Какую роль в организме человека играет железо. Роль железа в растениях
И роль железа в почвах и растениях
Железо в почве. Железо — один из главных компонентов литосферы и составляет приблизительно 5% ее массы, концентрируясь преимущественно в основных сериях магматических пород. Однако глобальная распространенность железа оценивается примерно в 45%.
Геохимия железа в окружающей среде отличается сложным характером и во многом определяется его способностью легко изменять валентность в зависимости от физико-химических условий среды. Поведение железа тесно связано с геохимическими циклами кислорода, серы и углерода. Реакции железа в процессах выветривания во многом зависят от окислительно-восстановительных условий среды, а также от степени окисленности вовлекаемых соединений. Как правило, щелочные условия среды способствуют осаждению железа, а кислые — растворению его соединений. Свободное железо фиксируется в виде оксидов и гидроксидов, замещает магний и алюминий в других минералах и часто образует комплексы с органическими лигандами.
В почвах железо присутствует главным образом в виде оксидов и гидроксидов, находящихся в форме небольших частиц или связанных с поверхностью некоторых минералов. Однако в богатых органическим веществом горизонтах почв Fe находится преимущественно в хелатной форме.
Собственные минералы железа, присутствующие в почвах, используются для характеристики самих почв и отдельных их генетических горизонтов. К почвообразующим минералам железа относятся:
1. Гематит a-Fe2O3 — встречается преимущественно в почвах аридных, семиаридных и тропических регионов; как правило, унаследован от материнских пород.
2. Маггемит y-Fe2O3 — образуется в сильновыветрелых почвах тропических зон и наиболее часто присутствует в скоплениях гематита, магнетита или гётита.
3. Магнетит Fe3O4 — унаследован обычно от материнских пород; в почвах тесно связан с маггемитом.
4. Ферригидрит Fe2O3-nh3O — по-видимому, широко распространенный, но нестабильный почвенный минерал; легко переходит в гематит в теплых регионах и в гётит в умеренных гу-мидных районах.
5. Гётит а-FeOOH — наиболее распространенный в почвах минерал железа, встречается во всех климатических зонах, от умеренной до тропической. В зависимости от условий образования степень его кристалличности и состав могут изменяться.
6. Лепидокрокит y-FeOOH — образование этого минерала в почвах осуществляется при низких значениях рН, низкой температуре и в отсутствие Fe3+.
7. Ильменит FeTiO3 — обычно не встречается в почвах; устойчив к выветриванию; унаследован в основном от материнских пород.
8. Пирит FeS2, сульфид железа FeS и ярозит KFe3(SO4)2(OH)6 — широко распространены в затопляемых почвах, содержащих серу (например, кислые сульфатные почвы).
Как минералы, так и органические соединения железа легко преобразуются в почвах, причем органическое вещество оказывает существенное влияние на образование оксидов железа. Эти оксиды даже в сходных условиях не могут быть аморфными, полукристаллическими или кристаллическими.
Преобразование соединений железа осуществляется также микроорганизмами. Некоторые виды бактерий (например, Меtallogenium sp.) вовлекаются в круговорот этого элемента и могут аккумулировать его на поверхности живых клеток. Более детальное описание его роли и поведения в почвах недавно представлено Краускопфом, Норришем, Швертманом и Тейлором, Линдсеем и Блумфилдом. Обзор геохимических, географических и природоохранных аспектов поведения железа в почвах был дан Зонном, отметившим возможность использования его форм нахождения и характер распределения в почвах для типологии и диагностики последних.
В растворении почвенного железа участвуют многие реакции, но наиболее значимыми из них являются гидролиз и процессы комплексообразования. По данным Линдсея, подвижность железа в почвах во многом определяется растворимостью аморфных водных оксидов Fe3+ и Fe2+. Однако на растворимость железа может существенно влиять образование других его соединений, таких, как фосфаты, сульфиды и карбонаты.
Количество растворимого железа составляет незначительную часть его общего содержания в почвах. Растворимые неорганические формы включают Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe2+, Fe(OH)3~ и Fe(OH)42~. Однако в богатых кислородом почвах доля Fe2+ в общем количестве растворимого неорганического железа невелика. Исключение составляют почвы с высокими значениями рН. Как правило, концентрация железа в почвенных растворах при обычных уровнях рН изменяется от 30 до 550 мкг/л, а в очень кислых почвах она может достигать 2000 мкг/л. Минимальные содержания растворимого железа отмечаются при щелочных значениях рН. Именно поэтому кислые почвы более обогащены растворимым неорганическим железом, нежели нейтральные и щелочные. Таким образом, катионы Fe2+ в кислых анаэробных почвах могут достигать токсичных для растений уровней, а в щелочных хорошо аэрируемых почвах низкие концентрации растворимого железа не могут удовлетворить потребности растений в этом металле.
В условиях заболоченных почв происходит восстановление Fe3+ до Fe 2+, что обусловливает увеличение растворимости железа. Этот процесс тесно связан с метаболической деятельностью бактерий и может приводить к высокой концентрации Fe2+ в некоторых затопляемых почвах (например, в почвах рисовых полей). Различные антропогенные факторы (кислотные дожди, подкисляющие удобрения, избыточное поступление органических веществ) могут способствовать увеличению подвижности железа. В результате этого накопление Fe в определенных горизонтах различных почв может существенно изменить геохимический баланс последних.
В условиях периодически затопляемых кислых почв железо характеризуется повышенной подвижностью. Распределение этого металла по почвенному профилю весьма изменчиво и зависит от ряда процессов. Образующиеся соединения железа во многом определяют цвет почв, а также используются при описании почвенных процессов и классификации почв. Подобно соединениям марганца, соединения железа активно влияют на поведение некоторых элементов питания и многих микроэлементов. Степень ответственности железа за растворимость микроэлементов и их доступность для растений во многом зависят от некоторых почвенных факторов. В то же время тяжелые металлы также оказывают влияние на доступность железа.
Для почвенного железа характерно сильное сродство к подвижным органическим комплексам и хелатам. Указанные соединения ответственны за миграцию и перераспределение железа в почвенных горизонтах, а также выщелачивание его из почвенных профилей; кроме того, они играют большую роль в обеспечении железом корневых систем растений.
Количество железа в почвах определяется как составом материнских пород, так и характером почвенных процессов. Как правило, содержание железа в почвах изменяется от 0,5 до 5%. Даже на бедных железом почвах не отмечается его абсолютного дефицита для растений. Фиксируется лишь недостаток легкорастворимых форм железа.
Почвы с дефицитом железа для определенных сельскохозяйственных культур распространены довольно широко. Однако особенно часто они встречаются в аридных районах и связаны с карбонатными, щелочными или другими специфическими разновидностями почв (например, марганцево-железистыми). В гумидной климатической зоне, где преобладают кислые почвы, дефицит железа для растений маловероятен, если, конечно, отсутствует влияние антропогенных факторов, нарушающих природный химический баланс.
