Фтор для растений значение



Фтор (F)

Соединения фтора используются в стекольной промышленности, при производстве стали, алюминия, цемента, керамики и кирпича, а также в литейных цехах, в качестве охлаждающих жидкостей, смазок, специальных чистящих средств, а из-за хорошей растворяющей способности кислорода даже в качестве кровезаменителей. Тефлон также является фторсодержащим соединением. Применяется для изоляции кабелей, шлангов и труб, а также кровельной или кухонной техники.

Инсектициды также могут содержать соединения фтора. Изотоп 18 F используется для медицинской диагностики.

Влияние фтора на здоровье

Фтор – важнейший элемент для человека. Он способствует образованию костей и укреплению зубов. Содержание фтора в организме составляет около 27 частей на миллион, а кости состоят на 0,2-1,2% из этого элемента. Недостаток фтора приводит к нарушению обмена веществ, тогда как избыток фтора вызывает так называемый флюороз, который в первую очередь отвечает за изменение зубов и даже деформацию скелета. В регионах с относительно высоким содержанием фторидов в почве, пище и питьевой воде отмечена повышенная скорость хромосомных изменений и трисомии.

Прием около 5 г может быть смертельным для человека. Токсичность связана с блокированием активности ферментов. Тиосульфат кальция – противоядие от отравления фтором.

Элементарный газообразный фтор также очень токсичен. При вдыхании вызывает раздражение дыхательных путей и отек легких. Различные соединения фтора могут вызывать ожоги кожи. Например, фтороводород оказывает раздражающее действие на кожу, глаза и дыхательные пути. С другой стороны, соединения фтора можно использовать для лечения инфекционных заболеваний и предотвращения остеопороза.

Воздействие фтора на окружающую среду

Фтор содержится в земной коре, например, в горных породах, угле и глине. Ветровая эрозия может перемещать его с земли в воздух. Если фтор попадает в воздух, он может оставаться там в течение длительного времени.

Растения поглощают фтор из почвы и накапливают его. Количество фтора, поглощаемого растениями, зависит от типа растения, типа почвы, а также количества и типа элементарного фтора. Животные, которые едят растения, содержащие фтор, часто накапливают большое количество фтора в своих тканях, в основном в костной. В результате эти животные страдают кариесом и дегенерацией костей.

Фтор и вода

Среднее содержание фтора в морской воде составляет около 1–1,5 промилле, в то время как речная вода обычно содержит только 0,1 промилле. Родниковая вода может содержать около 0,1-40 промилле фтора, в зависимости от породы, через которую она протекала. В растворенном виде элемент можно найти в основном как F- , а в морской воде как MgF+.

Фтор – самый реактивный из всех элементов. Он реагирует с водой с образованием плавиковой кислоты, кислорода или озона.

Растворимость фтора и / или его соединений в воде

Фтор не растворяется в воде, но вступает с ней в реакцию.

Как фтор может попасть в воду?

Фтор содержится в различных минералах, из которых он может выделяться во время процессов выветривания и попадать в воду. Наиболее важными из них являются апатит, слюда, флюорит и криолит. Элемент не встречается в своей элементарной форме.

В некоторых странах питьевая вода намеренно обогащается фтором, чтобы снизить риск кариеса. Однако, это крайне спорная практика, так как чрезмерное потребление фтора может быть вредным.

Какие экологические проблемы может вызвать загрязнение воды фтором?

Нормальные воздушно-сухие почвы содержат около 10-1000 частей на миллион фтора, большая часть которого связана с силикатными и фосфатными минералами и, таким образом, становится нерастворимой в воде. Водорастворимая и, следовательно, доступная для растений часть составляет всего около 0,3-0,5 промилле в почве. Низкие значения pH увеличивают растворимость и, таким образом, делают больше фторидов доступными для растений. Они также могут поглощать газообразный фтористый водород через свои листья. Содержание фтора в растениях составляет около 2-20 частей на миллион (в пересчете на сухое вещество).

Допустимое содержание фтора в почве до 200 ppm. Если значение превышено, то это может привести к задержке роста, обесцвечиванию листьев и, в конечном итоге, к некрозу. Чувствительность растений к фтору или фториду различается в зависимости от вида.

Фторид, а также фтористоводородная кислота пассивно усваиваются растениями. Накопление происходит в основном в клеточных стенках. Эти вещества токсичны, поскольку ингибируют некоторые ферменты. В результате может быть ограничена активность фотосинтеза. В сильно загрязненных почвах были обнаружены концентрации фтора до 3500 частей на миллион.

Что касается воздействия фтора и фторсодержащих соединений на теплокровных животных, то этот элемент важен для многих организмов, но он также может быть крайне токсичным. Повышенное потребление фторидов может привести к флюорозу, который может сильно деформировать скелет. Поскольку фтор близок по своему составу к кальцию, он может препятствовать процессу формирования костей. Фтор и его соединения токсичны почти для всех видов насекомых.

Источник

Поведение фторидов в почве

Среднее содержание фтора в земной коре (кларк) 6,25×10 -2 % по массе; в кислых изверженных породах (гранитах) оно составляет 8×10 -2 %, в основных – 3,7×10 -2 %, в ультраосновных – 1×10 -2 %. Для большинства природных («незагрязненных») почв содержания фтора колеблются впределах 150-400 мг/кг(Виноградов А.П., 1957).Фтор присутствует в вулканических газах и термальных водах. Важнейшие соединения фтора – флюорит, криолит и топаз. Всего известно более 80 фторсодержащих минералов. Соединения фтора находятся также в апатитах, фосфоритах и других.

