Микроэлементы это вещества в состав которого входят химические элементы (бром, йод, натрий, калий , кальций и т.д).
В веществах они находятся в соединениях с другими химическими элементами, как органическими так и неорганическими, например хлорид натрия NaCl.
Микроэлементы неотъемлемая часть жизнедеятельности растений и организмов, нарушение баланса приводит к ухудшению в целом или частично.
Что такое микроэлементы их состав микроэлементов роль в развитии растений и животных.
В процессе развития биогеохимии выяснилось, что ее проблемы переплетаются с задачами физиологии растений и животных.
Биогеохимия оказывает большую помощь в разработке мероприятий по поднятию урожайности и повышению качества сельскохозяйственной продукции, в разработке новых типов удобрений, мер борьбы с болезнями растений и животных, по освоению и использованию малоплодородных почв и т. п. Идеи В. И.
Вернадского получили дальнейшее развитие в работах школы академика А.П. Виноградова, выполнившего важные исследования химического состава почв, растительных и животных организмов в различных географических районах СНГ и России.
Рис. Академик А. П. Виноградов
Микроэлементы, находящиеся в почве, организмах растений и животных в относительно малых количествах, называют не вполне точно микроэлементами.
Роль микроэлементов в жизни организмов
Роль их в жизни организмов, несомненно, очень велика. Содержание отдельных элементов в почве и растениях различно: часто микроэлементы содержатся в растениях в меньших количествах, чем в почвах.
Но в природе наблюдаются также случаи, когда растения накапливают определенные микроэлементы в своих клетках. Так, морские растения поглощают из воды йод, некоторые растения обладают способностью извлекать из воды кобальт и т. д.
Это обстоятельство указывает на важность микроэлементов для жизни растений. Если бы микроэлементы являлись случайными примесями и не играли бы никакой биологической роли, то трудно было бы объяснить концентрацию их в клетках организма.
Очевидно, растение нуждается в микроэлементах для выполнения каких-то жизненно важных функций.
Содержание микроэлементов в картофеле
Для характеристики химического состава растений приведем в качестве примера данн0,1ые о содержании некоторых элементов в картофеле, 100 г сырого картофеля содержат (в мг):
| Железо | 30,0 | Бром | 0,1 |
| Медь | 16,5 | Мышьяк | 0,08 |
| Бор | 13,0 | Никель | 0,026 |
| Рубидий | 5,0 | Молибден | 0,026 |
| Марганец | 3,5 | Йод | 0,02 |
| Цинк | 3,0 | Кобальт | 0,015 |
| Алюминий | 1,05 |
Влияния микроэлементов на растения
При исследовании химического состава различных почв было установлено, что содержание в них многих микроэлементов может колебаться в довольно широких пределах.
Так, болотистые почвы обычно содержат мало меди, почва тундр обнаруживает пониженное содержание бора, встречаются почвы, особенно богатые молибденом, селеном, никелем и т. д.
Области, где в почвах содержится аномальное количество того или другого микроэлемента, называются биогеохимическими провинциями.
А. П. Виноградов расширил и углубил учение о биогеохимических провинциях.
Это учение сыграло большую роль в борьбе с заболеваниями людей и сельскохозяйственных животных в тех районах, где наблюдалось отклонение от норм в содержании определенных микроэлементов в почвах.
Растения, произрастающие в пределах данной провинции, обнаруживают ряд характерных изменений (биологическая реакция).
Эти изменения могут носить характер болезненных явлений и даже приводить к гибели или могут отражать процесс приспособления растений к особым условиям: в результате развиваются необычные формы, специфические для данной провинции.
Недостаток бора в почвах приводит к заболеванию свеклы, льна и других культур. Понижение содержания цинка вызывает болезнь, называемую пятнистостью листьев; недостаточное количество меди приводит к заболеваниям злаковых, связанным со снижением количества хлорофилла, и т. д.