Вопросы тестирования почв и устранения железистой недостаточности были предметом ряда исследований, при этом все авторы указали на необходимость осторожного использования рекомендуемых методов определения доступных для растений уровней железа. При оценке последних обычно рекомендуется использование хелатирующих агентов ЭДТА и ДТПА.
Содержание железа в растениях. Поглощение и перенос. Механизмы поглощения и переноса железа являются ключевыми процессами в обеспечении растений этим элементом. Именно поэтому их изучению посвящены многочисленные работы. Современное состояние этого вопроса было недавно рассмотрено Муром, Чейни, Тиффином, Менгелом, Керкби, Тинкером.
Практически все случаи железистой недостаточности у растений были обусловлены почвенными факторами, влияющими на растворимость соединений этого элемента. Поглощение железа растениями осуществляется метаболическим путем, несмотря на то, что оно может абсорбироваться как в виде Fe3+, Fe2+, так и в виде хелатных форм. Предполагается, что способность корней восстанавливать Fe3+ до Fe2+ является основой для потребления этого катиона большинством растений. При нормальных уровнях почвенного рН органические комплексы железа, по-видимому, играют важную роль в питании растений. Разделение хелатных форм железа до абсорбции ускоряет восстановление Fe3+ до Fe2+ на поверхности корней, которые обычно поглощают катион Fe2+. Хотя в соках ксилемы железо находится не в хелатных формах, перенос его осуществляется главным образом цитрат-хелатами. В растительных тканях подвижное железо связано с цитратами и растворимым ферредоксином. Поскольку перенос железа в тканях растений затруднен, его недостаток проявляется прежде всего в их молодых частях. По данным Шеффера и др., количество железа в интенсивно растущих тканях растений было относительно низким.
Поглощение и перенос железа в растительных органах во многом зависят от ряда растительных факторов и условий окружающей среды, из которых наибольшее значение имеют рН, содержание кальция и фосфора, а также соотношение некоторых тяжелых металлов. В общем случае высокая степень окисления соединений железа, его осаждение на карбонатах и/или фосфатах и конкуренция катионов других микроэлементов с Fe2+ за места присоединения хелатирующих соединений обусловливают невысокие темпы поглощения этого элемента и вызывают нарушения в его переносе в растениях. Обычно чем выше дефицит железа, тем выше способность корней к извлечению его из минералов и хелатов.
Биохимические функции. Метаболические функции железа в зеленых растениях установлены относительно хорошо. Железо считается важнейшим металлом, участвующим в преобразовании энергии, необходимой для синтеза и других жизненных процессов в клетках. Важная роль железа в биохимии растений подтверждается следующими положениями:
1. Железо присутствует в геме и негемовых белках и концентрируется главным образом в хлоропластах.
2. Органические комплексы железа участвуют в переносе электронов при фотосинтезе.
3. Негемовые железосодержащие белки участвуют в восстановлении нитритов и сульфатов.
4. Процесс образования хлорофилла, осуществляется с участием железа.
5. По всей вероятности, железо непосредственно вовлекается в метаболизм нуклеиновой кислоты.
6. Известна также каталитическая и структурная роль Fe2+ и Fe3+.
Хотя эти положения достаточно упрощены и изложены в общем виде, они дают некоторую информацию о том, что железо не только играет активную роль в окислительно-восстановительных реакциях хлоропластов, митохондрий и пероксисомы, но оно выполняет и другие функции в растениях.
Железистая недостаточность влияет на различные физиологические процессы, что находит отражение в ослаблении роста растений и снижении их урожайности. Дефицит железа является проблемой для многих сельскохозяйственных культур, поскольку большая часть окультуренных почв отличается низким содержанием доступных для растений форм Fe. Контроль за железистой недостаточностью, как правило, не эффективен, поэтому предпринимаются многочисленные попытки защиты растений от дефицита этого элемента. Браун обобщил результаты современных исследований по проблеме железистой недостаточности и пришел к выводу, что по эффективности поглощения железа разные генотипы и виды растений существенно различаются.
Симптомы железистой недостаточности могут проявляться при самых различных уровнях содержания железа в растениях, а их характер сильно зависит от почвенных, растительных, питательных и климатических факторов. Наиболее типичным симптомом является межжилковый хлороз молодых листьев. Некоторые фруктовые деревья, а из хлебных злаков овес и рис в особенности, очень чувствительны к железистому хлорозу.
На почве, обогащенной растворимыми формами железа, чрезмерное его поглощение может привести к токсическому воздействию на растения. Наиболее вероятно это имеет место на сильнокислых почвах. Токсичность железа часто связана также с засоленностью почв и низким содержанием фосфора и оснований в них. Этот факт отмечался для стран как тропических, так и аридных регионов. Было установлено, что концентрация Fe2+ примерно 500 мк/кг в почвенном растворе рисовых почв являлась критической для проростков риса.
Симптомы железистой токсичности не специфичны и проявляются по-разному в зависимости от вида и стадии развития растений. Наличие поврежденных листьев и некротических пятен обычно указывает на аккумуляцию Fe свыше 1000 мг/кг (что в 3—6 раз выше его содержания в здоровых листьях). Однако наиболее ярко выраженным признаком токсичности является величина отношения железа к другим элементам и, в частности, к тяжелым металлам. Отвечающая требованиям величина Fe/Mn-отношения, по-видимому, является решающим фактором устойчивости растений к железистой токсичности.
Вопросам токсического действия железа на физиологию и толерантность растений посвящена обзорная работа Фоя. Исходя из данных этого обзора, можно утверждать, что:
1. Растения, хорошо обеспеченные питательными веществами, особенно Са и SiO2, могут выдерживать воздействие очень высоких концентраций железа.
2. Корни риса способны окислять железо и отлагать его на своей поверхности.
3. Повреждение корней под действием h3S или других факторов сводит к нулю окислительную способность корней, что, естественно, увеличивает токсичность железа.
Реакция растений как на токсическое воздействие железа, так и на его недостаточность весьма изменчива и зависит oт их генотипа и вида. Поэтому изменение генотипа путем скрещивания растений является одним из наиболее перспективных направлений в исследовании роли железа в питании растений.
Взаимодействие с другими элементами. Антагонистическое взаимодействие между железом и тяжелыми металлами отмечено для ряда сельскохозяйственных культур, а результаты последних исследований наводят на мысль, что хлороз из-за избытка тяжелых металлов, по-видимому, приводит к появлению железистой недостаточности. Избыточные количества тяжелых металлов, в частности марганца, никеля и кобальта, вызывают уменьшение темпов поглощения и передвижения железа в растениях, что в свою очередь приводит к снижению хлорофилла. С другой стороны, известно, что высокие уровни содержания соединений этого элемента в почвах во многом способствуют снижению поглощения микроэлементов растениями.