Высокие уровни фтора в почвах (до 1000 мг/кг и более) установлены в провинциях с эндемией флюороза и в рудных районах. Почвы областей былого и современного вулканизма, а также почвы районов с обилием фторапатита содержат фтор в количествах более 0,1%. В каштановых почвах правого борта Чуйской котловины, сложенного элювиоделювием шиферных сланцев, концентрации его достигают 1585 мг/кг (Пузанова О.Ю., 1990).

Поведение фтора в почвах изучалось многими исследователями. Полученные результаты свидетельствуют о том, что его миграционные свойства весьма разнообразны, а уровень содержаний в почвенном растворе зависит от присутствия глинистых минералов, величины рН и концентраций кальция и фосфора в почвах. В целом наибольшая адсорбция фтора минеральными компонентами почв отмечается в интервалах нейтральной рН от 6 до 7 (ТанделовЮ.П., 2012).

В.Г. Сараев (1994), изучавший миграцию фтора в почвах горно-таежных и лесостепных фаций Назаровской котловины и ее горного окружения, установил, что валовое содержание этого элемента во всех типах почв возрастало к материнской породе, причем минимальные концентрации его фиксировались в органогенных горизонтах. В изученных геохимических сопряжениях лесостепного ландшафта латеральная миграция фтора наиболее интенсивной была в верхних горизонтах почв, в почвах горно-таежного ландшафта – в нижележащих почвах на его миграцию значительное воздействие оказывают кальций и ионы карбонатов, в горно-таежных почвах – полуторные окислы.

Фтор накапливается преимущественно в илистой фракции почв (до 70%), тогда как в песчаной фракции его содержание не превышает 0,2-4% от общего количества. Поэтому глинистые почвы всегда содержат больше фтора, чем песчаные (Лозановская И.Н. и др., 1998).

Фтор обладает способностью легко замещать в глинистых минералах гидроксильные группы, поэтому было высказано предположение, что глинистые минералы, в частности иллиты, способны связывать большую часть этого элемента в почвах. Пределы содержания фтора в минералах групп иллита и хлорита составляют 0,1–2,3%. Вымыванию фтора способствуют щелочные воды (Фтор.Фиторемедиация, 2015).

В почвах Сев. Алтая, где концентрации фтора находятся в пределах значений типичных для незагрязненных районов, его распределение по профилю почв неравномерно. В частности, отсутствует биогенная аккумуляция фтора в гумусовом горизонте и намечается тенденция накопления в иллювиальном горизонте (Пузанова О.Ю. и др.,1993).

В засоленных почвах лесостепных ландшафтов Обь-Иртышского междуречья наблюдаются высокие уровни водорастворимого фтора, которые часто превышают в 2-3 раза ПДК (Ермолов Ю.В., 1999). На таких почвах растения активно поглощают фтор (Фтор и фториды, 1989).

В природных условиях фтор малоподвижен и не накапливается в верхних горизонтах почв, особенно кислых. Высокая растворимость фтора в кислых почвах обусловлена присутствием легкорастворимых фторидов, например NaF, KF, NH4F, тогда как AIF3известен своей низкой растворимостью. Таким образом, увеличивающееся содержание фтора с глубиной определяется величиной рН среды. Песчаные почвы не накапливают подвижные формы фтора, так как они легко вымываются в кору выветривания, тогда как глинистые минералы адсорбируют и накапливают многие микроэлементы, в том числе фтор (Давыдова Н.Д., 2011).Наиболее устойчивые комплексы фтора формируются при рН < 7. На интенсивность миграции фтора и на условия его осаждения определяющее влияние оказывают свойства самого элемента, в частности, исключительная способность его иона к комплексообразованию и возможность образования малорастворимого СаF2 (ПерельманА.И., 2000).

Пониженная миграция фтора в известковых почвах обусловлена образованием слаборастворимых CaF2 и комплексов фтора с железом, алюминием и кремнием. С другой стороны, присутствие в содовых почвах способного к активному обмену натрия увеличивало растворимость фтора.

Содержание фтора в почвах определяется его концентрацией в материнских породах, что же касается особенностей его распределения в почвенном профиле, то они зависят от почвообразующих процессов, из которых важное значение имеют интенсивность выветривания и содержание глинистых частиц. Очевидно, фтор выносится из верхних горизонтов большинства почв, что отчасти свидетельствует о его инертности к органическому веществу. Например, концентрации фтора в органическом веществе верхних горизонтов почв были очень низкими и составляли 0,03—0,12 мг/кг (Танделов Ю.П., 2004).

Поступающие в почву при техногенном загрязнении соединения фтора обычно легкорастворимы и, следовательно, доступны для растений. Значительная часть этого фтора или фиксируется компонентами почв (глинами, кальцием, фосфором), или быстро вымывается из легких почв водой. Тем не менее легкорастворимые фторсодержащие удобрения (например, фтороборат калия) или осадки сточных вод могут вызывать более интенсивную биоаккумуляцию почвенного фтора.

Наиболее опасное последствие загрязнения почв фтором связано с изменением их свойств в результате химической активности фтористоводородной кислоты, которая образуется как из твердых, так и из газообразных поллютантов этого элемента. Прослеживается разрушение глинистых и других минералов кремнезема в почвах, сильно загрязненных фтором. Кроме того, выявлено деструкция гумусовых минеральных комплексов, проявляющаяся в заметном выщелачивании органического вещества из почв. Получены также данные о снижении ферментативной активности некоторых почвенных микроорганизмов при добавлении в почву NaF(Фтор.Фиторемедиация, 2015).

