Образование комплексных соединений в растениях
Известна способность некоторых растений концентрировать такие металлы как Mg, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn и Mo. Эти металлы являются прекрасными комплексообразователями. В табл. 29 представлено избирательное поглощение металлов растениями [54].
Интересно, что огромные залежи осадочных руд железа, кобальта и никеля связывают с распространением в гидросфере докембрия сине-зелёных водорослей [54]. В липидах растений содержание металлов составляет около 10 % от веса клеток. Из этого следует, что клетки растений обогащаются металлом в 3-6 раз.
Избирательное поглощение металлов растениями
Растение |
Повышенное содержание металлов |
Сине-зелёные водоросли (Cyanophyta) |
Fe, Со, Ni, Zn |
Красные водоросли (Rhodophyta) |
Mg, Fe, Co, Ni |
Зеленые водоросли (Chlorophyta) |
Ti, V, Cr, Cu |
Бурые водоросли (Phaeophyta) |
Ti, V, Ni, Zn |
Моховидные (Bryophyta) |
A1 |
Папоротниковидные (Pteridophyta) |
A1 |
Голосеменные (Gymnospermae) |
Mn |
Покрытосеменные (Anthophyta) |
Mn, Mo |
Ежегодно за счет комплексообразования растения накапливают огромное количество металлических элементов. В табл. 30 представлены данные по среднему содержанию металлов в растениях и ежегодному накоплению металлов [54].
Аминокислоты способны связывать и переносить многие химические элементы. Установлена корреляция количества металла в карбонатах, растворенного аспаргиновой кислотой от энергии связи металла [54]. Коэффициент корреляции этой зависимости 0,76.
Среднее содержание металлов в растениях С и величина ежегодного накопления металлов т
Таблица 30
Металл |
C, % |
m, т |
Mg |
310'1 |
1,1 • 109 |
A1 |
5 • 1 O’2 |
1,8-108 |
Ti |
910'4 |
3,3-106 |
V |
2-10'4 |
7,2-105 |
Cr |
5 • 1 O’5 |
1,8-105 |
Mn |
6-КГ3 |
2,2-107 |
Fe |
3-КГ2 |
1,H08 |
Co |
6-КГ5 |
2,2-105 |
Ni |
3-КГ4 |
1,1 -106 |
Cu |
1-КГ3 |
3,6-106 |
Zn |
9-10'3 |
3,3-107 |
Mo |
7-10'5 |
2,5-105 |
Доказательством того, что накопление металлов в клетках растений происходит по механизму комплексообразования, служит зависимость содержания металлов в липидах бурых водорослей от параметра Рака [16] (рис. 24). Наиболее важным является параметр Рака В, поскольку он определяет энергетическое различие между термами.
Рис. 24. Зависимость содержания металлов в липидах бурых водорослей от параметра Рака В (коэффициент корреляции 0,87)
Комплексные соединения металлов (железа, молибдена, кобальта, титана, ванадия, цинка, марганца, меди и др.) принимают участие в окислительно-восстановительных процессах.
Это окисление молекулярного водорода и окисление углекислого газа в процессе фотосинтеза с участием в качестве катализатора комплексных соединений железа.
Процесс ассимиляции молекулярного азота атмосферы синезеленными водорослями и некоторыми бактериями протекает с участием комплексных соединений железа, молибдена, кобальта, титана и ванадия [54].
В процессе фотосинтеза растения ежегодно восстанавливают 1,4- 10й т углерода углекислого газа, 5-109 т соединений азота, 8,3-108 т соединений серы [54].
Распределение органических соединений в растении было описано давно [59]. Молекулярный состав растений составляют белки, углеводы, жиры, дубильные вещества, кислоты, алкалоиды. Основу оболочки растительной клетки составляет клетчатка. Основу элементного химического состава древесины составляют углерод, водород, кислород и азот (табл. 31). Элементный состав древесины различных пород практически одинаков [59].
Химический состав древесины, %
Древесина |
Химический состав, % |
|||
Углерод |
Водород |
Кислород |
Азот |
|
Бук |
49,89 |
6,07 |
43,11 |
0,93 |
Дуб |
50,64 |
6,03 |
42,05 |
1,28 |
Береза |
50,61 |
6,23 |
42,04 |
1,12 |
Тополь |
50,31 |
6,32 |
42,39 |
0,98 |
Ива |
51,75 |
6,19 |
41,08 |
0,98 |
Описаны химические составы других веществ С^НгвОп (лиг- ноз), С30НО46О21 (глюколигноз). Последний взаимодействует с водой по уравнению:
Одеревеневшая оболочка состоит из C4H7N (ипдола). Еще одно вещество - крахмал содержится в клетке. В клеточном соке растворены сахара (тростниковый сахар, глюкоза и левулеза). В живой клетке в клеточном соке растворен инулин. Кроме этого, различают жиры, воскообразные вещества, богатое углеродом без азотистое вещество (кутан), пробковое вещество (суберин), дубильные вещества. Различается содержание сахарозы и глюкозы (табл. 32) [59].
Таблица 32
Содержание сахарозы и глюкозы в плодах
Плоды |
Содержание на 100 частей но весу плода |
|
Сахароза |
Глюкоза |
|
Ананасы |
11,33 |
1,98 |
Абрикосы |
6,04 |
2,74 |
Земляника |
6,33 |
4,98 |
Серый ранет |
5,28 |
8,72 |
Апелсины |
4,22 |
4,36 |
В золе, образующейся при сжигании растения, находятся в ощутимых количествах неорганические вещества КлО, Na20, CaO, MgO, Fe203, Р205, S03, Si02, Cl, Mn304, A1203. Для различных растений и их частей содержание химических элементов сильно различается. Йод в значительных количествах содержится в морских водорослях. В растениях также встречается бром, фтор, бор, селен, мышьяк, литий, рубидий, стронций, барий, цинк, таллий, медь, кобальт, никель, олово, титан, свинец, серебро, ртуть [59].
Семена растений имеют специфический состав [59]. Например, в семенах phoenix dactylifera содержатся - клетчатка; в семенах digitalis purpurea - глюкозид дигиталин; в семенах amygdalus communis L. Var. Amara, amygdalus persica, prunus laurjcerasus, prunus domestica- ами- гдалин C20H27NO11. В горьких миндалях - фермент эмульзин, в семенах черной горчицы- мироновая кислота C10H18NS2O10. В семенах theobroma cacao содержится алкалоид теобромин; в семенах coffe arabica - кофеин; в семенах ignatia amara L. и strychnos Nux vomica L. - стрихнин и бруцин. В некоторых семенах содержатся лимонная, яблочная, щавелевая кислоты и аспаргин, а также аморфные ферменты. Фермент диастаз способствует переводу крахмала в декстин и сахар.
Под влиянием фермента эмульзина глюкозид амигдалин, содержащийся в миндалях, распадается масло горьких миндалей, синеродистоводородную кислоту и виноградный сахар:
В прорастающих растениях были найдены продукты распада белков - лейцин, аспарагин, аспарагиновая кислота и глютаминовая кислота, тирозин.
Необходимо отметить, что и в самом растении происходит синтез органических веществ. При этом особая роль отводится хлорофиллу и действую света. Однако синтез органических веществ происходит в растениях, лишенных хлорофилла. Это грибы, цветковые паразиты, сапрофиты.
Проблеме образования органических веществ в прекрасной монографии Фаминцына [59] отводится огромное внимание. Не смотря на то, что первое издание монографии вышло в 1883 году, она до настоящего времени не потеряла своей актуальности. Синтез органических веществ происходит в разных частях растения, как при участии света, так и без светового воздействия. Очевидно, что в растениях встречается достаточное количество органических молекул, которые могут выступать в роли лигандов при образовании комплексных соединений. Рассмотрена роль кислорода, углекислого газа, азота, аммиака в процессе образования органического вещества. Особый интерес вызывает обмен веществ между растениями и окружающей средой. Особое внимание в растениях отводится хлорофиллу.