Все эти факты также свидетельствуют о важности микроэлементов для жизни растений. В той же мере это справедливо и по отношению к животным организмам.
Влияние микроэлементов на животных
Основные биохимические процессы в растительных клетках очень похожи на процессы в животных клетках. Поэтому животные также нуждаются в небольших количествах различных элементов, причем недостаток или избыток микроэлементов в пище животного иногда очень сильно отражается на состоянии его организма.
В районах, где в почвах и растениях повышено содержание молибдена (в 7—10 раз выше нормы), скот страдает от болезни, выражающейся в расстройствах деятельности желудочно-кишечного тракта и других болезненных явлениях.
Повышенное содержание фтора во многих районах вызывает распространение в этих районах флюороза — специфического заболевания костей и зубов.
Избыток селена в почвах некоторых местностей является причиной заболевания скота При этом у животных выпадают волосы, нарушается рост копыт, развиваются болезненные изменения в сердце, печени, почках и селезенке.
Анализ и действие элементов
Методы химического анализа позволили установить, что микроэлементы содержатся в органах животных в различных количествах. Органы концентрируют определенные элементы.
Так, было найдено, что никель накапливается в поджелудочной железе, кобальт— в селезенке эмбрионов, молибден — в белом веществе мозга, олово — в слизистой оболочке языка, кадмий— в почках, барий — в сетчатке глаза, бор — в жировых тканях, хром — в гипофизе и т. д.
Российские ученые В. В. Ковальский и С. А. Боровик, а также А. О. Войнар с помощью спектрального анализа обнаружили в головном мозге млекопитающих присутствие ряда тяжелых металлов (медь, цинк, марганец, кобальт, титан, хром, свинец, молибден, серебро и др.).
Знание характера действия того или иного микроэлемента дает возможность не только излечивать заболевания у растений и животных, вызванные ненормальным содержанием соответствующих элементов в пище, но и открывает увлекательные перспективы дальнейшего развития сельского хозяйства.
Действительно, опыты показали, что введение небольших и вполне определенных доз микроэлементов в почву способствует повышению урожайности многих сельскохозяйственных культур.
Так возникло учение о микроудобрениях, которые с каждым годом все в больших количествах применяются на полях, обеспечивая обильные урожаи и высокое качество сельскохозяйственной продукции.
Бор микроэлемент
Внесение соединений бора в почву оказалось весьма эффективным средством для поднятия урожайности многих культур. Поэтому борные микроудобрения получили особенно широкое распространение, и, пожалуй, наибольшее количество исследований по микроудобрениям посвящено именно бору.
Бор увеличивает урожай свеклы, овса, клевера, люцерны, льна, кок-сагыза, кукурузы, овощных культур и картофеля.
В овощных культурах, выращенных на почве, в которую вносились борные удобрения, повышается содержание витаминов С и А, увеличивается сахаристость. В результате увеличения содержания бора в почве ускоряется рост и развитие растений.
Улучшается использование ими других питательных веществ, в частности у бобовых усиливается процесс усвоения атмосферного азота. В зеленых частях растения повышается содержание хлорофилла.
При пониженном содержании бора в почвах у растений наблюдается ряд характерных болезненных изменений. Свекла поражается так называемой гнилью сердечка, вызывающей разрушение корня, при этом также сильно страдают и наземные части растения.
Марганец микроэлемент
Элемент марганец входит в состав организмов растений и животных, в среднем на 100 г растительных организмов содержится около 0,1 мг марганца (считая на сырое вещество).
Интересно, что некоторые виды животных организмов обнаруживают тенденцию к накоплению марганца.
Так, марганец концентрируется в теле некоторых видов муравьев, а также жуков-хрущей. В теле млекопитающих его относительно меньше (в среднем на 100 гсырого вещества не более 0,05 мг).
Среди различных органов млекопитающего марганец распределяется неравномерно. Местом его концентрации является главным образом печень, затем почки и трубчатые кости, наименьшее количество марганца содержится в легких.
