Получение и применение биологически доступных соединений железа, стабилизированных гуминовыми веществами (1105651), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В Российской Федерации в список разрешенных к применениюрегуляторов роста растений и удобрений в 2013 году входит более 60 различныхпрепаратов гуминовой природы, среди которых можно назвать такие, как«Биогум», «Гумми-Оми», «Гумисол-М», «Оргум-М», «Энерген», «Биогумус»,«Биуд», «Биуд-компост», «Зоогумус», «Гумимакс» и др.
[93]. В отличие отаналогичных синтетических регуляторов роста действие гуминовых препаратов неограничивается влиянием на обмен веществ растений. При систематическомиспользовании препаратовионообменныесвойства,улучшаетсяструктура почвы,активизируетсяеебуферные идеятельностьпочвенныхмикроорганизмов.В настоящее время на основе ГВ уже созданы и нашли применение такиелекарственные препараты как «Торфот», «TPP», «Гумизоль», «Пелоидин»,«ФиБС», «Эприл» и др. Несмотря на доказанную медицинскую эффективностьэтих препаратов, механизм действия входящих в их состав ГВ не известен, чтовызвано, в первую очередь, отсутствием разработанных принципов исследованиялекарственных средств на основе природного сырья.Гетерогенность состава ГВ, обеспечивает широкий спектр их свойств,например, при использовании гуминовых препаратов для рекультивации сред,загрязненных гидрофобными органическими соединениями, предпочтительноиспользовать ГВ, обладающие повышенным сродством по отношению к указанным19загрязняющим веществам, т.е.
ГВ должны характеризоваться выраженнымигидрофобными свойствами. При создании микроудобрений на гуминовой основепринципиальным свойством ГВ, напротив, является их высокая растворимость иобогащенность функциональными группами. Для повышения эффективностиприменения гуминовых препаратов и расширения спектра их применения можетбыть использована направленная химическая модификация ГВ, позволяющаяполучать препараты с заданными свойствами.***К настоящему времени в литературе описано несколько видов направленноймодификации ГВ. К их числу относятся: введение в структуру природных ГВразличных соединений кремния [94], [95] и железа [82], [83], [84], [96];сульфирование ГВ для повышения растворимости их комплексов с металлами [97];кислотный гидролиз ГВ для удаления гидрофильных периферических фрагментовс повышением сродства ГВ к полиядерным ароматическим углеводородам [98];обогащение структуры ГВ гидрохинонными фрагментами для повышения ихвосстановительной способности по отношению к актинидам в высших степеняхокисления [91]; модификация с присоединением алкоксисилильных соединений кГВ путем конверсии карбоксильных в аминогруппы для иммобилизации наповерхности оксида кремния [99].Одним из направлений химической модификации является получениесоединений на основе ГВ, содержащих биологически доступные формы металлов,представляющих собой гуматы калия и/или натрия с добавкой необходимыхмикроэлементов таких, как Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, Co и B.
Примерами такихпрепаратов являются «Гумат+7» и «Гумат-Универсал». При этом значительныйинтереспредставляюткомплексныемикроудобрения,имеющиевысокоесодержание биологически доступного железа, которое является одним из наиболееважных элементов минерального питания живых организмов. Более подробномурассмотрению факторов, влияющих на биологическую доступность железа,посвящен следующий раздел.201.2 Дефицит железа у растений: причины возникновения и способыкоррекции1.2.1 Роль соединений железа в жизни живых организмовЖелезо, металл восьмой группы периодической системы химическихэлементов, занимает 4-ое место по распространенности в земной коре, его кларксоставляет 4,7% [100].
Электронное строение атома железа (1s22s22p63s23p63d64s2) иотносительно малыеразмерыкакнейтральных атомовFe0(1,26 Å)вметаллическом железе, так и ионов Fe2+ и Fe3+ (0,74 и 0,64 Å, соответственно) всоединениях определяют многообразие валентных состояний железа. Характерныестепени окисления железа: 0, +2, +3, +6, при этом устойчивыми могут бытьсоединения, как с ионной, так и с ковалентной связью [101].Для подавляющего большинства живых организмов железо являетсяжизненно важным элементом, так как оно принимает участие в процессах,связанных с переносом электронов и сменой степени окисления.
