Биологическая миграция тяжелых металлов в системе почва-растения при использовании микробиологических удобрений и регуляторов роста рас

 МИНИСТРЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ 

     ЕСТЕСТВЕННО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

     КАФЕДРА ХИМИИ 

     Биологическая миграция тяжелых металлов в системе почва-растения при использовании микробиологических удобрений и регуляторов роста растений

     (реферат) 
 
 
 
 

Выполнила: студентка 5 курса

Горбачева А.С.

Подпись_______________

Научный руководитель:

к. г. – м. н., доцент каф. химии

Подпись_______________ 
 
 
 
 

БЛАГОВЕЩЕНСК 2008 

Содержание

  Введение………………………………………………………………………… 3

1. Микроэлементы в жизни растений………………………………………..4
2. Миграция тяжелых металлов. Виды миграции………….…………….11
3. Почвы и процессы в них ………………………………………………….16
1. Общая характеристика почв ………………………………………….16
2. Микроэлементный состав почвы …………………………………….19
4. Использование удобрений и регуляторов роста в земледелии ………25
1. Ризосферная микрофлора и ее роль в жизни растений …………….25
2. Микробиологические удобрения …………………………………….29
3. Стимуляторы роста …………………………………………………...33

Список  использованной литературы ……………………………………….36

 

Введение

       В настоящее время в сельском хозяйстве использует большой перечень средств защиты растений от болезней, насекомых и разнообразных воздействий среды, а также повышения урожайности с/х культур. Большинство из них искусственного происхождения и не разрушаются ни ферментативными системами растений, ни физическими или химическими воздействиями. Это приводит к их накоплению в собираемом урожае, а значит в организме людей и животных. Поэтому в настоящее время в мире существует острая необходимость создания  препаратов, позволяющих получать экологически чистые продукты питания.

     Перспективными  для Приамурья являются микробиологические удобрения и стимуляторы роста, в том числе Экстрасола и Лариксина.

     Микроорганизмы  продуцируют органическое вещество почвы и ряд ферментов, это помогает усваивать ранее не доступные для растений вещества. Кроме того, микроорганизмы выделяют витамины, регуляторы роста, антибиотики, оказывающие существенное влияние на развитие растений, также влияют на миграцию ТМ в системе почва - растения и на их перераспределение в вегетативных и генеративных органах растений. Поэтому использование микробиологических препаратов и регуляторов роста в растениеводстве является перспективным направлением на пути повышения урожайности сельскохозяйственных культур. 

 

• Микроэлементы в  жизни растений

      Существенное  значение в питании растений, формировании урожая и его качества имеют бор, марганец, молибден, медь, цинк, кобальт, йод, свинец, никель и др. Содержание большинства этих элементов в растениях колеблется от тысячных до стотысячных долей процента. Поэтому они получили название микроэлементы (Минеев В.Г., 2004). Термин «микроэлементы» был введен Вернадским в 1993 году, под ним понимается химические элементы, содержащиеся в тканях в ничтожно малых количествах (10^-3 %) и вместе с тем отличается высокой биологической активностью (Ковда В.А., 1973).

      Микроэлементы принимают участие во многих физиологических  и биохимических процессах у растений. Они - обязательная составная часть во многих ферментов, витаминов, ростовых веществ, играющих роль биологических ускорителей и регуляторов сложнейших биохимических процессов (таб. 1) (Пейве Я.В., 1961).

      Таблица 1.1

      Участие микроэлементов в  ферментативных реакциях

 

      Микроэлементы ускоряют развитие растений, процессы оплодотворения и плодообразования, синтез и передвижение углеводов, белковый и жировой обмен веществ и т.д. Поэтому необходимо внимательно изучать потребность растений в каждом микроэлементе и оптимально ее удовлетворять (Минеев В.Г., 2004).

      Для экзогенных, повышенных концентрацией  элементов термин «микроэлементы»  не пригоден. В таких случаях применяют  термин «тяжелые металлы» (Богдановский Г.А., 1994).

