Растений
| Вид материала | Документы |
- Лекция 11 Тема: Высшие растения. Происхождение высших наземных растений. Отдел Моховидные, 276.22kb.
- Культура столонов и регуляция роста растений и клубнеобразования у картофеля in vitro, 342.87kb.
- Программа для поступающих в нввкус по специальности «Психология», 284.28kb.
- Рабочая программа дисциплины «физиология» (физиология растений) Код дисциплины по учебному, 269.31kb.
- Лекция Многообразие растение. Водоросли Систематика растений, 162.25kb.
- Конференция по систематике и морфологии растений, посвященная 300-летию со дня рождения, 28.08kb.
- Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 06. 01. 07 «Защита растений», 168.03kb.
- Методические указания и задания к лабораторно-практическим занятиям по биотехнологии, 889.76kb.
- Изучение биологических особенностей растений в новых условиях, 533.64kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплины "Физиология растений" вузовского компонента, 1046.86kb.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Дагестанский Государственный Университет
Лепехина А.А.
Периодическая
система растений
Часть 5.
Махачкала
2
009Лепехина А.А. Периодическая система растений. Часть 5. – Махачкала: «Патрис», 2009. – 68 стр.
Под редакцией д.б.н., проф. Дагестанского Государственного Университета Исуева А.Р.; д.б.н., проф. Института физиологии растений Ленинградского государственного университета Магомедова И.М.
УДК 582.02
На примере Дагестана рассматриваются факторы и способы формирования периодической зависимости функциональных свойств видов растений от степени сложности их структуры. Разработана таблица периодической системы растений. Рассматриваются биологические основы функционирования человеческого общества.
Рецензенты:
Абакарова Б.И. – доцент кафедры ботаники
Даггоспедуниверситета, к.б.н.;
Шамсиева А.А. – ст. преподаватель кафедры
медико-биологических основ физического воспитания, к.б.н.
© Лепехина А.А., 2009
Общее предисловие
Динамика энтропии (Prigogine, 1962) прослеживается в процессе функционирования типов биогеоценозов, видов растений (Лепехина, 2009). Механизмы формирования динамики энергоемкости функций типов биогеоценозов и их видов растений не выяснены. Исследование данного вопроса представляет большой научный интерес. Результаты исследования данного вопроса помогут доказать естественность первичного синтеза иерархических ступеней в растительном мире и выработать принципы составления таблицы периодической системы растений.
Настоящее издание посвящено выявлению способов формирования у видов растений периодической зависимости функциональных свойств видов растений от степени сложности их структуры, также разработке принципов составления таблицы периодической системы растений.
В книге рассматривается роль органических комплексов в функционировании не только растительного мира, но и человеческого общества.
В книге имеется два отдела. Первый отдел «Периодическая система растений». Второй отдел. «Органические комплексы и человеческое общество».
Книга предназначена для студентов, научных работников, широкого круга читателей.
Первый раздел
Периодическая система растений
Предисловие
Миграция энергии от солнечного луча света, поглощенного хлорофиллом к органическим соединениям требует наличия соответствия сложности структур электрон – транспортной системы (Гудвин и др., 1986). Подобное соответствие структур достигается синтезом неорганических и органических комплексов.
Первый отдел книги посвящен выявлению динамики усложнения морфологических структур и функций у видов растений, принимающей участие в формировании периодической зависимости функциональных свойств видов растений от степени сложности их структур. Рассматриваются принципы составления таблицы периодической системы растений.
Первый отдел содержит две главы:
- Динамика функциональных свойств химических элементов.
- Динамика функциональных свойств биогеоценозов и видов растений.
-
Динамика функциональных свойств химических элементов
Химические элементы обладают своим уровнем энергии (Degens, 1989). Миграция энергии (Гудвин и др., 1986) обусловливает переход энергии от химических элементов к видам растений (Лепехина, 2008).
Данный процесс корректируется неорганическими и органическими комплексами, создаваемыми ими (Кальвин, 1971; Лукнер, 1979; Павлов, 2002; Князев и др., 2004; Комиссаров, 2006).
Свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от массы атомов, что определено законом химических элементов Д.И.Менделеева.
Химические элементы и их комплексы синтезировали иерархические ступени растений и сформировали у них функции (Эткинс, 1987; Хазен, 2000).
Нами предпринята попытка выявить у видов растений факторы и способы формирования динамики уровня энергии функций. При этом было обращено внимание на динамику функций у биогеоценозов (БГЦ), поскольку в их видовом составе присутствуют виды растений из различных иерархических ступеней. Данные виды формируют уровни энергии своих функций в соответствии с уровнем энергии функций их типов БГЦ. Динамика функций у видов растений формируется параллельно с динамикой функций их БГЦ.
