Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 50
Текст из файла (страница 50)
В их основе лежитмолекула глюкозы (или другая гексоза), которая эфирными связямисвязана с галловой или эллаговой кислотой:соонно0с//CH«°-Qэллаговая кислотагалловая кислотаТипичным представителем этой группы дубильных веществ является китайский таннин, строение которого, по М. Н. Запрометову, показано на рис. 35.Гоно—с\-<с5-он^ОУ-о7онно онмегд-тригалловая кислотаCH 2 0R 5ОНСЧОУоно—с.^О^онно онмега-дигалловая кислота\-<OVOHонгалловая кислотаРис. 35. Строение китайского таннина (по Запрометову)Конденсированные дубильные вещества — это производные катехинов и некоторых других флавоноидов, образующиеся в результате реакции окислительной конденсации.
В отличие от гидролизуемых дубильных веществ эти соединения при действии кислот не гидролизуются, а конденсируются с образованием нерастворимых темно-красныхили бурых осадков.Значение флавоноидов в гумусообразовании, видимо, больше, чемэто считается в настоящее время. Следует упомянуть, что английскийботаник М. Харст, рассматривая возможные источники ароматическихфрагментов для гумификации, предложил в зависимости от происхождения различать лигниновые, флавоноидные и пигментные гуминовыекислоты.Пигменты. В составе органического вещества почв постоянно присутствует большая группа разнообразно окрашенных веществ растительного и микробного происхождения, несколько условно объединяемых понятием «пигменты».
В их число входят меланины, пигментыгруппы оксиантрахинонов и родственные им вещества, хлорофиллы.Меланинами называют высокомолекулярные азотистые или безазотистые вещества, окрашенные в бурые, темно-коричневые или черные цвета. В процессе жизнедеятельности темноокрашенные пигментыобразуются многими микроскопическими грибами, актиномицетами,бактериями, встречающимися или даже широко распространенными впочвах.По многим свойствам такие пигменты сходны с гумусовыми кислотами.
Например, меланиновые пигменты из культуральной жидкости иклеток актиномицетов имеют в своем составе 50—60% С, 4,5—6,5% Н,2—10% N. Элементный состав грибных пигментов колеблется примерно в тех же пределах. Спектры поглощения в видимом диапазоне характеризуются пологими, без максимумов, кривыми с постепенно уменьшающейся оптической плотностью от 400 до 750 нм. Интенсивность окраски растворов таких пигментов того же порядка, что и окраска растворов гуматов натрия, выделенных из подзолистых и серых лесныхпочв. Большое сходство обнаруживается и по инфракрасным спектрам;в спектрах пигментов превалируют полосы поглощения около 1700 см - 1(группа —СООН), 1650 и 1600 см - 1 (полоса «амид I» и группа С = С).Интенсивные полосы поглощения лежат в интервалах 1000—1100 см- 1(спиртовые группы, углеводы) и 1220—1250 см- 1 (—СООН).Некоторые из темноокрашенных пигментов по изученным свойствам почти не отличимы от гуминовых кислот.
Несмотря на это, нельзяставить знак равенства между пигментами и гуминовыми кислотамипрежде всего потому, что далеко не все меланиновые пигменты совпадают по свойствам с гумусовыми веществами. Кроме того, следуетиметь в виду, что, поступая в почву, эти пигменты так же, как и другие составные части почвенного гумуса, подвергаются трансформации.Органическими растворителями (ацетон, эфир, бензол, хлороформ)из почвы можно извлечь ярко окрашенные пигменты, относящиеся кгруппе оксиантрахинонов. Некоторые из них экстрагируются и раствором щелочи вместе с гумусовыми веществами.
Для экстракции используют также смесь водного раствора щелочи и ацетона. После очисткии разделения удается получить серию пигментов, окрашенных в желтые, оранжевые, красные, пурпурные тона. При добавлении концентрированной H 2 S0 4 некоторые из пигментов меняют окраску от краснойдо изумрудно-зеленой.В основе строения этих пигментов лежат оксиантрахиноны и различные их производные. Д. Мак-Граф выделил из почвы Ирландии пиг190мент, который он назвал хризоталунином (I); это — дегидродимер хризофанола (II), или 1,1',8,8'-тетраокси-3,3'-диметил-7,7'диантрахинон.
Выделены из почв также пигменты типа хризазина (III) и скирина (IV):ноо он^Пигменты ряда оксиантрахинонов обладают заметной физиологической активностью и способностью к реакциям конденсации, а их конденсированные кольца могут служить непосредственным источникомароматических фрагментов гумусовых кислот.