      Проблема  поступления металлов в растения имеет два практических аспекта. Во-первых, растения являются промежуточным резервуаром, через который металлы переходят из воды, воздуха и главным образом почвы в организмы человека и животных, в связи, с чем необходима разработка методов защиты пищевых цепей от проникновения токсикантов в опасных концентрациях. Во-вторых, доказана токсичность тяжелых металлов для самих растений, что ставит ряд вопросов о реакции растений на избыток тяжелых металлов в среде (Большаков В.А., 1993).

      По  мнению многих авторов, доступность тяжелых металлов растениям в первую очередь определяется щелочно-кислотыми условиями почв. С увеличением кислотности повышается содержание большинства металлов в почве, а, следовательно, и в растениях. Растения захватывают растворимые соединения и отлагают их в местах наиболее сильного испарения, главным образом в листьях (Ильин В.Б., 1991).

     По  мере роста растений элементы перераспределяются по их органам. При этом для меди и цинка устанавливается следующая  закономерность в их содержанию: корни > зерно > солома. Для свинца, кадмия и стронция она имеет другой вид: корни > солома > зерно.

      Преимущественное  накопление металлов в корнях объясняется  тем, что при проникновении в  плазму происходят инактивация и  депонирование значительных количеств ТМ, видимо, в результате образования малоподвижных соединений с органическими веществами (Большаков В.А., 1993).

      Содержание  микроэлементов в растениях очень  динамично. Во-первых, их концентрация в ежегодно образующихся и отмирающих органах возрастает на протяжении вегетационного периода (Добровольский В.В., 1983). Одной из причин этого является неспособность потока элементов поступающих из почвы в растения, равномерно, в течение всей вегетации насыщать металлами прирост биомассы, который к середине лета достигает максимума, и хотя темп их поступления более или менее равномерен, возникает так называемый «эффект разбавления» (Большаков В.А., 1993).  Во-вторых, большое влияние оказывают дожди, активно смывающие рассеянные элементы с листьев, хвои, молодых побегов. После сильного дождя концентрация микроэлементов в листьях может уменьшиться в несколько раз (Добровольский В.В., 1983).

      Ковалевский (1975) доказал, что в одних растениях (точнее, в определенных органах и тканях) концентрация микроэлементов может возрастать очень сильно, без каких либо определенных пределов. При этом накопление элемента в начале стимулирует жизнедеятельность растения и его продуктивность, затем угнетает и, в конце концов, вызывает его гибель. В других растениях при достижении определенного уровня концентрации элемента начинают действовать механизмы, препятствующие дальнейшему его поглощении. Эти предельные уровни названы физиологическими барьерами поглощения: барьерный и безбарьерный типы поглощения. Ограниченное поглощение, по-видимому, характерно преимущественно для зеленых опадающих частей и репродуктивных органов. А отсутствие ограничения - для корней, узлов стеблей злаков, коры и иногда древесины стволов деревьев. Растения имеют три  защитных «барьера» против поступления тяжелых металлов: на границах почва - корень, корень - стебель, стебель - репродуктивные органы (Школьник М.Я., 1974).

      От  одинаковой дозы тяжелого металла в  наименьшей степени страдает высота растения, в наибольшей - урожай зерна, т.е. избыток тяжелого металла сильнее депрессирует репродуктивную фазу развития растений. Особенно это относится к Cd, который не подавляет вегетативную фазу развития, не препятствует пышному цветению растений, но затем каким-то образом сильно угнетет процесс формирования и роста плодов и семян (Ильин В.И., 1991).

      Цинк - жизненно необходимый элемент, для растений. В среднем в растениях обнаруживается 0,0003% цинка (Войнар А.И., 1960).

