Диссертация (1154518), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Снижениефотосинтетической активности, низкий квантовый выход ФСII, а также снижениеудлинения клеток также связаны с Cu–токсичностью (Alaoui–Sossé et al., 2004). Этитенденции были отмечены для разных концентраций меди и для различных растений. Висследовании in vivo на растениях фасоли (Phaseolus vulgaris L., сорт Dufrix), былаустановлена токсическая концентрация меди 15 мкмоль·л−1, при которой наблюдалосьснижение действия фотосинтетических центров, что привело к фотоингибированию инарушению репарации фотосистемы II (Pätsikkä et al., 1998).
Более того, результаты,полученные на рапсе (Brassica nаpus L.) показали, что при экспозиции растений 6мкмоль·л−1 меди содержание хлорофиллов, а также каротиноидов заметно снижалось(Peško, Kráľová, 2013) Медь может оказывать негативное влияние на прорастание семян.Шарма и др. (Sharma et al., 2010) работая с семенами шпината (Spinacia Oleracea L.)обнаружили отрицательную корреляцию между ростом корней и побегов и увеличениемконцентрации меди. Медуони др.
(Mediouni et al., 2006) сравнивая токсические эффектыкадмия и меди на растения томатов (Lycopersicon Esculentum Ibiza F1) отметили, что медьи кадмий существенно снижали прирост биомассы томатов. Кроме того, токсичность медиоказалась более выраженной и привела к значительной индукции перекисного окислениялипидов в проростках, особенно при высоких концентрациях.Цинк является важным эссенциальным элементом, и, несмотря на отсутствиеокислительно–восстановительной активности, он участвует во многих жизненно важныхфизиологических процессах в растениях (Sagardoy et al., 2009), служит неотъемлемымкомпонентом специальных белков, известных как цинковые пальцы, которые связываютсяс ДНК и РНК и способствуют их регулированию и стабилизации (Gupta et al., 2012).
Болеетого, цинк является составной частью различных ферментов, например, оксидоредуктазы,трансферазы, гидролазы (Mishra, Dubey, 2005), а также рибосом (Mousavi et al., 2013), ииграет важную роль в формировании углеводов и хлорофилла, важен для роста корней(Kleckerova et al., 2011).25Цинк в двухвалентном состоянии (Zn2+) является наиболее распространенной впочве формой и лучше всего усваивается растениями (Broadley et al., 2007).Биодоступность цинка зависит от различных параметров, включая общую концентрациюцинка в почве, содержания извести и органических веществ в почве, типа глины,присутствия других тяжелых металлов, рН почвы и от количества соли в субстрате(Bucher, Schenk, 2000; Aref, 2011). Из перечисленных факторов, рН является наиболееважным, влияющим на доступность Zn (Broadley et al., 2007) и более высокое значениерН, как правило, связано со сниженным поглощением Zn растениями (Aref, 2011).
Цинк,при высоких концентрациях в почве (от 150 до 300 мкг · г–1), сильно токсичен (Yadav,2010) и его фототоксичность, в дополнение к факторам биодоступности, зависит от типа истадии развития растений (Baran, 2013). Визуальные признаки нарушений проявляются ввиде хлороза молодых листьев, вследствие дефицита железа или марганца (Sivasankar etal., 2012), появлением пурпурно–красного цвета в листьях из–за дефицита фосфора(Yadav, 2010).
Данные факты указывают на то, что Zn2+ в избытке может легко заменятьдругие металлы, особенно с аналогичным ионным радиусом в активных центрахферментов или транспортеров (Fukao et al., 2011). Также признаками токсическогодействия цинка являются некротические пятна на жилках листовых пластин (Miyasaka etal., 2002).Избыток Zn2+ в клетках может производить активные формы кислорода инеблагоприятно влиять на структуру и проницаемость мембран (Mishra, Prakash, 2010;Hosseini, Poorakbar, 2013). Токсические эффекты цинка схожи с таковыми других тяжелыхметаллов,т.е.цинкможетподавлятьфункциональностьиэффективностьфотосинтетической системы у разных видов растений (Vassilev et al., 2011; Mirshekali etal., 2012; S.
