Анализ биогеохимии микроэлементов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Алтайский государственный аграрный университет».

Контрольная работа

по биогеохимии

Выполнил(а):

Демидова М.С.

Проверил(а):

Спицына С.Ф.

Барнаул 2016



1. Что изучает биогеохимия

Биогеохимия - изучает вопросы аккумуляции и миграции химических элементов в системе: атмосфера - литосфера - гидросфера.

2. Чем отличается биогеохимия от геохимии

В биогеохимии главным фактором миграции и аккумуляции живое вещество, то есть растение, микроорганизмы, животные и человек. Особое внимание уделяется растениям, которые усиливают аккумуляцию и миграцию благодаря возможности использовать энергию солнца .

3. Что такое атмосфера и каков её химический состав

- Атмосфера -- это газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера - это газовая оболочка нашей планеты, которая вращается вместе с Землей. Газ, находящийся в атмосфере, называют воздухом. Атмосфера соприкасается с гидросферой и частично покрывает литосферу. А вот верхние границы определить трудно. Условно принято считать, что атмосфера простирается вверх приблизительно на три тысячи километров. Там она плавно перетекает в безвоздушное пространство.

Химический состав атмосферы Земли.

Формирование химического состава атмосферы началось около четырех миллиардов лет назад. Изначально атмосфера состояла лишь из легких газов - гелия и водорода. По мнению ученых исходными предпосылками создания газовой оболочки вокруг Земли стали извержения вулканов, которые вместе с лавой выбрасывали огромное количество газов. В дальнейшем начался газообмен с водными пространствами, с живыми организмами, с продуктами их деятельности. Состав воздуха постепенно менялся и в современном виде зафиксировался несколько миллионов лет назад.

Главные же составляющие атмосферы это азот (около 79%) и кислород (20%). Оставшийся процент приходится на следующие газы: аргон, неон, гелий, метан, углекислый газ, водород, криптон, ксенон, озон, аммиак, двуокиси серы и азота, закись азота и окись углерода.

Кроме того, в воздухе содержится водяной пар и твердые частицы (пыльца растений, пыль, кристаллики соли, примеси аэрозолей).

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2 O) и углекислого газа (CO2 ).

Состав сухого воздуха
Газ	Содержание по объёму, %	Содержание по массе, %
Азот	78,084	75,50
Кислород	20,946	23,10
Аргон	0,932	1,286
Вода	0,5-4	--
Углекислый газ	0,0387	0,059
Неон	1,818Ч10?3	1,3Ч10?3
Гелий	4,6Ч10?4	7,2Ч10?5
Метан	1,7Ч10?4	--
Криптон	1,14Ч10?4	2,9Ч10?4
Водород	5Ч10?5	7,6Ч10?5
Ксенон	8,7Ч10?6	--
Закись азота	5Ч10?5	7,7Ч10?5

Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SO2 , NH3 , СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I2 , а также NO и многие другие газы в незначительных количествах.

В последнее время ученые отмечают не качественное, а количественное изменение некоторых ингредиентов воздуха. И причина тому - человек и его деятельность. Только за последние 100 лет содержание углекислого газа возросло в десять раз! Это чревато многими проблемами, самая глобальная из которых - изменение климата.

Химический состав атмосферы виде таблицы.

Компонент	Содержание, % объема	Масса, 109 т
Сухой воздух	100,00	5,12Ч106
N2	78,08	3,87Ч106
О2	20,95	1,18Ч106
Аг	0,93	6,59Ч104
СО2	0,032	2,45Ч103
Ne	1,82 Ч10-3	64,8
Не	5,24Ч10-4	3,71
Кг	1,14Ч10-4	16,9
Хе	8,7Ч10-6	2,02
СН4	1,5Ч10-4	4,30
Н2	5,0Ч10-5	0,18
N2О	3,0Ч10'5	2,30
СО	1,2Ч10-5	0,59
NH3	1,0Ч10-6	0,03
NO2	1,0Ч10-7	0,0081
H2S	2,0Ч10-8	0,0012



4. Что такое гидросфера. Её химический состав

Гидросфера -- это водная оболочка Земли. Её принято делить на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и подземные воды. Воды Земли, находящиеся в любом агрегатном состоянии - твердом, жидком и газообразном. Гидросфера Земли представляет собой единую водную оболочку, основным компонентом которой является химическое соединение Н2О. Гидросфера -- это глобальная открытая система, а вода -- самое распространенное на Земле вещество. Почти 3/4поверхности земного шара покрыто водой.

