Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине

 

ВГОУ  ВПО СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АГРАРНЫЙ УНВЕРСИТЕТ

 

 

 

Кафедра химии и защиты растений

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

Дисциплина: Аналитическая химия

Тема: Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине

 

 

 

Выполнила: студентка 1 курса 

2 группы  агрономического факультета, направления  
110400.62 – Агрономия (бакалавр)

Леонова Екатерина  Олеговна

 

Проверила: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Романенко Елена  Семеновна

 

 

 

 

 

 

 

Ставрополь, 2012

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

Введение

1.Роль микроэлементов в обменных  процессах у растений                                4

2. Взаимосвязь микроэлементов и накопления в растениях биологически активных веществ                                                                                                    6

Список литературы

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Микроэлементы -  это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека и животных в очень малых количествах, в пределах 10^-3-10^-12%. Единственной характерной чертой микроэлементов является их низкая концентрация в живых тканях.

Способы применения микроэлементов могут быть различными: некорневая подкормка в  течение вегетации, предпосевная обработка  семян путем опыления или увлажнения и внесения микроэлементов в почву. Самыми рациональными и экономически выгодными являются первые два приема. Путем применения этих двух приемов  растения используют 40-100% всех микроэлементов, но при внесении их в почву растения усваивают лишь несколько %, а в  некоторых случаях даже десятые  доли % от внесенного в почву микроэлемента. Внесение в почву легкорастворимых солей оказалось нецелесообразно.

Накопление  микроэлементов в пищевых продуктах  растительного происхождения происходит в зависимости от вида почв, её физических свойств и химического состояния, географического расположения района, климатических условий, от вида, сорта  и стадии вегетации растений, применяемых  удобрений, источников орошения и других фактов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Роль микроэлементов в обменных процессах у растений

 

 

Изучение  значений микроэлементов в обмене веществ  растений необходимо для выявления  новых возможностей управления их продуктивностью, поскольку микроэлементы могут  выступать и как специфические  и как неспецифические регуляторы обмена веществ.

Во многих жизненных процессах, происходящих в растении на молекулярном уровне, микроэлементы принимают самое  активное участие. Действуя через ферментную систему или непосредственно  связываясь с биополимерами растений, микроэлементы могут стимулировать  или ингибировать процессы роста, развития и репродуктивную функцию растений.

Составной частью общебиологической проблемы    выяснения значений микроэлементов в отдельных звеньях обмена веществ  является вопрос о взаимодействии микроэлементов с ДНК. Актуальность этого аспекта  определяется действием ионов металлов во многих биологических процессах, происходящих с участием нуклеиновых  кислот. Ионы металлов можно рассматривать  как фактор, участвующий в создании необходимой для выполнения биологической  функции конформации макромолекулы.

В связывании цинка молекулой ДНК участвует  N1 гуанина и N7 аденина. При возрастании концентрации ионов металлов в полинуклеотидных тяжах возникают одиночные разрывы, которые являются централями деспирализации биополимера.

Взаимодействие  марганца с фосфатными группами и  с гуанином, структурирование гидратной  оболочки обусловливает сложную  зависимость параметров конформационных  переходов от количества ионов металла.

Удаление  молибдена из питательной среды  вызывает понижение активности нитратредуктазы, совершенно отличное от понижения активности, вызванного удалением молибдена  из интактного фермента, например диализом против цианида. В последнем случае активность инактированного фермента может почти полностью восстанавливаться, добавляя металл белку, тогда как  в случае недостаточности молибдена  добавления металла к бесклеточному  экстракту не оказывает никакого действия.

