КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Круговорот веществ в экосистемах
Круговорот углерода Углерод является основным строительным материалом молекул углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот (таких, как ДНК и РНК) и других важных для жизни органических соединений. Большинство наземных растений получают необходимый им углерод, поглощая через поры в своих листьях углекислый газ из атмосферы, концентрация которого там составляет 0,04%. Фитопланктон (микроскопические растения, плавающие в водных экосистемах) получает углерод из атмосферного углекислого газа, растворенного в воде. Растения - продуценты осуществляют фотосинтез, в процессе которого углерод углекислого газа преобразуется в углерод сложных органических соединений, например глюкозу. Затем в клетках кислородопотребляющих растений, животных и редуцентов происходит процесс клеточного дыхания, при котором глюкоза и другие сложные органические соединения расщепляются и преобразуют углерод обратно в углекислый газ для повторного использования продуцентами. Такая связь между фотосинтезом и аэробным дыханием заставляет углерод циркулировать внутри экосистемы, что составляет важнейшее звено круговорота углерода. Одновременно с углеродом в экосистемах циркулируют и две другие составные части глюкозы и прочих углеводов — кислород и водород. Углерод быстро циркулирует между атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Например, некоторая часть планетарного углерода на длительные периоды связывается в форме ископаемых видов топлива — каменного и бурого угля, нефти, природного газа, торфа, битуминозных песков и сланцев, — процесс образования которых в литосфере длился миллионы лет. В таком виде углерод остается (связанным до тех пор, пока не будет снова введен в атмосферу в форме углекислого газа, что происходит при добыче и сжигании минерального топлива). В водных экосистемах углерод и кислород, соединяясь с кальцием, образуют нерастворимый карбонат кальция, из которого состоят раковины моллюсков и минералы. Когда моллюски умирают, они опускаются на дно, и их раковины погружаются в слой донных осадков. Возврат углерода из осадочных отложений в активный круговорот происходит чрезвычайно медленно, на протяжении миллионов лет, путем растворения этих отложений в океанической воде и образования растворенного углекислого газа, который впоследствии может попадать в атмосферу. Расплавление горных пород в ходе длительных геологических процессов и при вулканических извержениях также приводит к выбросу углекислого газа в воздух и в воду. Другой важной частью круговорота углерода является анаэробное дыхание, происходящее без доступа кислорода. В ходе этого процесса различные виды анаэробных бактерий преобразуют органические соединения и газообразный метан (0%) и другие вещества. Сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать СО2. Кроме того, дополнительные количества углекислого газа поступают в атмосферу при разложении порубочных остатков на лесосеках и при взаимодействии атмосферного кислорода с корнями и органикой из нарушенного почвенного покрова. Сжигание углеродсодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу. Ученые предсказывают, что этот углекислый газ вместе с другими летучими техногенными выбросами может в ближайшие десятилетия вызвать потепление земной атмосферы и тем самым нарушить процесс производства продуктов питания на планете.
Круговорот азота Фиксация атмосферного азота в природе происходит по двум основным направлениям — абиогенному и биогенному. Первый путь включает главным образом реакции азота с кислородом. Так как азот химически весьма инертен, для окисления требуются большие количества энергии (высокие температуры). Эти условия достигаются при разрядах молний, когда температура достигает 25000 °C и более. При этом происходит образование различных оксидов азота. Существует также вероятность, что абиотическая фиксация происходит в результате фотокаталитических реакций на поверхности полупроводников или широкополосных диэлектриков (песок пустынь). Однако основная часть молекулярного азота (около 1,4×108 т/год) фиксируется биотическим путём. Долгое время считалось, что связывать молекулярный азот могут только небольшое количество видов микроорганизмов (хотя и широко распространённых на поверхности Земли): бактерии Azotobacter и Clostridium, клубеньковые бактерии бобовых растений Rhizobium, цианобактерии Anabaena, Nostoc и др. Сейчас известно, что этой способностью обладают многие другие организмы в воде и почве, например, актиномицеты в клубнях ольхи и других деревьев (всего 160 видов). Все они превращают молекулярный азот в соединения аммония (NH4+). Этот процесс требует значительных затрат энергии (для фиксации 1 г атмосферного азота бактерии в клубеньках бобовых расходуют порядка 167,5 кДж, то есть окисляют примерно 10 г глюкозы). Таким образом, видна взаимная польза от симбиоза растений и азотфиксирующих бактерий — первые предоставляют вторым «место для проживания» и снабжают полученным в результате фотосинтеза «топливом» — глюкозой, вторые обеспечивают необходимый растениям азот в усваиваемой ими форме. Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов (этот процесс носит название нитрификации). Последние, не связанные тканями растений (и далее по пищевой цепи травоядными и хищниками), недолго остаются в почве. Большинство нитратов и нитритов хорошо растворимы, поэтому они смываются водой и в конце концов попадают в мировой океан (этот поток оценивается в 2,5—8×107 т/год). Азот, включённый в ткани растений и животных, после их гибели подвергается аммонификации (разложению содержащих азот сложных соединений с выделением аммиака и ионов аммония) и денитрификации, то есть выделению атомарного азота, а также его оксидов. Эти процессы целиком происходят благодаря деятельности микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях. В отсутствие деятельности человека процессы связывания азота и нитрификации практически полностью уравновешены противоположными реакциями денитрификации. Часть азота поступает в атмосферу из мантии с извержениями вулканов, часть прочно фиксируется в почвах и глинистых минералах, кроме того, постоянно идёт утечка азота из верхних слоёв атмосферы в межпланетное пространство. Организмы нуждаются в различных химических формах азота для образования белков и генетически важных нуклеиновых кислот типа ДНК. Большинству зеленых растений требуется азот в форме нитрат-ионов (NО3-) и ионов аммония (NH4+). Газообразный азот (N2), составляющий 78% объема земной атмосферы, ни растениями, ни людьми, ни большинством других организмов не может быть использован непосредственно. К счастью, газообразный азот может преобразовываться в растворимые в воде соединения, содержащие нитрат-ионы и ионы аммония, усваиваемые корнями растений в процессе круговорота азота. Преобразование атмосферного газообразного азота в усваиваемые растениями химические формы называется фиксацией азота. Осуществляется она в основном либо синезелеными водорослями и определенными видами бактерий в почве и воде, либо бактериями, обитающими в небольших клубеньках на корнях люцерны, клевера, гороха, фасоли и других бобовых растений. Определенный вклад в фиксацию азота вносят грозовые разряды молний, при которых газообразные азот и кислород в атмосфере превращаются в оксид и диоксид азота. Эти газы взаимодействуют с водяным паром и преобразуются в нитрат-ионы, которые попадают на земную поверхность в форме азотной кислоты, растворенной в атмосферных осадках, и в форме частиц нитратных солей. Неорганические нитрат-ионы и ионы аммония, поглощаемые растениями из почвенной влаги, преобразуются ими в белки, ДНК и другие необходимые им азотсодержащие органические соединения. Животные покрывают большую часть своих потребностей в азотных питательных веществах, поедая растения или других растительноядных животных. Особые бактерии-редуценты превращают азотсодержащие органические соединения биологических отходов (то есть экскрементов и мертвых организмов) в неорганические вещества, такие, как газообразный аммиак (NНз) и растворимые в воде соли, содержащие ионы аммония (NН4+). Другие специальные группы бактерий затем преобразуют эти неорганические формы азота в нитрат-ионы в почве и в газообразный азот, который, попадая в атмосферу, замыкает цикл.
Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем: 1. Сжигание древесины или ископаемого топлива, при котором в атмосферу выбрасываются большие количества оксида азота (NО). Оксид азота затем соединяется в атмосфере с кислородом и образует диоксид азота (NО2), который при взаимодействии с водяным паром может образовывать азотную кислоту (HNОз). Эта кислота становится компонентом кислотных осадков, наносящих вред лесам и убивающих рыбу в озерах многих районов мира. 2.Воздействие некоторых бактерий на удобрения и отходы животноводства приводит к выделению в атмосферу парникового газа — закиси азота (N2О). 3.Добыча полезных ископаемых, содержащих нитрат-ионы и ионы аммония, для производства минеральных удобрений. 4. Вынос из почвы нитрат-ионов и ионов аммония при сборе урожая сельскохозяйственных культур с высоким содержанием азота. 5.Увеличение количества нитрат-ионов и ионов аммония в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей азотных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых канализационных стоков. Создаваемый таким образом избыток питательных веществ способствует быстрому росту водорослей и других водных растений. Для разложения отмерших водорослей аэробными редуцентами расходуется растворенный в воде кислород, что приводит к массовым заморам рыб.
Круговорот фосфора Фосфор главным образом в виде фосфат-ионов (РО43- и НРО42-) является важным питательным элементом, как для растений, так и для животных. Он входит в состав молекул ДНК, несущих генетическую информацию; молекул АТФ и АДФ, в которых запасается необходимая для организмов химическая энергия, используемая при клеточном дыхании; молекул жиров, образующих клеточные мембраны в растительных и животных клетках; а также веществ, входящих в состав костей и зубов животных. В этом круговороте осадочного типа фосфор медленно перемещается из фосфатных месторождений на суше и мелководных океанических осадков к живым организмам и затем обратно. Бактерии здесь играют менее важную роль, чем в круговороте азота. Фосфор, высвобождаемый при медленном разрушении (или выветривании) фосфатных руд, растворяется почвенной влагой и поглощается корнями растений. Тем не менее, в большинстве почв содержатся очень незначительные количества фосфора, так как фосфатные соединения очень плохо растворяются в воде и встречаются лишь в определенных типах горных пород. Таким образом, во многих почвах и водных экосистемах содержание фосфора является лимитирующим фактором роста растений. Животные получают необходимый им фосфор, поедая растения или других растительноядных животных. Значительная часть этого фосфора в виде экскрементов животных и продуктов разложения мертвых животных и растений возвращается в почву, в реки и, в конце концов, на дно океана в виде нерастворимых фосфатных осадочных пород. Часть фосфора возвращается на поверхность суши в виде гуано — обогащенной фосфором органической массы экскрементов питающихся рыбой птиц (пеликанов, бакланов и т.п.). Однако несравнимо большее количество фосфатов ежегодно смывается с поверхности суши в океан в результате природных процессов и антропогенной деятельности. Вследствие длящихся миллионы лет геологических процессов могут подниматься и осушаться участки океанического дна, образуя острова или материки. Последующее выветривание обнажившихся горных пород приводит к высвобождению новых количеств фосфора и продолжению круговорота.
Вмешательство человека в круговорот фосфора сводится в основном к двум вариантам: 1. Добыча больших количеств фосфатных руд для производства минеральных удобрений и моющих средств. 2. Увеличение избытка фосфат-ионов в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых стоков. Как и в случае с нитрат-ионами и ионами аммония, избыток этих питательных элементов способствует «взрывному» росту синезеленых водорослей и других водных растений, что нарушает жизненное равновесие в водных экосистемах.
Круговорот серы Сера преобразуется в различные соединения и циркулирует в экосфере. Из природных источников она попадает в атмосферу в следующем виде: сероводород (H2S) — бесцветный, сильно ядовитый газ с запахом тухлого яйца — при извержении вулканов, при разложении органических веществ в болотах и затапливаемых приливами низинах; диоксид серы (SО2) — бесцветный удушливый газ — при извержении вулканов; частицы сульфатных солей, например сульфата аммония, — из мельчайших брызг океанической воды. Около трети всех соединений серы и 99% диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов диоксида серы в атмосферу. Оставшаяся треть выделяется во время таких технологических процессов, как переработка нефти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд. В атмосфере диоксид серы окисляется кислородом до газообразного триоксида серы, который в свою очередь при реакции с водяным паром образует мельчайшие капельки серной кислоты (Н2SО4). Взаимодействуя также с другими атмосферными компонентами, триоксид серы может образовывать мельчайшие частицы сульфатных солей. Эти капельки серной кислоты и частицы сульфатов вносят свой вклад в образование кислотных осадков, нарушающих жизнедеятельность лесных и водных экосистем.
Влияние основных тяжелых металлов на растения Тяжелые металлы(Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Изучение минерального питания растительных организмов включает в себя знакомство и с микроэлементами. В настоящее время при помощи специальных, особо чувствительных методов удалось определить в составе организмов свыше 60 таких химических элементов. Однако можно утверждать, что названное число не является пределом и в состав организмов в самом деле входят все известные химические элементы и их изотопы, (как стабильные, так и радиоактивные). Химические элементы, которые, входя в состав организмов растений, животных и человека, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической ролью, получили название биогенных элементов. К числу биоэлементов относятся: азот, водород, железо, йод, калий, кальций, кислород, кобальт, кремний, магний, марганец, медь, молибден, натрий, сера, стронций, углерод, фосфор, фтор, хлор, цинк. Указанный перечень будет, несомненно, увеличиваться по мере роста наших знаний. Например, биогенное значение кобальта и молибдена определилось недавно. Некоторые элементы биогенны только по отношению к определенным классам, родам, а иногда и видам организмов. Например, бор необходим для растений, но пока не может считаться биогенным по отношению к животным и человеку. Значительное количество химических элементов, постоянно обнаруживаемых в организмах, оказывает определенное влияние на течение процессов обмена веществ и на ряд физиологических функций в эксперименте, однако еще не известно, какую роль эти элементы играют в организмах в природных условиях, и поэтому их биогенное значение пока сомнительно. К таким элементам относятся алюминий, барий, бериллий, бром, висмут, галлий, германий, кадмий, литий, мышьяк, никель, олово, радий, ртуть, рубидий, свинец, серебро, сурьма, титан, уран, хром, цезий. Количественное содержание биоэлементов, входящих в состав организмов, сильно варьирует в зависимости от среды обитания, способа питания, видовой принадлежности и т. п. Основную массу живого вещества (99,4%) составляют так называемые макроэлементы: О, С, Н, Са, N, К, Р, Мg, S, Cl, Na. К числу микроэлементов, содержание которых в организме исчисляется тысячными и даже триллионными долями процента, относятся: железо, кобальт, марганец, медь, молибден, цинк, кадмий, фтор, йод, селен, стронций, бериллий, литий и др. 