Основная часть воды гидросферы (94%) сосредоточена в морях и океанах второе место приходится на долю подземных вод (4%), около 2 % объема гидросферы образовано льдом и снегом. Поверхностные воды континентов и островов составляют всего лишь 0,03 % общего объема гидросферы.

Химический состав гидросферы.

Вода природных водоемов представляет собой раствор солей различной концентрации. Так как основным составным элементом гидросферы является Мировой океан, то и средний химический состав его близок к морской воде. Но если рассматривать каждый элемент гидросферы отдельно, то выявляется большая разнородность его химического состава.

Классификация по химическому составу (по О.А. Алекину)

1) гидрокарбонатные в которых преобладает гидрокарбонат (HCO3), это, как правило, хорошие питьевые воды;

2) сульфатные (SO42+);

3) хлоридные, содержащие ион хлора, придающий воде солоноватый или соленый вкус. Особенно много хлора в рассолах.

Химический состав гидросферы



Вода природных водоемов представляет собой раствор солей различной концентрации. Так как основным составным элементом гидросферы является Мировой океан, то и средний химический состав его близок к морской воде.

Но если рассматривать каждый элемент гидросферы отдельно, то выявляется большая разнородность его химического состава.

Больше всего в составе морской воды содержится кислорода - около 85,7%. Далее по убыванию - водород H (10.8%), хлор Cl (1,98%) и натрий Na (1.03%). В количественном выражении верхние слои океана содержат более 140 трлн тонн углекислого газа и 8 трлн тонн кислорода. Вообще, в океане содержатся все известные элементы, но концентрация их очень низкая. Вместе с тем, общее их содержание в воде огромно и исчисляется миллионами-миллиардами тонн. Например, золота содержится 6 млн тонн, а серебра - 5 миллиардов. Уже запатентованы способы извлечения этих металлов из океанической воды.

В среднем в морской воде концентрация солей составляет 35 г/л. Интересной особенностью морской воды является постоянство соотношения между главными компонентами основного солевого состава воды.

Химический состав атмосферных вод не отличаются высоким содержанием солей. Их концентрация в среднем составляет 50 мг/л.

Химический состав подземных вод наиболее разнообразен. Концентрация солей здесь варьируется от 0,05 до 400 г/кг.

Не менее разнообразен и химический состав поверхностных и грунтовых вод, во многом он определяется климатической зоной. Но немаловажное значение имеют и состав пород, почвы и растительности.

Химический состав поверхностных вод классифицируется по нескольким показателям. Приведем пример классификации по гидрохимическому показателю.

Классификации по гидрохимическому показателю поверхностных вод :

1. Содержание макрокомпонентов - основных соединений, содержащихся в воде. А именно соединений калия, натрия, магния и кальция.

2. Уровень концентрации в воде растворенных газов - кислорода, азота, сероводорода, аммиака и метана.

3. Неорганические формы биогенных элементов - продуктов жизнедеятельности организмов. К ним относятся в основном неорганические соединения азота и фосфора. Биогенных элементов в воде может содержаться от нуля до десяти мг/л.

4. Органические формы биогенных элементов. Именно они отвечают за цвет и запах воды. В эту группу входят практически все классы органических соединений.

5. Микроэлементы, т.е. все известные металлы. Их содержание в природной воде очень незначительно.

6. Бактерии и микроорганизмы.