Пулфорд предположил, что взаимодействие железа и цинка, по-видимому, приводит к осаждению франклинита ZnFe2O4, а это резко снижает доступность обоих металлов для растений. Взаимодействие железа и фосфора обычно отмечается при метаболизме растений и в почвах. Из-за сильного сродства ионов Fe3+ и Н2РО4~ при благоприятных условиях может образоваться FePO4-2h3O. Более того, анионы фосфора конкурируют с растениями за железо, поэтому фосфор мешает поглощению и переносу железа в растениях. Надлежащее соотношение фосфора и железа в растениях является основой для их нормального развития. Этот вопрос был детально рассмотрен Олсеном, Адамсом и Де-Коком.
Взаимодействие между железом и другими макроэлементами питания изучено недостаточно. Например, железистый хлороз у растений, растущих на карбонатных почвах, может быть связан с низкой доступностью железа, а не с влиянием кальция, поскольку антагонизм Fe и Са четко не доказан. Взаимодействие железа и серы, по-видимому, носит случайный характер, поскольку низкие уровни содержания серы в почвах могут подавлять поглощение железа, тогда как высокие в зависимости от почвенных условий могут приводить к снижению его доступности для растений.
Концентрации в растениях. Адекватные уровни содержания железа в растениях являются обязательными как для нормального развития растений, так и для правильного питания человека и животных. Способность различных растений к поглощению железа различна и существенно зависит от почвенных и климатических условий, а также от фазы роста и развития растений. Определенные незлаковые травы, в том числе и бобовые растения, способы накапливать больше железа, нежели злаковые виды. Однако при высоких содержаниях легкорастворимых форм Fe все растения могут потреблять очень большие его количества. Это, в частности, установлено для растительности, произрастающей на почвах, образовавшихся на серпентинитах. Так, содержания железа в травах изменялись от 2127 до 3580 мг/кг сухой массы.
Природное содержание железа в кормовых растениях изменяется от 18 до примерно 1000 мг/кг сухой массы. Потребность пастбищных животных в железе как питательном веществе обычно удовлетворяется при его содержаниях в подножном корме от примерно 50 до 100 мг/кг сухой массы.В съедобных частях различных овощей концентрации Fe довольно близки (29—130 мг/кг сухой массы), причем для салата-латука они максимальные, а для лука — минимальные. В золе различных растений содержание железа изменяется в пределах 220—1200 мг/кг.
По данным: phytoremediation.ru
Основная литература. Aaby В., Jacobsen J., Changes in biotic conditions and metal deposition in the last millennium as reflected in ombrotrophic peat in Draved Moses, Denmark, Geol. Serv. Denmark, Yearb., 1978, 5. 2. Abd-Elfattah A., Wada K.
Поделитесь с Вашими друзьями:
www.vossta.ru
И роль железа в почвах и растениях
Железо в почве. Железо — один из главных компонентов литосферы и составляет приблизительно 5% ее массы, концентрируясь преимущественно в основных сериях магматических пород. Однако глобальная распространенность железа оценивается примерно в 45%.
Геохимия железа в окружающей среде отличается сложным характером и во многом определяется его способностью легко изменять валентность в зависимости от физико-химических условий среды. Поведение железа тесно связано с геохимическими циклами кислорода, серы и углерода. Реакции железа в процессах выветривания во многом зависят от окислительно-восстановительных условий среды, а также от степени окисленности вовлекаемых соединений. Как правило, щелочные условия среды способствуют осаждению железа, а кислые — растворению его соединений. Свободное железо фиксируется в виде оксидов и гидроксидов, замещает магний и алюминий в других минералах и часто образует комплексы с органическими лигандами.
В почвах железо присутствует главным образом в виде оксидов и гидроксидов, находящихся в форме небольших частиц или связанных с поверхностью некоторых минералов. Однако в богатых органическим веществом горизонтах почв Fe находится преимущественно в хелатной форме.
Собственные минералы железа, присутствующие в почвах, используются для характеристики самих почв и отдельных их генетических горизонтов. К почвообразующим минералам железа относятся:
1. Гематит a-Fe2O3 — встречается преимущественно в почвах аридных, семиаридных и тропических регионов; как правило, унаследован от материнских пород.
2. Маггемит y-Fe2O3 — образуется в сильновыветрелых почвах тропических зон и наиболее часто присутствует в скоплениях гематита, магнетита или гётита.
3. Магнетит Fe3O4 — унаследован обычно от материнских пород; в почвах тесно связан с маггемитом.
4. Ферригидрит Fe2O3-nh3O — по-видимому, широко распространенный, но нестабильный почвенный минерал; легко переходит в гематит в теплых регионах и в гётит в умеренных гу-мидных районах.
5. Гётит а-FeOOH — наиболее распространенный в почвах минерал железа, встречается во всех климатических зонах, от умеренной до тропической. В зависимости от условий образования степень его кристалличности и состав могут изменяться.
6. Лепидокрокит y-FeOOH — образование этого минерала в почвах осуществляется при низких значениях рН, низкой температуре и в отсутствие Fe3+.
7. Ильменит FeTiO3 — обычно не встречается в почвах; устойчив к выветриванию; унаследован в основном от материнских пород.
8. Пирит FeS2, сульфид железа FeS и ярозит KFe3(SO4)2(OH)6 — широко распространены в затопляемых почвах, содержащих серу (например, кислые сульфатные почвы).
Как минералы, так и органические соединения железа легко преобразуются в почвах, причем органическое вещество оказывает существенное влияние на образование оксидов железа. Эти оксиды даже в сходных условиях не могут быть аморфными, полукристаллическими или кристаллическими.
Преобразование соединений железа осуществляется также микроорганизмами. Некоторые виды бактерий (например, Меtallogenium sp.) вовлекаются в круговорот этого элемента и могут аккумулировать его на поверхности живых клеток. Более детальное описание его роли и поведения в почвах недавно представлено Краускопфом, Норришем, Швертманом и Тейлором, Линдсеем и Блумфилдом. Обзор геохимических, географических и природоохранных аспектов поведения железа в почвах был дан Зонном, отметившим возможность использования его форм нахождения и характер распределения в почвах для типологии и диагностики последних.
В растворении почвенного железа участвуют многие реакции, но наиболее значимыми из них являются гидролиз и процессы комплексообразования. По данным Линдсея, подвижность железа в почвах во многом определяется растворимостью аморфных водных оксидов Fe3+ и Fe2+. Однако на растворимость железа может существенно влиять образование других его соединений, таких, как фосфаты, сульфиды и карбонаты.
Количество растворимого железа составляет незначительную часть его общего содержания в почвах. Растворимые неорганические формы включают Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe2+, Fe(OH)3~ и Fe(OH)42~. Однако в богатых кислородом почвах доля Fe2+ в общем количестве растворимого неорганического железа невелика. Исключение составляют почвы с высокими значениями рН. Как правило, концентрация железа в почвенных растворах при обычных уровнях рН изменяется от 30 до 550 мкг/л, а в очень кислых почвах она может достигать 2000 мкг/л. Минимальные содержания растворимого железа отмечаются при щелочных значениях рН. Именно поэтому кислые почвы более обогащены растворимым неорганическим железом, нежели нейтральные и щелочные. Таким образом, катионы Fe2+ в кислых анаэробных почвах могут достигать токсичных для растений уровней, а в щелочных хорошо аэрируемых почвах низкие концентрации растворимого железа не могут удовлетворить потребности растений в этом металле.