В элювиальном горизонте повышение количества фтор-иона связано с оподзоливанием почвы, одним из признаков которого является вынос ионов Ca и Mg в нижние горизонты. Характер ответных реакций почв на поступление фтора проявляется в изменении кислотно-щелочных свойств лесной подстилки и почв (повышение рНKCl), а также в изменении состава и свойств почвенно-поглощающего комплекса. Под влиянием фторида Na происходит интенсивный вынос органоминеральных компонентов из перегнойно-аккумулятивного горизонта почв, преимущественно в виде гуматовNa. С этим явлением сопряжено вымывание Fe в коллоидной форме и Mn в растворенной, а также прослеживаетсясвязь в интенсивности ответных реакций почв на воздействие поллютанта с почвенно-геохимическими условиями, определяющими прочность закрепления фтор-иона и гумуса (Янин Е.П., 2007).

Читайте также:  Растение которое ловит мышей

Известно, что наличие техногенного фтора в почве уменьшает количество кальция, увеличивает плотность почвы и снижение её пористости. Также идет накопление фтора и натрия,способствующихосолонцеванию и подщелачиванию почвы (С.Ю. Зорина и др.).

Источник

Роль условно жизненно необходимых микроэлементов в биологии и медицине

Соединения фтора поступают в организм с пищей и водой. Обычно в тонне питьевой воды содержится 0,2 мг фтора. Обогащение фтором питьевой воды происходит в результате выветривания пород, содержащих фтор, а также за счет метеорных вод, вулканических и промышленных выбросов, а также обогащение может происходить из-за внесения в почву большого количества фторсодержащих удобрений и за счет выбросов промышленными предприятиями больших количеств фторсодержащих газообразных выбросов. В результате накопления фтора в почве повышается его содержание в питьевой воде и в растениях, что неблагоприятно сказывается на здоровье населения.

Много фтора содержится в рисе, говядине, яйцах, молоке, луке, шпинате, яблоках и других продуктах. Особенно богат фтором чай (100 мкг/г) и морская рыба (5-10 мкг/г).

В организме фтор находится в связанном состоянии, обычно в виде трудно растворимых солей с кальцием, магнием, железом. Соединения фтора входят в состав всех тканей человеческого тела. Особенно много фтора, 99% всего его количества, приходится на кости и зубную эмаль. Из организма фтор удаляется преимущественно с мочой.

Содержание фтора в теле взрослого человека составляет около 2,6 г., а среднесуточное поступление фтора с пищей — 0,5-1,5 мг.

Фтор жизненно необходим для нормального роста и развития. Фтор усиливает всасывание кальция и увеличивает плотность всего костного аппарата. Недостаточность фтора в питьевой воде (менее 0,5 мг/г) вызывает у людей поражение зубов – кариес. Он начинается с образования на поверхности зуба пятна. Кислоты, вырабатываемые бактериями, растворяют под пятном зубную эмаль, но, как ни странно, не с её поверхности. Часто верхняя поверхность остаётся неповреждённой до тех пор, пока участки под ней не окажутся полностью разрушенными. Предполагается, что на этой стадии фторид – ион может облегчать образования аппатита. Таким образом совершается реминелизация начавшегося повреждения.

Фтор используют для предотвращения разрушений зубной эмали. Можно вводить фториды в зубную пасту или же непосредственно обрабатывать ими зубы. Концентрация фтора, необходимая для предотвращения кариеса, составляет в питьевой воде около 1мг/л.

Избыточное поступление фтора в организм приводит к развитию флюороза, который характеризуется появлением крапчатой эмали. Возникает остеопороз, возможно развитие опухолей пищеварительной системы. Избыточные количества фтора снижают обмен фосфора и кальция в костной ткани, приводит к нарушениям в работе щитовидной железы, угнетению роста и поражению почек, нарушают углеводный, белковый и другие обменные процессы, угнетают тканевое дыхание и пр. Фтор является нейротропным ядом.

В организме фтор участвует во многих важных биохимических реакциях — активирует аденилатциклазу, ингибирует липазы, эстеразу, лактатдегидрогеназы и т. д.

Схема обмена фтора в организме человека

Физиологическая роль бора

В настоящее время известно, что бор особенно необходим для растений, в частности из-за активного участия этого биоэлемента в синтезе биофлавоноидов.

В организм человека бор поступает с пищей. Соединения бора, находящиеся в пищевых продуктах (борат натрия и борная кислота), быстро всасываются в желудочно-кишечном тракте. Усвоение бора организмом велико и составляет более 90% . Выводится из организма бор в основном с мочой.

Среднесуточная потребность человека в боре составляет 1-2 мг (минимум поступления бора — 0,2 мг). В организме взрослого человека содержится около 20 мг бора. Больше половины общего количества бора находится в скелете, а около 10% приходится на мягкие ткани. В среднем в тканях человека и животных содержится от 0,05 до 0,6 мкг/кг бора, однако в зубах и ногтях его концентрация в несколько раз выше. В организме бор можно обнаружить в клетках нервной ткани, паренхиматозных органах, жировой клетчатке. В плазме крови средняя концентрация бора составляет 0,02-0,075 мкг/мл. В некоторых регионах мира, из-за повышенного содержания бора в окружающей среде, в организм человека попадает ежедневно 17-27 мг бора, и тогда концентрация этого биоэлемента в крови возрастает до 0,45-0,66 мкг/мл.

