновых почвах, не про­являют признаков токсического повреждающего воздействия никеля, в случаях, если соотношение медь: никель равно или более 1, или соотношение железо: никель равно или более 5. Среди растений существует различие в чувствительности по отношению к воздействию никеля. Токсические уровни никеля в листве растений (млн ^-1 сухой массы): рис 20—25, ячмень 26, виды твердой дре­весины 100—150, цитрусовые 55—140, сорняки 154. Типичные симптомы повреждающего токсического действия никеля: хлороз, по­явление желтого окрашивания с последующим некрозом, оста­новка роста корней и появления молодых побегов или ростков, деформация частей растения, необычная пятнистость, в некото­рых случаях — гибель всего растения.

МАРГАНЕЦ

Марганец находится в почвах в среднем в количестве 0,085%. Однако в отдельных случаях при высоком общем содержании марганца в почвах количество усвояемых его форм, пе­реходящих в солянокислую или солевую форму, может быть явно недостаточно. В среднем растворимая часть Мn в почве составляет 1 —10% от общего его содержа­ния.

Кислая реакция почвы (при рН ниже 6,0) благоприятствует усвоению растениями Мn²⁺ ; слабощелочная реакция (рН выше 7,5) стимулирует образование гидрата Мn(ОН)_>2>, трудно усваиваемого растениями.

Подвижность марганца в пахотном слое также опре­деляется буферностью почв по отношению к кислотам, что зависит от суммы обменных оснований (преимуще­ственно Са и Mg) в них. При высокой буферности почв подвижность Мn²⁺ уменьшается. При низкой буфер­ной емкости почв подвижность марганца выше. Марга­нец мобилизует фосфорную кислоту почвы. Целый ряд почвенных микроорганизмов, участвующих в усвоении растениями атмосферного азота, усиливают свою актив­ность под влиянием марганца.

Сред­нее содержание марганца в растениях равно 0,001 %. Марганец служит катализатором процессов дыхания растений, принимает участие в про­цессе фотосинтеза. Исходя из высокого окислительно-восстановителыюго потенциала марганца можно думать, что марганец играет такую же роль для растительных клеток, как железо — для животных.

Марганец входит в состав либо является активато­ром ряда ферментативных систем; регулирует отноше­ние Fe²⁺↔Fe³⁺, тем самым влияя на окислительно-восстановительные процессы, совершающиеся с помощью железа.

Марганец усиливает гидролитические процессы, в ре­зультате чего нарастает количество аминокислот, способ­ствует продвижению ассимилятов, образующихся в процессе фотосинтеза от листьев к корням и другим органам. По данным П. А. Власюка, марганец при нит­ратном питании растений ведет себя как восстановитель, тогда как при аммиачном — как окислитель. Благодаря этому с помощью марганца можно воздействовать на процессы сахарообразования и синтеза белков.

Благотворное влияние марганца на рост и развитие растений очевидно; так, И. В. Мичурин подметил, что у гибридных сеянцев миндаля под влиянием марганца срок первого плодоношения ускоряется на 6 лет. Этот факт явился первым описанным в литературе случаем замечательного ускорения роста и созревания растений под влиянием микроэлементов.

При недостатке марганца в почвах (низком содержа­нии либо неблагоприятных условиях для усвоения его растениями) возникают заболевания растений, харак­теризующиеся в общем появлением на листьях растений хлоротичных пятен, которые в дальнейшем переходят в очаги некроза (отмирания). Обычно при этом заболева­нии происходит задержка роста растений и их гибель. У различных видов растений заболевание марганцевой недостаточностью имеет свои специфические проявления и получило соответственные названия.

- cерая пятнистость злаков наблюдается у овса, ячменя, пшеницы, ржи, кукурузы. Характеризует­ся появлением на листьях узкой поперечной линии увя­дания. Листья загибаются по линии увядания и свешиваются вниз. У кукурузы на листьях появляются отдель­ные хлоротичные пятна, в дальнейшем отмирающие, что ведет к образованию отверстий на листьях. Болезнь распространена обычно на щелочных почвах при высо­ким содержании гумуса.

