Получение и применение биологически доступных соединений железа, стабилизированных гуминовыми веществами (1105651), страница 19
Текст из файла (страница 19)
При этом, аналогичные спектры раствора, не содержащего гуминовых110веществ (холостой опыт 3, Рис. 33) содержит только один компонент C1 сизомерным сдвигом 1,29 мм/с и квадрупольным расщеплением 3,01 мм/с,компонент С1 был отнесен к образующейся объемной фазе Fe(OH) 2, в то время каккомпонента C2 была приписана продукту взаимодействия ГВ с поверхностьюFe(OH)2.После добавления 30% H2O2 реакционная смесь стала красноватокоричневой и её состав резко изменился. Мессбауэровский спектр замороженногообразца, отобранного после установления равновесия (аликвоты 4, Рис.
33)описывается суперпозицией двух секстетов (компонентов D1-D2, Таблица 15),соответствующихмагнитоупорядоченному(ферримагнитному)состояниюнаночастиц фероксигита и одним дуплетом (компонент D3, Таблица 15), которыеприписывали остаточная суперпарамагнитными состояния с более низкимтемпературы блокировки. В то же время, спектр образца, не содержащего ГВ,(холостой опыт 4, Рис. 33) имеет только два секстета (компоненты D1-D2, Таблица15), указывающие на ферримагнитное состояние наночастиц фероксигита иотсутствие какого-либо остаточного суперпарамагнетизма. Таким образом, вреакционной смеси ГВ предотвращают чрезмерный рост наночастиц фероксигита,что приводит к снижению температуры блокировки и позволяет сохранить их всуперпарамагнитном состоянии.Таблица 15 Параметры сверхтонкого взаимодействия ядер железа в замороженныхрастворах; δ – изомерный сдвиг относительно α-Fe, Δ – квадрупольное расщепление, Γexp– полная ширина линии на полувысоте, Hin – сверхтонкое поле на ядре (Э)Образец/ТемператураЭкспериментАликвота 1 / 78 KАликвота 2 / 78 KАликвота 3/ 78 KАликвота 4 / 78 KБланк 3 / 78 KБланк 4 / 78 KКомпонентыδΔA1A2B1B2C1C2D1D2D3C*1D*1мм/с±0,03 мм/с1,373,271,352,761,373,251,332,731,293,021,282,830,50-0,130,51-0,130,460,711,293,010,54-0,10ΓexpHinкЭ±5 кЭ0,360,780,370,730,240,411,651,110,540,301,81405470420S, %±1%6337613962385341610056111D*2Литературные данныеδ-FeOOH / 77 KR1δ-FeOOH / 80 KR2R30,53-0,111,074750,45±0,110,69±0,070±0,1533±51-0,15±0,05525±5505±544На основе мессбауэровских спектров реакционной смеси на стадии «C»,указывающих на взаимодействие между ультрадисперсным Fe(OH) 2 и ГВ (рис.
33,Таблица 15), можно сделать вывод, что это взаимодействие является отправнойточкой в механизме стабилизации ГВ наночастиц в водных растворах.1123.3 Исследование биологической активности соединений Fe-ГВ поотношению к растениямДляоценкибиологическойактивностивеществ,обладающихкакугнетающим, так и стимулирующим действием на растения, используют различныеметоды биотестирования. Одним из наиболеераспространенных являетсявегетационный метод, применяемый в растениеводстве, физиологии, селекции,земледелии, почвоведении, агрохимии и экологии [204]. При проведениибиотестирования данным способом тест-культуры помещают в небольшиевегетационныесосуды,адалеепроводятвыращиваниерастений,продолжительность которого варьируется от нескольких дней до полноговызревания растений и зависит от целей эксперимента.