Исследования химизма типов БГЦ и их видов растений проводились в Дагестане в течение 50 лет. Они были проведены на базе Дагестанского государственного университета, Дагестанского филиала АН СССР, Дагестанского научно-исследовательского института сельского хозяйства, Дагестанской геолого-разведывательной партии.
Химические элементы построили в живых организмах такую структуральную систему, которая обеспечила поток электронов. Функциональная значимость химических элементов определяется их энергетическим вкладом в поток электронов. В свою очередь, вклад химических элементов в поток электронов определяется их местом (порядковым номером, массой атома) в таблице периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, расположением химических элементов в начале или в конце периода, электронно-орбитальным типом химических элементов. Электронно-орбитальные типы химических элементов формируют в живых организмах также главнейшие функции.
s-Элементы имеют небольшое число оболочек и электронов. Оболочки у них заполнены электронами. s-Элементы очень подвижны и реакционноспособны. Они в химических реакциях рождают потенциалы действия и покоя. Они в живых организмах инициируют поток электронов (Князев и др., 2004).
s-Элементы располагаются в IА и IIА – подгруппах. Их реакционная способность увеличивается от 1-го к 7-му периоду, подвижность – снижается от IA к IIA – подгруппе (Павлов, 2002).
Литий, Li, натрий, Na, функционируют в галофильных биогеоценозах (БГЦ) (Кабата-Пендиас, 1989). Na и калий, K, (IA-подгруппа), инициируют поток электронов на пониженном, кальций, Ca, (IIA-подгруппа) – на повышенном энергетическом уровне (Кольман и др., 2004).
Na, K формируют в олиготрофных БГЦ калиевый, Ca – в мезатрофных БГЦ – кальциевый тип минерального питания. В олиготрофных калиевых БГЦ марганец, Mn, усиливает поток электронов. В мезотрофных кальциевых БГЦ уровень энергии обмена веществ увеличивается с помощью реакции фосфорилирования и реакций окисления-восстановления, обеспечивающихся сложными органическими комплексами, сформированными Mn, железом, Fe, медью, Cu, кобальтом, Co, (Алехина и др., 2007).
Магний, Mg, (3-й период), в сравнении с Ca (4-й период) обладает меньшей энергоемкостью и большей подвижностью (Магницкий и др., 1971). Mg функционирует в БГЦ, обедненных гумусом и Fe (при ослаблении выветривания почвообразующих пород, Дюшофур, 1970). В условиях дефицита Fe у видов растений в окислительно-восстановительных реакциях усиливается роль меди, Cu, в синтезе полифенолов продуцируются не только лигнин (характерный в условиях достаточного содержания Fe), но и салицинаты (Лукнер, 1979). Магниево-медный тип питания наиболее характерен для тополевых лесов, послелесных аллювиальных (при тополевых лесах) и солонцеватых лугов с участием в них представителей мальвоподобных (Лепехина, 2000, 2002, 2009).
Очень высокая скорость роста стебля у видов тополя, ивы обеспечивается высокой подвижностью элементов при высокой обводненности среды.
Li наиболее характерен для маревых, K, Ca – для низших растений, архегониат, однодольных (Кабата-Пендиас, 1989).
Рубидий, Rb, (5-й период) обладает большей реакционной способностью, чем K из 4-го периода. Rb замещает K у видов растений из розоподобных, многоплодниковых, сложноцветных, злаков (Кабата-Пендиас, 1989), произрастающих в мезофильных, мезотрофных и нитро-мезотрофных БГЦ (Лепехина, 1977, 2002).
Цезий, Cs, (6-й период) обладает очень высокой реакционной способностью. Он при освещении испускает электроны и образует внешнюю электронную проводимость (Павлов, 2002; Князев и др., 2004). Cs заменяет K у ксерофилизированных видов из крестоцветных, пасленовых, гвоздичных, зонтичных, злаков (Кабата-Пендиас, 1989), произрастающих в мезотрофных и нитрофильных БГЦ (Лепехина, 1977, 2002).
Стронций, Sr, (5-й период), барий, Ba, (6-й период) обладают более высокой реакционной способностью, чем Ca (Павлов, 2002; Князев и др., 2004). Ba не встречается у видов растений, произрастающих в БГЦ с повышенным отношением K:Cu в питании растений, и присутствует у мезофильных видов растений, произрастающих в БГЦ с уменьшением отношения K:Cu, т.е. с калиево-натриевым типом питания растений (у представителей розоцветных, бобовых, сложноцветных, зонтичных, лилейных, злаков, рутовых) (табл. 1).
Стронций, Sr, заменяет Ca у ксерофильных нитрофильных видов растений, произрастающих в эрозионно-элювиальных нагорно-ксерофильных БГЦ (виды астрагала, эспарцета, скабиозы, качима, ириса, шалфея, зизифоры, пырея, полыни) (табл. 1). У данных видов происходит усиление концентрирования Ca при его слабом использовании в обмене. Нагорно-ксерофильные БГЦ обеднены гумусом, элементами – органогенами, фосфором, остальными химическими элементами. У видов растений этих сообществ дыхание протекает с разобщением окисления и фосфорилирования. В видовом составе данных БГЦ с экстремальными условиями преобладают представители наиболее сложно структурированных семейств (сложноцветные, губоцветные, злаки, ворсянковые, бобовые) (табл. 1).