Бор играет существенную роль в обмене углеводов и жиров, ряда витаминов и гормонов, влияет на активность некоторых ферментов. Показано, что введение борнокислого натрия в дозе 5-10 мг/кг вызывает повышение уровня сахара в крови. Под влиянием боратов инактивируются витамины В2 и B12, угнетается окисление адреналина. In vitro бор ингибирует активность двух классов ферментов. Во-первых, это тирозиннуклеотидзависимые и флавиннуклеотидзависимые оксиредуктазы (алкогольдегидрогеназа, альдегиддегидрогеназа, ксантиндегидрогеназа и цитохром В5-редуктаза). Бораты конкурируют с ферментами за НАД и ФАД. Во-вторых, бораты (или производные соединений бора), могут связываться с активными центрами таких ферментов как химотрипсин, субтилизин, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа.

Бор помогает в выработке тестостерона у мужчин и эстрогена у женщин. У женщин недостаток бора приводит к страданиям во время менопаузы, а у мужчин — к преждевременной импотенции. У женщин в период постменопаузы устранение дефицита бора сопровождается повышением уровня 17-β-эстрадиола в сыворотке крови и меди в плазме крови. Улучшаются показатели ЭЭГ, память, нормализуются поведенческие реакции.

Имеются данные, свидетельствующие о том, что бор играет регуляторную роль по отношению к паратгормону и поэтому может косвенным образом влиять на метаболизм кальция, магния, фосфора и витамина D. Способность бора вытеснять медь из организма может быть использована с целью лечения гепато- и церебральной дистрофии (болезнь Коновалова-Вильсона). Токсический эффеккт бора (сублетальные дозы) проявляется в виде снижения веса.

Физиологическая роль кремния

Кремний относится к числу эссенциальных для человека и животных элементов. Это было подтверждено тщательным изучением питания крыс с использованием различных диет. Крысы заметно прибавили в весе при добавлении метасиликата натрия (Na2(SiO)3 . 9H2O) в их рацион (50мг на 100г). Цыплятам и крысам кремний нужен для роста и развитие скелета. Недостаток кремния приводит к нарушению структуры костей и соединительной ткани. Как выяснилось кремний присутствует в тех участках кости, где происходит активная кальцинация. С возрастом концентрация кремния в клетках падает.

Хотя кремний является одним из наиболее распространенных в земной коре химических элементов, в обычных условиях он усваивается организмом в очень малых количествах. Всего в организме взрослого человека содержится около 1 г кремния. Полагают, что оптимальная интенсивность поступления кремния составляет 50-100 мг/день В организме усваивается около 4% от общего количества поступившего кремния. Содержание кремния в цельной крови составляет около 1 мкг/мл. Несмотря на существенные колебания в количестве поступающего в организм кремния, его содержание в крови остается стабильным. В наиболее высоких концентрациях кремний содержится в соединительной ткани: стенках аорты, трахеи, связках, костях, коже (особенно в эпидермисе), волосах и лимфатических узлах. В мышцах и паренхиматозных органах содержание кремния существенно ниже.

Кремний в виде различных соединений входит в состав большинства тканей, влияет на обмен липидов и на образование коллагена и костной ткани. Особенно важна роль кремния как структурного элемента соединительной ткани. Концентрация кремния в аорте с возрастом снижается, что косвенно указывает на значимость биоэлементного статуса кремния в патогенезе атеросклероза.

Физиологическая роль никеля

В организм соединения никеля поступают с пищей. Много никеля содержится в чае, какао, гречихе, моркови и салате.

В желудочно-кишечном тракте человека всасывается от 1 до 10% поступившего никеля. Между тканями организма никель распределяется равномерно, только в легких его содержание с возрастом увеличивается.

Полагают, что оптимальная интенсивность поступления никеля в организм составляет 100-200 мкг/день. Дефицит никеля в организме может развиться при поступлении этого элемента в количестве 50 мкг/день и менее. У цыплят, находящихся на рационе, бедном никелем, наблюдались ультраструктурные отклонения в гепатоцитах и нарушения потребления кислорода гомогенатами печени, снижалось содержание каротидного пигмента в коже и увеличивалась концентрация фосфолипидов в печени.

Порог токсичности никеля для организма человека составляет 20 мг/день. Большие количества никеля у животных приводят к задержке роста и нарушению выведения азота из организма.

Из организма никель выводится в основном с фекалиями (до 95%) и в незначительных количествах с мочой и потом.

В начале XX в. было установлено, что поджелудочная железа богата никелем. При введении вслед за инсулином никеля, продлевается действие инсулина, и тем самым повышается гипогликемическая активность. Никель оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные. Никель может угнетать действие адреналина и снижать артериальное давление. Под влиянием никеля в организме вдвое возрастает выведение кортикостероидов с мочой, усиливается антидиуретическое действие экстракта гипофиза. Избыточное поступление в организм никеля может вызывать депигментацию кожи (витилиго). В плазме крови никель находится в основном в связанном состоянии с белками никелоплазмином (альфа-2-макроглобулин) и альфа-1-гликопротеином. Депонируется никель в поджелудочной и параощитовидных железах.

Физиологическая роль ванадия

В организм человека ванадий поступает с пищей. Большое количество ванадия содержится в растительном масле, грибах, петрушке, печени, жирном мясе, морской рыбе, сое, укропе и хлебных злаках.

В организме взрослого человека содержится около 100 мкг ванадия. Этот элемент входит в состав мышечной и костной ткани, может накапливаться в сердечной мышце, селезенке, щитовидной железе, легких, почках.