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. Связь между ролью элемента в живом организме и положением его в периодической системе хорошо прослежена для многих микроэлементов, однако далеко еще не все стороны этой зависимости изучены в достаточной степени. Обратимся теперь к сущности влияния микроэлементов на живой организм. Наиболее характерна высокая биологическая активность микроэлементов, т. е. способность чрезвычайно малых доз их оказывать сильное действие. 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. Именно указанными взаимоотношениями и определяются основные пути вовлечения микроэлементов в биологические процессы. В настоящее время твердо установлена связь между микроэлементами и витаминами. Показано, что марганец необходим для образования в ряде растений витамина С (аскорбиновой кислоты), предохраняющего человека и, некоторых животных от заболевания цингой. Есть данные, показывающие, что введением марганца можно вызвать образованиеаскорбиновой кислоты в организме тех видов животных, которые обычно неспособны к выработке этого витамина. Марганец, по-видимому, нужен и для действия витамина D (антирахитного) и B1 (антиневритного). Намечается связь между микроэлементом цинком и витамином В1. Однако наиболее интересно открытие антианемического витамина B12, недостаток которого в организме приводит к тяжелым формам анемии (злокачественному малокровию). Оказалось, что этот витамин — соединение микроэлемента кобальта и сложной органической группы. Как известно, многие металлы, преимущественно микроэлементы, в растворах обладают ярко выраженным каталитическим действием, т. е. способны в значительнойстепени, в сотни тысяч и миллионы раз, ускорять течение химических реакций. Это каталитическое действие микроэлементы проявляют и в живом организме, особенно тогда, когда они вступают во взаимодействие с органическими веществами, содержащими азот. Максимальную каталитическую активность металлы как таковые или, чаще, их металлоорганические (органо-минеральные) соединения приобретают, вступая в соединения с белками. Именно такое строение имеют многие биологические катализаторы — ферменты. Помимо значительного повышения активности, роль белкового компонента заключается в придании таким соединениям, в основном ферментам, специфичности действия. При взаимодействии микроэлементов с белковыми компонентами ферментов образуются металлоэнзимы. Состав большой группы металлоэнзимов характеризуется наличием в них металла в качестве стабильного комплекса (железосодержащие ферменты — каталаза, пероксидаза, цитохромы, цитохромоксидаза и др.). Геохимические процессы, непрерывно протекающие в земной коре, и эволюция химического состава организмов— процессы сопряженные. Жизнь, по В. И. Вернадскому, не составляет внешнего, случайного явления на земной поверхности, а теснейшим образом связана со строением земной коры. Содержание элементов в живом веществе пропорционально составу среды обитания организма с поправкой на растворимость соединений, включающих эти элементы. С геохимическими провинциями земли тесно связаны биогеохимические провинции—области, характеризующиеся более или менее одинаковой концентрацией одного или нескольких элементов. В пределах биогеохимических провинций с избыточным или недостаточным содержанием определенных элементов наступает своеобразная биологическая реакция флоры и фауны данной области, что проявляется в эндемических заболеваниях растений и животных—биогеохимических эндемиях. КОБАЛЬТ В биосфере кобальт преимущественно рассеивается, однако на участках, где есть растения — концентраторы кобальта, образуются кобальтовые месторождения. В верхней части земной коры наблюдается резкая дифференциация кобальта — в глинах и сланцах в среднем содержится 2·10-3% кобальта, в песчаниках 3·10-5, в известняках 1·10-5. Наиболее бедны кобальтом песчаные почвы лесных районов. В поверхностных водах его мало, в Мировом океане его лишь 5·10-8%. Будучи слабым водным мигрантом, он легко переходит в осадки, адсорбируясь гидроокисями марганца, глинами и другими высокодисперсными минералами. Содержание кобальта в почвах определяет количество этого элемента в составе растений данной местности, а от этого зависит поступление кобальта в организм травоядных животных. Постоянно присутствуя в тканях растений, кобальт участвует в обменных процессах. В животном организме его содержание зависит от его уровня в кормовых растениях и почвах. Концентрация кобальта в растениях пастбищ и лугов в среднем составляет 2,2·10-5—4,5·10-5% на сухое вещество. Способность к накоплению этого элемента у бобовых выше, чем у злаковых и овощных растений. В связи с высокой способностью к концентрации кобальта морские водоросли по его содержанию мало отличаются от наземных растений, хотя в морской воде его значительно меньше, чем в почвах. Кобальт участвует в ферментных системах клубеньковых бактерий, осуществляющих фиксацию атмосферного азота; стимулирует рост, развитие и продуктивность бобовых и растений ряда других семейств. В микродозах кобальт является необходимым элементом для нормальной жизнедеятельности многих растений и животных. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными. Кобальт применяют в сельском хозяйстве как микроудобрения – удобрения, содержащие микроэлементы (В, Cu, Mn, Zn, Со и др.), т. е. вещества, потребляемые растениями в небольших количествах. Известкование почв снижает усвояемость растениями кобальта. Так же влияет избыток марганца и железа в почвах; наоборот, фосфор усиливает поступление кобальта в растения. Применение кобальтовых солей (сернокислого кобальта) в качестве удобрений, как оказалось, способствует ускорению созревания ячменя, повышает урожай семян красного клевера, увеличивает содержание жира в семенах льна. Под влиянием кобальта повышается урожайность сахарной свеклы. Внесение 300 г сернокислого кобальта на 1 га значительно повышает урожай винограда: вес ягод увеличивается на 35%, сахаристость — на 14%, кислотность снижается на 10%. М. Я. Школьник предлагает вносить кобальт в качестве удобрений в следующих дозах: внесение в почву перед посевом — 2—6 кг на 1 га; внесение в междурядье в виде подкормки — 0,5 кг на 1 га; внекорневое питание— 0,1-процентный раствор; намачивание семян — 0,1-процентный раствор. При внесении кобальтовых удобрений с самолета применяется измельченный сернокислый кобальт в дозе 1,415 кг на 1 га. Помимо чистых химических соединений кобальта, в качестве удобрений могут быть также использованы продукты переработки шлаков никелевого производства и колчеданных огарков. МОЛИБДЕН Среднее содержание молибдена в почвах составляет 0,0003%, в изверженных породах — 0,000154%, в осадочных породах —0,00024%. Больше всего молибдена находится в болотистых почвах и в почвах тундр. Богатство почв органическими веществами обусловливает низкий окислительный потенциал среды. Наиболее растворимы в воде и доступны для растений соединения Мо6 в нейтральной и слабощелочной среде. На кислых почвах молибден мало доступен растениям, поэтому в таких условиях сказывается положительно внесение молибденовых удобрений. Влияние молибдена зависит от многих факторов: на кислых почвах эффект молибдена зависит от содержания подвижного алюминия (чем больше алюминия, тем выше эффект молибдена). Между молибденом и марганцем наблюдается обратная зависимость—избыток марганца