Это процессыдыхания и трансформации энергии в клетках, а также биосинтеза белков в клетках[102]. Одной из важнейших функций железа является взаимодействие с активнымиформами кислорода (АФК). В Таблице 2 приведены основные функции железа вживых организмах.Таблица 2 Основные функции железа в живых организмах и железосодержащиекомплексы, участвующие в осуществлении этих функций [102].ФункцияОбратимое связывание, транспорт и сохранениекислородаОбратимый перенос электроновОкисление биомолекулФункционированиеактивных центровредокс-ферментовДетоксикация АФКОбразование АФКОбразованиереакционноспособныхазотсодержащих частицЖелезосодержащиебиохимические комплексыГемоглобин, миоглобин,гемэритринЖелезо-серные белки,цитохромы a, b, c, цитохром соксидазаЦитохромы P450, пероксидазыКаталаза,супероксиддисмутазаОксидаза фагоцитовNO-синтаза21Как видно из данных, приведенных в Таблице 2, железо играет огромнуюроль в жизни живых организмов, в первую очередь, в дыхательных процессах, атакже в процессах с участием свободных радикалов.
В связи с этим, недостатокжелеза может вызывать серьезные нарушения в жизнедеятельности живыхорганизмов.1.2.2 Способы поглощения железа у высших растенийУ растений существует два основных способа поглощения железа, обычноназываемые стратегиями I и II [103]. Растения со стратегией I, к которым относятсявсе двудольные и однодольные, кроме мятликовых, способны снижать значение рНв области ризосферы, что способствует восстановлению железа из Fe(III) до Fe(II)[104].Поступлениевжелезовосстанавливающимиклеткуосуществляетсябелками,путёмсвязыванияассоциированнымиссклеточнымимембранами. Растения со стратегией II (мятликовые) выделяют фитосидерофоры –органические вещества, которые образуют хелатные комплексы с Fe(III).Примерами культурных растений со стратегией I являются картофель,подсолнечник, горох, огурцы, томаты, все плодовые культуры, а со стратегией II –пшеница, кукуруза, сорго, ячмень и рожь.
При стратегии I поступление железа врастения происходит после расщепления комплекса с органическими лигандами ивосстановления Fe (III) до Fe (II). Восстановление происходит в результатеактивностижелезоредуктаз–ферментовризосферы,выделениекоторыхсопровождается подкислением среды. Так как растения этих двух групписпользуют разные механизмы поглощения железа, биологическая доступностьразличных соединений железа может значительно различаться для растений сразличными стратегиями.1.2.3 Биодоступность соединений железаПо сравнению с другими биогенными металлами биодоступность железанаиболеесильнозависитотизменениякислотностииокислительно-восстановительного потенциала среды. В диапазоне рН от 7 до 9 минеральныеформы железа в почве представлены, главным образом, гидроксокомплексамиFe(OH)2+, Fe(OH)3 и Fe(OH)4-.
Их концентрация в почвенном растворе составляет22около 10-10 М. При этом концентрация растворенного железа, необходимого длянормального роста растений, должна быть на несколько порядков выше: 10 -6-10-5 М[104]. Кроме того, гидроксиды железа обладают способностью адсорбировать изпочвенного раствора различные соединения, что может привести к дефицитуфосфора, калия и некоторых микроэлементов, например, цинка. На почвах,обогащённых карбонатом кальция, при высоких значениях рН и хорошей аэрации,когдажелезопреимущественнонаходитсявформеFe3+,оноявляетсятруднодоступным для растений. В карбонатных почвах доступность железазначительно снижается из-за щелочной среды и адсорбции на извести, а такжеиз-за замещения ионов железа на кальций в соединениях с органическимилигандами. В кислых, особенно гидроморфных, почвах создаются благоприятныеусловия для восстановления Fe3+ до Fe2+, что способствует повышениюрастворимости соединений железа.
Присутствие различных соединений азотаповышаетбиологическуюдоступностьсоединенийжелеза[84],[105].Немаловажную роль в биологической доступности соединений железа имееторганическое вещество почв и природных вод, которое препятствует окислениюFe (II) [106]. На Рисунке 2 приведена зависимость биологической доступностиразличных элементов питания растений от кислотности среды.23Рис. 2 Схематическое изображение влияния реакции почвы на доступностьпитательных веществ для растений [107].Как видно из схемы, приведенной на Рисунке 2, биологическая доступностьсоединений железа повышается с понижением pH. Кроме того, в кислых почвах,где растворимость соединений железа повышается, растения иногда испытываютугнетение от его солей, находящихся в растворе (хлорида и сульфата) [107].
Внейтральных и слабощелочных почвах подвижность железа резко падает, инекоторые растения, в частности плодовые и ягодные, реже овощные, испытываютв нем недостаток.1.2.4 Дефицит железа у растенийДефицит железа у животных и человека носит название анемии и являетсянаиболее распространенным нарушением минерального питания. Недостатокжелезаприводитзамедлениюкразвитияповышеннойиутомляемости,ослаблениюпроблемамиммунитета.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