Физиологическая роль ванадия недостаточно изучена. Недостаточность ванадия у цыплят, получающих в суточном рационе менее 10 мкг/кг микроэлемента, приводит к значительному ухудшению роста перьев. У молодых животных недостаточность ванадия приводит к значительному повышению триглицеридов в сыворотке крови.

Напротив, высокие концентрации ванадия в пище снижают биосинтез холестерина в печени крыс и мобилизуют у крыс холестерин аорты. Подобный эффект не наблюдался, однако, у людей пожилого возраста и у старых животных. Очевидно, что данный феномен ингибирования холестерина ванадием связан с возрастом. Полагают, что ванадий участвует в регуляции углеводного обмена и сердечно-сосудистой деятельности, а также в метаболизме тканей костей и зубов. Ванадий является противокариесным элементом, способствуя осаждению кальция в костях и зубной эмали. Введеный подкожно, ванадий накапливается в местах минерализации — в костях и в дентине, в большом количестве содержится в жировой ткани. В виде порошка или аэрозоля ванадий легко проникает через легкие в организм. Считается, что ванадию свойственны функции катализатора окислительно-восстановительных процессов. Ванадий является ингибитором и, возможно, регулятором Na+-K+, АТФ-азы, рибонуклеазы и других ферментов. Ванадий усиливает поглощение кислорода тканями печени, катализирует окисление фосфолипидов изолированными ферментами печени, и возможно, оказывает влияние на уровень сахара в крови. Ванадий оказывает действие на некоторые функции глаз, печени, почек, миокарда, нервной системы.

Читайте также:  Куфар растения гродненская область

Физиологическая роль брома

Бром — постоянная составная часть тканей животных и растений. Наземные растения содержат в среднем 7*10-4% брома на сырое вещество, животные

10-4%. Бром найден в различных секретах (слезах, слюне, поте, молоке, желчи). В крови здорового человека содержание брома колеблется от 0,11 до 2,00 мг%. С помощью радиоактивного брома (82Br) установлено избирательное поглощение его щитовидной железой, мозговым слоем почек и гипофизом. Введённые в организм животных и человека бромиды усиливают концентрацию процессов торможения в коре головного мозга, содействуют нормализации состояния нервной системы. Физиологическая роль брома еще мало изучена. Бром относят к условно-эссенциальным элементам. В организм человека бром попадает с растительной пищей, главным образом, с зерновыми и орехами, и с рыбой. Суточное поступление этого биоэлемента в организм человека составляет 2-8 мг. Бром можно обнаружить в крови (до 10 мг/л), костной и мышечной ткани; наиболее высока концентрация брома в почках, гипофизе, щитовидной железе. В организме взрослого человека содержится около 260 мг брома. Выделение брома происходит преимущественно с мочой и потом.

Бромид натрия (NaBr) участвует в активации пепсина, активизирует некоторые ферменты, в частности, липазы: и амилазы поджелудочной железы, которые участвуют в переваривании жиров и углеводов. Ионы Вг угнетают деятельность щитовидной железы, являясь антагонистами йодидов, и при хроническом воздействии замедляют их усвоение. Бромиды участвуют в регуляции ЦНС, усиливая процессы торможения.

Физиологическая роль мышьяка

В организм человека соединения мышьяка поступают с питьевой и минеральной водой, виноградными винами и соками, морепродуктами, медицинскими препаратами, пестицидами и гербицидами. Депонируется мышьяк преимущественно в ретикулоэндотелиальной системе. Полагают, что оптимальная интенсивность поступления мышьяка в организм составляет 50-100 мкг/день. Дефицит этого элемента в организме может развиться при его недостаточном поступлении (1 мкг/день и менее), а порог токсичности равен 20 мг.

Мышьяк может поступать в организм в повышенных количествах с атмосферным воздухом. Так, в городах при сжигании угля, концентрация мышьяка в воздухе составляет порядка 1-20 нг/м3; около медеплавильных предприятий, котельных и ТЭЦ, работающих на угле, это значение может достигать 70-500 нг/м3, тогда как в экологически чистых районах концентрация мышьяка не превышает 1 нг/м3. В почвах около медеплавильных комбинатов, обжиговых заводов, где налажено производство сплавов мышьяка, его концентрация достигает 100-3000 и более мкг/г, тогда как норма не должна превышать 40 мкг/г. Риск арсеноза также повышен у курильщиков табака.

Значительные количества мышьяка содержатся в рыбьем жире и морской рыбе (до 10 мг/кг), винах (до 1 мг/л и более). В питьевой воде содержание мышьяка составляет менее 10 мкг/л, однако в некоторых регионах мира (Индия, Бангладеш, Тайвань, Мексика) содержание этого элемента достигает более 1 мг/л, что является причиной массовых хронических отравлений мышьяком и вызывает так называемую болезнь «черной стопы». Около 80% мышьяка всасывается в желудочно-кишечном тракте, 10% поступает через легкие и около 1% — через кожу. Через 24 часа после поступления, из организма выводится 30% мышьяка с мочой и порядка 4% с фекалиями. Мышьяк накапливается в легких, печени, коже и тонком кишечнике.

Мышьяк относят к условно эссенциальным, иммунотоксичным элементам. Известно, что мышьяк взаимодействуют с тиоловыми группами белков, цистеином, глутатионом, липоевой кислотой. Мышьяк оказывает влияние на окислительные процессы в митохондриях и принимает участие во многих других важных биохимических процессах. Так имеются достоверные данные, согласно которым недостаток мышьяка приводит к понижению рождаемости и угнетению роста, а добавление в пищу арсенита натрия увеличивает скорость роста у человека.