вызывает недостаток молибдена, и, наоборот, присутствие молибдена улучшает состояние растений (льна), болеющих на кислых почвах от избытка марганца. Антагонистическая зависимость наблюдается также между молибденом и медью (молибден вытесняет медь). Молибден особенно важен для бобовых растений; он концентрируется в клубеньках бобовых, способствует их образованию и росту и стимулирует фиксацию клубеньковыми бактериями атмосферного азота. Входя в состав фермента нитраторедуктазы (являющейся по своему строению молибдофлавопротеином), молибден восстанавливает нитраты у высших и низших растений и стимулирует синтез белка в них. Поэтому в условиях недостатка молибдена в растениях накапливаются нитраты, одновременно уменьшаются азотистая растворимая фракция и уровень азотистой белковой фракции. Молибден и марганец, по-видимому, катализируют отдельные реакции, каждая из которых влияет на концентрацию аминокислот — промежуточных продуктов белкового обмена. Молибден активирует реакцию, ведущую от нитратов к образованию аминокислот, тогда как марганец, по-видимому, активирует дальнейшие фазы превращения аминокислот в белки. Молибден оказывает положительное влияние не только на бобовые растения, но и на цветную капусту, томаты, сахарную свеклу, лен и др. Растениями-индикаторами недостатка молибдена могут быть томаты, кочанная капуста, шпинат, салат, лимоны. Молибден необходим не только для процесса синтеза белков в растениях, но и для синтеза витамина С и каротина, синтеза и передвижения углеводов, использования фосфора. Болезни молибденовой недостаточности: - болезнь нитевидности цветной капусты. Выражается в уменьшении листовой пластинки. Поражает растения на кислых почвах: известкование может предотвратить появление болезни. Описана преимущественно в Австралии и Новой Зеландии. - желтая пятнистость цитрусовых (рис.1). Выражается в появлении желтых пятен на листьях, быстро опадающих. При этом значительно уменьшается количество плодов. Заболевание наблюдается во Флориде (США). Применяются различные способы внесения молибдена в качестве удобрения. Так, урожай и сахаристость сахарной свеклы увеличиваются при внесении в почву путем подкормки в междурядья на 0,5 кг с 1 га, при непосредственном внесении в почву—на 2,8 кг с 1 га. То же было установлено названным автором при изучении действия молибдена (молибденовокислого аммония) на урожай семян красного клевера. На неизвесткованной почве эффект молибдена значительно более выражен. Ввиду высокой стоимости молибденовых солей рекомендуют применение предпосевной обработки семян — 0,8 г/л. При этом методе потребность в молибденовых солях уменьшается в сотни раз. Для внекорневого питания потребность в молибдате аммония составляет 600 л 0,03—0,05-процентного раствора на 1 га. НИКЕЛЬ Содержание никеля в почвах составляет 0,004%, в природных поверхностных водах — 0,000 000 34%. В растениях в среднем содержится 0,00005% на живой вес (в зависимости от вида растения, местности, почвы, климата и др.). Растения в районе никелевых месторождений могут накоплять в себе значительные количества никеля. При этом наблюдаются явления эндемического заболевания растений, например уродливые формы астр, что может быть биологическим и видовым индикатором в поисках никелевых месторождений. Морфологически измененные анемоны в обогащенных никелем биогеохимических провинциях концентрируют никель в 30-кратном размере; повышенное содержание никеля в почвенных растворах и в почвах Южного Урала, обогащенных никелем в 50-кратном размере, является причиной появления уродливых форм у сон-травы (семейство лютиковых) и грудницы (семейство сложноцветных). Критические значения концентрации никеля в питательном растворе—1,5 мг/кг и в сухой массе ячменя, выращенного на такой среде — 26 мг/кг. Токсический уровень этого элемента в листьях растений начинается с превышения 1,0 мг/кг сухой массы. При усвоении никеля растениями происходит взаимодействие с содержащимися в почве железом, кобальтом, хромом, магнием, медью, цинком, марганцем; при этом ионы марганца и магния не ингибируют, а ионы кобальта, меди, железа и цинка — ингибируют абсорбцию никеля на 25—42%. Существуют указания на то, что растения, произрастающие на серпентиновых почвах, не проявляют признаков токсического повреждающего воздействия никеля, в случаях, если соотношение медь: никель равно или более 1, или соотношение железо: никель равно или более 5. Среди растений существует различие в чувствительности по отношению к воздействию никеля. Токсические уровни никеля в листве растений (млн -1 сухой массы): рис 20—25, ячмень 26, виды твердой древесины 100—150, цитрусовые 55—140, сорняки 154. Типичные симптомы повреждающего токсического действия никеля: хлороз, появление желтого окрашивания с последующим некрозом, остановка роста корней и появления молодых побегов или ростков, деформация частей растения, необычная пятнистость, в некоторых случаях — гибель всего растения. МАРГАНЕЦ Марганец находится в почвах в среднем в количестве 0,085%. Однако в отдельных случаях при высоком общем содержании марганца в почвах количество усвояемых его форм, переходящих в солянокислую или солевую форму, может быть явно недостаточно. В среднем растворимая часть Мn в почве составляет 1 —10% от общего его содержания. Кислая реакция почвы (при рН ниже 6,0) благоприятствует усвоению растениями Мn2+; слабощелочная реакция (рН выше 7,5) стимулирует образование гидрата Мn(ОН)2, трудно усваиваемого растениями. Подвижность марганца в пахотном слое также определяется буферностью почв по отношению к кислотам, что зависит от суммы обменных оснований (преимущественно Са и Mg) в них. При высокой буферности почв подвижность Мn2+ уменьшается. При низкой буферной емкости почв подвижность марганца выше. Марганец мобилизует фосфорную кислоту почвы. Целый ряд почвенных микроорганизмов, участвующих в усвоении растениями атмосферного азота, усиливают свою активность под влиянием марганца. Среднее содержание марганца в растениях равно 0,001 %. Марганец служит катализатором процессов дыхания растений, принимает участие в процессе фотосинтеза. Исходя из высокого окислительно-восстановителыюго потенциала марганца можно думать, что марганец играет такую же роль для растительных клеток, как железо — для животных. Марганец входит в состав либо является активатором ряда ферментативных систем; регулирует отношение Fe2+↔Fe3+, тем самым влияя на окислительно-восстановительные процессы, совершающиеся с помощью железа. Марганец усиливает гидролитические процессы, в результате чего нарастает количество аминокислот, способствует продвижению ассимилятов, образующихся в процессе фотосинтеза от листьев к корням и другим органам. По данным П. А. Власюка, марганец при нитратном питании растений ведет себя как восстановитель, тогда как при аммиачном — как окислитель. Благодаря этому с помощью марганца можно воздействовать на процессы сахарообразования и синтеза белков. Благотворное влияние марганца на рост и развитие растений очевидно; так, И. В. Мичурин подметил, что у гибридных сеянцев миндаля под влиянием марганца срок первого плодоношения ускоряется на 6 лет. Этот факт явился первым описанным в литературе случаем замечательного ускорения роста и созревания растений под влиянием микроэлементов. При недостатке марганца в почвах (низком содержании либо неблагоприятных условиях для усвоения его растениями) возникают заболевания растений, характеризующиеся в общем появлением на листьях