Бериллий, Be, регулирует поглощение и использование в обмене магния, кальция, фосфора. Он в определенных условиях ингибирует фосфатазы и ферменты, активизируемые магнием и калием (Кабата-Пендиас и др., 1989). Данный элемент наиболее характерен для низкоструктурированных видов растений (моховидные, лишайники, вересковые). У некоторых видов бобовых, крестоцветных, сложноцветных бериллий концентрируется в корнях (Bowen, 1979; Padzik et al., 1979).
В целом, для s-элементов характерно наличие у них общефункциональных свойств инициирования потока электронов. Водород, H, дает электроны, остальные s-электроны формируют первый этап активирования, движения электронов.
Данная функция реализуется у s-элементов с помощью многочисленных ферментов, зависимых от данных s-элементов.
p-Элементы содержат наибольшее число электронных оболочек. У них все оболочки заполнены электронами.
p-Элементы обладают высокой электроотрицательностью. Особенно велики значения данного показателя у p-электронов 2-го и 3-го периодов. В связи с этим p-элементы 2-го и 3-го периодов образуют очень прочные и высокоэнергоемкие связи. Они способны образовывать одинарные, двойные и тройные связи и очень сложные, кинетически и термодинамически выгодные ферментно-белковые комплексы (Luckner, 1969; Лукнер, 1979; Гудвин и др., 1986; Павлов, 2002; Князев и др., 2004). p-Элементы 2-го и 3-го периодов являются элементами – органогенами.
По углеводной и белковой направленности обмена веществ БГЦ разделяются на азотистые и углеродные. К первым относятся олиготрофные, мезотрофные и нитратофильные (сорные) БГЦ с преимущественным участием в них низших растений, архегониат, двудольных, незлаковых однодольных. Вторые представлены нитрофильными злаковыми БГЦ (Лепехина, 1977).
Кислород, O, регулирует энергоемкость фотосинтеза, двехиния. У бактерий анаэробный, у остальных фотосинтетиков – аэробный фотосинтез. При этом максимум поглощения бактериохлорофилла располагается в наиболее низко – у хлорофилла – в наиболее высокоэнергоемкой области солнечного спектра (Кондратьев и др., 1986).
Фосфор, P, в реакциях фосфорилирования регулирует энергоемкость обмена веществ. Наибольшая химическая и реакционная способность P проявляется в нитро-мезотрофных, калиево-кальциевых, меньшая – в нитрофильных, алюминиево-кремниевых и наименьшая – в олиготрофных калиево-марганцевых БГЦ (Лепехина, 1987, 2000, 2009; табл. 1).
Сера, S, входит в состав ферментно-белковых и электрон-транспортных комплексов. Сера в наибольшем количестве используется у белковых видов и у видов лилейных, крестоцветных, каперсовых со специфическим сульфидным обменом (Лукнер, 1979; Кабата-Пендиас и др., 1989).
Алюминий, Al, увеличивает поглотительную способность мембран. Он функционирует в слабо нитроолиготрофных можжевеловых арчевых БГЦ. Al увеличивает морозостойкость и засухоусточивость растений (Кабата-Пендиас и др., 1989).
Кремний, Si, также увеличивает поглотительную способность мембран у видов растений, произрастающих в мезотрофных буковых лесных БГЦ (табл. 1).
Al и Si в живых организмах образуют органический алюминиево-кремниевый комплекс с расширенно-пористой структурой. Данный комплекс формирует поглотительную способность мембран, превышающую в несколько раз поглотительную способность мембран отдельно с Al и с Si (Павлов, 2002; Князев и др., 2004).
Алюминиево-кремниевый комплекс обеспечил развитие высшего уровня энтропии ростовых и генеративных процессов у видов растений, произрастающих в нитро-мезотрофных буковых, дубовых лесных, рыхлодернистых луговых БГЦ и расцвет сложноструктурированных иерархических ступеней цветковых растений (Лепехина, 2008).
Данные БГЦ являются наиболее высокопродуктивными и наиболее высокопроизводительными. Они составлены главным образом мезофильными видами, относящимися к спайнолепестным, спайнотычинковым двудольным и злакам.
Характерным свойством данных высокоэнергоемких БГЦ является участие в их обмене наиболее полного состава химических элементов.
Высокое общее минеральное питание формирует высокое взаимодействие между элементами, которое приводит к стабилизации минерального питания растений. При этом усиливается устойчивость растений к дефициту отдельных микроэлементов (Риньскис, 1975).
