Влияние тяжелых металлов на растения

Установлено положительное  влияние меди на синтез белков в  растениях и благодаря этому  — на водоудерживающую способность  растительных тканей. Напротив, при  недостатке меди гидрофильность коллоидов  тканей уменьшается. 

Очевидно, вследствие этого медь в виде удобрений имеет  значение для придания растениям  засухо- и морозоустойчивости, а  также, возможно, устойчивости к бактерийным  заболеваниям. 

Болезни недостаточности  меди у растений:  

- экзантема, или  суховершинность плодовых деревьев. Поражает цитрусовые (рис. 2), а также  яблони, груши, сливы и маслины.  У цитрусовых листья достигают  больших размеров, молодые побеги  изгибаются, на них развиваются  вздутия, затем трещины. Пораженные  побеги теряют листья и высыхают. Крона деревьев приобретает кустовидную  форму. Плоды мелкие с бурыми  пятнами и бородавками. Листья  имеют сначала ярко-зеленый цвет, а в дальнейшем появляется  пятнистость и хлороз. 

У яблонь заболевание  проявляется в отмирании верхушек побегов — наступает увядание и свертывание листьев. Края листьев  становятся как бы обожженными. У  персиков наступает гибель побегов, ухудшается цветение и завязывание  плодов; на листьях появляются крупные  хлоротичные пятна. 

- «болезнь обработки»  травянистых растений проявляется  в подсыхании кончиков листьев,  задержке в формировании репродуктивных  органов, пустозернистости колоса. При этом заболевании растения  кустятся и, не переходя к  стеблеванию, погибают. 

Поражаются «болезнью  обработки» главным образом овес, ячмень, пшеница, свекла, бобовые, лук; меньше— рожь, гречиха, клевер. «Болезнь обработки» встречается преимущественно  на болотистых почвах и торфяниках; это заболевание называется также  «болезнью освоения», так как  она поражает овес, ячмень, яровую и  озимую пшеницы и другие злаки, а  также лен, коноплю, махорку и  другие культуры на мелиорированных  почвах. 

На некоторых торфяных почвах злаки в фазе молочной спелости полегают, образуя колена. В тканях выпуклой части колена окислительные  процессы (активность пероксидазы, полифенолоксидазы, цитохромоксидазы) протекают на более  высоком уровне и в них содержится в 3 раза больше меди, чем в противоположно расположенных тканях. 

 «Болезнь обработки»  не возникает, если в почву  вносят сернокислую медь в  количестве 25 кг на 1 га, что ведет  к нарастанию содержания меди  в растениях (пшенице, ржи, овсе  и других злаках). 

Применение медных удобрений не только сказывается  на повышении урожайности, но и на качестве сельскохозяйственных продуктов. Так, количество белка в зерне  нарастает, сахаристость сахарной свеклы увеличивается, так же как процент  выхода каучука у кок-сагыза, содержание витамина С и каротина в плодах и овощах, улучшаются технологические  качества волокна конопли. Под влиянием медных удобрений повышается устойчивость озимой пшеницы к полеганию.

Цинк 

Среднее содержание цинка в почвах составляет 0,005%; из этого количества на долю растворимого цинка приходится не более 1 %. 

Солончаковые и  солонцеватые почвы содержат больше всего подвижного цинка (0,0087—0,014%), что  связано с высокой дисперсностью  солонцеватых почв и наличием в них  соединений цинка типа цинкатов натрия и калия. Промежуточное положение  по количеству подвижных форм цинка  занимают черноземы и серые лесные почвы; меньше всего таких форм в  подзолистых почвах (0,00185—0,00241%). На кислых почвах цинк более подвижен и выносится из почв в больших  количествах; поэтому на кислых почвах чаще наступает дефицит цинка, на щелочных почвах цинк наименее подвижен. 

В среднем в растениях  обнаруживается 0,0003% цинка. В зависимости  от вида, местности произрастания, климата  и т. п. содержание цинка в растениях  весьма варьирует. 

Цинк является компонентом  ряда ферментных систем. Он необходим  для образования дыхательных  ферментов—цитохромов А и Б, цитохромоксидазы (активность которой резко падает при недостаточности цинка), входит в состав ферментов алкогольдегидразы  и глицилглициндипептидазы. Цинк связан с превращением содержащих сульфгидрильную  группу соединений, функция которых  состоит в регулировании уровня окислительно-восстановительного потенциала в клетках. При недостатке цинка  в вакуолях клеток накопляются полифенолы, фитостерин, лецитин как продукты неполного окисления углеводов  и белков; в листьях обнаруживается больше редуцирующих сахаров и фосфора  и меньше сахарозы и крахмала. При  отсутствии цинка нарушается процесс  фосфорилирования глюкозы. Недостаток цинка ведет к значительному  уменьшению в растениях ростового  гормона — ауксина. 

Цинк является составным  компонентом фермента карбоангидразы. Входя в состав карбоангидразы, цинк влияет на важнейшую фотохимическую реакцию «темновой» утилизации углекислого  газа растениями и на процесс выделения  СО2, т. е. на процесс дыхания растений. Растения, развивающиеся в условиях недостаточности цинка, бедны хлорофиллом; напротив, листья, богатые хлорофиллом, содержат максимальные количества цинка. В зеленых листьях цинк, возможно, связан с порфиринами. 