растений хлоротичных пятен, которые в дальнейшем переходят в очаги некроза (отмирания). Обычно при этом заболевании происходит задержка роста растений и их гибель. У различных видов растений заболевание марганцевой недостаточностью имеет свои специфические проявления и получило соответственные названия. - cерая пятнистость злаков наблюдается у овса, ячменя, пшеницы, ржи, кукурузы. Характеризуется появлением на листьях узкой поперечной линии увядания. Листья загибаются по линии увядания и свешиваются вниз. У кукурузы на листьях появляются отдельные хлоротичные пятна, в дальнейшем отмирающие, что ведет к образованию отверстий на листьях. Болезнь распространена обычно на щелочных почвах при высоким содержании гумуса. - болезнь сахарного тростника – на молодых листьях появляются длинные беловатые полосы хлоротичных участков, в дальнейшем краснеющие; на этих местах наступает разрыв листьев. Содержание марганца в листьях резко падает; наблюдаются лишь следы (вместо 0,003% в норме). Заболевание растений развивается на щелочных и нейтральных почвах. Внесение в почву серы, суперфосфатов (веществ, подкисляющих почву и повышающих содержание доступного марганца) излечивает или предупреждает названное заболевание. - пятнистая желтуха сахарной свеклы, а также кормовой, столовой свеклы и шпината. В пространствах между жилками листьев появляются желтые хлоротичные участки; края листьев заворачиваются кверху. Содержание марганца в тканях больных растений резко уменьшается: в здоровом листе сахарной свеклы обычно 181 мг марганца на 1 кг сухого вещества, а в больном — лишь 13 мг на 1 кг. - болотная пятнистость семян гороха. Поражаются как листья (легкий хлороз), так и, главным образом, семена гороха. На семенах появляются коричневые или черные пятна; на внутренней поверхности семядолей образуются полости. Рядом с больными могут находиться и здоровые семена. - болезни плодовых растений проявляются в хлорозе листьев (у главной жилки), преимущественно старых (недостаточность железа проявляется главным образом на молодых листьях). Отмирают ветви, светлеют плоды. Сильнее всего поражается груша; вишня и яблоня — меньше. - пятнистость листьев тунга. Заболевание встречается преимущественно в США. При низком содержании обменного марганца в почвах, на листьях между жилками появляются хлоротичные участки, разрастающиеся в пятна. Встречается также серая пятнистость клубники и другие заболевания. Явление недостаточности марганца у растений в виде приведенных выше специфических заболеваний наблюдается при значительном дефиците марганца в почвах, однако и при относительном недостатке подвижного марганца могут наблюдаться «стертые» формы недостаточности, проявляющиеся в задержке роста, уменьшении урожайности и т. п. Обогащение растений марганцем ведет к улучшению роста, плодоношения деревьев и урожайности многих культур, что нашло практическое использование. В качестве удобрений применяют отходы марганцеворудной промышленности, отходы производства серной кислоты и др. Марганцевые отходы имеют преимущество перед чистыми марганцевыми солями: они используются растениями постепенно и действуют более эффективно. Доза удобрений зависит от источника получения отходов и от вида растений. Внесение марганцевых отходов в почву в качестве удобрений положительно сказывается на урожайности сахарной свеклы, озимой пшеницы, кукурузы, картофеля, овощных культур и других культур, уменьшает полегаемость растений. Помимо обычного внесения марганцевых удобрений в почву, применяют и другие методы использования марганца, при которых исключаются неблагоприятные условия усвояемости марганца из почв. Избыток марганца, так же как и его недостаток, неблагоприятно сказывается на растениях. Л. П. Виноградов отмстил значительные морфологические изменения у растений, произрастающих на богатых марганцем почвах (например в Чиатури). По данным Л. Я. Леванидова, существуют растения, способные в значительной степени накапливать марганец; такие растения называют манганофилами. Способность концентрировать марганец не обязательно свойственна всем видам данного рода и не связана с систематическим положением растения. Концентраторами марганца являются лютик золотистый, полынь лекарственная, некоторые папоротники, сосна, береза, пасленовые. Растения-манганофилы активно извлекают марганец из почв. Если растения-манганофилы произрастают на почвах с малым содержанием легко усвояемого марганца, то они особенно страдают от его недостатка. Так, на черноземе, бедном доступным марганцем, могут произрастать только такие растения-манганофилы, как береза, мобилизующая марганец своими кислыми корневыми выделениями. МЕДЬ Общее содержание меди в почвах составляет около 0,002%, причем на долю растворимой части приходится около 1% этого количества. В почвах встречаются несколько форм меди, в различной степени усваиваемой растениями: а)водоорастворимая медь, б)обменная медь, поглощенная органическими и минеральными коллоидами, в)труднорастворимые медные соли, г)медьсодержащие минералы, д)комплексные металлоорганические соединения меди. Подвижность меди и поступление ее в растения уменьшаются при известковании почв, связывании меди в виде органических соединений и закреплении почвенным гумусом. Часть меди почв прочно связана с почвенными перегнойными кислотами — гуминовой, креновой, апокреновой; в этой форме она становится неподвижной и неусвояемой для растений. Медь образует также комплексные соединения с рядом органических кислот — щавелевой, лимонной, малеиновой, янтарной. Важную роль в фиксации меди играют микроорганизмы почвы. Количество воднорастворимой доступной меди определяет в основном условия жизни растений в данной местности. Растения богатых медью почв обогащаются названным элементом, причем некоторые виды приобретают устойчивость даже к очень высоким концентрациям этого металла. Медь необходима для жизнедеятельности растительных организмов. Почти вся медь листьев сосредоточена в хлоропластах и тесно связана с процессами фотосинтеза; она участвует в синтезе таких сложных органических соединений, как антоциан, железопорфирины и хлорофилл; медь стабилизирует хлорофилл, предохраняет его от разрушения. Медь входит в качестве структурного компонента в состав соединения с белком (медьпротеида, содержащего 0,3% меди), образуя окислительный фермент полифенолоксидазу. Этот фермент впервые был обнаружен в клубнях картофеля, шампиньонах, а в дальнейшем в составе большинства распространенных растений. Хотя этот фермент может окислять лишь определенные фенольные соединения, однако присутствие в растительных тканях наряду с оксидазой пирокатехина или ортохинона позволяет полифенолоксидазе участвовать в окислении большого количества органических соединений. Медь способствует синтезу в растениях железосодержащих ферментов, в частности пероксидазы. Установлено положительное влияние меди на синтез белков в растениях и благодаря этому — на водоудерживающую способность растительных тканей. Напротив, при недостатке меди гидрофильность коллоидов тканей уменьшается. Очевидно, вследствие этого медь в виде удобрений имеет значение для придания растениям засухо- и морозоустойчивости, а также, возможно, устойчивости к бактерийным заболеваниям. Болезни недостаточности меди у растений: - экзантема, или суховершинность плодовых деревьев. Поражает цитрусовые (рис. 2), а также яблони, груши, сливы и маслины. У цитрусовых листья достигают больших размеров, молодые побеги изгибаются, на