- болезнь сахарного тростника – на молодых листьях появляются длинные беловатые полосы хлоротичных участков, в дальнейшем краснеющие; на этих местах наступает разрыв листьев. Содержание мар­ганца в листьях резко падает; наблюдаются лишь следы (вместо 0,003% в норме). Заболевание растений развивается на щелочных и нейтральных почвах. Внесе­ние в почву серы, суперфосфатов (веществ, подкисляю­щих почву и повышающих содержание доступного мар­ганца) излечивает или предупреждает названное забо­левание.

- пятнистая желтуха сахарной свеклы, а также кормовой, столовой свеклы и шпина­та. В пространствах между жилками листьев появля­ются желтые хлоротичные участки; края листьев завора­чиваются кверху. Содержание марганца в тканях боль­ных растений резко уменьшается: в здоровом листе сахарной свеклы обычно 181 мг марганца на 1 кг сухого вещества, а в больном — лишь 13 мг на 1 кг.

- болотная пятнистость семян гороха. По­ражаются как листья (легкий хлороз), так и, главным

образом, семена гороха. На семенах появляются корич­невые или черные пятна; на внутренней поверхности семядолей образуются полости. Рядом с больными мо­гут находиться и здоровые семена.

- болезни плодовых растений проявляются в хлорозе листьев (у главной жилки), преимущественно старых (недостаточность железа проявляется главным образом на молодых листьях). Отмирают ветви, светле­ют плоды. Сильнее всего поражается груша; вишня и яблоня — меньше.

- пятнистость листьев тунга. Заболевание встречается преимущественно в США. При низком содержании обменного марганца в почвах, на листьях между жилками появляются хлоротичные участки, раз­растающиеся в пятна.

Встречается также серая пятнистость клуб­ники и другие заболевания.

Явление недо­статочности марганца у растений в виде приведенных выше специфических заболеваний наблюдается при значительном дефиците марганца в почвах, однако и при относительном недостатке подвижного марганца мо­гут наблюдаться «стертые» формы недостаточности, проявляющиеся в задержке роста, уменьшении урожай­ности и т. п.

Обогащение растений марганцем ведет к улучшению роста, плодоношения деревьев и урожайности многих культур, что нашло практическое использование. В качестве удобрений применяют отходы марганцеворудной промышленности, отходы производства серной кис­лоты и др.

Марганцевые отходы имеют пре­имущество перед чистыми марганцевыми солями: они используются растениями постепенно и действуют более эффективно. Доза удобрений зависит от источника по­лучения отходов и от вида растений.

Внесение марганцевых отходов в почву в качестве удобрений положительно сказывается на урожайности сахарной свеклы, озимой пшеницы, кукурузы, картофеля, овощных культур и дру­гих культур, уменьшает полегаемость растений. Помимо обычного внесения марганцевых удобрений в почву, применяют и другие методы использования марганца, при которых ис­ключаются неблагоприятные условия усвояемости мар­ганца из почв.

Избыток марганца, так же как и его недостаток, неблагоприятно сказывается на растениях.

Л. П. Виноградов отмстил значительные морфологи­ческие изменения у растений, произрастающих на бога­тых марганцем почвах (например в Чиатури).

По данным Л. Я. Леванидова, существуют растения, способные в значительной степени накапливать марганец; такие растения называют манганофилами. Способность концентрировать марганец не обязательно свойственна всем видам данного рода и не связана с систематическим положением растения. Концентраторами марганца являются лютик золотистый, полынь лекарственная, некоторые папоротники, сосна, береза, паслено­вые.

Растения-манганофилы активно извлекают марганец из почв. Если растения-манганофилы произрастают на почвах с малым содержанием легко усвояемого марган­ца, то они особенно страдают от его недостатка. Так, на черноземе, бедном доступным марганцем, могут про­израстать только такие растения-манганофилы, как бе­реза, мобилизующая марганец своими кислыми корневыми выделениями.

МЕДЬ

Общее содержание меди в почвах составляет около 0,002%, причем на долю растворимой части приходится около 1% этого ко­личества.

В почвах встречаются не­сколько форм меди, в различной степени усваиваемой растениями:

а)водоорастворимая медь, б)обменная медь, поглощенная органическими и минеральными коллоидами, в)труднорастворимые медные соли, г)медь­содержащие минералы, д)комплексные металлоорганические соединения меди.

