Роль микроэлементов в обменных процессах растений и на накоплении ими биологически активных веществ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

Факультет технологии пищевых  производств

Кафедра технологии пищевых  производств

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Биология»

на тему:

«Роль микроэлементов в обменных процессах растений и на накоплении ими биологически активных веществ»

 

 

  

 

                                                                                                               

                                                                                                                 Выполнила:

                                                                                       студентка группы ПП-151а

                                                                                            Лесниченко Александра

                                                                                                                  Проверила:

                                                                  Старший преподаватель кафедры ТПП.

                                                                             канд. биол. наук Данилеско А.С.

 

 

Волгоград 2012

Оглавление

Введение 3

1. Роль микроэлементов в обменных процессах у растений 6

2. Взаимосвязь микроэлементов и накопления в растениях биологически активных веществ. 9

3. Микроэлементы, необходимые для развития растений 12

4. Внесение микроэлементов 15

Заключение 19

Список  использованных источников 21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Кроме трех основных элементов - азота, калия и фосфора, - растение потребляет магний, железо, бор, медь, молибден и т.д. Эти вещества, поглощаемые в микроколичествах, называют микроэлементами. Их недостаток или полное отсутствие приводят растения к болезням недостаточности. Чаще всего у комнатных растений встречается хлороз, или недостаток железа, связанный с высоким содержанием извести в воде для полива.

Микроэлементы содержатся в  растениях в ничтожно малых количествах. Многие из них имеют сходное влияние.

Бор, медь и цинк транспортируют продукты фотосинтеза между органами растения.

Бор, алюминий, марганец, кобальт, цинк и медь - удерживают влагу в  растениях, препятствуя чрезмерному  испарению, повышают засухоустойчивость растений.

Бор наиболее необходим для  образования пыльцы у цветков  и появления семян. При его  недостатке опадают не раскрытые  бутоны и почки. Специфическая роль бора ярко выражена у представителей семейства маревых, крестоцветных, цитрусовых. Его отсутствие в этих растениях вызывает отмирание точек  роста.

Железо, медь и цинк необходимы для образования ферментов. При недостатке железа возникает хлороз у цитрусовых - пожелтение листовых пластинок у основания прожилок, тогда как жилки остаются зелёными. Отсутствие марганца, меди, серы и калия так же приводят к хлорозу.

Медь входит в состав ферментов. Недостаток её плохо сказывается  на плодообразовании - завязывании семян. Медь так же способствует усвоению растением цинка, марганца и бора. Медь укрепляет растения, спасает в жару и холод.

Недостаток цинка приводит к заболеваниям растений - листья становятся мелкими, появляются жёлтые пятна, цветки и плоды уродливо деформируются, мельчают.

Марганец необходим для  активизации многих ферментов. Недостаток марганца препятствует усвояемости азота. Марганец стимулирует дыхание, спасает в жаркое время суток.

Недостаток молибдена  отрицательно сказывается на состоянии  листьев - они теряют тургор, тускнеют, нарушается водный обмен в растениях. Молибден желанный элемент у растений, культивируемых в кислых почвах - торфяных и дерновоподзолистых.

Удобрения с микроэлементами  называют микроудобрениями. Промышленность выпускает их в виде разных технических  солей, а также в смесях с малыми дозами минеральных удобрений, в  особенности с суперфосфатом. Источником микроэлементов являются органические удобрения. К примеру, в перегное от подстилки для животных в среднем  на 1 кг сухого вещества содержится марганца 201 мг, цинка 96 мг, бора 20 мг, меди 16 мг, молибдена 2 мг, кобальта 1 мг.

Часто вследствие голодания растения первым тревожным симптомом служит изменение цвета листьев с зеленого на бледно - желтый, почти белый. Этот симптом можно принять и за признаки хлороза (недостатка железа), но у испытывающего азотное голодание растения листья не такие желтые и листовая пластинка приобретает характерную волнистость. Если растению не хватает азота, листья желтеют только у жилок, а сама листовая пластинка остается зеленой (в отличие от хлороза).[5]

Микроэлементы – это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека и животных в очень малых количествах, в пределах 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 привнесение 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 почвы, ее физических свойств  и химического состояния, географического  расположения района, климатических  условий, от вида, сорта и стадии вегетации растений, применяемых  удобрений, источников орошения и других факторов. [8]

 

Рисунок 1. Микроэлементы  в растениях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Роль микроэлементов в обменных процессах у растений

Изучение значения 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 растениях 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 выяснение значения 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 атом 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 инактивированного фермента может почти полностью восстанавливаться, добавляя металл к белку, тогда как в случае недостаточности молибдена добавление металла к бесклеточному экстракту не оказывает никакого действия.

Проведенные исследования дают основание 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, по-видимому, защищает фосфодиэфирные связи полинуклеотидов от атакуемости их гидролизирующими ферментами. Молибден такжевлияет на фосфорный обмен у растений, являясь ингибитором кислых фосфатид.

Под влиянием бора в растениях  увеличивается сумма флавинов за счет флавинадениндинуклеотида (ФАД), что свидетельствует о частичном превращени 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 индолилпировиноградной кислоты.

Показано, что содержание углеводов в тканях растений тесно  связано с поступлением бора 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 высказали предположение, что основная функция бора заключается в перемещении сахаров, которое осуществляется благодаря образованию углеводно-боратного комплекса, облегчающего прохождение сахара через мембрану. Авторы допускают, что либо углеводно-боратный комплекс 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. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

Для дикорастущих лекарственных  растений изучение влияние геохимических  факторов 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 создает  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 коэнзима, что в 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 их 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 на меняется.

В случае подкормки черной смородины 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 510 мг %), тогда как при отсутствии подкормки при созревании ягод содержание аскорбиновой кислоты снижается почти до обычных значений (255 мг %).