В составе поверхностных вод содержатся и нерастворимые вещества - песок, глина, илистые вещества, карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, гумус, планктон и др. Их содержание варьируется от нескольких штук до десятков тысяч на один литр воды, а размеры - от грубодисперсных до коллоидных.

В результате деятельности человека в составе природных вод появились также и токсичные загрязняющие вещества. К ним относятся тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, фенолы и другие.

5. Что такое литосфера. Её химический состав

Литосфера - это твердая оболочка Земли, включающая земную кору. Слои литосферы располагаются следующим образом: сначала почва, затем осадочные горные породы, под ними - гранитный и базальтовый слои. Толщина литосферы на суше в среднем колеблется от 35-40 км (на равнинных участках) до 70 км (в горных районах). Под древними горами толщина земной коры ещё больше: например, под Гималаями мощность её достигает 90 км. Земная кора под океанами - это тоже литосфера. Здесь она самая тонкая -- в среднем около 7-10 км, а в некоторых районах Тихого океана -- до 5 км.

Толщину земной коры можно определить по скорости распространения сейсмических волн. Последние также дают некоторые сведения о свойствах мантии, расположенной под земной корой и входящей в литосферу. Литосфера, также как гидросфера и атмосфера образовалась, в основном, в результате высвобождения веществ из верхней мантии молодой Земли. Её формирование продолжается и сейчас, главным образом, на дне океанов.

Большую часть литосферы составляют кристаллические вещества, которые образовались при охлаждении магмы -- расплавленного вещества в глубинах Земли. По мере остывания магмы образовывались горячие растворы. Проходя по трещинам в земной коре, они охлаждались и выделяли содержащиеся в них вещества. Так как некоторые минералы при изменении температуры и давления распадаются, на поверхности они преобразовывались в новые вещества.

Химический состав литосферы.

Химические соединения, из которых состоят элементы земной коры, называются минералами. Из минералов образованы горные породы.

Основные виды горных пород:

- магматические;

- осадочные;

- метаморфические.

В составе литосферы преобладают в основном магматические горные породы. На их долю приходится около 95% всего вещества литосферы.

Состав литосферы на континентах и под океанами существенно различается.

Литосфера на континентах состоит из трех слоев:

- осадочные породы;

- гранитные породы;

- базальтовые.

Литосфера под океанами двухслойная:

-осадочные породы;

- базальтовые породы.

Химический состав литосферы представлен в основном всего восемью элементами. Это кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций и натрий. На долю этих элементов приходится около 99,5% вещества земной коры..

Химический состав земной коры на глубинах 10 - 20 км.



Элемент	Массовая доля, %
Кислород	49,13
Магний	2,35
Железо	4,20
Углерод	0,35
Калий	2,35
Алюминий	26,00
Титан	0,61
Натрий	2,40
Кремний	26,00
Водород	1,00
Кальций	3,25
Хлор	0,20

6. Какие функции выполняют живое вещество на планете Земля

Главная функция энергетическая, в частности растения могут поглощать энергию солнца, так как имеют хлорофилл, который является катализатором или сенсибилизатором фотохимической реакции. Остальные живые организмы потребляют эту энергию и перерабатывают её, переводя в жизненные процессы и другие наиболее ценные виды энергии (пример: растения при фотосинтезе создают углеводы (крахмал), а животные перерабатывают углеводы в более энергетически ценны белки.

7. Средообразующая функция живых организмов

Средообразующая функция -это функция хорошо просматривается на почве. Растения преобразуют верхние горизонты почвы накапливая биомассу, обладающую своеобразным химическим составом. Благодаря этому в верхних горизонтах почвы накапливаются C, N, O, S и другие. Растения благодаря избирательной способности создают для своих следующих поколений среду более благоприятную по химическому составу чем материнская порода.

8. Роль фотосинтеза растений для формирования современного химического состава атмосферы

За миллиарды лет растения благодаря фотосинтезу очистили атмосферу от CO2. Сейчас его содержание составляет opt, необходимый для самого фотосинтеза. Растения благодаря световой стадии фотосинтеза обогатили атмосферу О2. Это способствовало образованию на планете огромного количества видов растений, микроорганизмов, животных и человека.