Проведенные исследования дают основания заключить, что молибден оказывает ингибирующее действие на ДНК-азы и РНК-азы  за счет образования комплексов молибдат-ионов  с функциональными группами ДНК-азы  и РНК-азы. Образование комплексов молибдат-ионов с ДНК и РНК, провидимому, защищает фосфодиэфирные связи поли нуклеотидов от атакуемости их гидролизирующими ферментами. Молибден также влияет на фосфорный обмен у растений, являясь ингибитором кислых фосфатид, в результате чего, например: у цветной капусты и у некоторых бобовых подавляется образование цветков. Под влиянием бора в растениях увеличивается сумма флавинов за счет флавинадениндинуклеотида (ФАД), что свидетельствует о частичном превращении рибофлавина в флавиновые нуклеотиды, а также об усилении активности фавиновых ферментов, содержащих ФАД в качестве кофермента. Количество общего рибофлавина в листьях салата под влиянием бора увеличилось в 4 раза, прочно связанной с белком формы - в 3,8 раза, ФАДа – в 4 раза.

Была  обнаружена положительная корреляция между активностью ферментной системы  синтеза индолилуксусной кислоты  и наличием в инкубационной среде  цинка и индолилпировноградной  кислоты.

Показано, что содержание углеводов в тканях растений тесно связано с питательными веществами. Листья растений с недостаточностью бора содержат обычно много сахаров  и других углеводов, по-видимому, эти  вещества по какой-то причине не переместились  из листьев.

Гош и  Даггер высказывали предположение, что основная функция бора заключается  в перемещении сахаров, которые  осуществляется благодаря образования углеводно-боратного комплекса может перемещаться из клетки в клетку, либо бор представляет собой компонент мембран, вступающий во временную связь с углеводом и осуществляющий таким образом его прохождение через мембрану. Авторы считают последний механизм действия бора более вероятным.

Марганец  активирует обратное карбоксилирование ди- и трикарбоновых кислот, способствует восстановительному карбоксилированию пировиноградной кислоты в яблочную или щавелевую кислоту. Повышает активность фермента аргиназы, катализирующей превращение аргинина в орнитин, из которого синтезируется пирролидоновое кольцо тропановых алкалоидов. Он активирует фосфатглюкомутазу, энолазу, лецитиназу, аминопептидазу. Под влиянием марганца отмечено понижение содержания РНК в ядрах и увеличение в рибосомах. Отмечается  также тенденция к повышению содержания ДНК под влиянием марганца. По-видимому, ДНК в данном случае слабее утилизируется.

 

 

 

2. Взаимосвязь микроэлементов и накопления в растениях биологически активных веществ

 

 

Для дикорастущих лекарственных растений изучение влияние  геохимических фактов на продуцирование растениями действующих веществ  позволило разработать рекомендации по заготовке сырья именно в тех  районах ареалов, где они отличаются высоким содержанием БАВ, а при  возделывании  лекарственных растений это создаёт предпосылки для  направленного влияния на биогенез действующих веществ путем использования  соответствующих микроудобрений.

Уже в 1955 г. Г. Бертранд  отмечал, что наперстянки, выросшие на почве, богатой марганцем, отличаются повышенной биологической  активностью. А проведенные исследования выявили, что представители рода наперстянки избирательно накапливают  марганец, молибден и хром.

Введение  марганца и молибдена вызывает стимуляцию активности фермента, ответственного за синтез коэнизма А, что а свою очередь приведет к увеличению содержания сердечных гликозидов.

Лучшими дозами бора для мяты перечной являются 0,1-0,3 мг/кг почвы, в результате чего урожай листьев увеличивается на 11%, а содержание эфирных масел - на 0,24%. Дальнейшее увеличение бора в питательной  смеси снижает урожай листьев, а  содержание эфирных масел находится  на прежнем уровне. Для цинка оптимальная  доза- 2,2 и 8,8 мг/кг. Урожай мяты в этих вариантах повышается на 19%, дальнейшее увеличение доз цинка приводит к  понижению веса листьев и повышению  содержания эфирных масел на 0,5%.