В БГЦ с высоким минеральным питанием очень редки замены одних элементов другими, что оптимизирует общий обмен веществ.
Бор, B, фтор, F, хлор, Cl, обладают общефункциональными свойствами. Бор регулирует общий обмен веществ. F в составе фтор-ацетата принимает участие в синтезе и обмене липидов. Он предохраняет структуры от проникновения в них воды и снижает их реактивность (Князев и др., 2004).
F формирует очень крепкие связи и при этом является наиболее характерным для видов растений, наиболее устойчивых в экстремальных условиях (гвоздичные, маревые, сложноцветные, бобовые, крестоцветные, каперсовые, злаки) (табл. 1).
Хлор, Cl, формирует потенциал действия и покоя, принимает участие в осморегуляции, в ассимиляции нитратного азота. Cl стабилизирует марганец, Mn, в системе выделения кислорода в хлоропластах в ФС II. Особенно велика роль Cl у водорослей, у галофильных видов растений (Алехина и др., 2007).
Основная функция p-элементов 4-7-го периодов – усложнение ферментно-белковых комплексов, способных в значительной степени увеличивать проводимость электронов, формировать реакции метилирования, способствующие дифференциации иерархических ступеней (Luckner, 1969; Лукнер, 1979; Кабана-Пендиас и др., 1989; Romney et al., 1975; Sacklette, 1980; Gissel – Nielsen, 1975; Dudal, 1978).
Проявление функций р-элементов 4-7-го периодов у отдельных видов растений обусловлено характером расположения этих элементов в группах, определяющей ролью начальных р-элементов в группах.
Галлий, Ga, поглощается и обменивается у видов растений, произрастающих в олиготрофных БГЦ с кислой почвой, в которых Al не используется в обмене. Ga наиболее характерен для лишайников и моховидных (Кабата-Пендиас и др., 1989; табл. 1).
Характерной особенностью кремния, Si, и германия, Ge, является наличие у них очень слабой электрической проводимости (Павлов, 2002; Князев и др., 2004).
Галлий, Ga, и индий, In, увеличивают у Si и Ge дырчатую и снижают электрическую проводимость. Мышьяк, As, сурьма, Sb, и селен, Se, наоборот, увеличивают у Si и Ge электрическую и снижают дырчатую проводимость.
Индий, In, тормозит активность нитраобразующих бактерий.
Он обладает способностью отражать все лучи солнечного спектра и тем самым увеличивает степень поглощения лучей видами растений (Князев и др., 2004). Данный элемент функционирует у видов растений, произрастающих в затененных мезотрофных БГЦ (у видов гвоздичных, маревых) (табл. 1).
Таллий, Tl, включается в микроорганический круговорот в результате реакций метилирования (Кабата-Пендиас и др., 1989). Tl осуществляет начальные этапы дифференциации архегониат и цветковых растений. Данный элемент функционирует у видов растений, произрастающих в слабо нитро-олиготрофных и мезотрофных БГЦ (виды сосны, представляли однопокровных, многоплодниковых, розоподобных, фиалоподобных, зонтикоподобных, семейства маревых) (табл. 1).
Германий, Ge, олово, Sn, свинец, Pb, относятся к IV группе, в которую входят углерод, C, и кремний, Si. р-Элементы 4-6-го периодов этой группы принимают участие в регуляции поглощения и обмениваемости кремния (Павлов, 2002; Князев и др., 2004). Они у злаков накапливаются в плодах, бедных кремнием. Ge защищает виды растений от перекисного окисления (Кабата-Пендиас и др., 1989).
Мышьяк, As, сурьма, Sb, висмут, Bi, относятся к VA-подгруппе, в которую входят N и P. Данные элементы двудольных и однодольных цветковых в значительной степени увеличивают электрическую проводимость. Висмут способствует соединению кремния с элементами – металлами и в данных соединениях формирует сверхпроводимость. As принимает участие в реакциях метилирования (Павлов, 2002; Кабата-Пендиас и др., 1989).
Селен, Se, теллур, Te, и полоний, Po, относятся к VIА-подгруппе, в которую входят кислород и сера. Селен, теллур и полоний в наибольшей степени используется в обмене у белковых видов растений, произрастающих в БГЦ с интенсивным обменом. Se наиболее характерен для бобовых, злаков, крестоцветных, сложноцветных, зонтичных, рутовых. Se при освещении увеличивает внутреннюю электрическую проводимость, в составе диметилселенидов принимает участие в реакциях метилирования и в дифферециации иерархических ступеней в пределах цветковых (Кабата-Пендиас и др., 1989; табл. 1).
Теллур увеличивает коэффициент лучепреломления у соединений кремния (Павлов, 2002). Данный элемент характерен для лилейных, крестоцветных. Он принимает участие в синтезе алкилцистеина и сульфоксидов. У лука и чеснока накапливаются диметилтеллуриды (Лукнер, 1979). Теллур принимает участие в дифференциации незлаковых однодольных, раздельнолепестных двудольных.