9. Биогеохимия микроэлементов

Изучает поведение некоторых химических элементов в земной коре (атмосфере, гидросфере, литосфере ). К наиболее значимым относятся: медь, молибден, марганец, цинк, кобальт, бор ?

10. Чем объясняется высокая биологическая значимость микроэлементов

Для растений и животных самыми значимыми являются C, H, O, S, P, N, Mg, K (углерод, водород, кислород, сера, азот, магний, фосфор, калий). Эти элементы - макроэлементы. Из них состоят большинство органических соединений, включая белки и нуклеиновые кислоты. То есть эти элементы обладают структурными функциями. Микроэлементы выполняют вспомогательные функции, участвуя во всех циклах и биохимических растворах в составе ферментов, активизируя ферменты и участвуя в ферментативных процессах в роли переносчиков электронов и ионов.



11. Участие микроэлементов в основном продукционном процессе, фотосинтезе

В подавляющем большинстве микроэлементы активизируют определённые каталитические - ферментативные системы. Это осуществляется различными путями - непосредственным участием в составе молекул ферментов или их активации. Велико значение например таких элементов как марганец, медь, цинк и т. д. Например, марганец необходим для нормального протекания фотосинтеза, он участвует в этом процессе на этапе разложения воды и выделения кислорода. Этот элемент играет специфическую роль в поддержании структуры хлоропластов. В отсутствии марганца хлорофилл быстро разрушается на свету.

Большая часть меди (75% от всего содержания меди в листьях) концентрируется в хлоропластах. В хлоропластах сосредоточен и медьсодержащий белок синего цвета - пластоцианин. Содержание меди в пластоцианине составляет 0,57%. Пластоцианин занимает определённое место в цепи переноса электронов между первой и второй фотосистемами. В связи с этим понятно значение меди для процесса фотосинтеза.

Цинк поступает в растение в виде ионов Zn2+. Он входит в состав ферментов - фосфатазы, карбоангидразы и др. Карбоангидраза катализирует разложение гидрата окиси углерода на воду и углекислый газ. Эта реакция важна для процесса фотосинтеза. Углекислый газ, поступая в клетку, растворяется в воде, образуя H2CO3. Фермент карбоангидраза, катализируя в освобождении СО2 из гидрата окиси углерода, способствует его использованию в процессе фотосинтеза.

12. Участие микроэлементов в дыхании животных и растений

Наиболее важными являются, пожалуй, взаимоотношения между микроэлементами, с одной стороны, белками и ферментами - с другой. В первом случае возникают такие вещества, которые обладают каталитической активностью даже тогда, когда образующееся соединение не является ферментом. Исследования последних лет показали, что многие ферменты представляют собой соединения белка со специфическим микроэлементом. К их числу принадлежит, например, карбоангидраза или угольная ангидраза - фермент, обусловливающий разложение угольной кислоты в организме до газообразного угольного ангидрида, выделяемого легкими, и воды. Кроме того, угольная ангидраза способна связывать угольный ангидрид, образующийся в тканях, в угольную кислоту, которая превращается в соли и вместе с незначительным количеством свободной формы переходит в кровь и приносится в легкие. Из этого следует, что карбоангидраза является жизненно необходимым ферментом, без которого невозможен процесс дыхания. фотосинтез биогеохимия микроэлемент растительный

Химический анализ строения угольной ангидразы показал, что она представляет собой соединение белка с цинком. Удаление цинка из молекулы угольной ангидразы влечет за собой разрушение фермента. Карбоангидраза крови почти целиком сосредоточена в красных кровавых тельцах - эритроцитах. Оказалось, что весь цинк, обнаруживаемый в эритроцитах, целиком принадлежит карбоангидразе. Таким образом, цинку карбоангидразы принадлежит столь же важная роль в переносе углекислоты, как и содержащемуся в гемоглобине железу - в переносе кислорода.