В условиях заболоченных почв происходит восстановление Fe3+ до Fe 2+, что обусловливает увеличение растворимости железа. Этот процесс тесно связан с метаболической деятельностью бактерий и может приводить к высокой концентрации Fe2+ в некоторых затопляемых почвах (например, в почвах рисовых полей). Различные антропогенные факторы (кислотные дожди, подкисляющие удобрения, избыточное поступление органических веществ) могут способствовать увеличению подвижности железа. В результате этого накопление Fe в определенных горизонтах различных почв может существенно изменить геохимический баланс последних.
В условиях периодически затопляемых кислых почв железо характеризуется повышенной подвижностью. Распределение этого металла по почвенному профилю весьма изменчиво и зависит от ряда процессов. Образующиеся соединения железа во многом определяют цвет почв, а также используются при описании почвенных процессов и классификации почв. Подобно соединениям марганца, соединения железа активно влияют на поведение некоторых элементов питания и многих микроэлементов. Степень ответственности железа за растворимость микроэлементов и их доступность для растений во многом зависят от некоторых почвенных факторов. В то же время тяжелые металлы также оказывают влияние на доступность железа.
Для почвенного железа характерно сильное сродство к подвижным органическим комплексам и хелатам. Указанные соединения ответственны за миграцию и перераспределение железа в почвенных горизонтах, а также выщелачивание его из почвенных профилей; кроме того, они играют большую роль в обеспечении железом корневых систем растений.
Количество железа в почвах определяется как составом материнских пород, так и характером почвенных процессов. Как правило, содержание железа в почвах изменяется от 0,5 до 5%. Даже на бедных железом почвах не отмечается его абсолютного дефицита для растений. Фиксируется лишь недостаток легкорастворимых форм железа.
Почвы с дефицитом железа для определенных сельскохозяйственных культур распространены довольно широко. Однако особенно часто они встречаются в аридных районах и связаны с карбонатными, щелочными или другими специфическими разновидностями почв (например, марганцево-железистыми). В гумидной климатической зоне, где преобладают кислые почвы, дефицит железа для растений маловероятен, если, конечно, отсутствует влияние антропогенных факторов, нарушающих природный химический баланс.
Вопросы тестирования почв и устранения железистой недостаточности были предметом ряда исследований, при этом все авторы указали на необходимость осторожного использования рекомендуемых методов определения доступных для растений уровней железа. При оценке последних обычно рекомендуется использование хелатирующих агентов ЭДТА и ДТПА.
Содержание железа в растениях. Поглощение и перенос. Механизмы поглощения и переноса железа являются ключевыми процессами в обеспечении растений этим элементом. Именно поэтому их изучению посвящены многочисленные работы. Современное состояние этого вопроса было недавно рассмотрено Муром, Чейни, Тиффином, Менгелом, Керкби, Тинкером.
Практически все случаи железистой недостаточности у растений были обусловлены почвенными факторами, влияющими на растворимость соединений этого элемента. Поглощение железа растениями осуществляется метаболическим путем, несмотря на то, что оно может абсорбироваться как в виде Fe3+, Fe2+, так и в виде хелатных форм. Предполагается, что способность корней восстанавливать Fe3+ до Fe2+ является основой для потребления этого катиона большинством растений. При нормальных уровнях почвенного рН органические комплексы железа, по-видимому, играют важную роль в питании растений. Разделение хелатных форм железа до абсорбции ускоряет восстановление Fe3+ до Fe2+ на поверхности корней, которые обычно поглощают катион Fe2+. Хотя в соках ксилемы железо находится не в хелатных формах, перенос его осуществляется главным образом цитрат-хелатами. В растительных тканях подвижное железо связано с цитратами и растворимым ферредоксином. Поскольку перенос железа в тканях растений затруднен, его недостаток проявляется прежде всего в их молодых частях. По данным Шеффера и др., количество железа в интенсивно растущих тканях растений было относительно низким.
Поглощение и перенос железа в растительных органах во многом зависят от ряда растительных факторов и условий окружающей среды, из которых наибольшее значение имеют рН, содержание кальция и фосфора, а также соотношение некоторых тяжелых металлов. В общем случае высокая степень окисления соединений железа, его осаждение на карбонатах и/или фосфатах и конкуренция катионов других микроэлементов с Fe2+ за места присоединения хелатирующих соединений обусловливают невысокие темпы поглощения этого элемента и вызывают нарушения в его переносе в растениях. Обычно чем выше дефицит железа, тем выше способность корней к извлечению его из минералов и хелатов.
Биохимические функции. Метаболические функции железа в зеленых растениях установлены относительно хорошо. Железо считается важнейшим металлом, участвующим в преобразовании энергии, необходимой для синтеза и других жизненных процессов в клетках. Важная роль железа в биохимии растений подтверждается следующими положениями:
1. Железо присутствует в геме и негемовых белках и концентрируется главным образом в хлоропластах.
2. Органические комплексы железа участвуют в переносе электронов при фотосинтезе.
3. Негемовые железосодержащие белки участвуют в восстановлении нитритов и сульфатов.
4. Процесс образования хлорофилла, осуществляется с участием железа.
5. По всей вероятности, железо непосредственно вовлекается в метаболизм нуклеиновой кислоты.
6. Известна также каталитическая и структурная роль Fe2+ и Fe3+.
Хотя эти положения достаточно упрощены и изложены в общем виде, они дают некоторую информацию о том, что железо не только играет активную роль в окислительно-восстановительных реакциях хлоропластов, митохондрий и пероксисомы, но оно выполняет и другие функции в растениях.
Железистая недостаточность влияет на различные физиологические процессы, что находит отражение в ослаблении роста растений и снижении их урожайности. Дефицит железа является проблемой для многих сельскохозяйственных культур, поскольку большая часть окультуренных почв отличается низким содержанием доступных для растений форм Fe. Контроль за железистой недостаточностью, как правило, не эффективен, поэтому предпринимаются многочисленные попытки защиты растений от дефицита этого элемента. Браун обобщил результаты современных исследований по проблеме железистой недостаточности и пришел к выводу, что по эффективности поглощения железа разные генотипы и виды растений существенно различаются.
Симптомы железистой недостаточности могут проявляться при самых различных уровнях содержания железа в растениях, а их характер сильно зависит от почвенных, растительных, питательных и климатических факторов. Наиболее типичным симптомом является межжилковый хлороз молодых листьев. Некоторые фруктовые деревья, а из хлебных злаков овес и рис в особенности, очень чувствительны к железистому хлорозу.
На почве, обогащенной растворимыми формами железа, чрезмерное его поглощение может привести к токсическому воздействию на растения. Наиболее вероятно это имеет место на сильнокислых почвах. Токсичность железа часто связана также с засоленностью почв и низким содержанием фосфора и оснований в них. Этот факт отмечался для стран как тропических, так и аридных регионов. Было установлено, что концентрация Fe2+ примерно 500 мк/кг в почвенном растворе рисовых почв являлась критической для проростков риса.