Полоний, Po, наиболее характерен для крестоцветных, пасленовых, зонтичных, бобовых (Кабата-Пендиас и др., 1989).
Бром, Br, йод, I, относятся к VIIА-подгруппе, в которую входят F, Cl.
Бром в составе бромфенолов у водорослей принимает участие в обмене фенолов, в составе метилбромида у грибов, водорослей, злаков, зонтичных, сложноцветных принимает участие в реакциях метилирования, в конечных этапах дифференциации раздельнолепестных и сростнолепестных цветковых растений (Кабата-Пендиас и др., 1989).
Йод регулирует общий обмен веществ (Павлов, 2002; Князев и др., 2004).
р-Элементы VIIA-подгруппы занимают важные позиции в функциях у видов растений.
Они функционируют у высокоэнергоемких видов растений, имеющих сложную, высокоспециализированную морфологическую структуру (табл. 1).
р-Элементы VIIIА-подгруппы являются химически инертными. Их физиологическая активность у видов растений резко снижается.
Таким образом, р-элементы выполняют у видов растений важную струстурообразующую роль. Они в живых организмах создают области реализации функций s-элементов, продуцирующих электроны и инициирующих их движение, и d-элементов, генерирующих энергию, т.е. скорость передвижения электронов, также области поглощения элементов и вещества, синтеза фитомассы, компартментации продуктов реакций, генерации энтропии в ростовых и половых процессах. р-Элементам принадлежит главная регуляторная роль общего обмена. Данной функцией устанавливается соответствие энергии потока электронов степени сложности структур у видов растений - главного условия оптимизации потока электронов.
d-Элементы имеют оболочки, не заполненные электронами. Они в сравнении с р-элементами обладают меньшей энергией. d-Элементы легко отдают электроны и восстанавливают элементы 1-3-го периодов (Павлов, 2002; Князев и др., 2004).
Основная функция d-элементов – генерирование и реализация энергии (по скорости движения электронов).
При функционировании в фотосинтезе и дыхании d-элементы используют пигментные и кластерные структуры электрон-транспортной цепи, построенные с участием s-, p- и d- элементов.
d-Элементы в таблице Д.И. Менделеева берут свое начало в III B подгруппе 4-7-го периодов. В первом ряду каждого периода они присутствуют во всех В-подгруппах, начиная с III В-подгруппы. В пределах ряда d-элементы увеличивают энергоемкость своих функций. У предпоследнего элемента в ряду формируется наивысшая энергия функции. В первом ряду 4-го периода предпоследним элементом является кобальт, Co. Данный элементы играет главнейшую роль в азотистом метаболизме. За Co следует никель, Ni. Данный элемент принимает участие в перемещении азота, т.е. несет ответственность только за конечный этап обмена N в живом организме. Энергоемкость функции Ni по сравнению с Co ниже.
Во втором ряду 4-го периода d-элементы продолжаются. Второй ряд 4-го периода начинается в I В-подгруппе медью, Cu. Медь несет важные функции в фотосинтезе и в конечном этапе дыхания. Энергоемкость функции Cu выше, чем у Ni.
В электрон-транспортной цепи Cu играет большую роль в калиевых олиготрофных и магниевых мезотрофных БГЦ, железо, Fe, - в кальциевых, фосфорных, мезотрофных БГЦ. В засушливых условиях у двудольных и лилейных общая обмениваемость Fe и Cu снижается при увеличении отношения Cu:Fe. В опустыненно-степных БГЦ у злаков отношение Cu:Fe ниже, чем у видов полыни (табл. 1).
Во втором ряду четвертого периода за медью следует цинк, Zn. Цинком заканчивается ряд d-элементов в 4-ом периоде. Цинк имеет повышенную энергоемкость.
Цинк наиболее характерен для двудомных и однодольных растений, произрастающих в затемненных калиевых олиготрофных и магниевых мезотрофных БГЦ. Данные виды обладают повышенным отношением Cu:Fe.
Zn у видов растений замещает Ca. Он формирует сигнальную систему, белок – белковое узнавание, регулирует общий обмен веществ в клетке (Алехина и др., 2007). Во втором ряду 4-го периода за цинком следуют р-элементы.
За Zn во втором ряду 4-го периода следует галлий, Ga. Он функционирует у лишайников, мхов, голосеменных, вересковых, произрастающих (также как и для цинка) в калиевых олиготрофных, ксерофильных слабо нитро-олиготрофных (можжевеловых) БГЦ.
Cu и Zn в пределах 4-го периода осуществляют энергетический переход от s-элементов к p-элементам. Мы видим, данный энергетический переход у видов растений осуществляется с помощью биогеоценозов.
Функциональные свойства d-элементов определяются начальными d-элементами в группах.