В состав окислительных ферментов, определяющих характер и интенсивность тканевого дыхания, входит также и ряд других микроэлементов: медь, марганец и др.

Такова коротко роль микроэлементов в процессе дыхания.

13. Участие микроэлементов в биосинтезе белка

Микроэлемент цинк входит в структуру активного центра нескольких сотен металлоферментов. Он необходим для функционирования ДНК- и РНК-полимераз, контролирующих процессы передачи наследственной информации и биосинтез белков, а тем самым и репаративные процессы в организме; а также фермента ключевой реакции биосинтеза гема, который входит в структуру гемоглобина, цитохромов дыхательных цепей митохондрий, цитохрома Р-450, каталазы и миелопероксидазы. Цинк входит в структуру ключевого антиоксидантного фермента - (Zn, Cu) -супероксиддисмутазы и индуцирует биосинтез защитных белков клетки - металлотионеинов, в силу чего цинк является антиоксидантом репаративного действия.

Медь регулирует активность аминокислот, которые входят в состав белка, без него синтез белка весьма затруднён.

Ионы кобальта способны катализировать образование сукцинилкоэнзима А -- предшественника Fe- и Mg-порфиринов. Этот элемент участвует в биосинтезе боковых цепей хлорофилла, обеспечивая миграцию радикалов а пределах пиррольного ядра. В оптимальных концентрациях кобальт может окислять каротиноиды и тем самым вовлекать их в окислительно-восстановительные реакции.

Кобальт может активировать биосинтез хлорофилла, стимулируя синтез белка цитоплазмы и хлоропласте. Под влиянием кобальта фотохимическая активность хлоропластов, оцениваемая по реакции Хилла, возрастает параллельно увеличению содержания в них белка. Связь кобальта с синтезом белка может осуществляться через регуляцию структуры и устойчивости рибосом, а также функционирования РНК.

Участие марганца в переносе электронов ускоряет процессы биосинтеза белка.

14. Источники микроэлементов для растений

Главным источником микроэлементов для растений, является почва и материнская порода. Материнские породы по разному обеспечены микроэлементами. Эта обеспеченность, связана с тем каков гранулометрический состав у материнской породы и почвы. Количество микроэлементов в почве и породе увеличиваются, с увеличением содержания там фракции крупной пыли (0,1 - 0,05 мм) и илистой фракцией ( меньше 1-ой тыс. мм)

Во фракции крупной пыли как правило содержится больше первичных минералов таких как: полевые шпаты, роговые обманки и первичные слюды. Илистая фракция способствует накоплению микроэлементов, т.к. в её состав входят коллоиды.

15. Значение коллоидов для накопления в почвах микроэлементов

В почвах чаще всего встречается коллоиды кремневой кислоты (H2SiO3) и гидроксида алюминия.

I. Мицелла золя кремневой кислоты.

{ [ m H2SiO3 ]n SiO-2 2(n-x) H+} 2xH+

II. Мицелла золя гидроксида алюминия

{ [ m HAlO2 ]n AlO2 (n-x) H+} xH+

Основные коллоиды в почвах заряжены отрицательно, поэтому, они могут поглощать, какие - то катионы, в следствие того, что у них гранула имеет заряд (-2х) или (-х). В нейтральных почвах Алтайского края, каштановых и черноземных южных и обыкновенных гранулы поглощают Ca+2; Mg+2; Cu+2; Co+2; Mn+2.



16. Принципы накопления микроэлементов в растениях

1) Принцип доступности - это когда в растениях накапливается тот элемент, которого много в материнской породе и почве. Например: на территории Алтайского края в материнских породах много марганца, его так же много и в растениях.

2) Принцип избирательности - его сущность заключается в том, что растения обладают избирательными механизмами и аккумулируют те элементы, которые наиболее значимы в каждом конкретном случае.

Этот принцип можно проследить, тогда, когда элемента много в материнской породе, но относительно много в растениях это на территории Алтайского края, проявляется относительно цинка и молибдена.