Вегетационный метод, вотличие от полевого, позволяет выявлять значение отдельных факторов роста вжизни растений и поддерживать одинаковые внешние условия, такие какосвещение, температуру, корневое питание и обеспечение растений влагой.К достоинствам вегетационного метода можно также отнести возможностьнепрерывного проведения работ вне зависимости от сезона и относительнуюпростоту аппаратурного оформления. К недостаткам – ограничения, связанные сневозможностью прямой экстраполяции результатов на природные условия с ихизменчивостью, не поддающейся регулированию. В этом смысле незаменимполевой метод исследования оказывается вне конкуренции.
Вместе с тем,поскольку погодные условия сильно меняются год от года, нельзя ограничиватьсяданными полевых опытов, относящихся только к одному сезону. Один и тот жеполевой опыт необходимо повторять несколько лет подряд, чтобы получитьхарактерные для данных условий результаты, тогда как достоверные результатыпри помощи вегетационного метода можно получить за один-два года.В данной работе нами был использован вегетационный метод в варианте какводных, так и почвенных культур.
Водные культуры обычно широко используютсядля самых разнообразных физиологических исследований, в том числе дляизучения основных процессов поглощения минеральных элементов растениями.Этаразновидностьвегетационногометодадаетвозможностьстрогоконтролировать состав питательной среды, что позволяет исследовать процессы113поглощения веществ, пути и способы их передвижения в растениях. С другойстороны, почвенные культуры ближе всего к естественным условиям и в этомотношении приближаются к полевому опыту.Как уже говорилось выше, у растений существует два основных способапоглощения железа, обычно называемые стратегиями I и II [114]. Растения состратегией I, к которым относятся все двудольные и однодольные, кромемятликовых [104], способны снижать значение рН в области ризосферы, чтоспособствует восстановлению железа из Fe(III) до Fe(II).
Поступление в клеткуосуществляетсяпутёмсвязываниясжелезовосстанавливающимибелками,ассоциированными с клеточными мембранами. Растения со стратегией II(мятликовые) выделяют фитосидерофоры – органические вещества, которыеобразуют хелатные комплексы с Fe(III).Влияние стратегии на возможность усваивать железо из различныхсоединений было наглядно продемонстрировано результатами работы [124].
Былоустановлено, что при дефиците железа огурцы (стратегия I) наиболее эффективнопоглощают его из комплекса с синтетическим хелатами (Fe-ЭДДОА), тогда какячмень (стратегия II) в таких же условиях поглощал Fe преимущественно изкомплексов с сидерофорами [124]. Так как способ поглощения железа может взначительной степени определять эффективность этого процесса, для оценкибиологической доступности препаратов необходимо проводить эксперименты срастениями – представителями обеих стратегий.В нашей работе в качестве тест-объектов использовали растения огурца имягкой пшеницы, которые являются представителями двух различных стратегийпоглощения железа. Растения огурца были выбраны в качестве тест-объекта состратегией I, а растения пшеницы – в качестве тест-объекта со стратегией II.
Обевыбранные культуры имеют важное сельскохозяйственное значение.Так как в данной работе изучали биологическую доступность железа всоставе различных препаратов, необходимо было создать условия, в которыхрастения испытывали бы дефицит данного микроэлемента. В экспериментах сводными культурами (гидропоникой) контрольные варианты выращивали напитательной среде, содержащей все компоненты, кроме железа, а в остальныхвариантах в питательные среды железо вносили в виде исследуемых препаратов.114Для предотвращения попадания соединений железа из других источников,питательные среды готовили на высокоочищенной воде MQ с использованием вкачестве источников макро- и микроэлементов солей с квалификацией чистоты«х.ч.» и «ч.д.а.».В почвенной культуре в качестве субстрата использовали аридные почвы,которые характеризовались высокими значениями pH почвенного раствора(8,5±0,1),высокимсодержаниемкарбонатов(вскипание),что обусловилоотсутствие в них биодоступных форм железа.
