Получение и применение биологически доступных соединений железа, стабилизированных гуминовыми веществами (1105651), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Наиболеесдыханием,эффективнымподходом к устранению дефицита железа является введение в рацион пищевыхдобавок в сочетании с улучшением качества пищи, направленным на повышениесодержания биологически доступного железа, как искусственно введенного, так иисходно присутствовавшего в пище [108], [109].24Здоровому человеку необходимо, чтобы сельскохозяйственные продуктыобеспечивали, как минимум, 50 питательных веществ, включающих витамины,аминокислоты и незаменимые жирные кислоты и минеральные элементы, в томчисле, железо. Если система рационального питания не удовлетворяет этимтребованиям, возрастает число людей, страдающих онкологическими и сердечнососудистыми заболеваниями, диабетом и другими болезнями. Глобальное развитиесельскохозяйственных технологий направлено на создание продукции, полезнойдля здоровья человека, содержащей питательные элементы в доступной форме[110], [111].
Растения являются важным источником железа в пище, и созданиесельскохозяйственной продукции с повышенным содержанием железа являетсяодним из подходов к устранению анемии [112]. В связи с этим необходимыисследования, направленные на разработку препаратов, содержащих железо,биологически доступное для растений.Несмотря на то, что содержание железа в окружающей среде велико и внекоторых почвах достигает 3,8% [113], значительная его часть находится вформах, не доступных для растений [114].
В условиях интенсивного сельскогохозяйства может происходить вынос железа из почв с сельскохозяйственнойпродукцией, что приводит к необходимости применения микроудобрений.Наиболее остро проблема железодефицитного хлороза стоит на карбонатных ичерноземных почвах с высоким значением рН и большим содержанием карбонатакальция [114]. Такие почвы располагаются на, так называемых, аридныхтерриториях, занимающих около 1/3 площади земной поверхности, где проживаютздесьоколо1 млрд. человек,илиболее20% населениямира[115].Сельскохозяйственное производство в России ведется на площади 197,6 млн.
га, втом числе посевных площадей – 88 млн. га. [103]. При этом практически всятерритория юга России (27,1 млн. га) расположена в аридной зоне [115], а около100 млн. га в России занимают районы, подверженные опустыниванию и засухамили потенциально опасные в этом отношении [103]. В связи с этим, разработка иприменение эффективных и безопасных корректоров дефицита железа имеетогромное практическое значение.251.2.5 Способы коррекции дефицита железа у растенийНаиболеепростойспособборьбысжелезодефицитнымхлорозом,применявшийся в течение длительного времени, а именно внесение в почву солейжелеза, является недостаточно эффективным и не обладает продолжительнымдействием, так как ионы железа подвергаются гидролизу и выводятся израстворимой фазы почвы вследствие осаждения гидроксидов [85], [107].
Болееэффективным является опрыскивание листьев слабыми растворами солей железа,чаще всего это сульфат или хлорид железа (II), лимоннокислое железо и соль Мора.Такой способ обработки обычно дает только точечное или пятнистое позеленениелистьев, но, тем не менее, способствует значительному улучшению состояниярастений и повышению их продуктивности. Опрыскивание нужно проводитьдважды или трижды на протяжении сезона, что повышает стоимость работ, крометого, даже многократная обработка не является достаточно эффективной.Эффективным способом устранения дефицита железа у плодовых деревьевявляется введение растворов солей или органических соединений железа в штамб ввиде инъекций.
Способ очень трудоемкий, для промышленных садов он малопригоден и не всегда остается безвредным для растений [85]. Перечисленныеспособы борьбы с железодефицитным хлорозом при сильных проявленияхзаболевания не спасают растения от значительного снижения продуктивности илидажегибели.Ситуациявкорнеизмениласьпослевнедрениявсельскохозяйственную практику синтетических хелатов железа.Комплексы железа с органическими хелатами, устойчивые к гидролизу вшироком диапазоне pH и окислительно-восстановительного потенциала среды,представляют собой источник доступных соединений железа для растений [116].Именноонииявляютсянаиболеераспространеннымипрепаратами,используемыми для коррекции дефицита железа [117]. В настоящее время длякоррекции железодефицитного хлороза в основном используются синтетическиехелаты железа (III), органический лиганд которых содержит карбоксильные,фенольные и аминогруппы.