     Он  входит в состав целого ряда ферментов, играет важную роль в синтезе нуклеиновых кислот - ДНК и РНК (Богдановский Г.А., 1994). Он принимает участие в белковом, липоидном, углеводном, фосфорном обмене веществ, в биосинтезе витаминов (аскорбиновой кислоты и тиамина) и ростовых веществ - ауксинов. Цинк улучшает водоудерживающую способность растений, повышает количество прочно связанной воды (Минеев В.Г., 2004).

      Под влиянием цинка происходит увеличение содержания витамина C, каротина, углеводов  и белков в ряде видов растений. Цинк усиливает рост корневой системы  и положительно сказывается на морозоустойчивости, а также жаро-, засухо- и солеустойчивости растений. (Войнар А.И., 1960).

      Недостаток  цинка приводит к нарушению обмена веществ у растений. Цинковое голодание  нарушает также углеводный обмен  у растений: задерживается образование  сахарозы и крахмала, больше накапливается редуцирующих сахаров. При резком недостатке цинка нарушается процесс образования хлорофилла, в результате чего проявляется пятнистый хлороз, позже пятно приобретают красновато-бронзовую окраску (Минеев В.Г., 2004).

      К недостатку цинка очень чувствительны плодовые культуры, особенно цитрусовые, а также кукуруза, соя, фасоль, гречиха, свекла, хмель, картофель, клевер луговой. (Ягодин Б.А., 2002).

      Дефицит цинка чаще всего проявляется на песчаных карбонатных почвах и богатых кальцием болотных почвах. Снижение подвижности цинка на карбонатных почвах объяснятся связыванием его известью в нерастворимые цинкаты кальция. Кроме того, кальций задерживает поступление цинка в растения, так как эти катионы являются антагонистами. Подкисление почвы обычно сопровождается увеличением содержания в почве подвижного цинка. На усвояемость цинка отрицательно влияют и фосфаты почвы, которые могут образовывать с ним труднорастворимые соединения (Минеев В.Г., 2004).

      Медь - весьма нужный микроэлемент для развития растений (Ермоленко Н.Ф., 1956). Медь выполняет следующие биохимические функции (Кабата-Пендиас А., 1989):

• Cu присутствует в основном в комплексных соединениях с низкомолекулярными органическими веществами и протеинами.
• Cu присутствует как в составе энзимов, имеющих жизненно важные функции для метаболизма растений, так и в веществах с неизвестными функциями.
• Cu играет значительную роль в некоторых физиологических процессах - фотосинтезе, перераспределении углеводов, восстановлении и фиксации азота, метаболизме протеинов и клеточных стенок.
• Cu влияет на проницаемость сосудов ксилемы для воды и таким образом контролирует баланс влаги.
• Cu контролирует образование ДНК и РНК, и ее дефецит заметно тормозит репродуцирование растений (уменьшает образование зерен, приводит к стерильности спор).
• Cu оказывает влияние на механизмы, определяющие устойчивость к заболеваниям.

      При нехватке меди у растений, выращенных на торфяных почвах, задерживается  рост и развитие, снижается урожай, и они могут даже погибнуть.

      Недостаток  меди сильнее всего влияет на формирование генеративных органов. Не все растения одинаково чувствительны к недостатку меди (Ермоленко Н.Ф., 1966). В большей степени недостаток меди отражается на  овсе, ячмене, пшенице. Менее чувствительны - бобовые, картофель, свекла и другие овощные культуры (Мусина С.А., 2002).

      Свинец. Хотя в природе Pb присутствует во всех растениях, выявить какую-либо особую его роль в метаболизме не удалось. Несмотря на плохую растворимость Pb в почве, он поглощается корневыми волосками и задерживается в стенках клеток (Кабата-Пендиас А., 1989). Но как правило, корне- и клубнеплоды не накапливают свинец в съедобных частях, но возможны и исключения: в плодах вишнеплодных томатов накапливается свинца 0,15 - 19 мг/кг, а в съедобных органах репчатого лука и свеклы  - до 21,7 мг/кг (Соловьев Г.А., 1978).