Подвижность меди и поступление ее в ра­стения уменьшаются при известковании почв, связывании меди в виде органических соединений и закреплении почвенным гумусом. Часть меди почв прочно связана с почвенными перегнойными кислотами — гуминовой, креновой, апокреновой; в этой форме она становится не­подвижной и неусвояемой для растений.

Медь образует также комплексные соединения с ря­дом органических кислот — щавелевой, лимонной, малеиновой, янтарной. Важную роль в фиксации меди иг­рают микроорганизмы почвы.

Количество воднорастворимой дос­тупной меди определяет в основном условия жизни ра­стений в данной местности. Растения богатых медью почв обогащаются названным элементом, причем некото­рые виды приобретают устойчивость даже к очень вы­соким концентрациям этого металла.

Медь не­обходима для жизнедеятельности растительных организ­мов. Почти вся медь листьев сосредоточена в хлоропластах и тесно связана с процессами фотосинтеза; она участвует в синтезе таких сложных органических соеди­нений, как антоциан, железопорфирины и хлорофилл; медь стабилизирует хлорофилл, предохраняет его от разрушения.

Медь входит в качестве структурного компонента в состав соединения с белком (медьпротеида, содержаще­го 0,3% меди), образуя окислительный фермент полифенолоксидазу. Этот фермент впервые был обнаружен в клубнях картофеля, шампиньонах, а в дальнейшем в составе большинства распространенных растений.

Хотя этот фермент может окислять лишь определен­ные фенольные соединения, однако присутствие в растительных тканях наряду с оксидазой пирокатехина или ортохинона позволяет полифенолоксидазе участвовать в окислении большого количества органических соединений.

Медь способствует синтезу в растениях железосодержащих ферментов, в частности пероксидазы.

Установлено положительное влияние меди на син­тез белков в растениях и благодаря этому — на водоудерживающую способность растительных тканей. Напротив, при недостатке меди гидрофильность коллои­дов тканей уменьшается.

Очевидно, вследствие этого медь в виде удобрений имеет значение для придания растениям засухо- и моро­зоустойчивости, а также, возможно, устойчивости к бак­терийным заболеваниям.

Болезни недостаточности меди у растений:

- экзантема, или суховершинность пло­довых деревьев. Поражает цитрусовые (рис. 2), а также яблони, груши, сливы и маслины. У цитрусовых листья достигают больших размеров, молодые побеги изгиба­ются, на них развиваются вздутия, затем трещины. По­раженные побеги теряют листья и высыхают. Крона де­ревьев приобретает кустовидную форму. Плоды мелкие с бурыми пятнами и бородавками. Листья имеют снача­ла ярко-зеленый цвет, а в дальнейшем появляется пят­нистость и хлороз.

У яблонь заболевание проявляется в отмирании вер­хушек побегов — наступает увядание и свертывание листьев. Края листьев становятся как бы обожженны­ми. У персиков наступает гибель побегов, ухудшается цветение и завязывание плодов; на листьях появляются крупные хлоротичные пятна.

- «болезнь обработки» травянистых рас­тений проявляется в подсыхании кончиков листьев, задержке в формировании репродуктивных органов, пустозернистости колоса. При этом заболевании растения ку­стятся и, не переходя к стеблеванию, погибают.

Рис. 2. Недостаток меди у цитрусовых». Слева — нормальный плод;

справа — мелкие больные плоды с ржавыми пятнами и

растрескиванием.

Поражаются «болезнью обработки» главным обра­зом овес, ячмень, пшеница, свекла, бобовые, лук; мень­ше— рожь, гречиха, клевер. «Болезнь обработки» встре­чается преимущественно на болотистых почвах и торфя­никах; это заболевание называется также «болезнью освоения», так как она поражает овес, ячмень, яровую и озимую пшеницы и другие злаки, а также лен, коноп­лю, махорку и другие культуры на мелиорированных почвах.

На некоторых торфяных почвах злаки в фазе молоч­ной спелости полегают, образуя колена. В тканях вы­пуклой части колена окис­лительные процессы (активность пероксидазы, полифенолоксидазы, цитохромоксидазы) протекают на более высоком уровне и в них содержится в 3 раза больше ме­ди, чем в противоположно расположенных тканях.

