План Введение 1 Действие тяжелых металлов на растительные организмы 3 Химическая природа тяжелых металлов 3

Вид материалаДокументы

Содержание


Заключение к разделу
2. Действие гормонов на растительные организмы 2.1. Химическая природа гормонов растений
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7
^

Заключение к разделу



Тяжелые и другие металлы являются неотъемлемой частью биосферы.
Некоторые из них необходимы как растениям, так и животным в относительно
больших количествах (калий, кальций), другие востребованы живыми организмами в микроколичествах, но при этом жизненно необходимы (кобальт, цинк, железо, медь). И, наконец, третья часть этих химических элементов даже в крайне малых концентрациях токсична для всего живого (алюминий, кадмий, никель, свинец).

В настоящее время нет четкого определения понятия «тяжелые металлы». Например, алюминий относят к «тяжелым элементам», но многие авторы объединяют такие элементы в группу под общим названием «тяжелые токсичные металлы».

Увеличенное содержание тяжелых металлов (ТМ) в почве ведет к возрастанию их концентрации в растениях. Об этом свидетельствуют многочисленные факты, полученные при изучении ответных реакций действия тяжелых металлов на растительные организмы.

Актуальность вопросов качества продукции растениеводства вполне объяснима, поскольку накопление тяжелых металлов в организме человека осуществляется в основном за счет потребления продуктов питания и в меньшей степени - ингаляционным путем.

Среди пищевых продуктов одними из наиболее загрязненных являются продукты растительного происхождения. Следует отметить, что динамика развития реакций растений на химические стрессоры (избыток содержания микроэлементов) достаточно лабильна. Однако у растений в ходе эволюции и в течение жизни вырабатываются механизмы, приводящие к адаптации, обусловленной изменением чувствительности к нарушению баланса химических элементов в окружающей среде.

Физиологические свойства, механизмы действия и токсичность металлов для живых организмов интенсивно изучаются. Наибольшее внимание исследователей до последнего времени было обращено на такие элементы, как цинк и кадмий, которые, обладая сходными физико-химическими свойствами, тем не менее находятся на противоположных полюсах своего биологического действия: цинк является необходимым элементом многих биологических структур и функций клеток (входя в активные центры 70-ти ферментов и реализуя сигнал трансдукции в клетках), а кадмий - даже в малых концентрациях в окружающей среде очень токсичен для всего живого.

Таким образом, тяжелые металлы, среди которых Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg относятся и к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже).

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.


^

2. Действие гормонов на растительные организмы

2.1. Химическая природа гормонов растений


Растительные гормоны, или фитогормоны, вырабатываемые растениями органические вещества, отличные от питательных веществ и образующиеся обычно не там, где проявляется их действие, а в других частях растения.

Эти вещества в малых концентрациях регулируют рост растений и их физиологические реакции на различные воздействия. В последние годы ряд фитогормонов удалось синтезировать, и теперь они находят применение в сельскохозяйственном производстве. Их используют, в частности, для борьбы с сорняками и для получения бессемянных плодов.

Растительный организм – это не просто масса клеток, беспорядочно растущих и размножающихся; растения и в морфологическом, и в функциональном смысле являются высокоорганизованными формами. Фитогормоны координируют процессы роста растений. Особенно отчетливо эта способность гормонов регулировать рост проявляется в опытах с культурами растительных тканей.

Если выделить из растения живые клетки, сохранившие способность делиться, то при наличии необходимых питательных веществ и гормонов они начнут активно расти. Но если при этом правильное соотношение различных гормонов не будет в точности соблюдено, то рост окажется неконтролируемым и мы получим клеточную массу, напоминающую опухолевую ткань, т.е. полностью лишенную способности к дифференцировке и формированию структур.

В то же время, надлежащим образом изменяя соотношение и концентрации гормонов в культуральной среде, экспериментатор может вырастить из одной-единственной клетки целое растение с корнями, стеблем и всеми прочими органами.

Химическая основа действия фитогормонов в растительных клетках еще недостаточно изучена. В настоящее время полагают, что одна из точек приложения их действия близка к гену и гормоны стимулируют здесь образование специфичной информационной РНК. Эта РНК, в свою очередь, участвует в качестве посредника в синтезе специфичных ферментов – соединений белковой природы, контролирующих биохимические и физиологические процессы.

Гормоны растений были открыты только в 1920-х годах, так что все сведения о них получены сравнительно недавно. Однако еще Ю.Сакс и Ч.Дарвин в 1880 пришли к мысли о существовании такого рода веществ. Дарвин, изучавший влияние света на рост растений, писал в своей книге Способность к движению у растений (The Power of Movement in Plants): «Когда проростки свободно выставлены на боковой свет, то из верхней части в нижнюю передается какое-то влияние, заставляющее последнюю изгибаться».

Говоря о влиянии силы тяжести на корни растения, он пришел к заключению, что «только кончик (корня) чувствителен к этому воздействию и передает некоторое влияние или стимул в соседние части, заставляя их изгибаться».

В течение 1920–1930-х годов гормон, ответственный за реакции, которые наблюдал Дарвин, был выделен и идентифицирован как индолил-3-уксусная кислота (ИУК). Работы эти выполнили в Голландии Ф.Вент, Ф.Кёгль и А.Хаген-Смит. Примерно в то же время японский исследователь Е.Куросава изучал вещества, вызывающие гипертрофированный рост риса.

Теперь эти вещества известны как фитогормоны гиббереллины. Позже другие исследователи, работавшие с культурами растительных тканей и органов, обнаружили, что рост культур значительно ускоряется, если добавить к ним небольшие количества кокосового молока.

Поиски фактора, вызывающего этот усиленный рост, привели к открытию гормонов, которые были названы цитокининами.