Связывающая способность и детоксицирующие свойства гумусовых кислот по отношению к атразину, страница 7

(Celis et al., 1998). В качестве моделейбылииспользованыадсорбционныекомплексыпочвенныхГКсмонтмориллонитом и гидроксидом железа (III). Авторами было установлено, чтоКОС для растворенных ГК составляет 310, а для адсорбированных намонтмориллоните - 1475 л/кг, т.е. константа связывания возросла в три раза.Аналогичноеувеличениеконстантсвязываниябылоустановленоприисследовании сорбции ПАУ на иммобилизованных на каолините и гематитеторфяных ГК и ФК (Murphy et al., 1990).Приводимые в литературе значения констант связывания атразинареальными почвенными частицами значительно ниже. Так, вычисленные намина основании данных Хлебниковой (1975) значения КОС атразина для дерновоподзолистой почвы, чернозема и краснозема составили, соответственно, 161, 104и 152 л/кг ОС.

Максимальная сорбция атразина, наблюдавшаяся для чернозема,была 37,1 мкг/кг почвы. Лайрд и др. (Laird et al., 1994) получили сходныевеличины сорбции атразина почвенными глинистыми частицами разногоразмера: 9,75-21,38 мкг/кг почвы. Обработка изученных глинистых фракцийперекисью водорода с целью разложения органического вещества приводила кснижению показателей сорбции в 1,2-16,0 раз. Согласно оценкам, приводимым вцитируемой выше работе, вклад органического вещества в определениесорбционной способности почвенных частиц по отношению к атразину составил68%.ИнтересныерезультатыприводятБерезовскийиНемова(1973):коэффициент распределения атразина (Kd) в торфяной и дерново-подзолистой39почвах составил 26,1 и 1,4 л/кг почвы, при этом вычисленные авторомдиссертации на основе их данных КОС составили 85 и 103 л/кг ОС,соответственно. Это свидетельствует о предпочтительной сорбции атразина наминералорганических комплексах по сравнению с чистым органическимвеществом.Сета и Каратанасис (Seta and Karathanasis, 1997) также установилиналичие статистически значимой корреляции между содержанием органическоговещества в почвенных коллоидах и их способностью адсорбировать атразин.

Вкачестве главных механизмов взаимодействия атразина с адсорбированныморганическим веществом авторами были предложены физическая адсорбция игидрофобное связывание. Другими исследователями (Laird et al., 1994), однако,отмечается возможность хемосорбции атразина на минералорганическихкомплексах в случаях, когда в состав комплекса входит грубодисперсная(>2 мкм) глинистая фракция. Авторы объясняют этот факт относительнойобогащенностью сорбированных на грубодисперсной глинистой фракциигумусовых кислот функциональными группами по сравнению с сорбированнымина тонкодисперсной фракции.Адсорбция атразина почвенными минералорганическим адсорбционнымикомплексами приводит к снижению его концентрации в почвенном растворе, и,как следствие, к снижению его токсичности.

Таким образом, гумусовые кислотыи их минералорганические комплексы выступают как природные детоксиканты.Более подробно детоксицирующая способность гумусовых кислот будетрассмотрена в следующем разделе.1.3. ДЕТОКСИЦИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ ПООТНОШЕНИЮ К АТРАЗИНУВ результате взаимодействия атразина с растворенными и связанными вадсорбционные комплексы гумусовыми кислотами, в почве атразин можетнаходиться в нескольких формах:− свободный атразин;− атразин, связанный с растворенными гумусовыми кислотами;40− атразин, сорбированный на минералорганических комплексах гумусовыхкислотах.(Вследствие образования минералорганических комплексов гумусовыхкислот с почвенными минералами поверхность последних практическинедоступна для молекул гербицидов (Hance, 1969)).Токсичность атразина для растений в этом случае может быть обусловленатолько теми его формами, которые находятся в растворе, то есть свободныматразином и атразином, связанным с растворенными гумусовыми кислотами.Оценка уровня токсичности в подобной системе осложняется присутствиемрастворенных гумусовых кислот, которые могут непосредственно влиять насостояние растений.

Поэтому для корректной оценки воздействия такой системынарастениенеобходимопредварительно определить действие каждогокомпонента, а именно: свободного атразина, гумусовых кислот и атразина вприсутствии гумусовых кислот.1.3.1. Гербицидная активность атразинаКак уже указывалось ранее, атразин относится к классу сим-триазинов,гербицидная активность которых установлена еще в 1952 году (Майер-Боде,1972). Поступление этих гербицидов в растения происходит через корневуюсистему, они являются гербицидами системного действия.

В настоящее времядоказано, что сим-триазины ингибируют реакцию фотолиза воды (реакцияХилла) в процессе фотосинтеза растений, блокируя отток электронов отакцепторной части фотосистемы II (ФС II) (Гольдфельд и Карапетян, 1989), т.е.нарушаютнециклическийтранспортэлектронов.Являясьингибиторамитранспорта электронов, они действуют исключительно на мембранные стадии ихпереноса между двумя ФС при участии пластохинонного подвижногопереносчика.Так как триазины угнетают световую стадию фотосинтеза, то на степеньпроявления их фитотоксичности оказывает влияние освещенность: чем онавыше, тем сильнее действие гербицидов.

Кроме того, для проявлениятоксичности сим-триазинов необходимо наличие у растения сформировавшегосяфотосинтетического аппарата. Гербицидная активность сим-триазинов в почветеряется при их гидролизе, когда они переходят в гидрокситриазины, у которых41заместителем в положении 2 является ОН-группа. В растениях инактивация симтриазинов может происходить двумя путями: во-первых, за счет образованиянетоксичного комплекса гербицида с фенольными соединениями и, во-вторых, врезультате разрушения триазинового кольца полифенолоксидазной системойрастения (Зинченко, 1971).1.3.2. Физиологическая активность гумусовых кислотПринципиальная возможность поступления гумусовых кислот в растениебыла показана в работах Христевой (1951), Прата (Prat, 1963; Prat and Pospisil,1959) и Фокина (Фокин и др., 1975).