Симптомы железистой токсичности не специфичны и проявляются по-разному в зависимости от вида и стадии развития растений. Наличие поврежденных листьев и некротических пятен обычно указывает на аккумуляцию Fe свыше 1000 мг/кг (что в 3—6 раз выше его содержания в здоровых листьях). Однако наиболее ярко выраженным признаком токсичности является величина отношения железа к другим элементам и, в частности, к тяжелым металлам. Отвечающая требованиям величина Fe/Mn-отношения, по-видимому, является решающим фактором устойчивости растений к железистой токсичности.
Вопросам токсического действия железа на физиологию и толерантность растений посвящена обзорная работа Фоя. Исходя из данных этого обзора, можно утверждать, что:
1. Растения, хорошо обеспеченные питательными веществами, особенно Са и SiO2, могут выдерживать воздействие очень высоких концентраций железа.
2. Корни риса способны окислять железо и отлагать его на своей поверхности.
3. Повреждение корней под действием h3S или других факторов сводит к нулю окислительную способность корней, что, естественно, увеличивает токсичность железа.
Реакция растений как на токсическое воздействие железа, так и на его недостаточность весьма изменчива и зависит oт их генотипа и вида. Поэтому изменение генотипа путем скрещивания растений является одним из наиболее перспективных направлений в исследовании роли железа в питании растений.
Взаимодействие с другими элементами. Антагонистическое взаимодействие между железом и тяжелыми металлами отмечено для ряда сельскохозяйственных культур, а результаты последних исследований наводят на мысль, что хлороз из-за избытка тяжелых металлов, по-видимому, приводит к появлению железистой недостаточности. Избыточные количества тяжелых металлов, в частности марганца, никеля и кобальта, вызывают уменьшение темпов поглощения и передвижения железа в растениях, что в свою очередь приводит к снижению хлорофилла. С другой стороны, известно, что высокие уровни содержания соединений этого элемента в почвах во многом способствуют снижению поглощения микроэлементов растениями.
Пулфорд предположил, что взаимодействие железа и цинка, по-видимому, приводит к осаждению франклинита ZnFe2O4, а это резко снижает доступность обоих металлов для растений. Взаимодействие железа и фосфора обычно отмечается при метаболизме растений и в почвах. Из-за сильного сродства ионов Fe3+ и Н2РО4~ при благоприятных условиях может образоваться FePO4-2h3O. Более того, анионы фосфора конкурируют с растениями за железо, поэтому фосфор мешает поглощению и переносу железа в растениях. Надлежащее соотношение фосфора и железа в растениях является основой для их нормального развития. Этот вопрос был детально рассмотрен Олсеном, Адамсом и Де-Коком.
Взаимодействие между железом и другими макроэлементами питания изучено недостаточно. Например, железистый хлороз у растений, растущих на карбонатных почвах, может быть связан с низкой доступностью железа, а не с влиянием кальция, поскольку антагонизм Fe и Са четко не доказан. Взаимодействие железа и серы, по-видимому, носит случайный характер, поскольку низкие уровни содержания серы в почвах могут подавлять поглощение железа, тогда как высокие в зависимости от почвенных условий могут приводить к снижению его доступности для растений.
Концентрации в растениях. Адекватные уровни содержания железа в растениях являются обязательными как для нормального развития растений, так и для правильного питания человека и животных. Способность различных растений к поглощению железа различна и существенно зависит от почвенных и климатических условий, а также от фазы роста и развития растений. Определенные незлаковые травы, в том числе и бобовые растения, способы накапливать больше железа, нежели злаковые виды. Однако при высоких содержаниях легкорастворимых форм Fe все растения могут потреблять очень большие его количества. Это, в частности, установлено для растительности, произрастающей на почвах, образовавшихся на серпентинитах. Так, содержания железа в травах изменялись от 2127 до 3580 мг/кг сухой массы.
Природное содержание железа в кормовых растениях изменяется от 18 до примерно 1000 мг/кг сухой массы. Потребность пастбищных животных в железе как питательном веществе обычно удовлетворяется при его содержаниях в подножном корме от примерно 50 до 100 мг/кг сухой массы.В съедобных частях различных овощей концентрации Fe довольно близки (29—130 мг/кг сухой массы), причем для салата-латука они максимальные, а для лука — минимальные. В золе различных растений содержание железа изменяется в пределах 220—1200 мг/кг.
По данным: phytoremediation.ru
Основная литература. Aaby В., Jacobsen J., Changes in biotic conditions and metal deposition in the last millennium as reflected in ombrotrophic peat in Draved Moses, Denmark, Geol. Serv. Denmark, Yearb., 1978, 5. 2. Abd-Elfattah A., Wada K.
stom.tilimen.org
функции, содержание и признаки недостатка
Железо (Fe, феррум) является верным союзником человека на протяжении всей истории Homo sapiens. Нас ежедневно окружают сотни предметов, имеющих железо в своем составе. Более того, этот металл присутствует в нашем организме. «Внутри» человека содержится всего несколько грамм, но приносимая ими польза поистине огромна.
В главных ролях... железо, или Функции микроэлемента в организме
Железо — один из самых распространенных химических элементов на нашей планете. Оно содержится в горных породах и почве, а также в грунтовых, пресных и соленых водах. Присутствующее в воде и грунте железо впитывается корнями растений, и далее по пищевой цепи — попадает в организмы животных. При содействии железа осуществляется фотосинтез и формирование тканей растений. Именно поэтому агрономы нередко лечат ослабленных представителей флоры внесением «железной подкормки». С участием этого минерала происходят важнейшие процессы жизнедеятельности животных и человека: дыхательная деятельность, энергетический обмен, синтез ДНК, ферментов и белков, окислительно-восстановительные реакции в тканях и кровеносной системе[1].
Железо составляет около 6% от массы коры и мантии Земли[2]. Более того, по предположению ученых, ядро нашей планеты главным образом состоит как раз из Fe и его сплавов[3]. А судя по метеоритам, содержащим от 20 до 90% железа[4], этот элемент широко распространен во всей нашей Галактике.
Львиная доля содержащегося в организме железа находится в гемоглобине[5] — сложном белковом соединении, входящем в состав эритроцитов. Именно железо придает белку способность удерживать и переносить кислород от легких к клеткам и углекислый газ — по венам в обратную сторону[6].
Существуют и другие гемопротеины. В частности — содержащийся в сердечных и скелетных мышцах миоглобин (другие названия: миогемоглобин, мышечный гемоглобин). Ключевой функцией миоглобина является формирование запасов поступающего в мышцы кислорода и расходование по мере необходимости[7]. Высокая активность миоглобина имеет плюсы и минусы. Польза заключается в способности прочно связывать токсичные вещества (синильную кислоту, например) и тем самым купировать легкие формы отравлений[8]. Вторая сторона медали — при высвобождении вследствие тяжелых травм (в норме этого не происходит) миоглобин сам становится токсичным. Вызывает риск развития смертельно опасных патологий: травматического токсикоза, тканевой гипоксии, закупорки канальцев почек, ведущей к некрозу[9].