lalelou et al., 2013).В эксперименте с тыквой (Cucurbita pepo), показано, что высокие концентрации2+Znснижали содержание вспомогательных фотосинтетических пигментов, нарушаявсасывание и транслокацию железа и магния в хлоропластах. Повышенный уровень Zn2+,как сообщается, привел к снижению начальной и максимальной флуоресценциихлорофилла, в результате чего наблюдалось подавление активности ФС II (Tsonev, Lidon,2012). Цинк в избытке оказывает генотоксические действие на растения. Оладеле др.(Oladele et al., 2013) показали, что высокие дозы цинка (100 мг · л–1) в клетках привели кхромосомным аберрациям, связанных с нарушениями метафазы и преждевременнымрасхождением хромосом в земляных бобах (Vigna subterranean). Кроме того, Трата и др.(Truta et al., 2013) отметили, что частота анафазно–телофазных аберраций была в 2–3 разавыше, при обработке проростков (Hordeum vulgare L.) 250 до 500 мкл Zn2+ по сравнению с26контролем.
Избыток цинка отрицательно влияет на параметры роста и структуру частейрастений. Тодечини и др. (Todeschini et al., 2011) показали, что под действием цинка резкоизменились морфология и ультраструктура листьев тополя (Populus alba), также отмеченообразование кристаллов кальция оксалата. Вияренган и Махалакшми (Vijayarengan,Mahalakshmi, 2013) выявили снижение длины корней и проростков, а также площадилистьев у томатов (Solanum Lycopersicum L.) при экспозиции цинком.Существуетрядработ,вкоторыхподчеркиваетсятоксическийэффект,оказываемый различными металлами на растения (Lee et al., 2008; Lee et al., 2010). Вчастности, отмечается существенный токсический эффект высокодисперсных частицоксида цинка, который часто входит в состав, как муниципальных, так и доменныхшламов. Оксид цинка с размером частиц в микронном диапазоне имеет специфическиесвойства, по сравнению с обычным оксидом цинка в крупнокристаллическом состоянии,чтосвязаносвозможностьюпроникновениячерезклеточныемембраныинепосредственного взаимодействия с митохондриями эукариотов.В работах отечественных ученых также достаточно широко описаны эффектыметаллов и их соединений – железа, меди, цинка и др.
на сельскохозяйственные растения.В частности, ряд исследований направлен на изучение металлов в высокодисперснойформе. Показана стимуляция процессов адаптации биологических систем к внешнимусловиям, улучшение таких хозяйственно ценных показателей, как мощность растений иих урожайность. Предполагается, что высокодисперсные металлосодержащие частицы,обладающие пролонгированным действием, постепенно окисляясь в почве, создаютнеблагоприятные условия для патогенных микроорганизмов и используются растениями впроцессе роста и развития как микроэлементы (Горбачев, 2001; Ling, Yatts, 2005; Yatts,Ling, 2007; Zhu et al., 2008; Жеглова и др., 2010; Моргалёв и др., 2010; Еськов, Чурилов,2011; Маслоброд и др., 2014).Ультрадисперсные металлы воздействуют на биологические объекты на клеточномуровне, внося свою избыточную энергию, повышающую эффективность протекающих врастениях процессов, а также участвуя в процессах микроэлементного баланса, т.е.являются биоактивными.
Получаемые варианты высокодисперсных форм таких металловкак железо, цинк и медь, в отличие от их солей, потенциально менее токсичны. Онирасходуются постепенно, генерируя по мере необходимости ионы и электроны, быстровключающиеся в биохимические реакции в момент образования. Таким образом,достигаетсяпролонгирующийэффектпитаниярастенийсогромнойудельнойповерхности (сотни квадратных метров на 1 грамм вещества), содержащей множество27источников, окруженных оболочкой ионов. Препараты вносятся в микродозах и незагрязняют окружающую среду (Коваленко, Фолманис, 2000).Авторами показано положительное влияние высокодисперсной меди определенныхконцентраций на морфофизиологические показатели и показатели урожайности яровойпшеницы, гибрид подсолнечника, гибрид кукурузы (Куцкир, 2014).Наноразмерныесоединениямедиицинкарассматриваютсявкачествеэффективных супрессоров патогенной микрофлоры, вызывающей, в числе прочего,разнообразные фитопатологии, а также как активаторы ростовых процессов (Паничкин,Райкова, 2008; He et al., 2011; Kanhed et al., 2014).Наноразмерные частицы железа оказывают положительное влияние на энергиюпрорастания, полевую всхожесть и все элементы структуры биологического урожаяярового рапса.