Биологическая роль марганца в жизни растений и животных весьма значительна. Для животных организмов присутствие марганца необходимо. Он усиливает рост молодых организмов, влияет на кроветворение (в сочетании с железом, медью и кобальтом) .
Имеются данные, позволяющие утверждать, что в организме животных и человека марганец влияет на обмен углеводов и усиливает эффективность действия витаминов С и В, а также активирует некоторые ферменты.
При кормлении скота сеном, убранным с полей, удобренных марганцем, было отмечено увеличение удоя и удлинение лактационного периода. У животных, получающих пищу с недостаточным содержанием марганца, задерживаются процессы роста и формирования костей.
Особенно тяжело недостаток марганца сказывается на организме птиц: у них развиваются явления так называемого перозиса — болезни, связанной с поражением костного скелета.
Марганец повышает урожай свеклы, озимой пшеницы, конопли, табака, земляники и овощей. Он стимулирует дыхание растений, окислительно-восстановительные процессы, фотосинтез, образование и передвижение Сахаров.
Вследствие этого улучшается качество сельскохозяйственных продуктов, повышается содержание витамина С, например, в плодах земляники на 14%.
Недостаток марганца приводит к развитию у растений болезненных явлений (так называемого хлороза). Однако следует учитывать, что и избыток марганца в почвах может оказать вредное действие на растение.
В организмах животных соединения марганца находятся в печени и щитовидной железе. Ионы марганца входят в состав целого ряда ферментов, ускоряющих разложение органических кислот, перенос остатков фосфорной кислоты и др.
Этот металл усиливает действие гормонов (в том числе и инсулина), а также действие ионов цинка, меди и кобальта.
Медь микроэлемент
Медь была обнаружена в организмах беспозвоночных и позвоночных животных. Более поздние исследования привели к выводу, что медь содержится вообще во всех органах животных.
Беспозвоночные (устрицы, осьминоги) настолько активно поглощают медь, что ее концентрация в их организмах иногда в тысячи раз превышает концентрацию меди в окружающей среде.
В растениях медь содержится в количестве около 1 мг на 1 кг сырого вещества. Из пищевых растительных продуктов особенно богаты медью картофель, помидоры и свекла.
Сравнительно очень большие (до 48 мг на 1 кг сырого вещества) количества меди имеются в зародышевой части пшеничного зерна.
Удобрения, содержащие медь, благотворно влияют на развитие растений.
Медные удобрения на торфяных почвах в 2—3 раза повышают урожай зерновых культур. Сильно повышается урожай конопли, подсолнечника, гороха, фасоли, картофеля. Клубни картофеля можно перед посадкой смачивать в слабом растворе сульфата меди.
Такой прием дает особенно благоприятные результаты. Применяются также и смеси медных, марганцевых, цинковых и борных удобрений.
При недостаточном содержании меди в почве растения развиваются плохо. Снижается содержание хлорофилла. Зеленые части растения бледнеют и отмирают, развивается кустистость и пустозерность. Особенно чувствительны к недостатку меди пшеница, ячмень, овес, просо и конопля.
Биологическая роль меди, по-видимому, очень велика. В организмах многих беспозвоночных медь содержится в форме сложного соединения — гемоцианина. Это вещество выполняет ту же роль, что и гемоглобин у высших животных, т. е. роль переносчика кислорода.
Высшие животные нуждаются в меди по другим причинам. Доказано, что медь необходима для нормального течения процесса кроветворения. Гемоглобин содержит железо, но образование гемоглобина протекает при обязательном участии меди.
В присутствии меди делается возможным также и образование таких, например, необходимых для дыхания клеток веществ, как каталаза, цитохром, аскорбиноксидаза и др. В крови и печени животных найдены белковые соединения меди (гемои гепатокупреины, церулоплазмин и др.).
Организм животных нуждается в постоянном введении небольших количеств меди с пищей. Потребность взрослого человека в меди составляет около 2 мг в день; потребность сельскохозяйственных животных больше и составляет от 6 до 12 мг на 1 кг массы.