Еще две группы гемопротеинов — цитохромы, железосерные ферменты — участвуют в энергетическом обмене, активно транспортируя электроны в реакциях биологического окисления с высвобождением энергии, необходимой нам для поддержания жизнедеятельности[10]. Способность быть донором электронов за счет перемены валентности также делает железо незаменимым участником окислительно-восстановительных процессов.
Железо присутствует в ферменте рибонуклеотидредуктаза, который регулирует синтез цепей ДНК[11].
Кроме того, микроэлемент регулирует обмен веществ, стимулирует рост и физическое развитие детей и подростков, укрепляет иммунитет, поддерживает работу щитовидной железы и печени, отвечает за здоровый вид кожи, волос и ногтей.
Нормы содержания железа в организме человека
В организме мужчины содержится порядка 4–5 г железа, женщины — около 3 г[12]. У детей количество железа возрастает по мере взросления в связи с увеличением массы тела и количества циркулирующей крови.
Новорожденные малыши появляются на свет с «багажом» в 300–400 мг железа[13]. В связи с усиленным ростом и развитием этого количества младенцу едва хватит на первые 4–6 месяцев жизни[14]. Так как физиология требует не только сохранить, но и приумножить железное богатство, источником для непрерывного пополнения запасов являются материнское молоко или смеси для искусственного вскармливания.
Порядка 60% железа входит в состав гемоглобина, еще 5% — миоглобина и гемовых ферментов. Остальное — идет в резерв и откладывается в виде ферритина в печени, селезенке, костном мозге и мышечной ткани[15]. Ферритин и его разновидность — трансферрин являются сложными железопротеиновыми молекулами, содержащими до 4000 атомов железа, которыми они охотно снабжают клетки по первому же запросу[16].
Определить, достаточно ли железа в организме, помогает анализ крови. При этом нужно учитывать, что содержание гемоглобина в плазме крови наиболее высоко утром и снижается ко второй половине дня[17]. Концентрация биоэлемента в плазме зависит также от пола и возраста.
Таблица. Нормы содержания железа в сыворотке крови по возрастам[18]
|
Возраст |
Норма железа, мкмоль/л |
Норма железа, мг/л |
|
1 месяц |
17,9–44,81 |
1–2,5 |
|
1–12 месяцев |
7,2–17,91 |
0,45–1 |
|
1–14 лет |
9,0–21,5 |
0,5–1,5 |
|
Женщины от 14 лет |
9,0–30,4 |
0,5–1,65 |
|
Мужчины от 14 лет |
11,6–31,3 |
0,65–1,75 |
Пол, возраст, а также наличие беременности влияют и на среднесуточную потребность в железе. В день грудничкам требуется порядка 200 мкг металла, детям от года до 16 лет — примерно 20–22мкг на каждый кг веса, мужчинам — от 800 мкг, женщинам – почти вдвое больше — 1,4–1,5 г, а дамам в положении и кормящим мамам — до 5–6 мг[19].
Физиологическая потребность в железе возникает из-за ежедневного вывода из организма верхнего слоя слизистой желудка (он разрушается под агрессивным действием соляной кислоты и ферментов), обновления кожного покрова, роста волос и ногтей. Эти потери составляют около 1 мг в сутки[20]. Еще до 100 мкг выводится с мочой[21]. Повышенные потребности в ферруме у детей объясняются ростом и делением клеток, у беременных — формированием и развитием плода, а также увеличением циркулирующей крови.
Признаки нехватки микроэлемента
Утраченное железо главным образом восполняется из пищи. В случае железодефицитной анемии (ЖДА) могут быть также назначены лекарственные средства, в тяжелых случаях — вливания цельной донорской крови (вместе с эритроцитами).
Анемия — это третья, заключительная стадия нехватки железа. Ей предшествуют еще 2 периода:
- прелатентный: когда исчерпывается «стабилизационный фонд» биоэлемента, т.е. расходуется все атомы Fe из ферритина;
- латентный (когда происходит снижение активности тканевых ферментов)[22].
По данным ВОЗ, железодефицит развивается в анемию более чем у 30% населения мира. В развивающихся странах нехватку железа испытывает каждая вторая беременная женщина и около 40% малышей до 6 лет[23].
Пациенты с ЖДА жалуются на слабость, головную боль, нередко теряют сознание. К признакам недостатка железа в организме относятся:
- шелушение, сухость и дряблость кожи;
- выпадение, истончение и ломкость волос, несвоевременная потеря пигментации;
- слоение, ломкость, искривление ногтей[24].
Нехватка железа выявляются лабораторными методами: при ОАК — общем анализе крови — из пальца или биохимическом — из вены. ОАК является косвенным методом, т.к. здесь исследуется уровень гемоглобина и эритроцитов, в состав которых входит железо. На дефицит микроэлемента укажет сниженная концентрация железосодержащих кровяных клеток.
Биохимические анализы на железо более точны и информативны. Существуют специальные тесты, определяющие концентрацию железа сыворотки, ферритина и трансферрина, а также латентную (ненасыщенная) и общую железосвязывающую способность сыворотки крови.
Причины недостатка железа в организме
Дефицит железа может возникнуть по разным причинам. В первую очередь, из-за несбалансированного питания, приводящего к недостаточному поступлению железа, витаминов A, С и группы B, способствующих его усвоению. Не исключено ошибочное сочетание железосодержащей пищи с микроэлементами-ингибиторами, которые мешают Fe усваиваться (цинк, магний, хром, кальций)[25].
Железодефицит — не редкость при отказе от животной пищи, являющейся источником легкоусвояемого гемового железа. Ведь из мяса и субпродуктов усваивается от 15 до 35% содержащегося в них железа, из растительной пищи в среднем 1–5% (и только из зелени — до 20%)[26].
Недостаток железа может возникнуть от потерь крови (при ранениях, операциях, донорстве, родах и менструациях — обильных и продолжительных). К низкому уровню железа в крови приводят сбои в работе ЖКТ, мешающие усвоению поступающего с пищей биоэлемента. Причина может крыться в болезнях желудка или кишечника, поражении паразитарными организмами.
«Железное голодание» клетки могу испытывать из-за сбоев в транспортировке железа (дефицита трансферрина), при усиленных физических нагрузках.
Железо не относится к благородным металлам, но, учитывая его пользу и незаменимость для организма, имеет полное право на этот титул. Оно передает нам свою силу, делая выносливыми и работоспособными. Без него невозможно кроветворение и образование сотен ферментов. Благодаря ему наша кожа сияет здоровьем, волосы блестят, ногти растут крепкими. И главное — благодаря ему каждая клеточка организма способна дышать, функционировать и развиваться.
www.pravda.ru
Важность микроэлементов для растений (Часть 3)
Сегодня мы поговорим о важности таких элементов как железо и марганец. В прошлых статьях мы описывали роль элементов входящих в состав ферментов растений, железо это более структурный микроэлемент клеток растений.