Наиболее распространенными являются следующиесоединения [114]:– Fe-ЭДТА – этилендиамин-N,N,N’,N’-тетраацетат железа;26– Fe-ДТПА – диэтилентриамин-N,N,N’,N”,N”-пентаацетат железа;– Fe-ЭДДГА – этилендиамин-N,N’-ди(2-гидроксифенилацетат) железа;– Fe-ЭДДГМА – этилендиамин-N,N’-ди(2-гидрокси-4-метилфенилацетат)железа;Fe-ЭДДГСА – этилендиамин-ди(2-гидрокси-5-сульфофенилацетат) железа;Fe-ЭДДОА – этилендиаминдиоксифенилацетат железа.Структурные формулы трех наиболее распространенных комплексонов –ЭДТА, ДТПА и ЭДДГА приведены на Рисунке 3.АБВРис. 3 Структурные формулы синтетических комплексонов ЭДТА (А), ДТПА (Б) иЭДДГА (В).Как видно из приведенных структурных формул (Рисунок 3), используемыесинтетические комплексоны являются полидентатными лигандами, координацияжелеза в комплексе с которыми осуществляется через атомы азота и кислорода.
Поструктуре такие лиганды достаточно близки к природным фитосидерофорам, итакже образуют с ионами металлов устойчивые комплексы (Таблица 3). Привыборе хелата железа следует также уделять особое внимание различию ввеличинах констант устойчивости данного хелата с Fe(III) и Ca(II), так как призначительном превышении концентрации кальция над концентрацией железа впочвенномрастворевозможнопоявлениереакцийконкурирующегокомплексообразования, что приведет к уменьшению количества доступного длярастений железа в растворе. Константы устойчивости комплексонатов железа икальция, то есть комплексов металлов с синтетическими лигандами [114], [118],приведены в Таблице 3.27Таблица 3 Константы устойчивости комплексонатов железа и кальция с различнымисинтетическими лигандамиlgКуст (Fe3+)КомплексонЭДДГАДТПАЭДТА30,428,625,1lgКуст (Fe2+)16,514,3lgКуст (Ca2+)7,210,110,6Как видно из данных, приведенных в Таблице 3, комплексонаты железа (III)с данными лигандами более устойчивы, чем аналогичные с железом (II) икальцием (II).
Это обеспечивает биологическую доступность железа в составехелатов в условиях карбонатных почв, на которых обычно и наблюдается дефицитжелеза. Основным процессом, в результате которого железо переходит вбиологически недоступную форму, является гидролиз, поэтому важным свойствомхелатов является устойчивость в щелочной среде. Наименее устойчив комплексFe-ЭДТА, он гидролизуется на 50 % даже при рН 7,5 [119]. Поэтому обычнопредпочтение отдают Fe-ДТПА и Fe-ЭДДГА (коммерческие названия Sequestrene138-Fe, Libfer SP), так как эти хелаты наиболее устойчивы в почве при значенияхрН до 10 [85].Причиной широкого распространения хелатов является то, что ониполностью отвечают требованиям, предъявляемым к препаратам биологическидоступного железа, предназначенным для применения в сельском хозяйстве, таким,как высокое содержание железа (больше 5% масс.), устойчивость к воздействиюсвета, устойчивость к высоким концентрациям кальция в почве, высокаярастворимость [120], [121].Эффективность хелатов для коррекции железодефицитного состояниярастений была продемонстрирована в работах [85], [116], [122], [123].Различия между растениями со стратегией I и стратегией II особенно яркопроявляются в реакции на действие синтетических хелатов.
Это нагляднодемонстрируется результатами работы [124]. Авторами было показано, что в товремя как огурцы при дефиците железа эффективно поглощали его из комплекса сэтилендиаминдиоксифенилацетатом (Fe-ЭДДОА) и довольно слабо реагировали навнесение фитосидерофоров, ячмень поглощал Fe из комплексов с сидерофорами в102-103 быстрее, чем из синтетического хелата железа.28Несмотря на доказанную эффективность этих комплексонов, в последнеевремя все большее внимание уделяется их недостаткам, к которым, в первуюочередь, относится небезопасность для окружающей среды [125].
Показано, чтоони относятся к труднодеградируемым соединениям, что приводит к ихнакоплению в сельскохозяйственных землях и миграции в сопредельные среды –поверхностные и грунтовые воды. Попадая в природные водоемы, комплексоныпереводят тяжелые металлы из донных осадков в подвижную, биологическидоступную форму, что особенно опасно с точки зрения биоаккумуляциизагрязняющих веществ, то есть накопления в живых организмах. Поэтомурегулярное внесение синтетических хелатов железа в земли сельскохозяйственногоназначения может приводить не только к возрастанию химической нагрузки напочву, но и загрязнению сельскохозяйственного сырья и продуктов питания.Широкое применение синтетических хелатов на практике сдерживается такжеочень высокой ценой этих препаратов, что в нашей стране имеет большоезначение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