них развиваются вздутия, затем трещины. Пораженные побеги теряют листья и высыхают. Крона деревьев приобретает кустовидную форму. Плоды мелкие с бурыми пятнами и бородавками. Листья имеют сначала ярко-зеленый цвет, а в дальнейшем появляется пятнистость и хлороз. У яблонь заболевание проявляется в отмирании верхушек побегов — наступает увядание и свертывание листьев. Края листьев становятся как бы обожженными. У персиков наступает гибель побегов, ухудшается цветение и завязывание плодов; на листьях появляются крупные хлоротичные пятна. - «болезнь обработки» травянистых растений проявляется в подсыхании кончиков листьев, задержке в формировании репродуктивных органов, пустозернистости колоса. При этом заболевании растения кустятся и, не переходя к стеблеванию, погибают. Поражаются «болезнью обработки» главным образом овес, ячмень, пшеница, свекла, бобовые, лук; меньше— рожь, гречиха, клевер. «Болезнь обработки» встречается преимущественно на болотистых почвах и торфяниках; это заболевание называется также «болезнью освоения», так как она поражает овес, ячмень, яровую и озимую пшеницы и другие злаки, а также лен, коноплю, махорку и другие культуры на мелиорированных почвах. На некоторых торфяных почвах злаки в фазе молочной спелости полегают, образуя колена. В тканях выпуклой части колена окислительные процессы (активность пероксидазы, полифенолоксидазы, цитохромоксидазы) протекают на более высоком уровне и в них содержится в 3 раза больше меди, чем в противоположно расположенных тканях. «Болезнь обработки» не возникает, если в почву вносят сернокислую медь в количестве 25 кг на 1 га, что ведет к нарастанию содержания меди в растениях (пшенице, ржи, овсе и других злаках). Применение медных удобрений не только сказывается на повышении урожайности, но и на качестве сельскохозяйственных продуктов. Так, количество белка в зерне нарастает, сахаристость сахарной свеклы увеличивается, так же как процент выхода каучука у кок-сагыза, содержание витамина С и каротина в плодах и овощах, улучшаются технологические качества волокна конопли. Под влиянием медных удобрений повышается устойчивость озимой пшеницы к полеганию. ЦИНК Среднее содержание цинка в почвах составляет 0,005%; из этого количества на долю растворимого цинка приходится не более 1 %. Солончаковые и солонцеватые почвы содержат больше всего подвижного цинка (0,0087—0,014%), что связано с высокой дисперсностью солонцеватых почв и наличием в них соединений цинка типа цинкатов натрия и калия. Промежуточное положение по количеству подвижных форм цинка занимают черноземы и серые лесные почвы; меньше всего таких форм в подзолистых почвах (0,00185—0,00241%). На кислых почвах цинк более подвижен и выносится из почв в больших количествах; поэтому на кислых почвах чаще наступает дефицит цинка, на щелочных почвах цинк наименее подвижен. В среднем в растениях обнаруживается 0,0003% цинка. В зависимости от вида, местности произрастания, климата и т. п. содержание цинка в растениях весьма варьирует. Цинк является компонентом ряда ферментных систем. Он необходим для образования дыхательных ферментов—цитохромов А и Б, цитохромоксидазы (активность которой резко падает при недостаточности цинка), входит в состав ферментов алкогольдегидразы и глицилглициндипептидазы. Цинк связан с превращением содержащих сульфгидрильную группу соединений, функция которых состоит в регулировании уровня окислительно-восстановительного потенциала в клетках. При недостатке цинка в вакуолях клеток накопляются полифенолы, фитостерин, лецитин как продукты неполного окисления углеводов и белков; в листьях обнаруживается больше редуцирующих сахаров и фосфора и меньше сахарозы и крахмала. При отсутствии цинка нарушается процесс фосфорилирования глюкозы. Недостаток цинка ведет к значительному уменьшению в растениях ростового гормона — ауксина. Цинк является составным компонентом фермента карбоангидразы. Входя в состав карбоангидразы, цинк влияет на важнейшую фотохимическую реакцию «темновой» утилизации углекислого газа растениями и на процесс выделения СО2, т. е. на процесс дыхания растений. Растения, развивающиеся в условиях недостаточности цинка, бедны хлорофиллом; напротив, листья, богатые хлорофиллом, содержат максимальные количества цинка. В зеленых листьях цинк, возможно, связан с порфиринами. Под влиянием цинка происходит увеличение содержания витамина С, каротина, углеводов и белков в ряде видов растений, цинк усиливает рост корневой системы и положительно сказывается на морозоустойчивости, а также жаро-, засухо- и солеустойчивости растений. Соединения цинка имеют большое значение для процессов плодоношения. Горох, сорго и бобы в водных культурах не дают семян при концентрации цинка в среде 0,005 мг на 1 л и ниже. С повышением концентрации цинка в питательной смеси соответственно число семян увеличивается. В местностях вблизи цинковых залежей произрастает так называемая галмейская флора — растения, обогащенные цинком. Болезни недостаточности цинка распространены преимущественно среди плодовых деревьев; могут заболевать также хвойные растения и кукуруза. Главнейшие из этих болезней недостаточности следующие: - мелколистность, или розеточная болезнь, листопадных деревьев. Поражает яблони, груши, сливу, персики, абрикос, миндаль, виноград (рис. 3), вишню. На заболевшем растении весной образуются укороченные побеги с розеткой мелких скрученных листьев. На листве —явления хлороза. Плоды мелкие и деформированные, часто вообще не появляются. Через 1—2 года побеги отмирают. Заболевание излечивается непосредственно введением в стволы больных деревьев сернокислого цинка в кристаллическом виде, внесением в почву соединений пинка, опрыскиванием растений раствором цинковых солги. При обильном развитии микроорганизмов па некоторых почвах они могут в значительной мере поглощать цинк и создавать условия цинкового голодания для высших растений. Стерилизация почв, убивая микробы и, возможно, разрушая соединения, в виде которых цинк оказывается в связанном состоянии, ставят высшие растения в условия более полной обеспеченности цинком. - пятнистость листьев цитрусовых, «крапчатость». Между жилками листьев появляются желтые участки, поэтому листья приобретают пятнистый вид. Зеленая окраска сохраняется лишь у основания листьев, остальная часть становится белой. Листья и корневая система перестают расти, и растения погибают. - бронзовость листьев тунговых. Листья приобретают бронзовую окраску, отдельные участки отмирают. Появляющиеся взамен погибающих новые листья деформированы. Больные деревья мало устойчивы против морозов. - розеточная болезнь сосны. Хвоя на концах побегов приобретает бронзовую окраску. - побеление верхушки кукурузы. Между жилками листа появляются светло-желтые полосы, развиваются некротические пятна и отверстия. Новонарастающие листья имеют бледно-желтый цвет. Цинковые удобрения с успехом используются для повышения урожайности ряда культур: сахарной свеклы, озимой пшеницы, овса, льна, клевера, подсолнечника, кукурузы, хлопчатника, цитрусовых, других плодовых, древесных и декоративных растений. Некоторые растения особенно отзывчивы на цинковые удобрения. При использовании минеральных удобрений, содержащих 20 кг сернокислого цинка на 1 га, наблюдается больший урожай зерна кукурузы, чем от применения любой удобрительной смеси без цинка. При этом кукуруза, больная «побелением верхушки», полностью выздоравливает — исчезает хлороз, появляются нормальные зеленые листья.