Все растения нуждаются в листовом питании микроудобрениями с содержанием железа. Это связано с тем, что растение всегда потребляет меньше железа, чем есть в почве. Высокая способность железа к окислению приводит к его слабой доступности для растений.
По этим же причинам оно играет ключевую роль в нормальном развитии листьев, плодов, и побегов. Железо играет ключевую роль в синтезе хлорофилла, как известно без него невозможно нормальное развитие растения. Среди других тяжелых металлов железо больше всего усваивается растениями, превышая содержание других металлов в клетках растений в 10-100 раз. Дефицит железа проявляется на молодых листьях, что связано с малоподвижностью элемента, хлорозом пожелтением прожилок, желто-зелеными линиями вдоль листовой пластинки, и отмиранием побегов. Известкование почв, чрезмерное внесение минеральных удобрений, перенасыщение марганцем, и высокий pH почвы приводит к переходу железа в недоступную для растений форму и образования дефицита питания.
Железо как и марганец играет ключевую роль в энергетическом обмене в клетках растений, входит в состав ферментов, и принимает участие в азотно-фосфорном обмене. Магний и железо участвуют в транспортировке энергии необходимой для фотосинтеза, а также в процессе усвоения азота, который замедляется при дефиците Mn. Проявляется дефицит Mn некротическими пятнами между жилками листа в первую очередь на молодых листьях. Серовато зелеными пятнами и полосами на зерновых, дефицит марганца влияет на качество урожая, а дефицит железа в его количество.
Чрезмерное засоление почв, нерациональное внесения удобрений приводит к дефициту микроэлементов. Лучшим решением для предотвращения дефицитов микроэлементов (Mn, Fe, Cu, Mg, Zn) является использование листового питания микроудобрениями в хелатной форме. Это обеспечит доступное питания микроэлементами в ключевые фазы развития без нагрузки на почву. Для этого лучше всего подойдет использование микроудобрений HAHIT Premium
nanit.ua
Железо физиологическая роль в растени
Недостаток азота и фосфора сказывается на всем растении, но более сильно — на нижних листьях. Недостаток бора, кальция, железа, меди и некоторых других элементов проявляется только на молодых листьях растений. Такое действие недостатка отдельных элементов обусловлено их различной физиологической ролью и способностью растений использовать некоторые элементы путем перемещения их соединений из одних частей в другие. [c.62]
Второй метод также труден, но его использование может оказаться более эффективным благодаря успехам, достигнутым в настоящее время в изучении процессов обмена. Применение двух указанных методов в совокупности позволило в настоящее время причислить ряд микроэлементов к числу имеющих универсальное значение. Потребность в них показана для всех форм живой материи. К таким элементам относят железо, медь, марганец, молибден, цинк. Физиологическая роль и механизм активирования этими микроэлементами физиолого-биохимических процессов является предметом нашего обсуждения. Сюда же включен и бор — элемент, необходимость которого установлена лишь для роста и развития высших растений. [c.12]
Важно отметить, что почти вся катионообменная емкость поверхности корня занята кальцием и частично Н +. Это указывает на участие кальция в первичных механизмах поступления ионов в клетки корня. Ограничивая поступление других ионов в растения, кальций способствует устранению токсичности избыточных концентраций ионов аммония, алюминия, марганца, железа, повышает устойчивость растений к засолению, снижает кислотность почвы. Именно кальций чаще всего выступает в роли балансного иона при создании физиологической уравновешенности ионного состава среды, так как его содержание в почве достаточно велико. [c.249]
Комплексные ионы играют важную роль в определенных физиологических процессах роста растений и животных. Это гемин — составная часть гемоглобина, красный пигмент крови — и хлорофилл — зеленое вещество растений. Гемоглобин содержит железо, поэтому вполне естественно, что это вещество рассматривается в разделе о комплексных соединениях переходных элементов. Хлорофилл представляет собой комплексное соединение магния. Магний — не переходный элемент, но мы говорим здесь о хлорофилле потому, что он имеет некоторое сходство с гемоглобином. К тому же, это опровергает мнение, будто бы комплексные соединения образуют только переходные элементы. [c.589]
Наряду с железом каталитически активных соединений ткани растений и животных содержат этот элемент в составе веществ иного, в ряде случаев запасного характера. В списке таких соединений особое место занимает ферритин, который до недавнего времени был обнаружен лищь в животных тканях. Известны его физические и химические свойства и изучена физиологическая роль в основном у животных. Совсем недавно получена электронно-микроскопическая картина его строения и произведен анализ белковой части. [c.211]
Книга посвящена вопросам физиолого-биохнмнческой роли ( микроэлементов в растениях. Она включает материалы по влия- [ нию микроэлементов на основные физиологические процессы и функции высших растений в ней даны основы современного со- стояния знаний по механизму активирования микроэлементами биохимических реакций, химической природе активных металл- I органических комплексов растительной клетки и форме участия ( этих соединений в физиологических и биохимических процессах. I Отдельные главы содержат данные по характеристике физио- I логической роли основных микроэлементов (бор, марганец, мо- либден, цинк, медь, железо) и механизму их участия в метабо- лизме. I Роль микроэлементов в обмене оценивается с позиций участия в построении активных центров ферментных систем. ) Рассматриваются вопросы взаимоотношения микроэлементов в растительном организме и питательной среде, антагонизм ионов и проблема хлороза растений. Даны также св-едения о поведении и состоянии микроэлементов в почвах, краткая характеристика , растений в условиях недостатка или избытка важнейших микро- 7 элементов, [c.2]
Фитс гормоны перемещаются по растению и влияют на рост и диффереицировку тех тканей и органов, куда они поступают, поэтому нам следует рассмотреть природу и роль этих гормонов. Слово гормон впервые было использовано физиологами леивотиых для обозначения вещества, которое синтезируется в особых леелезах (железах внутренней секреции) и затем переносится током крови или лимфы в другие части тела, где его крайне низкие концентрации оказывают специфическое физиологическое действие. Фитогормоны в некотором отношении не соответствуют классическому представлению о гормонах, выработанному иа основе исследований гормонов леивотных. Гормон животного представляет собой вещество, синтезирующееся Ь одном специальном органе, железе, и выделяющееся из нее, чтобы оказать типичное и, как правило, специфическое влияние на некотором расстоянии от места синтеза. В случае фито- [c.80]
chem21.info
Роль железа в растениях и некоторых других металлов
Важную роль в жизни растений играют роль металлы. Для выяснения в каких жизненно важных процессах они участвуют и как это происходит обратимся к книге „Карбонатный хлороз и хелатные удобрения‟ [1].
Фото побега винограда с хлорозом
Металлы, относящиеся к 1-й группе переходных элементов (марганец, железо, кобальт, медь, цинк), необходимы живым организмам для осуществления их основных биологических функций. Они постоянно содержатся в составе их тканей в определенных количествах. Для некоторых групп растений необходим также молибден. Условия его растворимости и доступности для растений значительно отличаются от условий растворимости железа и близких к нему металлов.