«Болезнь обработки» не возникает, если в почву вносят сернокислую медь в количестве 25 кг на 1 га, что ведет к нарастанию содержания меди в расте­ниях (пшенице, ржи, овсе и других злаках).

Применение медных удобрений не только сказыва­ется на повышении урожайности, но и на качестве сель­скохозяйственных продуктов. Так, количество белка в зерне нарастает, сахаристость сахарной свеклы увеличи­вается, так же как процент выхода каучука у кок-сагы­за, содержание витамина С и каротина в плодах и ово­щах, улучшаются технологические качества волокна конопли. Под влиянием медных удобрений повышается ус­тойчивость озимой пшеницы к полеганию.

ЦИНК

Среднее содержание цинка в почвах составляет 0,005%; из этого количества на долю растворимого цинка приходится не более 1 %.

Солончаковые и солонцеватые почвы содержат боль­ше всего подвижного цинка (0,0087—0,014%), что связа­но с высокой дисперсностью солонцеватых почв и наличием в них соединений цинка типа цинкатов натрия и калия. Промежуточное положение по количеству подвиж­ных форм цинка занимают черноземы и серые лесные почвы; меньше всего таких форм в подзолистых почвах (0,00185—0,00241%). На кислых почвах цинк более под­вижен и выносится из почв в больших количествах; по­этому на кислых почвах чаще наступает дефицит цинка, на щелочных почвах цинк наименее подвижен.

В среднем в растениях обнаруживается 0,0003% цинка. В зависимо­сти от вида, местности произрастания, климата и т. п. со­держание цинка в растениях весьма варьирует.

Цинк является компонентом ряда ферментных систем. Он необходим для образования дыхательных фермен­тов—цитохромов А и Б, цитохромоксидазы (активность которой резко падает при недостаточности цинка), вхо­дит в состав ферментов алкогольдегидразы и глицилглициндипептидазы. Цинк связан с превращением содержа­щих сульфгидрильную группу соединений, функция которых состоит в регулировании уровня окислительно-восстановительного потенциала в клетках. При недостатке цинка в вакуолях клеток накопляются полифенолы, фитостерин, лецитин как продукты неполного окисления углеводов и белков; в листьях обнаруживается больше ре­дуцирующих сахаров и фосфора и меньше сахарозы и крахмала. При отсутствии цинка нарушается процесс фосфорилирования глюкозы. Недостаток цинка ведет к значительному уменьшению в растениях ростового гор­мона — ауксина.

Цинк является составным компонентом фермента карбоангидразы. Входя в состав карбоангидразы, цинк влияет на важнейшую фотохимическую реакцию «темновой» утилизации углекислого газа растениями и на про­цесс выделения СО_>2>, т. е. на процесс дыхания растений. Растения, развивающиеся в условиях недостаточно­сти цинка, бедны хлорофиллом; напротив, листья, бога­тые хлорофиллом, содержат максимальные количества цинка. В зеленых листьях цинк, возможно, связан с порфиринами.

Под влиянием цинка происходит увеличение содержа­ния витамина С, каротина, углеводов и белков в ряде ви­дов растений, цинк усиливает рост корневой системы и

положительно сказывается на морозоустойчивости, а так­же жаро-, засухо- и солеустойчивости растений. Соедине­ния цинка имеют большое значение для процессов плодо­ношения.

Горох, сорго и бобы в водных культурах не дают се­мян при концентрации цинка в среде 0,005 мг на 1 л и ниже. С повышением концентрации цинка в питательной смеси соответственно число семян увеличивается.

В местностях вблизи цинковых залежей произрастает так называемая галмейская флора — растения, обога­щенные цинком.

Болезни недостаточности цинка распространены пре­имущественно среди плодовых деревьев; могут заболе­вать также хвойные растения и кукуруза. Главнейшие из этих болезней недостаточности следующие:

- мелколистность, или розеточная бо­лезнь, листопадных деревьев. Поражает ябло­ни, груши, сливу, персики, абрикос, миндаль, виноград (рис. 3), вишню. На заболевшем растении весной образуются уко­роченные побеги с розеткой мелких скрученных листьев. На листве —явления хлороза. Плоды мелкие и дефор­мированные, часто вообще не появляются. Через 1—2 года побеги отмирают.