Био-революция в виде генетических технологий поставила ребром глобальный вопрос человечества: «Твари ли мы или право имеем?» Цена вопроса, действительно, высока. В зависимости от ответа, наш биологический вид ожидает эволюция или полное исчезновение! Из истории: Генетически модифицированные продукты – растения, в ДНК которых введен инородный ген другого растения или животного. Первое трансгенное растение создано в 1982 году. Это был табак. К 1995 году около 60 видов домашних растений было генетически модифицированы и «улучшенные продукты» поступили в продажу. Действительно, с точки зрения, урожайности, сохранности, пищевой ценности, и вирусной устойчивости - эти продукты превосходят традиционные. Сегодня модификации подверглись не только растения: активно применяются и технологии получения трансгенных сельскохозяйственных животных, птиц. «Оптимизируются» отдельные части и ткани тушек птиц, что, положительно сказывается на вкусовых качествах мяса. Оно становится не только более нежным, но и более пригодным для промышленной переработки. Продолжается работа по созданию трансгенных растений для пищевой и фармацевтической промышленности. Перспективным направлением является «сотворение» растений, кодирующих синтез вакцины против различных заболеваний. Например, при введении гена нетоксичной субъединицы энтеротоксина холеры в растения картофеля и вскармливания сырых клубней подопытным мышкам, в их организме образовываются антитела холеры. Генетически модифицированные продукты с каждым днем завоевывают рынок. Многие полуфабрикаты и продукты, продаваемые в московских супермаркетах, дают положительную реакцию на содержание генетически модифицированных ингредиентов. Кому это нужно: Международное научное сообщество утверждает, что в связи с ростом народонаселения Земли, которое к 2050 году составит 11 миллиардов человек, возникнет необходимость удвоения или утроения мирового производства сельскохозяйственной продукции. Нарастить подобные объемы невозможно, без применения трансгенных технологий! Отсюда, следует вывод – теоретически в ГМ заинтересованы все мы. А практически - разработчики, производители, контролирующие органы. То есть, все звенья производственной цепочки. Производство сельскохозяйственных культур и продуктов питания с применением методов биотехнологии – один из наиболее развивающихся сегментов международного рынка. В 2000 году мировой оборот пищевой продукции, произведенной с помощью генных технологий составил порядка 20! мл. долларов. Лидером по числу экспериментальных полей – является США, производящие генетические продукты, в основном на экспорт! За ним следуют Канада и Франция. По данным биотехнологов, такие темпы позволяют предположить, что через 100 лет все продукты питания и ткани будут содержать генетически измененный материал. Судя по тем масштабам, которые приняла торговля модификантами – это «Большой правительственный бизнес». Бизнес, ставший частью государственной политики. Об этом свидетельствует механизм регулирования производства «геномов». В США генетическими вопросами занимается Комитет управления по качеству пищевых продуктов и медикаментов, Минельсельхоз, и Агентство по защите окружающей среды. То и дело в газетах появляется информация о бизнес-тандемах представителей власти и производителей трансгенов. Так, к примеру, американский агрохимический гигант Monsanto вынужден выплатить штраф в $ млн. за взятку индонезийскому чиновнику. Компания признала, что два года назад один из сотрудников дочерней компании дал на лапу высокопоставленному члену правительства, чтобы отменить экологическое исследование хлопкового производства компании. В ЕС ситуация с ГМИ обстоит иначе, по крайней мере с законодательной точки зрения. В 1999 году был принят мораторий на распространение отдельных генетически модифицированных продуктов. Основанием выступило, недоказанность их безвредности для здоровья человека. А все распространяемые продукты, обязали иметь специальные маркировки для информирования потребителей. ЕС периодически блокирует поставки американской говядины, выращенной при помощи методов генной инженерии. Но США и Канада, выступающие в роли основных экспортеров зерна, никогда не сортируют его на предмет наличия ГМИ. Что, в общем-то, подчеркивает номинальность потраченных усилий. Для «провинциальной» России диллема «есть или не есть модификанты?» встала не так давно. В этом вопросе наше правительство последовало примеру ЕС: все генетические продукты, которые ввозятся в страну, подвергаются жесткой оценке безопасности по отечественным стандартам. Однако, «генохозяйственное производство» уже набирает ход и у нас: на «рязанских» экспериментальных полях взрастают свекла, картофель, кукуруза. Существует и теневая экономика на рынке гено-продуктов: уже появились первые известия о том, что избранные российские компании поставляют не маркированные модификанты в магазины. Почему? Безумную легкомысленность незрелого человечества демонстрирует тот факт, что ГМ производится в мире порядка 10 лет, а детальные исследования в отношении безопасности данной продукции для человека никто и никогда не проводил! На этом бизнесе зарабатываются миллиарды долларов, а никто из производителей не несет ни материальную, ни гражданскую ответственность! Накопление экспериментального материала потребует десятилетий, поэтому нет никаких данных о том, сколько можно человеку употреблять в ежедневный рацион подобной пищи, какой удельный вес она должна занимать в рационе человека. А главное – как влияет она на ген человека. Объективной информации о ее безвредности нет!!! Аналитические и экспериментальные исследования указывают на возможные нежелательные последствия подобных биотехнологий. Вполне возможны более поздние аллергеные, токические, антиалиментарные проявления; нежелательная трансформация геноматерала человека. Первопричина таких последствий рекомбинантная ДНК и ее свойства. Возможность на ее основе экпрессии новых, не присущих данному виду растениеводческой продукции белков. Именно новые белки могут самостоятельно проявлять или индуцировать аллергенные свойства и токсичность. Конкретных примеров серьезной экологической опасности трансгенных сортов и гибридов в природной среде пока не выявлено, однако, их потенциальная опасность несомненна. Существуют общебиологические закономерности, вытекающие из положений генетики популяций. На их основании, прогнозы внедрения геномов выглядят не оптимистично: модификация - читай как «мутация»! Остается надеяться, что механизм гено-регулирования еще будет открыт! Академик РАСХН И. А. Рогов, указывает, что непредсказуемость поведения генетически модифицированных белков в модельных системах и готовых продуктах требует всестороннего и систематического исследования функциональных и технологических свойств новых белковых препаратов на стадиях предшествующих промышленному производству! Дабы не получить в результате подобного «правильного» питания последствия, с которыми столкнулось общество после Чернобыльской АЭС. Пресса тех лет пестрит сообщениями о рождении детей – мутантов: гермафродитов, шестипалых, с недоразвитыми конечностями, без волосяного покрова или, напротив, с обильным волосяным покровом. Все это примеры геномных мутаций, то есть изменений большого числа хромосом. Генные мутации – изменения на уровне одного гена, на первоначальной стадии не так ярко выражены. Однако, по теории наследственности генные искажения имеют тенденцию усиливаться. И как проявится в следующем поколении причудливая игра генов, остается только догадываться! Поэтому, во имя сохранения человека, как биологического вида, имеет смысл серьезно изучить «генный» вопрос и установить разумный предел модификациям! Жизнь невозможна без питания, поэтому задача каждого из Вас научиться правильно питаться. В настоящее время существуют тысяч и методик по набору про-дуктов и их совместимости, диетам и строгим диетам, сложнейшие формулы по расчету необходимого количества потребляемых калорий, сотни рекомендаций по голоданию, советов по употреблению мочи и тому подобных рекомендаций. Одни доказывают, что сахар -- это белая смерть, а кофе -- чер-ная, другие свидетельствуют о многочисленных долгожителях, всю жизнь употреблявших кофе и сахар. Одни пугают вредным действием алкоголя, другие доказывают полезность его примене-ния в ограниченных количествах. Одни ратуют за растительную пишу, другие, например Ф. Энгельс, отмечают, что без мясных продуктов человек не стал бы человеком. Одни говорят, что нельзя есть на ночь, другие утверждают, что еда на ночь полезна, так как за время сна организм спокойно переработает пищу и т.