Со всех металлов, имеющихся в тканях растений, железо содержится в наибольших количествах. Так, в листьях содержание железа достигает сотых долей процента, за ним следует марганец, концентрация цинка выражается уже в тысячных долях, а содержание меди не превышает десятитысячных процента; еще меньше молибдена, его в тканях растений имеется в пределах стотысячных процента; концентрация кобальта обычно еще несколько ниже.
Железо входящее в органические соединения, которые участвуют в протекании биохимических процессов при дыхании и фотосинтезе. Это объясняется очень высокой степенью их каталитических свойств. Железо в неорганической форме также способно катализировать многие биохимические реакции.
Так по подсчетам академика А. И. Опарина, каталитическое действие 1 мг железа, находящегося в составе фермента каталазы, соответствует каталитическому действию 10 т неорганического железа. При вхождении в состав органической молекулы каталитические свойства железа возрастают в миллионы раз.
Каталитическая способность железа в значительной степени связана с его способностью менять валентность. Соотношение между двух- и трехвалентным железом в органах растений и почве зависит от реакции среды и степени ее аэробности. Атом железа окисляется и восстанавливается сравнительно легко, поэтому многие соединения железа являются переносчиками электронов в биохимических процессах.
Фотосинтез – вот основная биологическая функция растений на земном шаре. При осуществлении фотосинтеза за счет энергии солнечного света происходит ассимиляции углекислоты с образованием различных органических соединений.
Процесс фотосинтеза имеет световую и темновую фазы. Световая фаза начинается с поглощения кванта света хлорофиллом и его возбуждения. Возбужденные светом молекулы хлорофилла отдают электроны для образования первичных восстановленных продуктов фотосинтеза.
Одним из промежуточных веществ, принимающих обязательное участие в переносе электронов от хлорофилла, является железосодержащий белок ферредоксин, который отличается очень низким окислительно-восстановительным потенциалом. Без его участия не могут образовываться первичные продукты, которые необходимы в темновой фазе фотосинтеза для превращения углекислоты в основные органические вещества – сахара, белки, жиры.
Для того чтобы процесс шел непрерывно, хлорофилл после отдачи электрона должен вернуться в исходное состояние. Это происходит с помощью других молекул хлорофилла, отбирающих электроны y воды в процессе ее разложения. Электроны воды могут достичь первых молекул хлорофилла, только пройдя через соответствующие передаточные ступени, которыми опять-таки являются железосодержащие белки, но уже иного состава и свойств, называемые цитохромами.
В некоторых случаях роль одного из цитохромов выполняет медьсодержащий белок – пластоцианин, в этом и заключается роль меди в фотосинтетическом процессе. В разложении воды и использовании ее в качестве источника электронов принимают непосредственное участие органические соединения, содержащие марганец.
В основе реакций, происходящих при дыхании растений, так же, как и при фотосинтезе, лежит процесс переноса электронов. Для того чтобы организм мог использовать энергию, аккумулированную в органических веществах, последние должны быть окислены, то есть должен осуществиться процесс отнятия электрона и последовательного его переноса на кислород воздуха. Процесс этот осуществляется железосодержащими» ферментами дегидрогеназами, в нем также принимают участие несколько цитохромов и комплексный, содержащий железо и медь, фермент цитохромоксидаза.
Таким образом, без металлсодержащих комплексных органических соединений, среди которых ведущая роль принадлежит соединениям железа, не могут осуществляться ни фотосинтез, ни дыхание. Однако этим не ограничивается биологическая роль железа и других металлов в растениях. Известны десятки ферментов, принимающих участие в самых различных реакциях обмена веществ растений и представляющих собой металлодержащие белки. Например, каталаза и пероксидаза, в состав которых входит железо, полифенолоксидаза, содержащая медь, цинковые дегидрогеназы и ряд других.
Железо, медь, цинк, марганец наряду со щелочноземельными металлами кальцием и магнием входят в состав десиксирибонуклеиновой кислоты (ДНК и PНK). В этом случае металлы выполняют функцию поддержания определенной структурной организации (упаковки) молекул этих кислот.
Железу принадлежит, кроме того, особая функция, а именно непременное участие в биосинтезе хлорофилла.
Хлорофилл – органическое магнийсодержащее вещество – не может образовываться без железа. Поэтому любое условие, ограничивающее доступность железа растениям, будет приводить к исчезновению зеленой окраски листьев, то есть к хлорозу. Хлороз неразрывно связан с нарушениями ультраструктурной организации самих органов фотосинтеза — хлоропластов. Хлоропласта представляют собой тельца размером в несколько микронов, содержащиеся во всех зеленых клетках растений. Хлорофилл в них распределен неравномерно, он сосредоточен в особых дисковидных образованиях – мембранах, уложенных наподобие монет в стопки, которые называются гранами. При нарушении биосинтеза хлорофилла и понижении его концентрации уменьшается количество дисков (мембран) в гранах, нарушаются связи между гранами, и разрушается вся система ультраструктурной организации хлоропластов.
При хлорозе, то есть недостатке хлорофилла и разрушении хлоропластов, процесс фотосинтеза идти нормально не может. Этому способствует и недостаток ферредоксина и цитохромов. Нарушается процесс дыхания.
При нарушении и ослаблении фотосинтеза и дыхания вследствие недостаточного образования органических веществ, из которых строится растительный организм, и дефицита энергетических резервов происходит общее расстройство обмена веществ растений. Поэтому при остром недостатке железа неизбежно наступает гибель растений. У деревьев и кустарников зеленая окраска верхушечных листьев исчезает полностью, они становятся почти белыми, постепенно усыхают. Такие растения уже трудно излечить от заболевания, и часто в садах и на виноградниках деревья и кусты, заболевшие хлорозом, выкорчевывают.
Смотрите видео о карбонатном (железном) хлорозе винограда проявляющемся при недостатке железа в растении.
Как видим железо, и другие металлы играют важную роль в жизни растений и винограда в частности. Поэтому при выращивании винограда нужно не допускать появления „железного‟ хлороза, первым признаком которого является пожелтения листьев.
Источники:1. Л. К. Остров¬ская, Г.М., Макарова, Г.М. Яковенко „Карбонатный хлороз и хелатные удобрения‟, «Урожай», 1973 г.2. Г. Ванек, В.Н. Корчагин, Л.Г. Тер-Симонян. „Атлас болезней и вредителей плодовых, ягодных, овощных культур и винограда‟. „Природа‟, издательство книг и журналов, Братислава, ВО „АГРОПРОМИЗДАТ‟, Москва, 1989 г.
С уважением Владимир Николаевич, [email protected] , 30.01.2016 года.
На главную Сорта винограда Выращивание винограда Фото винограда
МОИ ВИДЕО ГАЛЕРЕЯ САЖЕНЦЫ ВИНОГРАДА ВИНО
vinograd-is.ru