Коллективом авторов под руководствомФокина (1975) установлено, что гуминовые кислоты могут проникатьнепосредственно в клетки растений, достигая их важнейших органелл - ядра,митохондрий, хлоропластов. Cогласно исследованиям Христевой (1951),гумусовые кислоты могут выступать в качестве питательных веществ длярастений или же играть роль физиологически активных веществ (ФАВ), причембольшей физиологической активностью обладают наиболее низкомолекулярныефракции гумуса. Кроме того, было показано, что физиологическое действиеприсуще лишь истинным растворам гумусовых кислот; при их осажденииисчезает как положительный эффект на растения (проявляющийся при малыхконцентрациях), так и негативный (проявляется при высоких концентрациях).Физиологической активности гумусовых кислот посвящен обзор Виссера(Visser, 1986), где приводятся следующие возможные механизмы влияниягумусовых кислот на рост и развитие растений:− увеличение количества доступного железа за счет образования железогумусовых комплексов;− изменение поглощения 2-х и 3-х валентных катионов (Ca2+, Mg2+, Fe3+, Al3+);− облегчение ионного обмена между протоплазмой и почвенным раствором;− влияние на вязкость и коллоидную структуру протоплазмы;− влияние на проницаемость клеточной мембраны: в высоких концентрацияхгумусовые кислоты могут повреждать клеточную мембрану;− непосредственное поглощение гумусовых кислот клетками; ФК могутпоглощаться в большей степени, нежели ГК;42− взаимодействие с ферментами: ферменты могут встраиваться в молекулыгумуса, придавая им ферментативную активность; ФК в этом отношенииактивнее, чем ГК.В качестве механизмов влияния гумусовых кислот на рост и развитиерастений чаще всего предлагаются две гипотезы из выше перечисленных.Прежде всего, гумусовые кислоты могут действовать как растительные гормоны(Müller-Wegener, 1988; Раковский и Пигулевская, 1978).

Несмотря на то, чтонекоторые авторы (Phuong and Tichy, 1976) избегают проводить прямыеаналогии между гумусовыми кислотами и растительными гормонами, такими какауксин, гиббереллин и цитокинин, физиологическая активность гумусовыхкислот в настоящее время достоверно установлена (Пивоваров, 1962; Христева,1952; Христева, 1968; Христева и др., 1968).Другое возможное объяснение - действие гумусовых кислот каквысокодисперсного золя, увеличивающего проницаемость плазмалеммы испособствующего поступлению питательных веществ в растения (Баталкин и др.,1983, Вахмистров и др., 1987).Кроме перечисленных, Христева (1951, 1957, 1962) предлагает еще одинвозможный механизм физиологической активности гумусовых кислот - ихдействие как промежуточных катализаторов процесса дыхания. Данныймеханизм обусловлен наличием в структуре гумусовых кислот полифенольных ихинонныхфрагментов,которыеиспользуютсярастениемдляусиленияфенолазной окислительной системы, следствием чего является активизациядыхания и обмена веществ в целом.

Кроме того, по мнению Христевой, частьполифенольных групп гуминовых кислот может функционировать как донорводорода для промежуточных акцепторов дыхательной цепи, благодаря чемуактивизациякислородногообменаможетпроисходитьибезучастияполифенолокисдазы Христева, 1967).Никлевский с сотрудниками (1971) (цит.

по Христевой, 1973), касаясьприроды биологической активности препаратов гуминовых веществ, отмечает,что гуматы в основном затрагивают в растениях процессы дыхания ифотосинтеза. Подробное исследование влияния гумусовых кислот на отдельныестадии фотосинтеза было проведено Бобырем (1980). Было установлено, чтовнесение гуматов натрия при выращивании культуры гороха активируют43скорость транспорта электронов в электрон-транспортной цепи выделенных изних хлоропластов, циклическое и нециклическое фотофосфорилирование. Придобавлении гуматов натрия непосредственно в среду инкубации хлоропластовгороха наблюдали снятие трансмембранного протонного градиента, начиная сопределенной концентрации препарата.

Это свидетельствует о том, что вбольших концентрациях гуматы натрия разобщают транспорт электронов ифотофосфорилирование. Автор приходит к выводу, что влияние гумусовыхкислот на фотосинтез не является специфическим, а обусловлено ихвоздействием на мембранную, фитогормональную, белоксинтезирующую и др.системы, приводящим к структурным изменениям в растительном организме.В силу полидисперсности гумусовых кислот их различные фракции могутоказывать действие на растение, различное как по силе, так и по направленности.В связи с этим целый ряд работ посвящен выявлению наиболее активной частигумусовых кислот, а также зависимости действия органического вещества почвыот его свойств.

Так, Виссер (Visser, 1986) приводит данные о большей степенипоглощения растениями ФК, чем ГК. Кроме того, указывается на зависимостьстепени поглощения от молекулярной массы и состава функциональных группгумусовых кислот. Алиев (1987), изучая действие гумусовых кислот как ФАВ,пришелк выводу онизкомолекулярныетом,фракциичтонаиболеегумусовыхактивнымикислот,являютсясамыехарактеризующиесянаибольшим содержанием функциональных групп и свободных радикалов.Фуонг и Тиши (Phuong and Tichy, 1976) при рассмотрении ауксинового,гиббереллинового и цитокининового действия ГК, гиматомелановой кислоты иФК из торфа получили результаты, свидетельствующие о наибольшейактивности ФК.