При проведении экспериментовконтрольный вариант поливали дистиллированной водой MQ, а остальныеварианты – растворами исследуемых препаратов.В качестве контроля при проведении опытов с водными культурамииспользовалипитательнуюсредубезсоединенийжелеза,напочве–дистиллированную воду MQ; в качестве положительного контроля – коммерческийхелат Fe(III) Fe-ЭДДГА. При проведении оценки биологической активностиоргано-неорганическихкомплексовжелезасГВнеобходимоотделитьстимулирующее действие биологически доступных форм железа, которое вусловиях эксперимента является лимитирующим фактором для развития растений,от защитного действия ГВ, которое проявляется в стрессовых условиях [74].
Дляэтой цели в схему эксперимента вводили дополнительно вариант с использованиемгумата калия.Исследование биологической актвиности по отношению к растениям,испытывающим дефицит железа, проводили для препаратов Fe-CHS-03, Fe-CHS-04и Fe-CHS-05 так как они были приготовлены на основе отечественного сырья иобладали высокой растворимостью, то есть удовлетворяли всем требованиям длядальнейшего масштабирования.В качестве количественных показателей, указывающих на эффективностьисследуемых препаратов железа, использовали длину и массу корней и побегов.Для характеристики функционального состояния растений использовались такиепараметры, как содержание хлорофилла в листьях и эффективность фотосинтеза. Обиодоступности железа судили по содержанию железа в листьях.
Совокупностьвыбранных нами характеристик позволяла сделать вывод, насколько эффективно115исследуемые препараты устраняют дефицит железа, и оценить возможность ихиспользования в качестве корректоров железодефицитного хлороза.3.3.1 Исследование биологической активности соединений Fe-ГВ методомводных культур на растениях огурцаРастения огурца использовали для оценки биологической доступностижелеза в составе органо-неорганических комплексов ГВ с железа в качестветест-культуры для растений со стратегией I.Результатыэкспериментовпоказали,чтоввыбранныхусловияхнаблюдалось выраженное угнетения контрольных растений, обусловленноеотсутствием железа в питательной среде. Все растения характеризовалисьпожелтением побегов, нормальная зеленая окраска наблюдалась только усемядолей.
Общий вид растений огурца, выращенных методом водной культуры,приведен на Рис. 35.Рис. 35 Общий вид растений огурца контрольного варианта (А), после обработкихелатом Fe-ЭДДГА (Б) и гуматом железа Fe-CHS-04 (В).Как видно из приведенных фотографий (Рис. 35), внесение исследованныхпрепаратов приводило к выраженному улучшению состояния растений, котороепроявлялось в более эффективном накоплении биомассы и быстром развитии,появлении усов и цветов.Для количественной оценки влияния исследуемых препаратов на накоплениебиомассы были измерены длина и масса побегов и корней растений. В Таблицах 16и 17 приведены результаты, демонстрирующие влияние органо-неорганическихсоединений железа с ГВ на длину и массу побегов и корней огурца в условияхжелезодефицитного хлороза.116Таблица 16 Влияние хелата Fe-ЭДДГА, исследованных органо-неорганическихсоединений железа с ГВ и гумата калия K-CHS на длину и массу побегов огурцаДлина побегаВариантммКонтрольFe-ЭДДГАFe-CHS-03Fe-CHS-04Fe-CHS-05K-CHSσ, мм123159137142139138153715204121Масса побега% отконтроля100129111115113112Г2,424,244,054,564,293,94% отконтроля100175167167177163σ, г0,430,560,770,680,570,73Таблица 17 Влияние хелата Fe-ЭДДГА, исследованных органо-неорганическихсоединений железа с ГВ и гумата калия K-CHS на длину и массу корней огурцаДлина корняВариантммКонтрольFe-ЭДДГАFe-CHS-03Fe-CHS-04Fe-CHS-05K-CHS113215262270291175σ, мм152345546343% отконтроля100190231239257155Масса корнямасса,мг0,381,531,411,731,441,71σ, мг0,230,450,340,440,380,41% от контроля100399367450375445Как видно из приведенных данных, в присутствии исследованных веществпроисходило небольшое увеличение длины побегов растений, которое, однако, внаших условиях оказалось статистически незначимым (Р = 0,05).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