При остром отравлении мышьяком возникают глубокие поражения пищеварительного тракта, иногда отмечаются геморрагический и кардиогенный шок. Симптомы острого отравления мышьяком напоминают симптомы, развивающиеся при холере: затруднение глотания, боль в животе, бурная рвота, диарея, обезвоживание, слабый нерегулярный пульс, падение АД, сопровождающееся возникновением ступора, комой, судорогами и смертью.

При хронической интоксикации мышьяком наиболее общим признаком считают изменения кожи (пигментация, кератоз), а специфическим проявлением – поражение сосудов. Основная неврологическая аномалия, обусловленная воздействием мышьяка, — сенсорная невропатия. В ряде случаев при интоксикации мышьяком у лиц молодого возраста развивались невропатия, инфаркт миокарда.

Физиологическая роль лития

В течение суток в организм взрослого человека поступает около 100 мкг лития. Ионы лития Li+ быстро и практически полностью абсорбируются из желудочно-кишечного тракта, по-видимому, из тонкого кишечника, а также из мест парентерального введения. Ионы лития легко проникают через биологические мембраны. Среднее содержание лития (в мкг/г), в различных органах значительно различается: в лимфоузлах — 200, легких — 60, печени — 7, цельной крови — 6, мышцах — 5, мозге — 4. Литий можно обнаружить в костях, кишечнике, надпочечниках и других тканях. Выведение лития осуществляется преимущественно через почки и в меньшей степени с калом и потом.

В организме литий, по-видимому, способствует высвобождению магния из клеточных «депо» и тормозит передачу нервного импульса, тем самым, снижая возбудимость нервной системы. Физиологическое действие лития обнаруживается при его концентрации в плазме крови от 0,14 до 1,4 ммоль/л, фармакологическое — при концентрации свыше 1 ммоль/л, токсическое — при превышении уровня в 2 ммоль/л. Высокие концентрации лития в плазме крови (2-3 ммоль/л) вызывают светобоязнь, поражение почек и щитовидной железы, диарею, усиление функции паращитовидных желез (гиперпаратиреоз), поражение периферических нервов. При достижении концентрации лития в плазме крови 4-5 ммоль/л наблюдались летальные исходы.

Имеются данные о воздействии лития на структурные компоненты организма на различных уровнях. Одним из органов-мишеней лития может быть скелет и щитовидная железа. В костной ткани при длительном воздействии лития его концентрация оказывается более высокой, чем в других органах. Скелет, несомненно, является местом активного взаимодействия лития с магнием, кальцием и другими минеральными компонентами костной ткани.

Имеются данные о влиянии лития на нейроэндокринные процессы, жировой и углеводный обмен. В обменных процессах литий активно взаимодействует с ионами К+ и Na+. Назначение препаратов лития на фоне дефицита натрия опасно для здоровья, т. к. может вызывать поражение почек. Кроме того, к побочным эффектам терапии препаратами лития, можно отнести угнетение функции щитовидной железы путем блокирования литием высвобождения ТТГ-рилизинг фактора, ТТГ и тироксина. Под влиянием лития возрастает поглощение глюкозы, синтез гликогена и уровень инсулина в сыворотке крови больных диабетом, применяющих препараты лития, снижается уровень глюкозы и кетоновых тел в моче. Литий обладает инсулиноподобным эффектом. Литий в последние годы используется для лечения больных с маниакально-депрессивным психозом, и, как было показано, меняет проводимость нервных волокон.

Содержание лития в воде и овощах напрямую коррелирует с жесткостью воды: чем жестче вода, тем там больше лития. Эпидемиологические исследования атеросклеротической болезни показывают, что она находится в обратной зависимости от концентрации лития в воде.

Количества лития, потребляемые обычно с водой и пищей, не токсичны, но отравление в результате излишнего медикаментозного применения лития хорошо известны.

Источник

Фтор для растений значение

Изучено влияние выбросов алюминиевого завода в атмосферу на изменение химического состава в листьях древесных растений. Установлено, что отношение валового содержания фтора к экстрагируемому широко изменяется в зависимости от вида растения. При этом для устойчивых видов характерно большее увеличение в содержании валового фтора по сравнению с экстрагируемым. Устойчивость растений к поступающему в ткань фтору зависит от способности организма переводить токсикант в нерастворимые, не участвующие в физиологических процессах формы, то есть от наличия в ткани элементов с высокой осаждающей способностью. Разработан экспресс-способ определения устойчивости древесных растений к выбросам промышленных предприятий, содержащих фтористые соединения. Способ основан на определении степени сорбции ионов фтора растертой навеской листьев.

Введение

Из промышленных предприятий заводы по производству алюминия по вредоносности техногенных эмиссий составляют наиболее токсичную группу. Это прежде всего относится к заводам, работающим по старой технологии, а таких у нас большинство. О высокой загрязняющей способности говорят данные, что при производстве одной тонны алюминия выбрасывается 20≈40 кг фтора, обладающего наиболее высокой токсичностью для фотосинтезирующих организмов. Несмотря на высокую химическую активность фтора, его биогенная миграция чрезвычайно мала и значительно ниже, чем у других галогенов. Живое вещество в среднем содержит 5 мг/кг фтора. Рассчитанный коэффициент биофильности (отношение среднего содержания элемента в живом веществе к его среднему содержанию в литосфере составляет 0,007, что значительно ниже чем у хлора (1,1), брома (0,75) и близок к биофильности кремния (0,01) и никеля (0,008) [1].