Под влиянием цинка  происходит увеличение содержания витамина С, 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. Соединения цинка имеют  большое значение для процессов  плодоношения. 

Горох, сорго и  бобы в водных культурах не дают семян при концентрации цинка  в среде 0,005 мг на 1 л и ниже. С  повышением концентрации цинка в  питательной смеси соответственно число семян увеличивается. 

В местностях вблизи цинковых залежей произрастает так  называемая галмейская флора — растения, обогащенные цинком. 

Болезни недостаточности  цинка распространены преимущественно  среди плодовых деревьев; могут заболевать также хвойные растения и кукуруза. Главнейшие из этих болезней недостаточности  следующие: 

- мелколистность, или  розеточная болезнь, листопадных  деревьев. Поражает яблони, груши,  сливу, персики, абрикос, миндаль,  виноград , вишню. На заболевшем  растении весной образуются укороченные  побеги с розеткой мелких скрученных  листьев. На листве —явления  хлороза. Плоды мелкие и деформированные,  часто вообще не появляются. Через  1—2 года побеги отмирают. 

Заболевание излечивается непосредственно введением в  стволы больных деревьев сернокислого цинка в кристаллическом виде, внесением в почву соединений пинка, опрыскиванием растений раствором  цинковых солги. 

При обильном развитии микроорганизмов па некоторых почвах они могут в значительной мере поглощать цинк и создавать условия  цинкового голодания для высших растений. Стерилизация почв, убивая микробы  и, возможно, разрушая соединения, в  виде которых цинк оказывается в  связанном состоянии, ставят высшие растения в условия более полной обеспеченности цинком. 

- пятнистость листьев  цитрусовых, «крапчатость». Между  жилками листьев появляются желтые  участки, поэтому листья приобретают  пятнистый вид. Зеленая окраска  сохраняется лишь у основания  листьев, остальная часть становится  белой. Листья и корневая система  перестают расти, и растения  погибают. 

- бронзовость листьев  тунговых. Листья приобретают бронзовую  окраску, отдельные участки отмирают. Появляющиеся взамен погибающих  новые листья деформированы. Больные  деревья мало устойчивы против  морозов. 

- розеточная болезнь  сосны. Хвоя на концах побегов  приобретает бронзовую окраску. 

- побеление верхушки  кукурузы. Между жилками листа  появляются светло-желтые полосы, развиваются некротические пятна  и отверстия. Новонарастающие  листья имеют бледно-желтый цвет. 

Цинковые удобрения  с успехом используются для повышения  урожайности ряда культур: сахарной свеклы, озимой пшеницы, овса, льна, клевера, подсолнечника, кукурузы, хлопчатника, цитрусовых, других плодовых, древесных  и декоративных растений. 

Некоторые растения особенно отзывчивы на цинковые удобрения. При использовании минеральных  удобрений, содержащих 20 кг сернокислого цинка на 1 га, наблюдается больший  урожай зерна кукурузы, чем от применения любой удобрительной смеси без  цинка. При этом кукуруза, больная  «побелением верхушки», полностью  выздоравливает — исчезает хлороз, появляются нормальные зеленые листья.

Заключение 

Тяжелые металлы(Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Химические элементы, которые, входя  в состав организмов растений, животных и человека, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической ролью. Мощное воздействие микроэлементов на физиологические процессы и организме объясняется тем, что они вступают в теснейшую связь с биологически активными органическими веществами — гормонами, витаминами. Изучена также их связь со многими белками и ферментами. 

Микроэлементам, несмотря на их малое количественное содержание в организмах, принадлежит значительная биологическая роль. Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено  специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические  процессы — например, фотосинтез у  растений. 

Многие металлы, преимущественно  микроэлементы, в растворах обладают ярко выраженным каталитическим действием. Это каталитическое действие микроэлементы  проявляют и в живом организме, особенно тогда, когда они вступают во взаимодействие с органическими  веществами, содержащими азот. 

Максимальную каталитическую активность металлы как таковые  или, чаще, их металлоорганические (органо-минеральные) соединения приобретают, вступая в  соединения с белками. Именно такое  строение имеют многие биологические  катализаторы — ферменты. Помимо значительного  повышения активности, роль белкового  компонента заключается в придании таким соединениям, в основном ферментам, специфичности действия. 

При взаимодействии микроэлементов с белковыми компонентами ферментов образуются металлоэнзимы.

Список литературы 

Добролюбский О.К. Микроэлементы и жизнь, М., 1956. 

Дробков А.А. Микроэлементы  и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных. М., 1958.    

Пейве Я В Микроэлементы  в сельском хозяйстве нечерноземной  полосы СССР. М., 1954. 

Пейве Я В Микроэлементы  и ферменты, М., 1960.  

Стайлс В. Микроэлементы  в жизни растений и животных. М., 1949 

Школьник М.Я. и  Макарова Н.А. Микроэлементы в сельском хозяйстве. М., 1957. 

Школьник М.Я. Значение микроэлементов в жизни растении и в земледелии. АН СССР, 1950.