Физиологическая роль металлов в жизнедеятельности растительных организмов

При любой степени недостаточности марганца угнетается только та часть фотосинтеза, которая ответственна за образование кислорода. При его добавлении в среду происходит быстрое восстановление обоих процессов - завершение фотосинтеза и образование кислорода. Марганец включается в процесс между фотолизом воды и образованием необходимым элементом в жизнедеятельности свободноживущих азотфиксаторов [6].

Цинк входит в состав большого числа разнообразных ферментов. Прочно удерживает цинк белок карбоангидразы, которая активирует обратимое разложение угольной кислоты. Цинк является металлом - активатором таких ферментов, как энолаза, альдолаза. Последняя участвует в разложении фруктозодифосфата до фосфодиоксиацетона и фосфоглицеринового альдегида. В отсутствии цинка нарушается процесс окислительного фосфорилирования [7]. В молекуле фермента алкогольдегидрогеназа на одну молекулу белка приходится четыре атома цинка, который обеспечивает не только каталитическую функцию фермента, но и служит для его стабилизации.

Цинк участвует в метаболизме стимуляторов и ингибиторов роста, а также ускоряет синтез и увеличивает содержание РНК в растениях [8].

Влияние цинка на рост имеет прямое отношение к его участию в обмене ауксина и особенно индолилуксусной кислоты, которая тесно связана с аминокислотой триптофаном. При недостатке цинка окислительно-восстановительное равновесие сдвигается и наступает коацервация, окисление, нарушается синтез белка. Это определяет влияние цинка на фотосинтез, образование хлорофилла и рост растений.

Ванадий стимулирует фиксацию атмосферного азота и рост азотобактера в культурах, к которым азот в связанном виде не добавлялся. Наблюдалось усиление (в 8 раз) скорости роста зеленых водорослей при добавлении ванадия к очищенному питательному раствору. Имеются данные о значения ванадия в процессе фотосинтеза [9].

Кобальт необходим бобовым растениям в отсутствие связанного азота. Имеются данные о значении кобальта, входящего в состав витамина В12, неорганического кобальта в фиксации азота свободноживущими микроорганизмами. Кобальт является активатором многих ферментов и играет важную роль в энергетическом обмене. Под его влиянием значительно повышалось содержание АТФ в растениях, у которых под воздействием засухи и высоких температур снизилось содержание последней. Кобальт способствует росту тканевых культур эпикотиля и имеет значение для прорастания пыльцы [9].

Физиологические функции ионов металлов тесно связаны между собой. При этом наблюдаются как проявления синергизма, так и антагонизма по отношению металлов друг к другу. В целом, взаимодействие ионов является весьма сложным процессом, включающим не только конкуренцию их при поступлении в растения, но и более глубокие биохимические и физиологические изменения в процессе метаболизма. Иногда единственной причиной положительного действия некоторых микроэлементов (йода, алюминия) является их антагонистическое действие, их способность обезвреживать действие других ионов. Чаще всего причина антагонизма ионов заключается в диаметрально противоположном действии на коллоидно-химические свойства плазмы и на ход определенных важных жизненных процессов ионов-антагонистов [10]. Анализируя явления антагонизма и синергизма, необходимо указывать, при каких условиях они проявились. Например, при увеличении недостатка испытуемого элемента явления синергизма переходят в антагонистические, а при избытке его антагонизм переходит в синергизм. Известно, что молибден способствует улучшению биодоступности железа. Это связано со способностью молибдена образовывать комплекса с фосфором, что ведет к задержке осаждения железа в виде фосфата и приводит благодаря этому к увеличению доступности железа. Напротив, торможение поступления железа в растение при избытке марганца рассматривается как результат конкуренции между двумя указанными элементами за место в простетических группах ферментов. Антагонистические свойства некоторых металлов лежат в основе их токсического действия на растительные организмы. Так, например, способность кадмия замещать цинк во многих энзиматических реакциях приводит к их разрыву или торможению. В то же время кадмий может ингибировать токсичность меди. При совместном действии меди и свинца, меди и кадмия отмечается антагонизм в их влиянии на растения, а в случае меди и никеля - синергизм.

При резком увеличении содержания одного или нескольких металлов-микроэлементов в среде наблюдается смена нормальных физиологических функций металла токсическим воздействием. Токсичность тяжелых металлов тесно связана с физико-химическими свойствами, со способностью к образованию более или менее прочных соединений с рядом функциональных группировок на поверхности или внутри клеток. При токсическом действии металлов происходит не только грубое нарушение в коллоидах, но и денатурация белков, их осаждение, а также блокирование активных центров ферментов. Именно нарушения нормального и согласованного действия ферментных систем представляют основной механизм действия токсических веществ [11]. Установлено, что в больших дозах металлы образуют ковалентные связи в отличие от физиологически необходимых металлов, для которых характерны ионные связи [12]. Многие металлы связываются с компонентами мембраны, изменяя ее проницаемость и энзиматическую активность. Такие металлы, как кадмий и ртуть, способны индуцировать мутагенез, канцерогенез и вызвать макроскопические изменения. Связываясь с ДНК никель вызывает снижение ее синтеза. Токсическое действие свинца и хрома проявляется в нарушениях митотической активности растительных клеток.

Перейти на страницу: 1 2 3

Другие статьи

Законы, принципы, правила экологии. Планирование природоплозования
Как и всякая отрасль науки экология имеет свои законы, которые характеризуют взаимоотношение, различных элементов экосистемы и, в конечном итоге, все процессы в биосфере. К сожалению, по сей ...

Система экологического менеджмента в России и мире
Интерес к ISO 14001 был изначально настолько высок, что к моменту его официальной публикации на соответствие проекту или окончательному проекту стандарта в Германии уже было сертифицировано 25 компа ...

Проект инвентаризации выбросов загрязняющих веществ ЗАО Кубаньтехгаз
Длительное время локальные загрязнения атмосферы сравнительно быстро разбавлялись массами чистого воздуха. Пыль, дым, газы рассеивались воздушными потоками и выпадали на землю с дождем и сне ...