Недостаток меди в пище животных вызывает у них заболевание анемией, которое может привести к гибели животного. Медь стимулирует дыхательные процессы у растений и регулирует образование такого важного вещества, как хлорофилл.
Кобальт микроэлемент
Кобальт содержится в небольших количествах в животных организмах (от десятитысячных до миллионных долей процента). У высших животных местом сосредоточения кобальта являются поджелудочная и вилочковая железы и печень.
Было доказано наличие кобальта в мозгу человека. В. В. Ковальский с сотрудниками установил, что кобальт накапливается в железах внутренней секреции.
В растениях кобальт содержится в различных количествах, в зависимости от вида растений и условий, в которых оно развивалось. Наибольшее содержание кобальта обнаружено в водорослях (около 0,000025% на сырое вещество).
В болотных растениях кобальта меньше — 0,000006 %; в растениях, выросших на почвах, богатых кобальтом, содержание его доходит до 0,0018%.
Как недостаток, так и избыток кобальта отражаются на развитии растений. В областях с повышенным содержанием этого элемента (а также никеля и меди) появляются растения необычных форм, например безлепестковые анемоны.
У животных при недостатке кобальта в пище развивается заболевание, называемое акобальтозом, проявляющееся в виде малокровия.
Исследования В. В. Ковальского и Я. М. Берзина показали, что причиной заболевания овец и крупного рогатого скота малокровием часто является недостаток кобальта в почве и местных кормах.
Если содержание кобальта составляет не менее 2,5 мг на 1 кг почвы, то признаков заболевания у животных не обнаруживается. Но уже при снижении содержания кобальта (менее 2,3 мг) наблюдаются заболевания.
При лечении больных животных небольшими дозами хлорида кобальта удается добиться полного выздоровления. Вместе с тем было отмечено, что одновременное введение в пищу сульфата меди (если медь в кормах содержится в недостаточном количестве) усиливает лечебное действие кобальта.
Соли кобальта оказывали положительное дейст
вие на организм животных спустя долгое время после окончания курса лечения.
Интересно, что в животных организмах кобальт вызывает не только повышение содержания гемоглобина, но и некоторое снижение способности гемоглобина поглощать кислород. Это объясняется частичной заменой железа в гемоглобине на кобальт.
Кобальт ускоряет образование гормонов щитовидной железы и белков мышечной ткани. Ионы железа и марганца усиливают действие кобальта — такое явление называется синергизмом и часто наблюдается в биохимии.
Кобальт необходим для процессов кроветворения. Этот металл входит в состав сложного комплексного соединения — витамина В12, уже ничтожные количества этого вещества (миллионные доли грамма) улучшают состояние и излечивают больных, пернициозной анемией.
Витамин В12 синтезируется бактериями, живущими в кишечнике. При подавлении их жизнедеятельности (например, в результате приема больших доз сульфамидов) могут обнаружиться признаки малокровия.
Молибден микроэлемент
Состав микроэлементов для растения, несомненно, нуждаются в определенных количествах молибдена. Например, было доказано, что недостаток молибдена отрицательно сказывается на развитии клевера.
На почвах, которые содержат молибдена вдвое меньше нормы, обнаруживались характерные болезненные явления, приводившие в отдельных случаях к гибели растения.
Известны случаи болезней овса, помидоров, салата, вызванных недостаточным количеством молибдена.
Однако гораздо чаще приходится встречаться с вредным действием и
збытка молибдена. Особенно отчетливо вредное действие избытка молибдена наблюдается на животных.
Животных, страдающих от избытка молибдена в пище, можно вылечить, давая им небольшое количество солей меди. Случаев страдания человека или животных от недостатка молибдена до сих пор не установлено.
Молибден играет важную роль в процессе фиксации атмосферного азота клубеньками бобовых растений. В процессе превращений неорганических соединений азота в сложные белковые соединения участие молибдена необходимо.