Особую  ценность для красавки представляет наличие микроэлементов – железа, марганца, кобальта, меди. Как и для  других алкалоидоносных растений, для  красавки характерно значительное накопление меди. Наиболее эффективным из микроэлементов является бор, вызывающий значительное увеличение содержания алкалоидов, затем  следует молибден и марганец. Одновременно в обработанных растениях увеличивается  и содержание микроэлементов.

Установлено, что качественный состав алкалоидов в контрольных и обработанных микроэлементами растений не меняется.

В случае подкормки черной микроэлементами снижение концентрации аскорбиновой кислоты при созревании составило 10-20%. В результате этого при подкормке микроэлементами в зрелых ягодах сохраняется необычно большое содержание аскорбиновой кислоты, особенно в случае подкормки йодом (до 510мг %), тогда как при отсутствии подкормки при созревании ягод содержание аскорбиновой кислоты снижается почти до обычных значений (255мг%).

Сочетание кобальта с фосфорно-калиевым удобрением повышает урожай люцерны на 288,4% по отношению  к контролю, на 242,7% превосходя действие одного кобальта. Одновременно с ростом урожая шёл усиленный синтез азотистых  веществ, повысилось содержание протеина и белка.

Обработка координационными соединениями меди и  кобальта приводит к ускорению наступления  фаз развития, увеличивается число  вполне сформировавшихся коробочек  у хлопчатника. Отмечено повышение  урожайности на 10-15%, крепости волокна  и его зрелости, а так же маслянистости  семян. Под влиянием цинка происходит увеличение общей суммы углеводов  в листьях и плодовых органах  хлопчатника. Это увеличение происходит , с одной стороны, за счёт моноз и сахарозы, с другой стороны, за счёт гемицеллюлозы. Содержание крахмала при этом остаётся без изменений.

Применение  марганца и бора существенно улучшает качество проса только в первый год  действия за счёт увеличения сырого белка  в зёрнах. От внесения марганца количество  сырого белка увеличивается на 0,8-1,8% от бора- 0,1-0,3%.

Замачивание раствором сульфата меди (10мг/л) семян  озимой пшеницы с низким содержанием  меди значительно повышает содержание свободного триптофана. Следует отметить, что обработка семян медью с относительно высоким естественным её содержанием была значительно менее эффективной, а в ряде опытов наблюдается угнетающие действие её на продуктивность семян.

В ранний период роста бор, молибден и цинк увеличивают содержание углеводов, особенно сахарозы в листьях кукурузы. Молибден значительно повышает содержание крахмала. Под влиянием марганца значительно  увеличивается содержание ДНК и  РНК.

Все микроэлементы (марганец, бор, молибден, цинк) повышают урожай шишек хмеля. Прибавка в среднем  за два года составляет 10-22%. Особенно эффективными  являются молибден и  цинк(21-22%). Марганец способствует большему накоплению глютатиона и восстановительной  формы аскорбиновой кислоты, также  благоприятствует большему накоплению горьких веществ в шишках хмеля, главным образам за счёт наиболее ценных компонентов  этого комплекса. Повышение горьких веществ в  шишках вызывают и молибден с бором (повышается на 3,3-3,4%).

В результате анализов  выяснилось, что бор, медь и молибден способствует накоплению в корнеплодах моркови каротина, сахаров и минеральных веществ. Так, под влиянием бора содержание каротина в корнеплодах (в зависимости от почвенных и климатических условий) повышается от 0,6 до 2,1мг %,а количество сахара увеличивается до 0,8%. Причём увеличение шло за счёт сахарозы.

Таким образом, установлена взаимосвязь между содержанием в почве отдельных химических элементов и продуцированием растениями отдельных групп биологически активных веществ (БАВ). Растения, продуцирующие сердечные гликозиды, избирательно поглощают марганец, молибден, хром; продуцирующие алкалоиды-медь, марганец, кобальт; сапонины – молибден, ванадий; терпеноды-марганец; кумарины, флавоноиды и антраценпроизводные – медь; витамины-марганец, медь; полисахариды-марганец, хром.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы:

 

1. http://www.erudition.ru