Принцип избирательности появился у растений в связи с потребностями и необходимостью обеспечить основное физиологические процессы, такие как фотосинтез, дыхание, различные обмены и азотофиксацию.

3) Принцип взаимозаменяемости.

Иногда растение, может обеспечить какой то биохимический процесс заменяя один микроэлемент на другой, в случае если первого в почве недостает.

17. Формы микроэлементов в почвах

В почвах различают валовое содержание и содержание подвижных форм.

Валовое содержание - это общее содержание или содержание в первичных минералах или плохо растворимых соединениях, например в карбонатах, фосфатах, гидроксидах, оксидах и др. плохо растворимых соединениях.

Подвижные формы или доступные для растений. Наиболее доступными и подвижными является хорошо растворимые соли. Для катионов (Cu+2), (Zn+2), (Co+2), (Mn+2) - это хлориды (Cu Cl2): сульфаты (Cu SO4); нитраты.

Средне доступными для растений являются те ионы, которые адсорбировались на почвенном поглощающем комплексе или на коллоидах.

Потенциально доступными являются те ионы, которые входят в состав разлагающихся растительных остатков. Они становятся доступными для растений после разложения растительных остатков.

18. Значение микроорганизмов для разложения растительных остатков и повышение доступности микроэлементов для растений

Отмирание органической массы растений-торфообразователей и переход ее в торф для одних и тех же растений происходит различно в их надземных и подземных частях.

Надземные части травянистых растений подвергаются более сильному разрушению, подземная (корневая) часть имеет в торфе лучшую сохранность. При макроскопическом рассмотрении низинных торфов бросается в глаза большое количество хорошо сохранившихся подземных частей осок -- тонких серых корешков, образующих своеобразный войлок, и наблюдается почти полное отсутствие надземных частей осок: от мощных стеблей и листьев остаются лишь изредка встречающиеся, трудноопределимые отдельные обрывки. Надземные части осок подверглись полному распаду до перехода в гумус и исходные минеральные соединения.

Гумус -- это темное бесструктурное вещество, которое придает торфу его коричневую или черную окраску, сообщает ему пластичность и определяет его коллоидальные свойства. Он весьма сложен по своему химическому составу, который обусловлен исходным материалом и условиями образования торфа и постоянно меняется в процессе дальнейшего разложения.

Вопрос о природе образования гумуса -- эта одна из сложнейших глав современного почвоведения и химии. Вокруг этого вопроса на протяжении многих лет ведется полемика. Теория происхождения гумуса только из клетчатки (целлюлозная теория) опровергнута рядом новых теорий. Одни исследователи считают, что гуминовые вещества состоят из специфических гуминовых кислот, подразделяемых по растворимости, содержанию углерода; другие рядом химических и биологических факторов обосновали теорию образования гуминовых веществ из лигнина и протеина.

Распад растительных остатков и образование гумуса происходят различно не только для подземных и надземных частей одного и того же растения, но по-разному и у различных видов растений и в разных условиях водно-минерального питания торфяников. Поэтому одни торфы имеют войлочно-соломистую структуру лишь при небольшой примеси гумуса, у других, напротив, в темной пластичной бесструктурной массе гумуса лишь единично встречаются отдельные обрывки растительных тканей, то есть соотношение между гумусом и растительными остатками в различных торфах различно. Степень разложения в морфологическом смысле -- это процентное содержание в торфе бесструктурной массы, заключающей наряду с гуминовыми веществами также и мелкие частицы негумифицированных остатков.

Микроэлементы - это химические элементы, необходимые для протекания жизненно важных процессов в живых организмах и содержащиеся в них в очень небольших количествах (менее 0,001%). Несмотря на ничтожное содержание они крайне необходимы растениям. Микроэлементы являются активным веществом микроудобрений.