Родственные этим пигментам антрахиноны японский исследователь К. Кумада идентифицировал в продуктах окисления гуминовых кислот щелочным растворомперманганата калия.Экстрагируемые органическими растворителями свободные пигменты содержатся в почвах в небольших количествах: единицы или первыедесятки миллиграммов в 1 кг почвы, но они постоянно продуцируютсяживыми организмами и участвуют в общей цепи превращений гумусовых веществ.Особый интерес представляет зеленый пигмент, который первоначально был назван даже «зеленой гуминовой кислотой» (green humicacid).Э т т пигмент экстрагируется из почвы водным раствором щелочии затем осаждается при подкислении вместе с гуминовой кислотой.В классификации гумусовых веществ, по Кумаде, он обозначаетсясимволом Р г .
Содержание пигмента P g в почвах иногда бывает стольвелико, что щелочная вытяжка имеет ясно выраженный зеленоватыйоттенок. При фракционировании компонентов такой вытяжки на колонке с гелем сефадекса фракция Pg формирует хорошо ограниченнуюзону, окрашенную в яркий зеленый цвет. Эта фракция движется по колонке наиболее медленно, что указывает на ее низкую молекулярнуюмассу.Пигмент Pg легко можно обнаружить по характерному спектру поглощения. Если гумусовые кислоты имеют пологие спектры в диапазоне 400—750 нм, то для Рд характерны две пары максимумов при 420—425, 450—460 нм и 570—580, 615—620 нм.
Наличие максимумов в спектрах поглощения указывает на присутствие Pg, а по интенсивности максимума в области 620 нм его содержание можно установить количественно.Структурно этот пигмент близок к 4-9-диоксиперилен-3,10-хинону:но оноо191Зеленый пигмент продуцируется микроскопическими грибами, вчастности Сепососсит graniforme, и встречается в почвах различныхприродных зон; количество его может достигать 10% от содержаниягуминовой кислоты и даже больше.
Фракция Р г обычно приурочена кпочвам, испытывающим хотя бы временное повышенное увлажнение;она характерна для дерново-подзолистых и бурых лесных почв, рядапойменных почв; накопление Pg усиливается при развитии временных•процессов оглеения. В лугово-степной и степной зонах фракцию Pgтакже можно встретить в почвах, испытывающих несколько повышенноеувлажнение, например в лугово-черноземных.Среди других пигментов растительного происхождения определенное значение имеют порфирины, в частности производные хлорофиллаи продукты его деструкции. В основе строения хлорофилла лежит ароматическая гетероциклическая система — порфин:Производные порфина с углеродными заместителями в пиррольныхО•циклах^гназываются порфиринами.нВ различных почвах найдены хлорофилл а, хлорофилл Ь, феофитины а и b и другие продукты распада хлорофилла.
Обнаружены такжехлорофиллоподобные пигменты, которые пока не удалось отнести кизвестным в биохимии растений соединениям. Найдены в почвах каротин и ксантофилл — красящие желтые вещества растительных тканей.По химической классификации хлорофиллы и каротиноиды относятсяк разным группам, но они сопутствуют друг другу и совместно встречаются в почвах. В основе каротиноидов лежат остатки изопренаСНз!'СН2 = СН—С = СН2, образующиесплошнуюцепьсопряженныхдвойных связей; это обусловливает достаточно интенсивную окраскукаротиноидов:HVC"3ч^?,СН 3СНзHVH3н 2 с/ с-сн=сн-с=сн-сн=сн-с=сн-сн=сн-сн=с-сн=сн-сн=с-сн=сн-нс х сн„IIII I 2н2с / - С Н з/С / С н 2^ос-каротин,/Н3ССПигменты типа хлорофилла и каротиноидов постоянно поступаютв почву с растительным опадом и обогащают органическое веществогетероциклическими формами соединений азота и углеводородными цепочками с развитой цепью сопряженных углерод — углеродных двойных связей.
Эти структурные фрагменты существенны для процессагумификации. Кроме того, пигменты и их производные или продуктычастичной деструкции обладают физиологической активностью и спо•собны к реакциям комплексообразования. Это позволяет предполагатьих активную роль в почвообразовании, хотя конкретные механизмы192взаимодействия и трансформации пигментов изучены крайне недостаточно.Хлорофилл и его производные могут быть использованы для диагностики и оценки интенсивности почвенных биохимических процессов.Содержание хлорофилла (или его производных) в почвах легко установить спектрофотометрическим методом. Качественно присутствие хлорофилла в спиртобснзольных экстрактахиз почв устанавливают по максимумам при 660—670 нм в спектрах поглощения (рис.
36). Обычно липиднаяфракция органического вещества почв,извлекаемая спиртобензольной смесью, характеризуется сравнительнопологим спектром поглощения безмаксимумов; спектр липидов в видимой облгсти напоминает спектры гумусовых кислот. В присутствии хлорофилла появляется четко очерченный максимум при 660—670 нм и сеРис. 36. Спектры липидной фракрия других полос поглощения меньции почв (/) и раствора хлорофилла (2)шей интенсивности. Пигмент Pg имеетмаксимум поглощения при 620 нм илегко отличим от хлорофилла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