д. В об-щем, сколько людей, столько и мнений. Наша сегодняшняя задача рассмотреть вопрос о безопасности пищи и питания для человека. 1. Наука о питании «От прямой зависимости со-стояния здоровья челове-ка от состава продуктов питания говорил еще один из основателей науки о медицине, древнегреческий ученый Гиппо-крат: «Да будет лекарство твое -- пищей твоей». Перефразируя его, скажем: «Да будет пища твоя тво-им лекарством»! Еще древние мудрецы знали: питание -- один из важ-нейших факторов, определяющих наше здоровье. Врачеватель и повар в одном лице -- это традиция восточ-ной философии. Из исторических хроник изве-стно, что египетские лекари за 1500 лет до н. э. считали необхо-димым употреблять в пищу пе-ченку при ухудшении зрения, а расстройства пищеварения лечили рвотными и слабительными средствами. Такого рода знания копились с древнейших времен. А в конце XVIII века француз-ский ученый А.Л. Лавуазье, про-водя исследования и опыты на животных и людях, установил, что принятая организмом пища подвергается расщеплению, вы-деляя при этом определенное ко-личество тепла. Для западной цивилизации создание продовольственной базы во все времена было залогом выживания людей, основой процветания, любого государства. Но вот идеями терапевтической пользы здоровой кухни Новый и Старый Свет массово прониклись лишь на пороге нового тысячелетия. Слиш-ком очевидной стала природа «болезней цивилиза-ции». Слишком явными и наглядными были результаты многочисленных профилактических проектов и оздоровительных программ: улучшение структуры питания не только повышает качество жизни, но и снижает забо-леваемость и смертность. Учение о питании возникло прежде всего как учение о кало-рийности пищевых продуктов. Это направление удерживалось очень долго и поныне играет значительную роль. Затем в резуль-тате многочисленных и всесто-ронних исследований было уста-новлено, что пища состоит из различных веществ, обладающих специфическими, важными для живого организма свойствами, и строение этих веществ многооб-разно. Поэтому для полной оцен-ки пищи недостаточна характе-ристика лишь ее калорийной ценности. Требуется знать ее точ-ный химический состав. Особенно актуальным это тре-бование стало сегодня, когда эко-логическая обстановка стреми-тельно ухудшается». [4. С. 221] 1.1. Современные пред-ставления о здоровом питании «Сегодня вопросами здорового питания занимаются специалисты десятков научных направлений -- диетологи, биохимики, микробиологи, технологи. Появились даже совершенно новые науки - нутригеномика, нутрипротэдмика, нутриметаболомика, рассматривающие превращения отдельных состав-ляющих пищи уже на генном уровне. Не остались, ко-нечно же, в стороне и экологи -- ведь именно питание тесно связывает внутреннюю среду организма с окру-жающей средой, как природной, так и искусственной, созданной руками человека. Ведь именно «пищевые цепи» определяют любой биологический вид. В основе современных пред-ставлений о здоровом питании лежит концепция оптимального питания, разработанная академи-ком В.А. Тутельяном. Она предусматривает необходимость и обя-зательность полного обеспечения потребностей организма не толь-ко в эссенциальных макро- и микронутриентах, но и в целом ряде минорных (непищевых) био-логически активных компонентов пищи, перечень и значение кото-рых постоянно расширяются.
Говоря о микронутриентах, следует подчеркнуть -- в экспе-риментальных исследованиях на животных было показано, что обогащение рациона витаминоподобными веществами (флавоноидами) снижает уровень токсического воздействия микотоксинов за счет активации фермент-ных механизмов обезвреживания чужеродных веществ и повыше-ния антиоксидантного статуса человека. При этом широкий круг антиоксидантов природного про-исхождения эффективно защи-щает белковые структуры клеток от повреждающего действия свободнорадикальных соединений. К неблагоприятным факторам окружающей среды, действую-щим на структуру белков, следует отнести свободнорадикальные соединения (различные формы активного кислорода, перекисные соединения, оксиды и т. д.), которые поступают в организм человека с пищей, водой, вдыхае-мым воздухом и действуют также на кожные покровы. К реактивным или реактивноспособным соединениям кис-лорода, включая табачный дым, загрязнители воздуха, ультрафио-летовое облучение и озон, следует отнести следующие «критичес-кие» с точки зрения гигиены ве-щества, как: нитрит оксиды, пероксиды, супероксиды и гидроксильные радикалы, синглетный кислород и перекись водорода. Эти вещества включены в качест-ве индукторов в повреждение мо-лекул ДНК, липидов и белков и таким образом могут иметь отно-шение к экспрессии генов. По-вреждение биомолекул (в первую очередь белков) может иметь не-посредственное отношение к раз-витию таких распространенных заболеваний, как рак, сердечно-сосудистые поражения, наруше-ния зрения типа катаракты и дегенерации зрительного аппарата, а также целого ряда иммунных и нейродегенеративных заболе-ваний. Следующими неблагоприят-ными техногенными экологичес-кими факторами выступают мно-гие химические средства защиты растений, которые встречаются в качестве контаминантов (слож-ных химических соединений) в пищевых продуктах, в частности, продуктах растительного проис-хождения: гербициды, пестици-ды, фунгициды, акарициды, ин-сектициды, дефолианты, протра-вители и многие другие. Современные рекомендации ФАО и ВОЗ относительно по-требности человека в пищевом белке предписывают увеличение потребности человека в белке на 15% над надежным уровнем по-требности, исходя из возможных стрессовых и средовых факторов». [5. С.64] 2. Безопасность пищи и питания Как считает директор ГУ НИИ питания РАМН В.А. Тутельян «…разговор о продовольственной безопаснос-ти начинать надо со структуры питания. К сожалению, в наше время, уровень питания населения очень далек от совершенства. Следующий фактор -- дос-тижения научно-технического прогресса (НТП), затронувшего все сферы человеческой деятель-ности: и производство, и быт, и, как видим, структуру питания. Судите сами, столетиями челове-чество стремилось освободить себя от физических нагрузок, ме-ханизируя и автоматизируя про-изводство, изобретая автомобили, лифты, бытовую технику, раз-вивая коммунальное хозяйство. И небезуспешно: за сто лет наши суточные энергозатраты снизи-лись в 1,5--2 раза. Основной закон рационально-го питания диктует необходи-мость соответствия уровней по-ступления и расхода энергии, следовательно, мы должны сни-жать объем потребляемой пищи. Однако в таком случае мы нарушаем второй закон рационально-го питания, требующий пол-ностью покрывать потребность организма в витаминах и других жизненно необходимых (эссенциальных) веществах. А мы ведь еще не приняли во внимание, что НТП вовсю хо-зяйничает в сфере производства продуктов питания. Технологи-ческая обработка продуктов, консервирование, рафинирова-ние, длительное и неправильное хранение никак не повышают в пище содержание витаминов, макро- и микроэлементов, пи-щевых волокон и биологически активных веществ. Поэтому-то и наблюдается такое распространение заболева-ний, непосредственно связанных с неправильным питанием (или: алиментарно зависимых, «болез-ней цивилизации»), как атероскле-роз, гипертоническая болезнь, ожирение, сахарный диабет, остеопороз, подагра, некоторые
Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 2170; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |