Количество просмотров публикации Взаимоотношения растений и животных - 608
Отношения растений и животных в сообществах очень разнообразны. Зеленые растения представляют первый трофический уровень – первичных продуцентов органического вещества, за счёт которых живут организмы второго трофического уровня – фитофаги (многие организмы, в т.ч. животные).
По этой причине наиболее прямая и ощутимая форма влияния животных на растения потребление растительной массы в пищу. В начале практически любой трофической цепи находится зеленое растение.
Растительноядные животные обычно питаются определенными расте-
ниями: или одним видом (монофаги), или группой близких видов (олигофаги). Реже встречаются фитофаги многоядные (полифаги). Монофагами очень часто являются различные беспозвоночные, в частности насекомые. Среди них есть виды, специализирующиеся исключительно на питании одним видов растения, без которого их жизненный цикл может прерваться.
Влияние, оказываемое растительноядными животными на популяции растений, различается исходя из того, поедают ли они растения целиком или же объедают только отдельные их части. Виды растений, часто повреждающиеся животными-фитофагами, обладают определенными защитными приспособлениями и реакциями. Защитой от поедания служат различного рода выросты, колючки, опушение и т.д.
Такие растительные яды, как гиперицин, дигиталис, кураре, стрихнин и
никотин, могут справиться с большинством растительноядных животных. К примеру, у мухомора вырабатывается целая группа отравляющих веществ: мускарин, мускаридин, холин, бетаин, путресцин, буфотенин, иботеновая кислота; у белокрыльника ядовиты все органы, которые содержат сапонины и ароин.
Одним из видов защитных реакций растений относится их способность быстро восстанавливаться после поедания фитофагами. После вспышек массового размножения насекомых у многих древесных растений трогаются в рост спящие почки, что позволяет восстановиться некоторой части фотосинтезирующей биомассы.
У трав широко распространено отрастание вегетативных органов после их стравливания, причем во многих местах образуются розеточные побеги.
К физиологическим ответным реакциям на поедание можно отнести увеличение фотосинтетической активности листьев, оставшихся несъеденными, что позволяет растениям сохранить общую продуктивность фотосинтеза.
Деревья при повреждении их стволов ксилофагами образуют защитные ткани (каллусы), выделяют смолы и камеди; это одновременно и закупоривание раны, и способ защиты от дальнейшего проникновения вредителей.
При этом животные в растительных сообществах - ϶ᴛᴏ крайне важно сть. Она возникает в связи с тем, что животные-фитофаги являются одним из естесвенных звеньев потока энергии и круговорота веществ.
При потреблении значительного количества фитомассы во время вспышек размножения насекомых-фитофагов резко ускоряется процесс минерализации органического вещества и, соответственно, его возврат в биологический круговорот.
Важная сторона деятельности животных состоит также в перераспределении органических остатков по территории; без их участия они распределялись бы гораздо менее равномерно.
Влияние выпаса диких копытных (антилоп, тарпанов) сыграло важную
роль в формировании степной растительности, примерно аналогично тому, как огромные стада бизонов – в формировании растительного покрова североамериканских прерий.
Об этом свидетельствуют многолетние опыты, проведенные в степном заповеднике ʼʼАскания Новаʼʼ. На огражденных и невыпасаемых участках накапливался степной войлок, ухудшались водный режим и аэрация почвы, что привело к затрудненному возобновлению и выпадению характерных и ценных степных растений, а затем к деградации степного травостоя.
Очевидно, выпас в небольших дозах - ϶ᴛᴏ естественный и необходимый фактор, поддерживающий существование степной растительности.
Разнообразные связи охватывают растения и животных, которые либоопыляют растения, либо переносят их семена.
Некоторые экологи говорят о подобных взаимоотношениях как о мутуализме. При этом такие зависимости не являются мутуалистическими в обычном смысле, т.к. в этих случаях нет тесной и непрерывной совместной связи особей двух видов.
С другой стороны, два вида бывают некоторым образом зависимы один от другого и адаптированы друг к другу.
Многие удивительные приспособления в отношении цвета͵ формы и
предлагаемой пищи (нектар или пыльца) цветков растений связаны с поведе-
нием опыляющих их животных.
В тропиках многие из этих адаптации в высшей степени специализированны.
Животные играют немаловажную роль в распространении плодов, семян, спор растений.
Явление зоохории имеет определенные экологические закономерности и зависит от местообитания растения и характера его контактов с животным-переносчиком.
Произрастающие на открытых местах растения чаще образуют эпизоохорные семена и плоды, разносимые на поверхности тела животного. Такие плоды и семена имеют различные приспособления для закрепления и удержания (крючки, выросты, шипы, прицепки и т.д.).
В кустарниковом ярусе лесов, где обитает много птиц, преобладают эндозоохорные виды, чьи плоды и семена имеют яркую окраску, привлекающий птиц сочный околоплодник и потому охотно поедаются и распространяются птицами.
Таковы плоды лесных кустарников: бересклетов, боярышников, шиповника, калины, тиса.
Плотная механическая ткань защищает семена от повреждений, в связи с этим они проходят пищеварительный тракт животных.
referatwork.ru
Введение
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 образование аскорбиновой 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 значительной степени, 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.
Влияние основных тяжелых металлов на растения
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 вболотистых 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 приведенныхвыше 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 культури 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, 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.
Заключение
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). Химические элементы, которые, входя в состав организмов растений, животных и человека, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической ролью. Мощное воздействие микроэлементов на физиологические процессы и организме объясняется тем, что они вступают в теснейшую связь с биологически активными органическими веществами — гормонами, витаминами. Изучена также их связь со многими белками и ферментами.
Микроэлементам, несмотря на их малое количественное содержание в организмах, принадлежит значительная биологическая роль. Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы — например, фотосинтез у растений.
Многие металлы, преимущественно микроэлементы, в растворах обладают ярко выраженным каталитическим действием. Это каталитическое действие микроэлементы проявляют и в живом организме, особенно тогда, когда они вступают во взаимодействие с органическими веществами, содержащими азот.
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.
Список литературы
Добролюбский О.К. Микроэлементы и жизнь, М., 1956.
Дробков А.А. Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных. М., 1958.
Пейве Я В Микроэлементы в сельском хозяйстве нечерноземнойполосы СССР. М., 1954.
Пейве Я В Микроэлементы и ферменты, М., 1960.
Стайлс В. Микроэлементы в жизни растений и животных. М., 1949
Школьник М.Я. и Макарова Н.А. Микроэлементы в сельском хозяйстве. М., 1957.
Школьник М.Я. Значение микроэлементов в жизни растении и в земледелии. АН СССР, 1950.
www.ronl.ru
http://monax.ru/order/ - рефераты на заказ (более 2300 авторов в 450 городах СНГ).
23
План
1) введение
2) влияние основных тяжелых металлов на растения:
а) кобальт;
б) молибден;
в) никель;
г) марганец;
д) медь;
е) цинк.
3) заключение
4) список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
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. Од-нако 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 орга-низмов растений, животных и человека, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выражен-ной биологической ролью, получили название биогенных элементов. К числу биоэлементов относятся: азот, водо-род, железо, йод, калий, кальций, кислород, кобальт, кремний, магний, марганец, медь, молибден, натрий, сера, стронций, углерод, фосфор, фтор, хлор, цинк.
Указанный перечень будет, несомненно, увеличивать-ся по мере роста наших знаний. Например, биогенное значение кобальта и молибдена определилось не-давно. Некоторые элементы биогенны только по отношению к определенным классам, родам, а иногда и видам организмов. Например, бор необхо-дим для растений, но пока не может считаться биоген-ным по отношению к животным и человеку.
Значительное количество химических элементов, по-стоянно обнаруживаемых в организмах, оказывает оп-ределенное влияние на течение процессов обмена ве-ществ и на ряд физиологических функций в эксперимен-те, однако еще не известно, какую роль эти элементы играют в организмах в природных условиях, и поэтому их биогенное значение пока сомнительно. К таким эле-ментам относятся алюминий, барий, бериллий, бром, висмут, галлий, германий, кадмий, литий, мышьяк, ни-кель, 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 принадлеж-ности и т. п.
Основную массу живого вещества (99,4%) состав-ляют 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, строн-ций, 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 жи-вом организме и положением его в периодической сис-теме хорошо прослежена для многих микроэлементов, однако далеко еще не все стороны этой зависимости изучены в достаточной степени.
Обратимся теперь к сущности влияния микроэлемен-тов на живой организм. Наиболее характерна высокая биологическая активность микроэлементов, т. е. способ-ность чрезвычайно малых доз их оказывать сильное дей-ствие.
Мощное воздействие микроэлементов на физиологи-ческие 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 фермен-тами. Именно указанными взаимоотношениями и опре-деляются 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 вы-звать образование аскорбиновой кислоты в организме тех видов животных, которые обычно неспособны к вы-работке этого витамина. Марганец, по-видимому, нужен и для действия витамина D (антирахитного) и B1 (антиневритного). Намечается связь между микроэлементом цинком и витамином В1. При этом наиболее интересно открытие антианемического витамина B12, недо-статок которого в организме приводит к тяжелым фор-мам анемии (злокачественному малокровию). Оказа-лось, что этот витамин -- соединение микроэлемента коба-льта и сложной органической группы.
Как известно, многие металлы, преимущественно микроэлементы, в растворах обладают ярко выражен-ным каталитическим действием, т. е. способны в значительной степени, в сотни тысяч и миллионы раз, уско-рять течение химических реакций. Это каталитическое действие микроэлементы проявляют и в живом организ-ме, особенно тогда, когда они вступают во взаимо-действие с органическими веществами, содержащими азот.
Максимальную каталитическую активность металлы как таковые или, чаще, их металлоорганические (органо-минеральные) соединения приобретают, всту-пая 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 характеризует-ся наличием в них металла в качестве стабильного ком-плекса (железосодержащие ферменты -- каталаза, пероксидаза, цитохромы, цитохромоксидаза и др.).
Геохимические процессы, непрерывно протекающие в земной коре, и эволюция химического состава организ-мов-- процессы сопряженные. Жизнь, по В. И. Вернад-скому, не составляет внешнего, случайного явления на земной поверхности, а теснейшим образом связана со строением земной коры.
Содержание элементов в живом веществе пропорцио-нально 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 одно-го или нескольких элементов. В пределах биогеохимиче-ских провинций с избыточным или недостаточным содержанием определенных элементов наступает своеоб-разная биологическая реакция флоры и фауны данной области, что проявляется в эндемических заболеваниях растений и животных--биогеохимических эндемиях.
Влияние основных тяжелых металлов на растения
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 количест-во 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 растения-ми кобальта. Так же влияет избыток марганца и железа в почвах; наоборот, фосфор усиливает поступление ко-бальта в растения.
Применение кобальтовых солей (сернокислого ко-бальта) в качестве удобрений, как оказалось, способст-вует ускорению созревания ячменя, повышает урожай семян красного клевера, увеличивает содержание жи-ра в семенах льна. Под влиянием кобальта повышается урожайность сахарной свеклы.
Внесение 300 г сернокислого кобальта на 1 га значительно повышает урожай винограда: вес ягод увеличи-вается на 35%, сахаристость -- на 14%, кислотность снижается на 10%.
М. Я. Школьник предлагает вносить кобальт в ка-честве 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 пита-ние-- 0,1-процентный раствор; намачивание семян -- 0,1-процентный раствор. При внесении кобальтовых удобрений с самолета применяется измельченный сер-нокислый 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 потен-циал 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 улучша-ет состояние растений (льна), болеющих на кислых почвах от избытка марганца. Антагонистическая зависи-мость 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 клубень-ковыми бактериями атмосферного азота. Входя в состав фермента нитраторедуктазы (являющейся по своему строению молибдофлавопротеином), молибден восста-навливает нитраты у высших и низших растений и сти-мулирует синтез белка в них. Поэтому в условиях не-достатка молибдена в растениях накапливаются нитраты, одновременно уменьшаются азотистая раство-римая фракция и уровень азотистой белковой фракции. Молибден и марганец, по-видимому, катализируют от-дельные реакции, каждая из которых влияет на кон-центрацию аминокислот -- промежуточных продуктов белкового обмена. Молибден активирует реакцию, веду-щую 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-инди-каторами недостатка молибдена могут быть томаты, ко-чанная капуста, шпинат, салат, лимоны.
Молибден необходим не только для процесса синтеза белков в растениях, но и для синтеза витамина С и ка-ротина, синтеза и передвижения углеводов, использова-ния 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 Австра-лии и Новой Зеландии.
- желтая пятнистость цитрусовых (рис.1). Выра-жается в появлении желтых пятен на листьях, быстро опадающих. При этом значительно уменьшается количе-ство плодов. Заболевание наблюдается во Флориде (США).
Применяются различные способы внесе-ния молибдена в качестве удобрения. Так, урожай и сахаристость сахарной свеклы увеличиваются при
Рис. 1. «Желтая пятнистость» грейпфрута -- болезнь недостатка молибдена.
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 изу-чении действия молибдена (молибденовокислого аммо-ния) на урожай семян красного клевера. На неизвесткованной почве эффект молибдена значительно более выражен.
Ввиду высокой стоимости молибденовых солей реко-мендуют 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 содер-жится 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 обога-щенных никелем биогеохимических провинциях кон-центрируют 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 (семей-ство сложноцветных).
Критические значения концентра-ции 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 всём 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 про-являют 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 дре-весины 100--150, цитрусовые 55--140, сорняки 154. Типичные симптомы повреждающего токсического действия никеля: хлороз, по-явление желтого окрашивания с последующим некрозом, оста-новка роста корней и появления молодых побегов или ростков, деформация частей растения, необычная пятнистость, в некото-рых случаях -- гибель всего растения.
МАРГАНЕЦ
Марганец находится в почвах в среднем в количестве 0,085%. При этом в отдельных случаях при высоком общем содержании марганца в почвах количество усвояемых его форм, пе-реходящих в солянокислую или солевую форму, может быть явно недостаточно. В среднем растворимая часть Мn в почве составляет 1 --10% от общего его содержа-ния.
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 опре-деляется буферностью почв по отношению к кислотам, что зависит от суммы обменных оснований (преимуще-ственно Са и Mg) в них. При высокой буферности почв подвижность Мn2+ уменьшается. При низкой буфер-ной емкости почв подвижность марганца выше. Марга-нец мобилизует фосфорную кислоту почвы. Целый ряд почвенных микроорганизмов, участвующих в усвоении растениями атмосферного азота, усиливают свою актив-ность под влиянием марганца.
Сред-нее содержание марганца в растениях равно 0,001 %. Марганец служит катализатором процессов дыхания растений, принимает участие в про-цессе 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 активато-ром ряда ферментативных систем; регулирует отноше-ние Fe2+?Fe3+, тем самым влияя на окислительно-восстановительные процессы, совершающиеся с помощью железа.
Марганец усиливает гидролитические процессы, в ре-зультате чего нарастает количество аминокислот, способ-ствует продвижению ассимилятов, образующихся в процессе фотосинтеза от листьев к корням и другим органам. По данным П. А. Власюка, марганец при нит-ратном 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 содержа-нии либо неблагоприятных условиях для усвоения его растениями) возникают заболевания растений, харак-теризующиеся в общем появлением на листьях растений хлоротичных пятен, которые в дальнейшем переходят в очаги некроза (отмирания). Обычно при всём этом заболева-нии 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. Характеризует-ся появлением на листьях узкой поперечной линии увя-дания. Листья загибаются по линии увядания и свешиваются вниз. У кукурузы на листьях появляются отдель-ные хлоротичные пятна, в дальнейшем отмирающие, что ведет к образованию отверстий на листьях. Болезнь распространена обычно на щелочных почвах при высо-ким содержании гумуса.
- болезнь сахарного тростника - на молодых листьях появляются длинные беловатые полосы хлоротичных участков, в дальнейшем краснеющие; на этих местах наступает разрыв листьев. Содержание мар-ганца в листьях резко падает; наблюдаются лишь следы (вместо 0,003% в норме). Заболевание растений развивается на щелочных и нейтральных почвах. Внесе-ние в почву серы, суперфосфатов (веществ, подкисляю-щих почву и повышающих содержание доступного мар-ганца) излечивает или предупреждает названное забо-левание.
- пятнистая желтуха сахарной свеклы, а также кормовой, столовой свеклы и шпина-та. В пространствах между жилками листьев появля-ются желтые хлоротичные участки; края листьев завора-чиваются кверху. Содержание марганца в тканях боль-ных 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. По-ражаются как листья (легкий хлороз), так и, главным
образом, семена гороха. На семенах появляются корич-невые или черные пятна; на внутренней поверхности семядолей образуются полости. Рядом с больными мо-гут 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, светле-ют 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, раз-растающиеся в пятна.
Встречается также серая пятнистость клуб-ники и другие заболевания.
Явление недо-статочности марганца у растений в виде приведенных выше специфических заболеваний наблюдается при значительном дефиците марганца в почвах, однако и при относительном недостатке подвижного марганца мо-гут наблюдаться «стертые» формы недостаточности, проявляющиеся в задержке роста, уменьшении урожай-ности 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 кис-лоты и др.
Марганцевые отходы имеют пре-имущество перед чистыми марганцевыми солями: они используются растениями постепенно и действуют более эффективно. Доза удобрений зависит от источника по-лучения 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 дру-гих культур, уменьшает полегаемость растений. Помимо обычного внесения марганцевых удобрений в почву, применяют и другие методы использования марганца, при которых ис-ключаются неблагоприятные условия усвояемости мар-ганца из почв.
Избыток марганца, так же как и его недостаток, неблагоприятно сказывается на растениях.
Л. П. Виноградов отмстил значительные морфологи-ческие изменения у растений, произрастающих на бога-тых 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, паслено-вые.
Растения-манганофилы активно извлекают марганец из почв. Если растения-манганофилы произрастают на почвах с малым содержанием легко усвояемого марган-ца, то они особенно страдают от его недостатка. Так, на черноземе, бедном доступным марганцем, могут про-израстать только такие растения-манганофилы, как бе-реза, 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 ко-личества.
В почвах встречаются не-сколько форм меди, в различной степени усваиваемой растениями:
а)водоорастворимая медь, б)обменная медь, поглощенная органическими и минеральными коллоидами, в)труднорастворимые медные соли, г)медь-содержащие минералы, д)комплексные металлоорганические соединения меди.
Подвижность меди и поступление ее в ра-стения 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 не-подвижной и неусвояемой для растений.
Медь образует также комплексные соединения с ря-дом органических кислот -- щавелевой, лимонной, малеиновой, янтарной. Важную роль в фиксации меди иг-рают микроорганизмы почвы.
Количество воднорастворимой дос-тупной меди определяет в основном условия жизни ра-стений в этой местности. Растения богатых медью почв обогащаются названным элементом, причем некото-рые виды приобретают устойчивость даже к очень вы-соким концентрациям этого металла.
Медь не-обходима для жизнедеятельности растительных организ-мов. Почти вся медь листьев сосредоточена в хлоропластах и тесно связана с процессами фотосинтеза; она участвует в синтезе таких сложных органических соеди-нений, как антоциан, железопорфирины и хлорофилл; медь стабилизирует хлорофилл, предохраняет его от разрушения.
Медь входит в качестве структурного компонента в состав соединения с белком (медьпротеида, содержаще-го 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 определен-ные 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 син-тез белков в растениях и благодаря этому -- на водоудерживающую способность растительных тканей. Напротив, при недостатке меди гидрофильность коллои-дов тканей уменьшается.
Очевидно, вследствие этого медь в виде удобрений имеет значение для придания растениям засухо- и моро-зоустойчивости, а также, возможно, устойчивости к бак-терийным заболеваниям.
Болезни недостаточности меди у растений:
- экзантема, или суховершинность пло-довых деревьев. Поражает цитрусовые (рис. 2), а также яблони, груши, сливы и маслины. У цитрусовых листья достигают больших размеров, молодые побеги изгиба-ются, на них развиваются вздутия, затем трещины. По-раженные побеги теряют листья и высыхают. Крона де-ревьев приобретает кустовидную форму. Плоды мелкие с бурыми пятнами и бородавками. Листья имеют снача-ла ярко-зеленый цвет, а в дальнейшем появляется пят-нистость и хлороз.
У яблонь заболевание проявляется в отмирании вер-хушек побегов -- наступает увядание и свертывание листьев. Края листьев становятся как бы обожженны-ми. У персиков наступает гибель побегов, ухудшается цветение и завязывание плодов; на листьях появляются крупные хлоротичные пятна.
- «болезнь обработки» травянистых рас-тений проявляется в подсыхании кончиков листьев, задержке в формировании репродуктивных органов, пустозернистости колоса. При этом заболевании растения ку-стятся и, не переходя к стеблеванию, погибают.
Рис. 2. Недостаток меди у цитрусовых». Слева -- нормальный плод;
справа -- мелкие больные плоды с ржавыми пятнами и
растрескиванием.
Поражаются «болезнью обработки» главным обра-зом овес, ячмень, пшеница, свекла, бобовые, лук; мень-ше-- рожь, гречиха, клевер. «Болезнь обработки» встре-чается преимущественно на болотистых почвах и торфя-никах; это заболевание называется также «болезнью освоения», так как она поражает овес, ячмень, яровую и озимую пшеницы и другие злаки, а также лен, коноп-лю, махорку и другие культуры на мелиорированных почвах.
На некоторых торфяных почвах злаки в фазе молоч-ной спелости полегают, образуя колена. В тканях вы-пуклой части колена окис-лительные процессы (активность пероксидазы, полифенолоксидазы, цитохромоксидазы) протекают на более высоком уровне и в них содержится в 3 раза больше ме-ди, 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 расте-ниях (пшенице, ржи, овсе и других злаках).
Применение медных удобрений не только сказыва-ется на повышении урожайности, но и на качестве сель-скохозяйственных продуктов. Так, количество белка в зерне нарастает, сахаристость сахарной свеклы увеличи-вается, так же как процент выхода каучука у кок-сагы-за, содержание витамина С и каротина в плодах и ово-щах, улучшаются технологические качества волокна конопли. Под влиянием медных удобрений повышается ус-тойчивость 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 боль-ше всего подвижного цинка (0,0087--0,014%), что связа-но с высокой дисперсностью солонцеватых почв и наличием в них соединений цинка типа цинкатов натрия и калия. Промежуточное положение по количеству подвиж-ных форм цинка занимают черноземы и серые лесные почвы; меньше всего таких форм в подзолистых почвах (0,00185--0,00241%). На кислых почвах цинк более под-вижен и выносится из почв в больших количествах; по-этому на кислых почвах чаще наступает дефицит цинка, на щелочных почвах цинк наименее подвижен.
В среднем в растениях обнаруживается 0,0003% цинка. В зависимо-сти от вида, местности произрастания, климата и т. п. со-держание цинка в растениях весьма варьирует.
Цинк является компонентом ряда ферментных систем. Он необходим для образования дыхательных фермен-тов--цитохромов А и Б, цитохромоксидазы (активность которой резко падает при недостаточности цинка), вхо-дит в состав ферментов алкогольдегидразы и глицилглициндипептидазы. Цинк связан с превращением содержа-щих 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 ре-дуцирующих сахаров и фосфора и меньше сахарозы и крахмала. При отсутствии цинка нарушается процесс фосфорилирования глюкозы. Недостаток цинка ведет к значительному уменьшению в растениях ростового гор-мона -- ауксина.
Цинк является составным компонентом фермента карбоангидразы. Входя в состав карбоангидразы, цинк влияет на важнейшую фотохимическую реакцию «темновой» утилизации углекислого газа растениями и на про-цесс выделения СО2, т. е. на процесс дыхания растений. Растения, развивающиеся в условиях недостаточно-сти цинка, бедны хлорофиллом; напротив, листья, бога-тые хлорофиллом, содержат максимальные количества цинка. В зеленых листьях цинк, возможно, связан с порфиринами.
Под влиянием цинка происходит увеличение содержа-ния витамина С, каротина, углеводов и белков в ряде ви-дов растений, цинк усиливает рост корневой системы и
положительно сказывается на морозоустойчивости, а так-же жаро-, засухо- и солеустойчивости растений. Соедине-ния цинка имеют большое значение для процессов плодо-ношения.
Горох, сорго и бобы в водных культурах не дают се-мян 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, обога-щенные цинком.
Болезни недостаточности цинка распространены пре-имущественно среди плодовых деревьев; могут заболе-вать также хвойные растения и кукуруза. Главнейшие из этих болезней недостаточности следующие:
- мелколистность, или розеточная бо-лезнь, листопадных деревьев. Поражает ябло-ни, груши, сливу, персики, абрикос, миндаль, виноград (рис. 3), вишню. На заболевшем растении весной образуются уко-роченные побеги с розеткой мелких скрученных листьев. На листве --явления хлороза. Плоды мелкие и дефор-мированные, часто вообще не появляются. Через 1--2 года побеги отмирают.
Рис. 3. Недостаток цинка у винограда. Справа--маленькие иско-верканные ягоды и искривленные кисти; слева -- нормальная кисть.
Заболевание излечивается непосредственно введе-нием в стволы больных деревьев сернокислого цинка в кристаллическом виде, внесением в почву соединений пинка, опрыскиванием растений раствором цинковых со-лги.
При обильном развитии ми-кроорганизмов па некоторых почвах они могут в значи-тельной мере поглощать цинк и создавать условия цинко-вого 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 обеспе-ченности цинком.
- пятнистость листьев цитрусовых, «крапчатость». Между жилками листьев появляются жел-тые участки, поэтому листья приобретают пятнистый вид. Зеленая окраска сохраняется лишь у основания листьев, остальная часть становится белой. Листья и корневая си-стема перестают расти, и растения погибают.
- бронзовость листьев тунговых. Листья при-обретают бронзовую окраску, отдельные участки отмира-ют. Появляющиеся взамен погибающих новые листья де-формированы. 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 удобре-ния с успехом используются для повышения урожайно-сти ряда культур: сахарной свеклы, озимой пшеницы, ов-са, льна, клевера, подсолнечника, кукурузы, хлопчатника, цитрусовых, других плодовых, древесных и декоративных растений.
Некоторые растения особенно отзывчивы на цинко-вые удобрения. При использовании минеральных удоб-рений, 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 вер-хушки», полностью выздоравливает -- исчезает хлороз, появляются нормальные зеленые листья.
Заключение
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). Химические элементы, которые, входя в состав орга-низмов растений, животных и человека, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выражен-ной биологической ролью. Мощное воздействие микроэлементов на физиологи-ческие 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 фермен-тами.
Микроэлементам, несмотря на их малое количественное содержание в организмах, принадлежит значительная биологическая роль. Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы -- например, фотосинтез у растений.
Многие металлы, преимущественно микроэлементы, в растворах обладают ярко выражен-ным каталитическим действием. Это каталитическое действие микроэлементы проявляют и в живом организ-ме, особенно тогда, когда они вступают во взаимо-действие с органическими веществами, содержащими азот.
Максимальную каталитическую активность металлы как таковые или, чаще, их металлоорганические (органо-минеральные) соединения приобретают, всту-пая 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.
Литература
1)Добролюбский О.К. Микроэлементы и жизнь, М., 1956.
2)Дробков А.А. Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных. М., 1958.
3)Пейве Я В Микроэлементы в сельском хозяйстве нечерноземной полосы СССР. М., 1954.
4)Пейве Я В Микроэлементы и ферменты, М., 1960.
5)Стайлс В. Микроэлементы в жизни растений и животных. М., 1949
6)Школьник М.Я. и Макарова Н.А. Микроэлементы в сель-ском хозяйстве. М., 1957.
7)Школьник М.Я. Значение микроэлементов в жизни растении и в земледелии. АН СССР, 1950.
referatwork.ru
1) введение 2) влияние основных тяжелых металлов на растения: а) кобальт; б) молибден; в) никель; г) марганец; д) медь; е) цинк. 3) заключение 4) список использованной литературы Введение 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 образование аскорбиновой 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 значительной степени, 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.
Влияние основных тяжелых металлов на растения 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
Рис. 1. «Желтая пятнистость» грейпфрута — болезнь недостатка молибдена.
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.
Рис. 2. Недостаток меди у цитрусовых». Слева — нормальный плод; справа — мелкие больные плоды с ржавыми пятнами и растрескиванием.
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.
Рис. 3. Недостаток цинка у винограда. Справа—маленькие исковерканные ягоды и искривленные кисти; слева — нормальная кисть.
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. Заключение 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). Химические элементы, которые, входя в состав организмов растений, животных и человека, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической ролью. Мощное воздействие микроэлементов на физиологические процессы и организме объясняется тем, что они вступают в теснейшую связь с биологически активными органическими веществами — гормонами, витаминами. Изучена также их связь со многими белками и ферментами. Микроэлементам, несмотря на их малое количественное содержание в организмах, принадлежит значительная биологическая роль. Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы — например, фотосинтез у растений. Многие металлы, преимущественно микроэлементы, в растворах обладают ярко выраженным каталитическим действием. Это каталитическое действие микроэлементы проявляют и в живом организме, особенно тогда, когда они вступают во взаимодействие с органическими веществами, содержащими азот. 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. Литература
1)Добролюбский О.К. Микроэлементы и жизнь, М., 1956. 2)Дробков А.А. Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных. М., 1958. 3)Пейве Я В Микроэлементы в сельском хозяйстве нечерноземной полосы СССР. М., 1954. 4)Пейве Я В Микроэлементы и ферменты, М., 1960. 5)Стайлс В. Микроэлементы в жизни растений и животных. М., 1949 6)Школьник М.Я. и Макарова Н.А. Микроэлементы в сельском хозяйстве. М., 1957. 7)Школьник М.Я. Значение микроэлементов в жизни растении и в земледелии. АН СССР, 1950.
www.ronl.ru
Свет является одним из основных факторов среды в жизни зелёных растений, т. к. он служит для них источником энергии.
Среди солнечных лучей, достигших Земли, имеются разные лучи: радиоволны, ультрафиолетовые, видимые, тепловые и др. Многие из них невидимы для человеческого глаза, а видимые лучи мы называем солнечным светом. Он состоит из лучей разной окраски и разной длины волн. Среди них есть красные, оранжевые, жёлтые, зелёные, голубые, синие и фиолетовые. Растениями в процессе фотосинтеза больше всего поглощаются оранжево-красные и сине-фиолетовые лучи, их больше содержится в рассеянном свете, чем в прямом. Спектральный состав света зависит от высоты стояния солнца над горизонтом, времени года, широты местности, от состояния атмосферы.
Ультрафиолетовые лучи, достигающие земной поверхности, в умеренной дозе стимулируют рост и размножение клеток, повышают содержание в растениях витаминов, их устойчивость к заболеваниям.
см. Светолюбивые (гелиофиты) и теневыносливые (сциогелиофиты) растения
Помимо качества света, большое значение в жизни растений имеет его количество, т. е. интенсивность освещения. Она меняется в разные месяцы вегетационного периода и зависит от широты местности, а так же от типа местообитания. У растений в процессе эволюции возникли разнообразные приспособления, позволяющие им жить в разных условиях освещения. По отношению к свету различают светолюбивые, тенелюбивые, теневыносливые растения.
Светолюбивые растения могут нормально развиваться лишь в условиях интенсивного освещения (сосна, берёза, лиственница).
Тенелюбивые растения растут в условиях слабого освещения (ель, кислица, майник двулистный, вороний глаз). Сравнивая особенности светолюбивых и тенелюбивых растений, можно обнаружить различия в их внешнем и внутреннем строении. Так, у светолюбивых растений корневая система более мощная, междоузлия у побегов короче, листовые пластинки мельче, они жёсткие, толстые, хорошо развита кутикула. Клетки мякоти листа дифференцированы на столбчатую и губчатую ткани. Хорошо развиты механические ткани (рис. 53).
|
| Рис. 53. Колокольчик раскидистый (Campanula patula) — светолюбивое растение |
 |
| Рис. 54. Кислица обыкновенная (Oxalis acetosella) — тенелюбивое растение |
У тенелюбивых растений корневая система развита слабее, междоузлия вытянуты, листовые пластинки крупные, тонкие, мягкие. Клетки мякоти листа слабо дифференцированы на столбчатую и губчатую паренхиму. Механические ткани развиты слабо. В клетках губчатой ткани содержатся крупные хлоропласты (рис. 54). Материал с сайта http://doklad-referat.ru
Теневыносливые растения в большинстве своём являются светолюбивыми, но способны выносить и некоторое затенение. К ним относится большинство луговых и лесных растений (ольха серая, рябина, липа, земляника, тысячелистник).
На растения влияют не только интенсивность и качество света, но и продолжительность освещения. С этим связаны суточные и сезонные ритмы активности растений. В разных географических зонах длина светового дня различна, и растения приспособились к жизни в условиях длинного и короткого дня. Длинный день способствует нормальному развитию северных растений, их называют растениями длинного дня (рожь, пшеница, клевер, редис). Выходцы их южных областей относятся к растениям короткого дня (подсолнух, огурцы, томаты, астры, хризантемы).
Вопросы по этому материалу: doklad-referat.ru
Растительный мир издавна использовался человеком как источник продуктов питания, корм для животных, сырье для строительства и переработки. С развитием человеческого общества потребности в растительном сырье возрастали. Если еще 20 лет назад из древесины готовили 4—5 тыс. изделий и продуктов, то в настоящее время число их доведено до 15 тыс. Невозможно представить нашу жизнь без бумаги, а ведь только выпуск одного воскресного номера «Нью-Йорк тайме» поглощает 77 гектаров леса. Однако человек не всегда рационально использует древесину. Примерно 10% ее остается в таежных лесах невывезенной с лесосек. Поэтому лесистость многих регионов (процент площади, занятой лесом в стране) резко снизилась. Достаточно сказать, что еще во времена Петра I в Средней России лесистость составляла 38—40%, а сейчас всего 7—12%. Помимо прямого изъятия растений для потребления с разными целями чрезвычайно губительное влияние оказывают на растительный мир промышленность и автотранспорт. Фитотоксиканты (вещества, вредно действующие на растения) вызывают усыхание лесов. В Западной Европе все хвойные леса в той или иной степени страдают от промышленных выбросов, а более половины их находится в стадии усыхания. Огромными темпами уничтожаются тропические леса, основной поставщик кислорода в атмосферу. Восстановление же тропических лесов — процесс очень длительный, несмотря на благоприятные условия для роста. Создание гидростанций и водохранилищ на крупных реках обусловило затопление огромных площадей, занятых растительностью. Повышение поголовья скота в горных районах привело к разрушению горных пастбищ и интенсивной эрозии почвенного слоя. Нерациональная распашка пойм повлекла за собой заиление многих малых и средних рек и, в итоге, уменьшение водостока в крупные реки. Крупномасштабное осушение болот в Беларуси и на Украине привело к исчезновению не только отдельных видов растений, но и целых растительных сообществ. В Беловежской пуще, к примеру, начали усыхать ельники. И только прекращение осушительных работ вблизи данного заповедника остановило этот негативный процесс. Под прямым или косвенным воздействием человека многие виды стали редкими или исчезающими. Сейчас на Земле под угрозой исчезновения находится не менее 25—30 тыс. видов растений, или 8—10% от их общего числа. В последнее столетие с территории республики исчезло около 70 видов сосудистых растений (всего их в современной флоре Беларуси 1650). Среди них горицвет весенний, рябчик русский и др. К числу редких и исчезающих относят более 160 видов — около 10% всего видового состава. По оценке специалистов в охране нуждаются более 500 видов растений белорусской флоры. Чтобы остановить дальнейшее исчезновение их, необходимо рационально использовать природные богатства (не допускать перерубов, сенокошения и выпаса скота в запрещенных местах), прекратить нерациональное осушение. Создание заповедников и заказников мало способствует сохранению состава флоры, так как охраны требуют обширные территории. Внедрение же новых видов хотя и обогащает флору той или иной страны (в Беларуси интродуцировано 1500 видов), но не решает проблемы сохранения растений. Попадая в совершенно иные условия, интродуцированные растения, как правило, не могут формировать устойчивые биоценозы и не представляют большой ценности. Основная задача в деле сохранения растительного мира — это восстановление утраченных сообществ растений и рациональное использование имеющихся растительных богатств. Хозяйственная деятельность человека оказывает негативное воздействие и на животный мир нашей планеты. С незапамятных времен животные были объектами охоты, одомашнивания. По данным Международного союза охраны природы, за последние 400 лет на Земле вымерло 94 вида птиц и 63 вида млекопитающих. Особенно пострадала фауна океанических островов. С Гавайских островов, например, исчезло 60% всей фауны. На планете больше нет тарпана, тура, сумчатого волка, стеллеровой коровы, голубой лошадиной антилопы и других видов. Воздействие человека на животный мир проявляется в двух направлениях: прямое воздействие (отлов, отстрел, уничтожение ядохимикатами), изменение условий обитания (осушение болот, вырубка лесов, распашка лугов). В последние годы мощным фактором, отрицательно влияющим на фауну, стало загрязнение среды, приведшее к накоплению ядовитых веществ в организмах животных и вымиранию их. Известны случаи массового уничтожения зверей, птиц, насекомых после обработки лесных насаждений и сельскохозяйственных угодий ядохимикатами. Такая деятельность человека поставила под угрозу исчезновения только на территории СНГ 94 вида млекопитающих, 80 — птиц, 9 — рыб. В Беларуси угрожающе сократилась численность таких видов, как зубр, орлан-белохвост, белая куропатка, змееяд, сокол-сапсан, скопа, красный коршун и др. Наиболее эффективной мерой восстановления численности животных является полный запрет на их отстрел. В результате только этой охранной меры численность зубров на планете достигла более 2000, белых медведей — более 25 ООО, калана — до 5000 особей на Курильских островах и до 3000 — на Камчатке. Проблему восстановления видов решают и путем выращивания животных в неволе и их расселением. Так, во многих регионах была восстановлена численность бобра (его выращивают на бобровой ферме в Воронежском заповеднике). Немаловажное значение имеет и проведение биотехнических мероприятий: подкормка, охрана животных, регламентирование охоты, ограничение хозяйственной деятельности человека. Невысокий эффект дает внедрение новых видов. На Европейском континенте из американских видов прижилась лишь норка и ондатра, для многих же других новые условия оказались менее благоприятными.
www.ronl.ru
Содержание
Введение
1. Эволюция растительного мира
2. Эволюция животного мира
3. Влияние эволюции на признаки растений и животных
4. Есть ли все-таки различия
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Еще со времен Аристотеля ученые делят мир живых существ на два царства — царство животных и царство растений. Однако, ответ на столь казалось бы простой вопрос о различиях между растениями и животными, в настоящее время весьма неоднозначен. Основная причина этого – огромное разнообразие животного и растительного мира и условий существования различных видов растений и животных. Постараться разобраться в данном вопросе является основной целью данной работы.
Существует много различий между жизнью растений, животных. Хотя, несомненно, есть и общие моменты. Растения, животные используют для своих нужд пищу, свет и воду. Они спят, размножаются и умирают. Это общие факторы жизни трех царств. Миры растений, животных и людей известны на санскрите как джайва дхарма (Jaeva Dharma), дхарма означает «природа» живых существ.
Существует очень много особенностей и различий между растениями и животными, но наиболее важное отличие заключается в том, что растения не умеют передвигаться, а животные способны на это. Подвижность является особенным качеством, характеристикой, присущей животным. Известны определенные виды растений и животных, которые занимают промежуточное положение между этими двумя царствами. Но даже в этом случае мы не можем назвать животное движущимся растением, так как между ними существуют определенные фундаментальные различия. Например, клетки, входящие в состав растений и в тела животных, совершенно разные, хотя, по большому счету, все имеет общий источник.
1. Эволюция растительного мира
В протерозойскую эру (около 1 млрд. лет назад) эволюционный ствол древнейших эукариот разделился на несколько ветвей, от которых возникли многоклеточные растения (зеленые, бурые и красные водоросли), а также грибы. Большинство из первичных растений свободно плавало в морской воде (диатомовые, золотистые водоросли), часть прикреплялась ко дну. Существенным условием дальнейшей эволюции растений было образование почвенного субстрата на поверхности суши в результате взаимодействия бактерий и цианей с минеральными веществами и под влиянием климатических факторов. В конце силурийского периода почвообразовательные процессы подготовили возможность выхода растений на сушу (440 млн. лет назад). Среди растений, первыми освоившими сушу, были псилофиты. От псилофитов возникли другие группы наземных сосудистых растений: плауны, хвощи, папоротники, размножающиеся спорами и предпочитающие водную среду. Примитивные сообщества этих растений широко распространились в девоне. В этот же период появились и первые голосеменные, возникшие от древних папоротников и унаследовавшие от них внешний древовидный облик. Переход к размножению семенами имел большое преимущество, так как освободил половой процесс от необходимости водной среды (как это наблюдается еще у современных папоротников). Эволюция высших наземных растений шла по пути все большей редукции гаплоидного поколения (гаметофита) и преобладания диплоидного поколения (спорофита).[1]
Значительного разнообразия достигла наземная флора в каменноугольный период. Среди древовидных широко распространялись плаунообразные (лепидодендроны) и сигилляриевые, достигавшие в высоту 30 м и более. В палеозойских лесах богато были представлены древовидные папоротники и хвощеобразные каламиты. Из первичных голосеменных господствовали разнообразные птеридоспермы и кордаиты, напоминавшие стволами хвойных и имевшие длинные лентовидные листья. Начавшийся в пермский период расцвет голосеменных, в частности хвойных, привел к их господству в мезозойскую эру. К середине пермского периода климат стал засушливее, что во многом отразилось на изменениях в составе флоры. Сошли с арены жизни гигантские папоротники, древовидные плауны, каламиты, и постепенно исчез столь яркий для той эпохи колорит тропических лесов. В меловой период произошел следующий крупный сдвиг в эволюции растений, — появились цветковые (покрытосеменные). Первые представители покрытосеменных были кустарниками или низкорослыми деревьями с мелкими листьями. Затем довольно быстро цветковые достигли огромного разнообразия форм со значительными размерами и крупными листьями (например, возникли семейства магнолиевых, платановых, лавровых). Опыление насекомыми и внутреннее оплодотворение создали значительные преимущества цветковых над голосеменными, что обеспечило их расцвет в кайнозое. В настоящее время число видов покрытосеменных составляет около 250 тыс., т. е. почти половину всех известных ныне видов растений.[2]
Основные особенности эволюции растительного мира:
1. Постепенный переход к преобладанию диплоидного поколения над гаплоидным. У многих водорослей все клетки (кроме зиготы) гаплоидны, у голосеменных и покрытосеменных почти полностью редуцируется гаметофит и значительно удлиняется в жизненном цикле диплоидная фаза.
2. Независимое половое размножение от капельноводной среды. Мощное развитие спорофита, переход от наружного оплодотворения к внутреннему, возникновение двойного оплодотворения и обеспечение зародыша запасами питательных веществ.
3. В связи с прикрепленным образом жизни на суше растение расчленяется на корень, стебель и лист, развиваются сосудистая проводящая система, опорные и защитные ткани.
4. Совершенствование органов размножения и перекрестного опыления у цветковых в сопряженной эволюции с насекомыми. Развитие зародышевого мешка для защиты растительного эмбриона от неблагоприятных влияний внешней среды. Возникновение разнообразных способов распространения семян и плодов физическими и биотическими факторами.
2. Эволюция животного мира
История животных изучена наиболее полно в связи с тем, что они обладают скелетом и поэтому лучше закрепляются в окаменелых остатках. Самые ранние следы животных обнаруживаются в конце докембрия (700 млн. лет). Предполагается, что первые животные произошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от одной из групп древнейших водорослей. Наиболее близки к предкам простейших животных (Protozoa) одноклеточные зеленые водоросли. Не случайно, например, эвглену и вольвокс, способных и к фотосинтезу, и к гетеротрофному питанию, ботаники относят к типу зеленых водорослей, а зоологи — к типу простейших животных. За всю историю животного мира возникло 35 типов, из которых 9 вымерло, а 26 существуют до сих пор. Разнообразие и количество палеонтологических документов в истории животных резко возрастают в породах, датируемых менее 570 млн. лет. В течение примерно 50 млн. лет довольно быстро появляются почти все типы вторичнополостных животных с прочным скелетом. Широко были распространены в морях силура трилобиты. Возникновение типа хордовых (Chordata) относится ко времени менее 500 млн. лет. Комплексы хорошо сохранившихся ископаемых найдены в сланцах Бергеса (Колумбия), содержащих остатки беспозвоночных, в частности мягкотелых организмов типа Annelida, к которому принадлежат современные дождевые черви.[3]
Начало палеозоя отмечено образованием многих типов животных, из которых примерно треть существует в настоящее время. Причины такой активной эволюции остаются неясными. В позднекембрийское время появляются первые рыбы, представленные бесчелюстными — Agnatа. В дальнейшем они почти все вымерли, из современных потомков сохранились миноги. В девоне возникают челюстные рыбы в результате таких крупных эволюционных преобразований, как превращение передней пары жаберных дуг в челюсти и формирование парных плавников. Первых челюстноротых представляли две группы: лучеперые и лопастеперые. Почти все ныне живущие рыбы — потомки лучеперых.
Лопастеперые представлены сейчас только двоякодышащими и небольшим числом реликтовых морских форм. Лопастеперые имели в плавниках костные опорные элементы, из которых развились конечности первых обитателей суши. Ранее из группы лопастеперых возникли амфибии, следовательно, все четвероногие позвоночные имеют своим далеким предком эту исчезнувшую группу рыб. Наиболее древние представители амфибий — ихтиостеги обнаружены в верхнедевонских отложениях (Гренландия). Эти животные обладали пятипалыми конечностями, с помощью которых они могли переползать по суше. Все же ряд признаков (настоящий хвостовой плавник, покрытое мелкими чешуйками тело) свидетельствует о том, что ихтиостеги обитали преимущественно в водоемах. Конкуренция с кистеперыми рыбами заставляла этих первых земноводных занимать промежуточные между водой и сушей местообитания.[4]
Расцвет древних амфибий приурочен к карбону, где они были представлены большим разнообразием форм, объединяемых под названием «стегоцефалы». Среди них наиболее выделяются лабиринтодонты и крокодилообразные. Два отряда современных амфибий — хвостатые и безногие (или червяки) — произошли, вероятно, от других ветвей стегоцефалов. От примитивных амфибий ведут свое начало рептилии, широко расселившиеся на суше к концу пермского периода благодаря приобретению легочного дыхания и оболочек яиц, защищающих от высыхания.
Среди первых рептилий особенно выделяются котилозавры — небольшие насекомоядные животные и активные хищники — терапсиды, уступившие в триасе место гигантским рептилиям, динозаврам, появившимся 150 млн. лет назад. Вполне вероятно, что последние были теплокровными животными. В связи с теплокровностью динозавры вели активный образ жизни, чем можно объяснить их длительное господство и сосуществование с млекопитающими. Причины вымирания динозавров (примерно 65 млн. лет назад) неизвестны. Предполагают, в частности, что таковое могло быть следствием массового уничтожения яиц динозавров примитивными млекопитающими. Более правдоподобной кажется гипотеза, согласно которой вымирание динозавров связано с резкими колебаниями климата и уменьшением растительной пищи в меловом периоде.
Уже в период господства динозавров существовала предковая группа млекопитающих — небольших по размеру с шерстным покровом животных, возникших от одной из линий хищных терапсид. Млекопитающие выходят на передний край эволюции благодаря таким прогрессивным адаптациям, как плацента, вскармливание потомства молоком, более развитый мозг и связанная с этим большая активность, теплокровность. Значительного разнообразия млекопитающие достигли в кайнозое, появились приматы. Третичный период был временем расцвета млекопитающих, но многие из них вскоре вымерли (например, ирландский олень, саблезубый тигр, пещерный медведь). Прогрессивная эволюция приматов оказалась уникальным явлением в истории жизни, в итоге она привела к возникновению человека.[5]
Наиболее существенные черты эволюции животного мира заключались в следующем:
1. Прогрессивное развитие многоклеточности и связанная с ним специализация тканей и всех систем органов. Свободный образ жизни (способность к перемещению) в значительной мере определил совершенствование форм поведения, а также автономизацию онтогенеза — относительную независимость индивидуального развития от колебаний факторов среды на основе развития внутренних регуляторных систем.
2. Возникновение твердого скелета: наружного — у членистоногих, внутреннего — у позвоночных. Такое разделение определило разные пути эволюции этих типов животных. Наружный скелет членистоногих препятствовал увеличению размеров тела, именно поэтому все насекомые представлены мелкими формами. Внутренний скелет позвоночных не ограничивал увеличение размеров тела, достигших максимальной величины у мезозойских рептилий — динозавров, ихтиозавров.
3. Возникновение и совершенствование централизованно-дифференцированной стадии органинополостных до млекопитающих. На этой стадии произошло разделение насекомых и позвоночных. Развитие центральной нервной системы у насекомых характеризуется совершенствованием форм поведения по типу наследственного закрепления инстинктов. У позвоночных развился головной мозг и система условных рефлексов, наблюдается ярко выраженная тенденция к повышению средней выживаемости отдельных особей. Этот путь эволюции позвоночных привел к развитию форм группового адаптивного поведения, финальным событием которого стало возникновение биосоциального существа — человека.[6]
3. Влияние эволюции на признаки растений и животных
Нет ни одного ясно выраженного признака, который отличал бы растение от животного. Попытки точного определения обоих миров никогда не имели успеха. Нет ни одного существенного признака растительной жизни, который не обнаруживался бы в известной мере у некоторых животных, и ни одной черты, характерной для животного, которая не наблюдалась бы у определенных Видов в определенные моменты в мире растительном. Понятно поэтому, что биологи, стремящиеся к точности, всегда считали искусственным различие между обоими мирами. Они были бы правы, если бы определение здесь могло даваться, как в математических и физических науках, на основании известных статических признаков, которыми обладает один предмет и не обладают другие. Нет практически ни одного жизненного проявления, которое не заключало бы в зачаточном, или скрытом, или возможном состоянии существенных черт большинства других жизненных проявлений. Разница — только в пропорции. Но этой разницы достаточно для определения группы, если можно установить, что разница эта не случайна и что группа по мере своей эволюции стремилась все более и более усилить свои специальные признаки. Одним словом, группа будет уже определяться не тем, что она обладает известными признаками, но тенденцией к усилению этих признаков. Если принять эту точку зрения, если учитывать не столько состояния, сколько тенденции, то окажется, что растения и животные могут быть определены и различены точным образом и что они соответствуют двум расходящимся эволюционным направлениям жизни.[7]
Эта дивергенция обнаруживается, прежде всего, в способе питания. Растение получает непосредственно из воздуха, воды и земли необходимые для поддержания жизни элементы, в частности углерод и азот: оно берет их в форме минеральных веществ. Животное может овладеть этими элементами лишь после того, как они закладываются в органические вещества или растениями, или животными, которые, в свою очередь, получают их, прямо или косвенно, из растений же, так что в конечном итоге пищей животного является растение.[8]
У растений этот закон допускает много исключений. В ряд насекомоядных растений росянку, мухоловку, жирянку. Грибы, занимающие столь видное место в растительном мире, питаются, как животные; будь то бродильные грибы, сапрофиты, или паразиты, они всегда получают свою пищу из органических веществ. Следовательно, из этого различия в питании нельзя вывести статического определения, которое для любого случая автоматически решало бы, имеешь ли дело с растением или с животным. Но это различие может послужить началом для динамического определения двух миров, ибо оно отмечает два расходящихся направления, по которым пошли растения и животные.
Примечателен тот факт, что грибы, распространенные в природе в необычайном изобилии, не смогли эволюционировать. В органическом отношении они не поднимаются выше тех тканей, которые у развитых растений образуются в зародышевом мешочке семяпочки и предшествуют прорастанию новой особи. Можно сказать, что это выкидыши в растительном мире.
Все их многочисленные виды представляют собой тупики, как будто, отказываясь от обычного способа питания растений, они прекращали свое движение на главном пути эволюции растений. Что же касается росянки и мухоловки, вообще насекомоядных растений, то они питаются, как и другие растения, через корни, а также извлекают своими зелеными частями углерод из углекислоты, содержащейся в атмосфере. Способность схватывать насекомых, вбирать их в себя и переваривать должна была появиться у них позже в совершенно исключительных случаях, когда слишком тощая почва не доставляла им достаточной пищи. Вообще, если придавать меньше значения наличие признаков, чем тенденции к их развитию, и если считать существенной ту тенденцию, по которой эволюция могла продолжаться бесконечно, то можно сказать, что растения отличаются от животных тем, что они могут создавать органическую материю из минеральных веществ, которые они извлекают непосредственно из атмосферы, земли и воды. Но с этим различием связано и другое, более глубокое.[9]
Животное, не имея возможности непосредственно извлекать содержащиеся всюду углерод и азот, вынуждено искать, чтобы питаться ими, растения, которые уже выделили эти элементы, или животных, которые сами получили их в растительном мире. Поэтому животное должно быть по необходимости подвижным. Начиная с амебы, выпускающей наудачу свои ложноножки, чтобы захватить рассеянные в капле воды органические вещества, вплоть до высших животных, обладающих органами чувств для распознавания добычи, органами движения для овладения ею, нервной системой для координации движений с ощущениями, жизнь животных характеризуется, в ее общем направлении, подвижностью в пространстве.
В своей первоначальной форме животное предстает как незначительная масса протоплазмы, завернутая всего-навсего в тонкую белковую оболочку, позволяющую этой массе свободно менять форму и передвигаться. Напротив, растительная клетка покрыта клеточной мембраной, осуждающей ее на неподвижность. И снизу доверху в растительном мире наблюдаются одни и те же привычки, все более и более ведущие к неподвижности, ибо растению нет нужды беспокоиться; оно находит вокруг себя — в атмосфере, воде и земле, где оно располагается, минеральные вещества, которые усваивает непосредственно. Конечно, явления движения наблюдаются и у растений.
Дарвин написал прекрасную книгу о движениях ползучих растений. Он изучил движения некоторых насекомоядных растений, таких как росянка и мухоловка, нацеленные на захват добычи. Известны движения листьев акации, мимозы и др. Перемещения растительной протоплазмы внутри оболочки свидетельствуют о ее родстве с протоплазмой животных. Во множестве видов животных (главным образом паразитов) можно было бы указать явления закрепления на месте, аналогичные таким же явлениям растительного мира. Можно впасть в заблуждение, утверждая, что неподвижность и подвижность являются признаками, позволяющими при простом осмотре определить, что перед тобой — растение или животное. Но неподвижность у животных чаще всего проявляется как оцепенение, в которое впадает вид, словно отказываясь продолжать эволюцию в определенном направлении: она родственна паразитизму и сопровождается признаками, напоминающими признаки растительной жизни. Движениям же растений не свойственны ни частота, ни разнообразие движений животных. Они касаются обычно только одной части организма и почти никогда не затрагивают весь организм. Если у них и проявляется в исключительных случаях смутная самопроизвольность, то кажется, что видишь перед собой случайное пробуждение обычно дремлющей активности. Короче говоря, если в растительном мире, как и в мире животном, подвижность и неподвижность сосуществуют, то равновесие явно нарушается в пользу неподвижности в одном случае и в пользу подвижности в другом. Эти две противоположные тенденции столь очевидно являются ведущими в эволюции растений и животных, что ими можно бы было уже определить оба мира. Но неподвижность и подвижность сами суть только поверхностные проявления еще более глубоких тенденций.[10]
Между подвижностью и сознанием существует очевидная связь. Сознание высших организмов взаимодействует с определенными мозговыми механизмами. Чем более развита нервная система, чем многочисленнее и определеннее движения, между которыми она делает выбор, тем яснее и сопровождающее эти движения сознание. Но ни эта подвижность, ни этот выбор, ни, следовательно, это сознание не обусловлены с необходимостью наличием нервной системы. Она лишь определенным образом направила и подняла на более высокую ступень интенсивности начальную и смутную активность, рассеянную в массе организованного вещества. Чем ниже по уровню развития стоит животное, тем больше упрощаются и отделяются друг от друга нервные центры; в конце концов нервные элементы исчезают, теряясь в менее дифференцированном организме. Но то же самое происходит и со всеми другими органами, со всеми другими анатомическими элементами, и было бы столь же нелепо отказывать, в сознании животному, поскольку оно не имеет мозга, как заявлять, что оно не способно питаться, поскольку не имеет желудка.
Нервная система, подобно другим системам, зародилась вследствие разделения труда. Она не создает функцию, но лишь поднимает ее на более высокую ступень интенсивности и определенности, давая ей двойную форму деятельности рефлекторной и деятельности произвольной. Чтобы выполнить естественное рефлекторное движение, необходим целый механизм, действующий в спинном или в продолговатом мозге. Чтобы произвольно выбирать между несколькими определенными поступками, нужны мозговые центры, то есть перекрестки, от которых отходят пути, ведущие к двигательным механизмам различной конфигурации и одинаковой точности. Нотам, где не произошло еще выделения нервных элементов, а тем более их объединения в систему, там существует нечто такое, из чего путем раздвоения возникнут и рефлекс, и произвольное движение; чему не свойственны ни механическая точность первого, ни связанные с разумом колебания второго, но что, будучи причастным в бесконечно малой степени тому и другому, является просто неопределенной, а следовательно, уже отчасти сознательной реакцией. Это значит, что и низший организм будет сознательным в той мере, в какой он движется свободно. Будет ли здесь сознание по отношению к движению следствием или причиной? В известном смысле оно является причиной, ибо роль его — управление передвижением. Но, с другой стороны, это — следствие, так как его поддерживает именно двигательная активность, и как только она исчезает, сознание атрофируется, или, вернее, засыпает. У ракообразных, таких как Rhizo-cephales, имевших некогда более дифференцированное строение, неподвижность и паразитизм сопровождаются вырождением и практически исчезновением нервной системы, и так как в подобном случае развитие организации локализовало в нервных центрах всю сознательную активность, то можно предположить, что сознание у такого рода животных еще слабее, чем в организмах гораздо менее дифференцированных, никогда не имевших нервных центров, но остававшихся подвижными.[11]
Могло ли в таком случае растение, укрепившееся в земле и находящее пищу на месте, развиваться в направлении сознательной деятельности? Клеточная мембрана, покрывающая протоплазму, делая неподвижным простейший растительный организм, в то же время в значительной мере предохраняет его от внешних возбуждений, которые раздражают чувствительность животного и мешают ему погрузиться в сон. Растение, следовательно, в целом бессознательно.
Сознание и бессознательность — это не две этикетки, которые можно наклеить машинально, — одну на каждого животного, другую на каждую растительную клетку. Если у животного, выродившегося в неподвижного паразита, сознание засыпает, то, напротив, у растения, которое вновь обрело свободу движений, оно пробуждается, и ровно в той мере, в какой растение вернуло себе свободу. И все же сознание и бессознательность отмечают направления, по которым шло развитие обоих миров, в том смысле, что для отыскания лучших образцов сознания у животных нужно подняться до самых высших представителей ряда, тогда как, чтобы обнаружить вероятные случаи сознания у растений, нужно спуститься возможно ниже по лестнице растений, дойти, например, до зооспор водорослей и вообще до тех одноклеточных организмов, которые, скажем так, колеблются между растительной формой и формой животного. С этой точки зрения и в такой мере животное, на наш взгляд, определяется чувствительностью и пробудившимся сознанием, растение же сознанием заснувшим и отсутствием чувствительности.[12]
Растение вырабатывает органические вещества непосредственно из веществ минеральных: эта способность освобождает его от необходимости двигаться, а значит, и чувствовать. Животные, вынужденные разыскивать себе пищу, развивались в направлении двигательной активности, а следовательно, и сознания все более и более полного, все более и более ясного.
У плоских червей пищеварительная система ветвится, и благодаря этому питательные вещества разносятся по всему телу. У кольчатых червей эту функцию берет на себя кровеносная система. Кроме того, она разносит от органов дыхания по всему телу кислород и доставляет к ним углекислый газ, который затем выделяется наружу.
Появление специальных органов дыхания — жабр у водных обитателей, трахей и легких у наземных — по сравнению с растениями во много раз увеличивает поверхность, участвующую в газообмене между организмом и окружающей средой. Животное получает благодаря этому больше кислорода, в его теле активнее идет окисление различных веществ, входящих в состав цитоплазмы, и в результате высвобождается большое количество энергии, необходимой для движения и других процессов жизнедеятельности.
У животных есть органы выделения: у позвоночных — почки, у простейших — сократительная вакуоля. Органы выделения удаляют из организма мочевину, мочевую кислоту и аммиак — продукты распада разных веществ, в том числе и белка. У растений сходных отходов образуется немного. Это объясняется типом их питания и отсутствием мышечной активности. Из растительных организмов аммиак не выводится. Путем химических превращений он переходит в безвредные для растения вещества — аспарагин и глутамин. Это кладовые азота, который может быть использован растением вновь при биосинтезе азотсодержащих соединений. Некоторые продукты жизнедеятельности накапливаются у растений в листьях и удаляются при листопаде.
Таким образом, отличия животных от растений по типу питания определяют и все другие их особенности: способность к передвижению, развитие пищеварительной, дыхательной, кровеносной и выделительной систем, нервной системы и органов чувств, различных способов захвата пищи.
Низшие животные и растения меньше отличаются друг от друга, чем высокоорганизованные. Это свидетельствует о единстве происхождения всего живого. Кроме растений и животных в органическом мире выделяют еще особую группу бесклеточных существ, которую составляют вирусы. Они устроены проще, чем клетки. Вирус состоит из молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), покрытой снаружи белковой оболочкой.
Кажется бесспорным, что животная клетка и клетка растительная происходят от общего ствола, что первые живые организмы колебались между формой растительной и формой животной, принадлежа одновременно той и другой. Различие — только в пропорции. Обычно одна из двух тенденций покрывает или подавляет другую, но в исключительных обстоятельствах последняя освобождается и вновь завоевывает утраченное место. Подвижность и сознание растительной клетки не настолько замерли, чтобы не иметь силы проснуться, когда обстоятельства позволяют или требуют. С другой стороны, сохранившаяся в животном мире тенденция к растительной жизни беспрестанно задерживала, или останавливала, или обращала вспять его эволюцию. Какой бы полной, даже бьющей через край ни казалась деятельность животного вида, — оцепенение и бессознательность стерегут его. Только усилием и ценою усталости он выдерживает свою роль. Путь, по которому шла эволюция животного, отмечали бесчисленные срывы, вырождение, связанное по большей части с паразитическими привычками: каждый раз это было переводом стрелки на растительную жизнь.[13]
Таким образом, все заставляет предполагать, что растение и животное происходят от одного общего предка, который соединял в себе обе тенденции в момент их зарождения.
Но две тенденции, взаимно включавшие друг друга в этой первоначальной форме, в процессе своего роста разъединились. Отсюда мир растений с его неподвижностью и нечувствительностью, отсюда животные с их подвижностью и сознанием. Чтобы объяснить это раздвоение, нет нужды прибегать к таинственной силе. Достаточно заметить, что живое существо естественно тяготеет к тому, что для него более удобно, и растения и животные выбрали для себя два различных рода удобства в способе добывания необходимых им углерода и азота. Первые непрерывно и автоматически извлекают эти элементы из окружающей среды; вторые путем прерывистого, сконцентрированного в нескольких мгновениях, сознательного действия ищут эти элементы в организмах, их уже усвоивших. Это — два различных способа понимания труда, или, если угодно, безделья. Вот почему нам кажется сомнительным, чтобы возможно было когда-нибудь открыть в растении нервные элементы, хотя бы в самой начальной форме. Направляющей воле животного у растения, как нам кажется, соответствует направление, даваемое им энергии солнечного излучения, которой растение пользуется, чтобы разорвать связь углерода и кислорода в углекислоте. Чувствительности животного соответствует у растения исключительная восприимчивость его хлорофилла по отношению к свету. Значит, если нервная система является прежде всего механизмом, служащим посредником между ощущениями и волевыми актами, то подлинной «нервной системой» растения, нам кажется, будет механизм, или, скорее, химизм sui generis, служащий посредником между восприимчивостью его хлорофилла к свету и производством крахмала. Другими словами, у растения, очевидно, нет нервных элементов, и тот же порыв, благодаря которому животное обрело нервы и нервные центры, вероятно, привел у растения к функции, которую выполняет хлорофилл.[14]
Этот первый взгляд, брошенный на организованный мир, позволит нам точнее определить, что соединяет царства растений и животных и что их разделяет.
4. Есть ли все-таки различия
Ни в жизни животного, ни в жизни растения не удалось найти ни одной черты, исключительно свойственной тому или другому. Ни одного признака, по которому любой организм можно было бы отнести к тому или другому царству.
Различие слишком очевидно, оно слишком вкоренилось чтобы от него можно было так легко отказаться. Что бы ни говорили, а дерево останется деревом и лошадь — лошадью, между ними лежит целая бездна.
Дело в том, что нет ни растения, ни животного, а есть один нераздельный органический мир. Растение и животные — только средние величины, только типические представления, которые мы слагаем, отвлекаясь от известных признаков организмов, придавая исключительное значение одним, пренебрегая другими, почти забывая о них. К тому же эти понятия сложились в такое время, когда были известны только самые крайние, резкие представители этих групп. Пока сравнение касалось дерева и лошади, никакое недоразумение не было возможно, но дело представилось в совершенно ином свете, когда пришлось принять во внимание всю совокупность живых существ. Тогда пришлось убедиться в единстве органического мира, пришлось убедиться, что все наши рамки или деления — только произведение нашего ума. Правда, одно из величайших его произведений, без которого он никогда не справился бы с хаосом единичных форм. Пользуясь этим логическим приемом, не должны, однако, забывать его настоящую цену. Не должны отождествлять отвлеченные понятия, типы, с реальной действительностью.[15]
Но если в органической природе и не существует такого дуализма, если мы не видим более в растении и животном двух абсолютно между собой различных категорий существ, а только два типических представления. Тем не менее раз в уме нашем сложились эти два типа, мы должны постараться дать их характеристику. Указать на те признаки, которым мы даем предпочтение, которое связываем с понятием о растении.
Едва ли в настоящее время можно предложить более краткую и удачную характеристику, чем та, которая выразилась в старом изречении, что — растение растет, но лишено произвольного движения. Посмотрим, какой более определенный смысл должны мы придавать этому изречению. Движение животного, как и всякое движение, подчиняется механическим законам.[16] Особенность животного заключается в том, что очаг действующих в нем сил лежит в нем самом; отсюда его независимость от внешних условий. Источник этих сил, как известно, кроется в том процессе окисления, который, совершаясь повсеместно в его теле. Обнаруживается в дыхании и является причиной того тепла и движения, которые в общей сложности характеризуют животное в отличие от растения. Мы только что видели достаточно доказательств, что эти процессы встречаются и в растении, но только в нем они отступают на второй план, совершенно заслоняются другими преобладающими процессами. Мы видели еще ранее, что под влиянием света в зеленых частях растений постоянно совершается явление, совершенно обратное окислению, именно разложение углекислоты, сопровождаемое накоплением углерода. Этот процесс почти в двадцать раз энергичнее дыхания растения. Так что, например, на один фунт сгорающего в растении углерода вновь образуется двадцать фунтов: растение тратит на свои потребности примерно только одну двадцатую всего отлагающегося в нем углерода, отсюда — то накопление вещества, то громадное увеличение массы, которое нас поражает в явлениях роста. Тогда как в животном, достигшем полного развития, устанавливается известное равновесие между приходом и расходом вещества, у растения рост, т.е. накопление вещества, идет почти вплоть до смерти (Сравнение это, впрочем, не вполне точно. За особь в растении правильнее считать отдельный побег, который имеет ограниченный рост, целое же растение, например, дерево, представляет сложный организм, подобный, например, кораллу, растущему неопределенное время). Но это накопление вещества вполне зависит от солнца, отсюда — полная зависимость растения от внешних условий. Его страдательная роль, так резко отличающая его от самостоятельной деятельности животного.
Различие растения и животного, следовательно, не качественное, а только количественное; в обоих совершаются те же процессы, но в одном преобладают одни, в другом — другие. Если в результате, в итоге, оказывается окисление, трата вещества и проявление энергии, мы имеем перед собой тип животного; если, наоборот, в итоге оказывается раскисление, накопление вещества, поглощение энергии, мы имеем перед собой тип растения. Животное и растение разделили между собой труд: животное расходует то вещество и ту энергию, которые запасаются растением; в свою очередь растение необходимую для него энергии получает от солнца. Животное зависит от растения, растение зависит от солнца. Таким образом, мы восходим до самого общего представления о жизни растения, до понятия о его значении, о его роли в органическом мире. Это — роль посредника между солнцем и животным миром. Растение или, вернее, самый типичный его орган — хлорофилловое зерно — представляет то звено, которое связывает деятельность всего органического мира, все то, что мы называем жизнью, с центральным очагом энергии в нашей планетной системе. Такова космическая роль растения.[17]
Когда нашему воображению представляется тип зеленого дуба, летом шумящего своей роскошной листвой, зимой обнаженного, окоченевшего, страдательно переносящего все колебания внешней температуры, — дуба, год за годом, в течении веков увеличивающего свою органическую массу, но в то же время неподвижно прикованного к одному месту, когда вслед за тем нам представляется картина стрелой мчащегося рысака, от которого среди зимы столбом валит пар, но который зато зимой и летом истребляет массы сена и зерна; когда мы узнаем далее, что эти противоположные внешние явления — только необходимые последствия преобладающих в том и в другом случае химических процессов, — тогда для нас становится ясной антитеза между животным и растением. Но когда вслед за тем мы пожелаем окинуть одним общим взглядом не только типичных представителей, но все растения, всех животных, во всех их отправлениях, то невольно убеждаемся в неверности подобной антитезы. Это противоречие исчезает, все вновь становится понятным, как только мы допустим, что поток органической жизни, когда-то, во тьме времен, пролагавший себе путь по одному широкому руслу, затем разбился на две ветви, так что теперь, стоя при их устьях, мы видим как бы два независимых течения и, только восходя к их отдаленному истоку, только стараясь обнять одним взглядом оба течения на всем протяжении, приходим к убеждению, что это — только два рукава одного общего могучего потока жизни.[18]
Этим завершается наш обзор жизненных отправлений растения. Мы познакомились со строением разных органов его, узнали их значение и, таким образом, разрешили двоякую задачу, постоянно представляющуюся физиологу: дан орган — найти его отправление; дано отправление — найти соответствующий ему орган. Мы убедились, в каком совершенстве каждый отдельный орган исполняет свое отправление, как приспособлен он к своей среде, как необходимо и согласно взаимодействие различных органов, имеющее результатом общую жизнь растения, как поразительно взаимодействие некоторых организмов, даже принадлежащих к различным царствам органической природы, как гармонично, наконец, взаимодействие этих двух царств природы, взятых в целом. Познакомившись со всеми этими фактами, мы, кажется, вправе заключить, что дошли до конца своего пути. Но тут-то именно, на этом кажущемся пределе, физиолог начинает смутно сознавать, что его задача не исчерпана, что из-за всех этих частных вопросов всплывает один общий, всеобьемлющий вопрос: почему все эти органы, все эти существа совершенны, так изумительно приспособлены к своей среде и отправлению? Чем поразительнее факт, чем совершеннее организм, тем неотвязчивее вопрос: да почему же он так совершенен? Как, каким путем достиг он этого совершенства? Неужели стоило сделать такой длинный путь для того, чтобы в конце его услышать лаконичный ответ: не знаю, не понимаю и никогда не пойму. Правда, естествоиспытатель охотно, быть может, охотнее и откровеннее других исследователей, всегда готов сказать: не знаю; но зато тем настойчивее хватается он за первую возможность объяснения, тем ревнивее охраняет он те области знания, куда успел уже проникнуть хотя бы слабый луч света.
В какой степени наука может в настоящем случае удовлетворить естественную пытливость ума, какой ключ может предложить современное естествознание для объяснения этого основного свойства органического мира, — его совершенства, его гармонии или целесообразности, — этими вопросами мы займемся в следующей последней лекции.
Заключение
Наиболее существенное различие между животными и растениями состоит прежде всего в способе питания. В результате фотосинтеза, то есть биохимической реакции, которая происходит только на свету, растения способны из минеральных веществ (углекислого газа и воды) синтезировать органические вещества (сахар и крахмал).
Органические молекулы обладают большим запасом энергии, чем минеральные, из которых они образовались, так как в них накапливается часть солнечной энергии, использованной для процесса фотосинтеза.
Животные питаются готовыми органическими веществами, поедая растения (а также животных, грибы).
Растения и животные — живые организмы, животные имеют общие с растениями признаки в строении, что свидетельствует об их родстве. Относительность различий между животными и растениями — следствие общности их происхождения, еще одно подтверждение существования генетического единства органической жизни на Земле. Различия между растениями и животными указывает на непрерывность процесса эволюции.
Таким образом, нельзя указать ни одного признака, который определительно характеризовал бы растений и служил бы для отличия их от других живых существ. — Но если по существу растения и животное характеризуются одними чертами, отличающими их от неживой природы, то в деталях, признаках второстепенного значения, существуют различия, позволяющие нам с большей или меньшей уверенностью относить одни организмы к растениям, другие к животным. Законченной естественной системы растения, т. е. такой, которая выражала бы средство растительных форм или постепенный ход развития растительного царства, не удалось еще создать, несмотря на многочисленные попытки в этом направлении со стороны выдающихся ботаников прошлого и нынешнего столетия.
Список используемой литературы
1. Б.Альбертис и др. «Молекулярная биология клетки». Т. 1, 2. Мир, 1998г.
2. Басаков М.И., Говгубинцев В.О. и др. Концепция современного естествознания. Изд. «Феникс», 2001.
3. Блинников В.И. Зоология с основами экологии М., 1997.
4. Д. К. Беляева «Общая биология 10-11 класс», Москва 2003.
5. Вилли К, Детье В. Биология М., 1999.
6. Горин Н. Концепция современного естествознания М., 1998.
7. И. Д. Зверева «Экологическое образование школьников», Москва 2003.
8. А.А. Заварзин, А.Д. Харазова, М.Н. Молитвин «Биология клетки: общая цитология». Изд. С-Пб. Университета, 1998 г.
9. А. И. Опарин «Происхождение жизни», Москва 1994.
10. Ю. Н. Скурлатов «Введение в экологическую химию», Москва 1998.
11. К.А. Тимирязев. Самоорганизация и неравновесные процессы в физике, химии и биологии М., 1999.
12. Ю.С. Ченцов, «Общая цитология». Изд. М. 1997 г.
13. С.Э.Шноля «Сущность жизни. Инвариантность общего направления биологической эволюции» Диалектика и современное естествознание: Матер. семинара. Дубна, 1997.
[1] А. И. Опарин «Происхождение жизни», Москва 1994., С. – 34.
[2] А. И. Опарин «Происхождение жизни», Москва 1994., С. – 45.
[3] Д. К. Беляева «Общая биология 10-11 класс», Москва 2003., С. – 36.
[4] Вилли К, Детье В. Биология М., 1999., С. – 141.
[5] Блинников В.И. Зоология с основами экологии М., 1997., С. – 61.
[6] Басаков М.И., Говгубинцев В.О. и др. Концепция современного естествознания. Изд. «Феникс», 2001., С. – 74.
[7] Горин Н. Концепция современного естествознания М., 1998., С. – 81.
[8] Д. К. Беляева «Общая биология 10-11 класс», Москва 2003., С. – 132.
[9] А. И. Опарин «Происхождение жизни», Москва 1994., С. – 91.
[10] С.Э.Шноля «Сущность жизни. Инвариантность общего направления биологической эволюции» Диалектика и современное естествознание: Матер. семинара. Дубна, 1997., С. – 38.
[11] К.А. Тимирязев. Самоорганизация и неравновесные процессы в физике, химии и биологии М., 1999., С. – 73.
[12] Горин Н. Концепция современного естествознания М., 1998., 58.
[13] С.Э.Шноля «Сущность жизни. Инвариантность общего направления биологической эволюции» Диалектика и современное естествознание: Матер. семинара. Дубна, 1997., С. – 64.
[14] Басаков М.И., Говгубинцев В.О. и др. Концепция современного естествознания. Изд. «Феникс», 2001., С. – 59.
[15] Горин Н. Концепция современного естествознания М., 1998., С. – 57.
[16] Д. К. Беляева «Общая биология 10-11 класс», Москва 2003., С. 12.
[17] К.А. Тимирязев. Самоорганизация и неравновесные процессы в физике, химии и биологии М., 1999., С. – 47.
[18] А. И. Опарин «Происхождение жизни», Москва 1994., С. — 95.
www.ronl.ru