Скандий, Sc, начинает первый ряд 4-го периода. Данный элемент обладает наиболее низкой электрической проводимостью. Электрическая проводимость увеличивается от Sc к Cu (Павлов, 2002).
Sc (III В-подгруппа) в наибольшей степени накапливается у видов растений, произрастающих на песчаной почве – у злаков, льновых, мхов, лишайников, сложноцветных, грибов (Озолиня и др., 1978).
В III В-подгруппе за скандием следует иттрий, Y. Данный элемент в наибольшей степени также накапливается у видов растений, произрастающих на легкой почве, бедной органическими веществами (крестоцветные, розоцветные, рутовые, пасленовые, голосеменные, лишайники, мхи) (Кабата-Пендиас и др., 1989; табл. 1).
За иттрием в III В-подгруппе следует лантан с лантанидами и актиний с актинидами. Лантаниды и актиниды объединяются в электронно-орбитальный тип f-элементы. f-Элементы обладают уровнем энергии, сходным с d-элементами.
Содержание лантанидов в растениях убывает в порядке возрастания их атомных номеров. Лантаниды в наибольшей степени используются видами древесных растений из голосеменных и однопокровных.
Актиниды активно используются в обмене у микроорганизмов.
У видов мареновых обнаружены уран-протеиновые комплексы (Tomas, 1979).
Актиниды поглощаются мезофильными и ксерофильными видами из злаков, сложноцветных, пасленовых (Goswani et al., 1977).
Начальным d-элементом IVВ-подгруппы является титан, Ti.
Данный элемент принимает участие в фотосинтезе и фиксации атмосферного азота. Он поглощается и используется в обмене у лишайников, архегониат, двудольных и однодольных растений.
В IV В-подгруппе за титаном следуют цирконий, Zr, гафний, Hf. Из них Zr в наибольшей степени характерен для низко- и пониженноструктурированных видов растений и иерархических ступеней (лишайники, мхи, грибы, многоплодниковые, вересковые, однопокровные, розоцветные), Hf – для среднеструктурированных иерархических ступеней (розоподобные, фиалкоподобные, ворсянкоподобные) (Kabata-Pendias, 1979).
В V В-подгруппе начальным элементом является ванадий, V. Данный элемент принимает участие в синтезе порфирина и гемопротеина, в фотосинтезе, в метаболизме липидов, фиксации атмосферного азота. Функциональная деятельность этого элемента многогранна. Он в наибольшей степени используется в обмене у лишайников, мхов, плауновидных, однопокровных, многоплодниковых, розоподобных, рутоподобных.
Ванадий проявляет наибольшую доступность для видов растений, произрастающих на почве, богатой гумусом и окислами железа (Shacklette et al., 1978).
Ванадий ингибирует Mg – зависимую АТФазу (Алехина и др., 2007). Ванадий в наибольшей степени обменивается в мезотрофных калиево-кальциевых и олиготрофных калиевых БГЦ (табл. 1).
В V В-подгруппе вслед за V располагаются ниобий, Nb, тантал, Ta. Из них Nb в наибольшей степени функционирует в арктических олиготрофных калиевых БГЦ. Он используется в обмене у лишайников, мхов, ежевики арктической (Shacklette et al., 1978).
Тантал накапливается у видов растений из крестоцветных, зонтичных, пасленовых, сложноцветных, многоплодниковых (Laul et al., 1979).
Начальным d-элементом VI В-погруппы является хром, Сr. Данный элемент стимулирует углеводный обмен. Он в ферментно-белковых комплексах связывает поперечными связями белковые нити. Таким образом, хром укрепляет связи в ферментно-белковых комплексах (Павлов, 2002; Князев и др., 2004). Хром характерен для видов растений с усиленным обменом веществ.
В VI В-подгруппе вслед за хромом располагаются молибден, Mo, и вольфрам, W.
Mo в составе нитратредуктазы принимает участие в восстановлении нитритов. Он функционирует у сложноструктурированных видов растений, произрастающих в нитро-мезотрофных и нитрофильных БГЦ.
Вольфрам может замещать молибден у слабо нитро-олиготрофных видов сосны, можжевельника (Bowen, 1979) и сложноструктурированных видов цветковых, произрастающих в ксеро-галофильных олиго-мезонитрофильных опустыненно-степных БГЦ (Лепехина, 1977, 2002).
У некоторых видов растений нитратредуктаза, у которой Mo замещен вольфрамом, теряет катализирующую способность (Nicholas, 1975).
Серебро, Ag, золото, Au, входят в IВ-подгруппу. Начальным d-элементам в данной подгруппе является Cu, обладающая очень высокой активностью.
Ag обладает очень высокой химической активностью. Серебро более реакционно способно, чем калий. Оно активирует белки. Причем данные процессы у серебра протекают только в кислородной среде. У серебра повышена чувствительность к углекислому газу. Даже при незначительном содержании в воздухе углекислого газа серебро не активирует белки (Малыгин и др., 2008).