Цинк микроэлемент
Цинк постоянно встречается в животных организмах, сосредоточиваясь преимущественно в печени, почках, половых органах, панкреатической железе и гипофизе.
Некоторые виды животных (устрицы) способны концентрировать большие количества цинка, извлекая его из окружающей среды.
Цинк содержится в растительных и животных организмах в сравнительно больших количествах —10-2 —10-3%; особенно много его в грибах, а также тканях морских животных.
Одной из важных функций цинка надо считать его действие в составе фермента карбонагидразы. Этот фермент ускоряет разложение гидрокарбонатов в крови и тем самым дает возможность процессу дыхания и газообмену протекать с надлежащей быстротой.
Внесение в почву небольших количеств цинка благоприятно сказывается на урожае цитрусовых. Цинковые удобрения повышают морозостойкость этих растений.
Недостаток цинка в почвах приводит к заболеваниям растений. У цитрусовых развивается пятнистость листьев, у кукурузы — побеление верхушки, у плодовых деревьев — мелколистность.
Важные и многогранные функции этого элемента заставляют считать его жизненно необходимым.
Человек и животные очень редко страдают от недостатка цинка, так как обычный пищевой рацион, как правило, обеспечивает организм необходимым количеством этого элемента. Суточная потребность человека в цинке достигает 0,3 мг на 1 кг массы тела.
Йод микроэлемент
Содержание йода в земной коре составляет всего 0,00003%. Иод оказался весьма активным в биологическом отношении элементом.
Это объясняется тем, что он входит в состав тироксина, образующегося в щито
видной железе и являющегося одним из важных регуляторов окислительно-восстановительных процессов в клетках.
Тироксин влияет на деятельность нервной системы и на процессы усвоения питательных веществ.
Человек получает йод главным образом с пищей и водой. Содержание этого элемента в различных видах пищи и в питьевой воде колеблется в довольно широких пределах.
Существуют области, в которых содержание иода в питьевой воде значительно понижено. В таких местностях очень часто наблюдается заболевание щитовидной железы — зоб. Тяжелая форма этого заболевания может привести к кретинизму и развитию признаков вырождения.
Широко проведенное лечение малыми дозами иода (употребление его в пищу в виде поваренной соли, содержащей примесь иодида калия) позволяет полностью ликвидировать заболевание зобом.
Содержание йода в продуктах питания также, по-видимому, может оказывать влияние на общее состояние организма. Содержание иода в мясе составляет 0,000001 %, в картофеле —0,0000075%), а в капусте —до 0,000029%. Поэтому капуста является с этой точки зрения весьма ценным питательным продуктом.
Значение йода для щитовидной железы
Значение йода для щитовидной железы было очень убедительно доказано опытами с мечеными атомами. В пищу животных вводили очень малые дозы радиоактивного йода и затем исследовали радиоактивность различных органов.
У щитовидной железы радиоактивные свойства были выражены гораздо сильнее, чем у других органов. Отсюда можно было сделать вывод, что йод концентрируется прежде всего в щитовидной железе.
Химический анализ различных органов также показывает повышенное содержание иода в щитовидной железе.
У человека на 100 г вещества этой железы содержится от 50 до 88 мг иода. В щитовидной железе животных содержание иода иногда достигает 1 %. Ежесуточная потребность человека в йоде достигает 0,0001—0,0002 г.
Ионы кальция, магния, калия и натрия регулируют многие биологические процессы; они влияют на функции ферментов и играют роль в передаче нервного возбуждения. Между ними наблюдается антагонизм: эффект избыточного количества калия подавляется увеличением концентрации натрия.
Замечательно то, что отношения концентраций этих ионов в крови близко к отношению соответствующих концентраций в морской воде. Жизнь, наверное, зародилась в воде или на отмелях первичных океанов, и мы до сих пор храним неизгладимую химическую печать своего происхождения.
Статья на тему Состав микроэлементов