Микроэлементы распространены в земной коре в концентрациях, не превышающих 0,1 %, а в живом веществе они обнаруживаются в количестве 10-3-10-12%. К группе микроэлементов относят металлы, неметаллы, галогены. Единственная их общая черта - низкое содержание в живых тканях.

Микроэлементы принимают самое активное участие во многих жизненных процессах, происходящих в растениях на молекулярном уровне. Путем воздействия на ферментную систему либо в непосредственной связи с биополимерами растений они стимулируют или ингибируют протекание физиологических процессов в тканях.

Для корректировки содержания микроэлементов в почве практикуют некорневые подкормки в течение вегетации, предпосевную обработку семян и посадочного материала, а также внесение в почву необходимых веществ в виде удобрений.

19. Механизм поглощения, микроэлементов растениями

Он подчиняется законам физиологии, то есть катионогенные элементы (Cu; Zn; Mn; Co), корнями растений поглощаются пассивно, без затрата энергии.

Это связано с тем, что поверхность корней, как правило заряжена отрицательно, поэтому корни, концентрируют на своей поверхности катионы, которые потом проникают в растение по градиенту концентрации то есть пассивно.

Анионы такие как MoO4 и ВО3 поступают в корни растений активно с участием АТФ и других переносчиков. Для этого используется энергия солнца и энергия дыхания.

20. Накопление микроэлементов в генеративных органах

Накопление микроэлементов растениями связано с генеративными органами, для которых растение использует все механизмы, чтобы обеспечить процессы в семенах. Чаще всего в виде механизма показывает себя активное поглощение.

В семенах происходят процессы оптимизации соотношения элементов. Те элементы, которых в почвах много, не должны допускаться до семян, поэтому у растений функционируют барьерные механизмы призванные не допускать избытков особенно в генеративных органах.

21. Коэффициенты биологического поглощения (КБП)

Коэффициент биологического поглощения (КБП) -это отношение содержания элемента в золе растений к его содержанию к материнской породе. Этот коэффициент отражает биологическую значимость элемента и его способность накапливаться в верхнем горизонте почвы, за счет биогенного фактора.

22. Биогенное накопление микроэлементов в почве

Верхние горизонты почвы, как правило содержат элементов больше, чем материнская порода. Коэффициенты накопления варьируют от 10 - 100%. Наиболее активно накапливаются те элементы у которых высокое (КБП), наибольшими КБП характеризуются: N, Р, К, S, Zn, Mo. Они накапливаются в верхних горизонтах не только за счет разлагающихся растительных остатков, но и за счет различных геохимических потоков. Например, за счет адсорбции на минеральных коллоидах, за счет образования плохо растущих соединений (фосфатов, карбонатов, силикатов, оксидов и гидроксидов).

О доле биогенного накопления можно судить по (КБП). Если КБП высокий, например у (Мо и Zn), то доля биогенного накопления высока. Иногда биогенное накопление не может себя проявить из - за высокой подвижности элемента, наиболее подвижными являются Mo, B и Zn.



23. Молибден и азотфиксация

Молибден -- это элемент шестой группы (по старой классификации -- побочной подгруппы шестой группы) пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 42. Обозначается символом Mo. Простое вещество молибден -- это переходный металл светло-серого цвета. Главное применение находит в металлургии.