Серебро может замещать калий в мембранах и таким образом тормозить поглощение корнями других катионов. Соединения серебра способны переводить в осадок протеины бактерий и образовывать нерастворимые комплексы с рибонуклеиновыми кислотами. Ионы Ag имеют большое сродство с CH- - группами органических соединений (Weinberg, 1977).
Серебро в наибольшей степени концентрируется у сростнолепестных, сростнотычинковых видов растений, у злаков, произрастающих в аэрированных нитрофильных БГЦ (табл. 1).
Золото, Au, в стеблях в восстановительной среде осаждается на поверхности клеток. Оно ингибирует проницаемость мембран. Золото в наибольшей степени поглощается видами злаков, рутовых, розоцветных, гречишных, мальвовых, фацелиевых (Lakin et al., 1974), произрастающих в аэрированных нитрофильных и мезонитрофильных БГЦ.
Кадмий, Сd, входит во IIВ-подгруппу. У видов растений, произрастающих в нитрофильных БГЦ, кадмий ингибирует восстановление нитритов (Campbell, 1999). Данный элемент очень чувствителен к скорости окислительно-восстановительных реакций. Он в наибольшей степени концентрируется у видов растений, произрастающих в слабо нитро-мезотрофных БГЦ с высокоэнергоемким обменом веществ – у представителей сложноцветных, злаков, розоцветных, зонтичных, ворсянковых, крестоцветных, розоцветных (Forbes et al., 1976).
Ртуть, Hg, входит во IIВ-подгруппу. Она замыкает ряды d-элементов в 6-ом периоде, обладает высокой реакционной способностью.
Ртуть метилируется биогенным и абиогенным путем. Ее восстанавливают бактерии и грибы и окисляют бактерии.
Ртуть в значительной степени ускоряет рост и развитие растений. Она у них ускоряет процессы старения, стимулируя выработку этилена (Князев и др., 2004).
Ртуть в наибольшей степени концентрируется у вдов растений, произрастающих в мезотрофных и нитрофильных БГЦ, - у представителей сложноцветных, крестоцветных, злаков, луковых, бобовых, рутовых, гвоздичных, бактерий, грибов (Кабата-Пендиас и др., 1989; табл. 1).
Обзор функциональных свойств электронно-орбитальных типов химических элементов показывает четкое их разграничение у данных типов. Это разграничение обусловлено количеством оболочек, степенью их заполненности электронами, порядковым номером и принадлежностью к периодам и группам.
s-Элементы рождают электроны, инициируют их движение. Эта функция у них усиливается от IA ко IIА-подгруппе и от 1-го к 7-му периоду. При этом усложнение структуры характерных для них видов растений параллельно усложняется от IА ко IIА-подгруппе и от 1-го к 7-му периоду.
d-Элементы регенерируют энергию, скорость продвижения электрона. Они строят органические комплексы фотосинтетического аппарата и электрон-транспортной цепи. Уровень энергии задается максимумом поглощения области солнечного спектра. Заданный уровень энергии реализуется в условиях соответствия сложности и энергоемкости структур, фотосинтетического аппарата и электрон-транспортной цепи.
Энергоемкость функций d-элементов находится в периодической зависимости от массы их атомов. Она низкая в IIIВ (начальной)-подгруппе. Затем она у d-элементов повышается от III В к VIII В-подгруппе. Максимум энергоемкости функции в 4-ом периоде прослеживается у кобальта. У никеля, следующего за кобальтом происходит понижение энергоемкости функции. Затем она повышается у меди во втором ряду 4-го периода. Она повышается также у цинка, завершающего ряд d-элементов в 4-ом периоде. За цинком во II ряду 4-го периода следует р-элемент с пониженной (для р-элементов) энергоемкостью функций.
Подобная динамика энергоемкости функций наблюдается и в следующих 5-ом, 6-ом, 7-ом периодах. Увеличение энергоемкости функций прослеживается также в пределах групп от 4-го к 7-му периоду.
У d-элементов, так же как и у s-элементов, наблюдается параллельное усложнение структуры у их характерных видов растений в пределах периодов от III В к VIIIВ-подгруппе и в пределах групп от 4-го к 7-му периоду.
р-Элементы в сравнении с s- и d-элементами обладают большей энергией, чему соответствует большая энергоемкость их функций.
р-Элементы строят усложненные структуры у живых организмов в соответствии со степенью увеличения энергии функций у их s- и d-элементов.
Реализация подобной функции у р-элементов осуществляется у видов растений специфичными р-элементами – бором и йидом, проводящими регуляцию общего обмена веществ. Данные элементы приводят в соответствие степень сложности органических комплексов и морфологических структур со скоростью перемещения электронов по фотосинтетической и электрон-транспортной системе.