Лучшее развитие растений обеспечивает большее нарастание надземноймассы растений, что в свою очередь увеличивает фотосинтетические показатели(Виноградов, 2011; Li et al., 2015). Кроме того, наноразмерное железо являетсяиммобилизатором опасных экотоксикантов, таких, как мышьяк (Yanet al., 2013).Таким образом, есть основания полагать, что металлургический шлам, содержащийсоединения указанных элементов в микро– и нанодисперсном состоянии, послеразбавления до предусмотренных действующими нормативами концентраций можетслужить полупродуктом для производства эффективных микроэлементных почвенныхстимуляторов и мелиорантов.28ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ2.1 Объект исследованияДляпроведенияисследованиябылвыбранвысокодисперсныйотходметаллургического производства – шлам газоочистки доменного цеха ОАО «Северсталь»г.
Череповец. Доменные шламы, помимо железа, содержат так же ряд других элементов –в первую очередь цинк, медь, кальций, алюминий, свинец, кадмий и др. В качествеосновного фактора, существенно ограничивающего переработку таких шламов, выступаетсодержание цинка.В последнее время в составе аглодоменной шихты предприятия чернойметаллургии все чаще используют железорудные концентраты с заметной долей цинка –такие, как окатыши Костомукши (ОАО «Карельский окатыш»), концентраты КовдорскогоГОК. В результате, в составе улавливаемых с помощью мокрой газоочисткивысокодисперсныхпылей(шламовдоменногопроизводства)присутствуетдо 8–9 % цинка.Для снижения риска образования цинкитных настылей в верхних горизонтахдоменной печи, в агломерацию принимаются только шламы, содержащие не более 0,5 %цинка.
Накладываемые на состав вторичного железосодержащего сырья ограниченияведут к отказу от рециклинга цинксодержащих металлургических отходов и накоплениюзапасов потенциально полезных источников железа, цинка, меди и других элементов всоставе отвалов в золошламонакопителях предприятий черной металлургии.Образец металлургического шлама (пыли газоочистки доменного цеха) былотобран из сточной воды газоочистки доменного цеха (рис.
6 (а, б)), отфильтрован навакуумном фильтре, высушен при комнатной температуре в течение 48 ч. Далее сухойшлам был гомогенизирован с помощью механической ступки (Fritsch Pulverisette 2) (рис. 6(в)). Сухой шлам хранили в герметичном полиэтиленовом пакете при комнатнойтемпературе, влажность используемого в ходе настоящих исследований образца непревышала 0,8 %.29а)б)в)Рисунок 6 – а) шламонакопитель; б) металлургический шлам; в) металлургическийшлам после высушивания и измельчения2.2 Тест-объектыДля проведения экспериментов по оценке влияния шлама металлургическогопроизводства на растения было выбрано 12 сельскохозяйственных культур.1) Горчица белая (Sinapis alba L., 1753), сорт «Радуга»2) Клевер красный (Trifolium rubens L., 1753), сорт «Трубетченский»3) Козлятник восточный (Galega orientalis L., 1753), сорт «Гале»4) Лён-долгунец (Linum usitatissimum L., 1753), сорт «Лидер»5) Люцерна посевная (Medicago sativa L., 1753), сорт «Вега 87»6) Пшеница озимая (Triticum aestivum L., 1753), сорт «Престиж»7) Рапс яровой (Brassica napus L., 1753), сорт «Липецкий»8) Фацелия пижмолистная (Phacelia tanacetifolia Benth.,1810), сорт «Радуга»9) Эспарцет песчаный (O.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