Рис. 3. Недостаток цинка у винограда. Справа—маленькие иско­верканные ягоды и искривленные кисти; слева — нормальная кисть.

Заболевание излечивается непосредственно введе­нием в стволы больных деревьев сернокислого цинка в кристаллическом виде, внесением в почву соединений пинка, опрыскиванием растений раствором цинковых со­лги.

При обильном развитии ми­кроорганизмов па некоторых почвах они могут в значи­тельной мере поглощать цинк и создавать условия цинко­вого голодания для высших растений. Стерилизация почв, убивая микробы и, возможно, разрушая соединения, в виде которых цинк оказывается в связанном состоянии, ставят высшие растения в условия более полной обеспе­ченности цинком.

- пятнистость листьев цитрусовых, «крапчатость». Между жилками листьев появляются жел­тые участки, поэтому листья приобретают пятнистый вид. Зеленая окраска сохраняется лишь у основания листьев, остальная часть становится белой. Листья и корневая си­стема перестают расти, и растения погибают.

- бронзовость листьев тунговых. Листья при­обретают бронзовую окраску, отдельные участки отмира­ют. Появляющиеся взамен погибающих новые листья де­формированы. Больные деревья мало устойчивы против морозов.

- розеточная болезнь сосны. Хвоя на концах побегов приобретает бронзовую окраску.

- побеление верхушки кукурузы. Между жилками листа появляются светло-желтые полосы, развиваются некротические пятна и отверстия. Новонарастающие листья имеют бледно-желтый цвет.

Цинковые удобре­ния с успехом используются для повышения урожайно­сти ряда культур: сахарной свеклы, озимой пшеницы, ов­са, льна, клевера, подсолнечника, кукурузы, хлопчатника, цитрусовых, других плодовых, древесных и декоративных растений.

Некоторые растения особенно отзывчивы на цинко­вые удобрения. При использовании минеральных удоб­рений, содержащих 20 кг сернокислого цинка на 1 га, наблюдается больший урожай зерна кукурузы, чем от применения любой удобрительной смеси без цинка. При этом кукуруза, больная «побелением вер­хушки», полностью выздоравливает — исчезает хлороз, появляются нормальные зеленые листья.

Заключение

Тяжелые металлы(Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Химические элементы, которые, входя в состав орга­низмов растений, животных и человека, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выражен­ной биологической ролью. Мощное воздействие микроэлементов на физиологи­ческие процессы и организме объясняется тем, что они вступают в теснейшую связь с биологически активными органическими веществами — гормонами, витаминами. Изучена также их связь со многими белками и фермен­тами.

Микроэлементам, несмотря на их малое количественное содержание в организмах, принадлежит значительная биологическая роль. Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы — например, фотосинтез у растений.

Многие металлы, преимущественно микроэлементы, в растворах обладают ярко выражен­ным каталитическим действием. Это каталитическое действие микроэлементы проявляют и в живом организ­ме, особенно тогда, когда они вступают во взаимо­действие с органическими веществами, содержащими азот.

Максимальную каталитическую активность металлы как таковые или, чаще, их металлоорганические (органо-минеральные) соединения приобретают, всту­пая в соединения с белками. Именно такое строение имеют многие биологические катализаторы — ферменты. Помимо значительного повышения активности, роль белкового компонента заключается в придании таким соединениям, в основном ферментам, специфичности действия.

При взаимодействии микроэлементов с белковыми компонентами ферментов образуются металлоэнзимы.

Литература

1)Добролюбский О.К. Микроэлементы и жизнь, М., 1956.

2)Дробков А.А. Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных. М., 1958.

3)Пейве Я В Микроэлементы в сельском хозяйстве нечерноземной полосы СССР. М., 1954.

4)Пейве Я В Микроэлементы и ферменты, М., 1960.

5)Стайлс В. Микроэлементы в жизни растений и животных. М., 1949

6)Школьник М.Я. и Макарова Н.А. Микроэлементы в сель­ском хозяйстве. М., 1957.

7)Школьник М.Я. Значение микроэлементов в жизни растении и в земледелии. АН СССР, 1950.

1