Уровень энергии играет определяющую роль в обмене веществ. Энергия направляет реакции (Кнорре и др., 2003).
Энергия мигрирует от поглощенного хлорофиллом луча к органическим веществам живого организма. Миграция энергии в природе существует. Если бы в природе не было миграции энергии, не произошел бы фотосинтез, не функционировала бы электрон-транспортная цепь (Гудвин и др., 1986).
Обязательным условием осуществления миграции энергии является наличие в живом организме соответствия энергоемкости, количества двойных связей у структур, проводящих электроны. Энергия мигрирует по аминокислотам структур. При замене в структурах одной аминокислоты другой происходит образование уродств с летальным исходом вследствие прекращения передвижения электронов (Гудвин и др., 1986).
Из вышеперечисленного становится понятным, что р-элементы играют в жизни живых организмов ведущую роль. Они создают морфологические структуры, соответствующие уровню энергии их обмена веществ
Поскольку каждый химический элемент обладает своей энергией, в живом организме каждому s-элементу соответствуют свой набор d-и р-элементов. В природе подобные наборы химических элементов у видов растений формируются биогеоценозами (с помощью типов азотного и минерального питания, Лепехина, 1977, 1987, 2002, 2008).
Энергоемкость функций у р-элементов находится в периодической зависимости от массы ядра. р-Элементы более энергоемкие, чем d-элементы. Периодическая зависимость энергоемкости от массы ядра у р-элементов выражена в большей степени, чем у d-элементов.
Энергоемкость функций у р-элементов IIIА-подгруппы особенно в 4-7-ом периодах невысокая. Она повышается в пределах периодов слева направо от IIIА к VIIА-подгруппе. В VIIIА-подгруппе у химических элементов вследствие их инертности энергия функций резко снижается. Подобные процессы у р-элементов прослеживаются во всех семи периодах.
- Динамика функциональных свойств
биогеоценозов и видов растений
- Распределение электронно-орбитальных типов химических элементов среди периодов растений
В связи с наличием в природе прямой связи между уровнем энергии и степенью сложности морфологических структур первичный синтез периодов растений осуществлялся с преимущественным участием функциональных элементов, с уровнем, соответствующим степени сложности их структур.
Мы поставили задачу выяснить характер распределения электронно-орбитальных типов химических элементов у периодов растений. Результаты вычислений, представленные в таблице 1, показывают, что у низкоструктурированных периодов растений (низшие растения, архегониаты) в химическом составе s- и особенно d-элементы составляют больший процент по сравнению с р-элементами. Так, для лишайников, наиболее характерными являются d-элементы Ti, V, Fe, Ni (Раменская, 1974), т.е. d-элементы начальных периодов.
У моховидных усиление уровня энергии обмена веществ (наряду с усложнением структуры органических комплексов и морфологии) произошло путем включения в обмен марганца и образования марганцево-железного кластера. У них преобладают d-элементы начальных периодов.
У голосеменных усиление поглощения кобальта (Раменская, 1974; табл. 1) сопровождается дальнейшим усилением интенсивности обмена веществ, усложнением структуры морфологии растений, использованием в обмене d-элементов начальных и последующих периодов.
У цветковых в химическом составе р-элементы поглощаются и используются в обмене в большей степени, чем s- и d-элементы (табл. 1). У них заметно увеличивается количество обмениваемых элементов.
Вышеприведенные факты свидетельствуют о соответствии степени сложности структур органических комплексов и морфологических структур, скорости обмена веществ периодов растений, уровню энергии, показателю массы ядра химических элементов. В формировании подобного соответствия решающая роль принадлежит миграции энергии и р-элеменам, создающим оптимальные условия для осуществления этой миграции (путем формирования степени усложнения структур, соответствующей скорости передвижения по ним электронов).
Скорость перемещения электрона и степень сложности структуры взаимосвязаны между собой и взаимообусловлены. Данная взаимосвязь обеспечивает миграцию энергии, протекание фотосинтеза, дыхания, обмена веществ, роста, развития живого организма, дифференциацию уровней энергии и степени сложности структуры у периодов растений с помощью химических элементов (активно участвующих в формировании соответствия уровня энергии поглощенного солнечного луча уровню энергии и степени сложности структуры живого организма).
Вышеприведенные материалы показывают, что в синтезе живых организмов приняли участие не только солнечно-земные энергетические взаимодействия. В дифференциации иерархических ступеней при их синтезе приняли участие межэлементные взаимодействия, отраженные в периодическом законе химических элементов и в таблице периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева.
Проведенный нами биогеоценологический анализ химического состава и биохимии растений показал, что биогеоценозы с помощью химических элементов сформировали соответствие между периодической системой химических элементов и периодической системой растений.
Рассмотрим роль биогеоценозов в формировании энергетических переходов между периодами растений.