Содержание в земной коре -- 3·10?4% по массе. В свободном виде молибден не встречается. В земной коре молибден распространён относительно равномерно. Меньше всего содержат молибдена ультраосновные и карбонатные породы (0,4 -- 0,5 г/т). Концентрация молибдена в породах повышается по мере увеличения SiO2. Молибден находится также в морской и речной воде, в золе растений, в углях и нефти. Содержание молибдена в морской воде колеблется от 8,9 до 12,2 мкг/л[5] для разных океанов и акваторий. Общим является то, что воды вблизи берега и верхние слои меньше обогащены молибденом, чем воды на глубине и вдали от берега. Наиболее высокие концентрации молибдена в породах связаны с акцессорными минералами (магнетит, ильменит, сфен), однако основная масса его заключена в полевых шпатах и меньше в кварце. Молибден в породах находится в следующих формах: молибдатной и сульфидной в виде микроскопических и субмикроскопических выделений, изоморфной и рассеянной (в породообразующих минералах). Молибден обладает большим сродством с серой, чем с кислородом, и в рудных телах образуется сульфид четырёхвалентного молибдена -- молибденит. Для кристаллизации молибденита, наиболее благоприятны восстановительная среда и повышенная кислотность. В поверхностных условиях образуются преимущественно кислородные соединения Мо6+. В первичных рудах молибденит встречается в ассоциации с вольфрамитом и висмутином, с минералами меди (медно-порфировые руды), а также с галенитом, сфалеритом и урановой смолкой (в низкотемпературных гидротермальных месторождениях). Хотя молибденит считается устойчивым сульфидом по отношению к кислым и щелочным растворителям, в природных условиях при длительном воздействии воды и кислорода воздуха молибденит окисляется, и молибден может интенсивно мигрировать с образованием вторичных минералов. Этим можно объяснить повышенные концентрации молибдена в осадочных отложениях -- углистых и кремнисто-углистых сланцах и углях.

Известно около 20 минералов молибдена. Важнейшие из них: молибденит MoS2 (60 % Mo), повеллит СаМоО4 (48 % Мо), молибдит Fe(MoO4)3·nH2O (60 % Mo) и вульфенит PbMoO4.

Азотфиксация, или азотофиксация -это фиксация молекулярного атмосферного азота, диазотрофия. Процесс восстановления молекулы азота и включения её в состав своей биомассы прокариотными микроорганизмами. Важнейший источник азота в биологическом круговороте. В наземных экосистемах азотфиксаторы локализуются в основном в почве.

Атомы в молекуле азота связаны прочной тройной ковалентной связью, из-за чего он практически не вступает в реакции окисления-восстановления в нормальных условиях без применения катализаторов и не может использоваться растениями и животными. Микроорганизмы для восстановления азота используют целую серию ферментов (ферредоксин, гидрогеназа), важнейшим из которых является нитрогеназа. За её синтез ответственны так называемые nif-гены, широко распространенные у прокариот (в том числе архебактерий), но не встречающиеся у эукариот. Процесс азотфиксации достаточно энергоёмкий, для ассимиляции 1 молекулы азота требуется не менее 12 молекул АТФ, то есть для использования 1 мг азота анаэробным микроорганизмам требуется около 500 мг сахарозы.

24. Биологическая роль цинка

Цинк -это элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы Менделеева. Атомный номер-30. В чистом виде пластичный серебристо-белый металл. При комнатной температуре достаточно хрупок.

Цинк в природе как самородный металл не встречается. Его добывают из полиметаллических руд.

Цинк входит в состав ряда ферментов, например, карбоангидразы, катализирующей расщепление угольной кислоты на воду и углекислый газ. Этот элемент принимает участие в происходящих в растении окислительно - восстановительных процессах, в обмене углеводов, липоидов, фосфора и серы, в синтезе аминокислот и хлорофилла. Роль цинка в окислительно - восстановительных реакциях меньше, чем роль железа и марганца, так как он не обладает переменной валентностью. Цинк влияет на процессы оплодотворения растений и развитие зародыша.

Недостаточная обеспеченность растений усвояемым цинком наблюдается на гравийных, песчаных, супесчаных и карбонатных почвах. Особенно страдают от недостатка цинка виноградники, цитрусовые и плодовые деревья в засушливых районах страны на щелочных почвах. При длительном цинковом голодании у плодовых деревьев наблюдается суховершинность - отмирание верхних ветвей. Из полевых культур наиболее острую потребность к данному элементу проявляют кукуруза, хлопчатник, соя и фасоль.

Вызываемое недостатком цинка нарушение процессов синтеза хлорофилла приводит к появлению на листьях хлоротичных пятен светло - зеленого, желтого и даже почти белого цвета.

Размещено на Allbest.ru