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 (РО₄^3- и НРО₄^2-) 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