Несмотря на отсутствие явной необходимости фтора для растительного организма из атмосферного воздуха растения поглощают фтор более эффективно, чем любую другую загрязняющую примесь, что определяется его хорошей растворимостью в воде и высокой реакционной способностью [2]. В случае одновременного загрязнения воздуха и почвы соединениями фтора более активно растениями осуществляется поглощение из воздуха [3].

Аккумуляция фтора зависит от наличия его подвижных соединений в окружающей среде и индивидуальных особенностей организма. В целом, естественное содержание фторидов в растениях, выросших вне зоны техногенного загрязнения, невелико. Среднее содержание его в различных органах растений колеблется от 0,1 до 5 мг/кг сухого вещества, однако может падать до значительно меньшего уровня. При проведении сравнительного анализа различных видов растений, произрастающих в зоне влияния завода и вне ее, обнаружено, что содержание фтора в органах растений может увеличиваться на три порядка. Такое высокое поглощение не может не сказаться на жизненном состоянии растительности. Видимые поражения листьев появляются при концентрации в воздухе менее 0,1 мг/м 3 [4].

Характер и глубина воздействия загрязнителя воздуха на растения зависят от количества загрязнителя, его химических свойств, а также от определяемой генотипом и условиями среды устойчивости растений. Более благоприятные почвенные и климатические условия определяют более высокую безвредную концентрацию фтора в листьях [5]. Наибольшую опасность представляют водорастворимые соединения фтора. Концентрация лабильного водорастворимого фтора в растении зависит от процессов поглощения, распределения, связывания в устойчивые комплексы и выведения. Поступающие в ткань газы могут связываться как органическими соединениями [6], так и минеральными, что выражается в зависимости повреждаемости листьев от суммарного содержания зольных элементов и повышении их количества в процессе накопления фитотоксикантов [5]. Наиболее устойчивыми являются комплексы с элементами, расположенными в больших периодах периодической системы с валентностью от 3 до 5 [7]. Плохой растворимостью в воде и, следовательно подвижностью и токсичностью, характеризуются соединения фтора с кальцием, магнием, медью, железом (в порядке увеличения растворимости). KF, NaF, Na 2 SiF 6 , CuSiF 6 6Н 2 0 отличаются высокой растворимостью [8].

Читайте также:  Растения для участка с близкими грунтовыми водами

В зоне распространения выбросов алюминиевых заводов в достаточно короткие сроки (в зависимости от буферной емкости отдельных растений и биогеоценоза в целом) наблюдается уменьшение прироста растений, усыхание чувствительных видов, что является следствием нарушения комплекса физиологических процессов. Устойчивость создаваемых санитарно-защитных зон (СЗЗ) зависит от правильно подобранного ассортимента. Для определения устойчивости к фтористым соединениям был рекомендован быстрый тест, основанный на кратковременном погружении срезанных листьев в слабый раствор фторида [9]. Устойчивость устанавливали визуально по оценке некрозов. Однако, с нашей точки зрения, способ позволяет определить эффективность защитных покровных структур листа и не удается исследовать механизмы детоксикации поступающего фтора. В условиях хронического загрязнения более важны процессы детоксикации. Целью настоящей работы явилось изучение поведения фтора в листьях древесных растений, влияние фтора на изменение химического состава растений и разработка экспресс-метода определения устойчивости.

Экспериментальная часть

Полевые работы проводились в зоне распространения выбросов заводов по производству алюминия, расположенных в Сибири (г. Красноярск, г. Братск).

На постоянных пробных площадях определялись биометрические показатели древесных растений (радиальный и линейный прирост, площадь листа), состояние, плодоношение. Для изучения химического состава 29≈30 августа 1988≈1991 гг. были взяты образцы листьев. Исследовались особи расположенные на максимально близком расстоянии от завода в подфакельном пространстве.

Определение фтора проводилось методом, основанным на измерении потенциала ионоселективного электрода в зависимости от активности ионов фтора в растворе. Способ предусматривает возможность определения двух форм фтора ≈ общего и водорастворимого [10]. Содержание кальция, калия, фосфора, золы определялось спектрографическим методом на приборе ДФС√8-2 [11].

В связи с тем, что токсичность фтора определяется растворимостью его соединений, был разработан способ основанный на способности растений связывать поступающий фтор в неподвижные малотоксичные соединения. Растертую навеску свежих листьев, заливали слабым раствором фтористого натрия (0,0221 %). Для исключения стороннего связывания фтора растирание проводилось без добавления стекла или кварцевого песка. Навеска листьев была получена из смешанного образца от 10 экземпляров древесных растений, взятых в относительно чистом от атмосферного загрязнения районе.

Потенциометрическим методом с фторселективным электродом до достижения химического равновесия определяли концентрацию ионов фтора. Разница между исходной концентрацией и остаточной ≈ количество фтора переведенного в недиссоциируемые соединения. Количество ионов фтора, переведенного в неподвижные соединения служит оценочным параметром, характеризующим устойчивость растений к содержащемуся в воздухе фтору.

Были выбраны породы существенно различающиеся по степени газоустойчивости. Выводы об устойчивости были сделаны на основании наших исследований (учитывалось состояние, некроз листьев, радиальный прирост, линейный прирост побегов). Сосна обыкновенная, ель сибирская, пихта сибирская из-за ярко выраженных признаков повреждения, часто приводящих к гибели, были отнесены к неустойчивым видам. В свою очередь тополь бальзамический, ива корзиночная, кизильник черноплодный, вяз приземистый, ива корзиночная характеризуются слабыми повреждениями даже в условиях высокого загрязнения выбросами алюминиевого завода. Береза повислая, тополь дрожащий, жимолость татарская имеют среднюю и сильную степень повреждения.

Обсуждение результатов

Наибольшее количество фтора обнаружено в листьях наиболее устойчивых видов √ тополя бальзамического, вяз приземистого (соответственно 4.53 и 4.18 г/кг воздушно сухого веса) (табл. 1). Представленная концентрация фтора в листьях березы, сосны, ели, лиственницы является критической. При более высоком уровне загрязнения указанные растения погибают. Отношение общего содержания фтора к его водорастворимой части выше у устойчивых видов.

Таблица 1
Изменение химического состава листьев (хвои) под влиянием выбросов алюминиевого завода (29≈30.VIII)

Порода Условия произрастания Содержание Содержание фтора, г/кг Отношение F o / F э
зола, % кальций, г/кг калий, г/кг фосфор, г/кг валовое, F o экстрагируемое, F э
123456789
Сосна обыкновенная (хвоя 1 года)1
2
3,2
4,1
3,3
4,7
5,1
4,3
1,2
1,2
0,5450,411,3
Лиственница сибирская1
2
3,9
5,2
8,9
13,7
7,3
5,8
2,8
2,6
0,980,691,4
Ель сибирская (хвоя 1 года)1
2
3,0
3,9
4,8
6,4
7,6
6,3
1,9
2.0
0,570,411,4
Кизильник черноплодный1
2
9,5
10,0
20,0
20,9
12,1
11,6
3,1
2,6
4,052,201,8
Береза повислая1
2
4,9
6,3
8,3
11,2
9,5
9,7
1,2
2,2
3,402,301,5
Карагана древовидная1
2
10,1
11,9

11,5
10,6
2,2
2,1
3,0052,21,9
Тополь бальзамический1
2
9,1
13,3
15,4
28,7
11,8
9,0
2,3
2,4
4,532,651,7
Ива корзиночная1
2
9,4
10,4
18,6
23,1
9,1
8,4
2,6
2,5
3,011,81,7
Вяз приземистый1
2
9,8
13,1
17,3
25,6
11,4
10,3
2,3
2,1
4,182,1651,9
Ива козья1
2
9,1
9,7
19,4
21,3
12,2
11,3
2,4
2,0
2,8651,61,8

Примечание: 1 ≈ вне зоны прямого влияния промышленных предприятий
2 ≈ под факелом алюминиевого завода (КрАЗ; БрАЗ)

Влияние алюминиевого завода не ограничивается изменением в концентрации фтора. В наших исследованиях обнаружено заметное увеличение содержания кальция в листьях вяза приземистого, ивы корзиночной, тополя бальзамического, караганы древовидной, березы повислой, сосны обыкновенной, лиственницы сибирской, ели сибирской (121≈186 % от контрольных значений) при сопряженном накоплении фтора. В листьях ивы козьей и кизильника черноплодного содержание кальция в условиях высокого атмосферного загрязнения фтором возрастает всего на 5≈10 %.

В силу того, что кальций является антагонистом калия в растительной клетке увеличение в содержании одного из них не может оставить без изменения концентрацию другого. Для всех изученных видов, за исключением березы, характерна тенденция: с увеличением количества кальция снижается содержание калия. При этом максимально обнаруженное уменьшение в содержании калия составляет 24% у тополя. Для него также обнаружено и максимальное увеличение концентрации кальция (на 86%).

В содержании фосфора не обнаружено каких-либо закономерностей. Некоторое уменьшение (16%) было характерно для ивы и кизильника, у которых не отмечалось заметных изменений в содержании кальция и калия.

Более обобщенным показателем изменения катионного обмена является зольность листьев. В целом влияние фторидного загрязнения на зольность аналогично его влиянию на кальций. Более значительное увеличение было характерно для тополя. В целом, закономерности в изменении химического состава были общими для растений, находящихся в зоне распространения выбросов как Красноярского, так и Братского алюминиевых заводов.

Отношение валового содержания фтора к экстрагируемому широко изменяется в зависимости от вида растения. При этом для устойчивых видов характерно большее увеличение в содержании валового фтора по сравнению с экстрагируемым. Так как токсичность вещества для организма определяется скоростью его метаболизации и нейтрализации, то перевод подвижных ионов фтора (экстрагируемый) в неподвижные (разница между концентрацией валового фтора и экстрагируемого) может служить оценочным параметром, определяющим устойчивость растений.

Хорошим параметром, позволяющим оценить способность растительного организма связывать поступающий активный фтор в неподвижные соединения (например, фтористый кальций), может служить отношение общего количества фтора к его экстрагируемой водорастворимой части (Ф 0 / Ф Э ). В целом у устойчивости видов во всех органах растений данное отношение существенно больше. Наиболее тесная связь обнаружена между содержанием валового фтора и концентрацией кальция (r=0,90). Самый низкий коэффициент корреляции между содержанием валового фтора и концентрацией фосфора (r=0,49). Высоки парные коэффициенты корреляции между содержанием валового фтора и количеством калия (r=0,84), а также зольность (r=0,87).

Химический состав растений, произрастающих на одной территории, может существенно отличаться из-за разных потребностей организма в минеральных элементах. Составляющие элементы находятся в строго сбалансированном состоянии. «Поскольку каждый из ионов выполняет некую специфическую для него функцию, то, естественно, ионный гомеостаз должен характеризоваться определенным отношением между отдельными ионами, и отклонения в таком соотношении обычно сопровождаются изменением клеточной функциональной активности» (12, с.151). Нарушение ионного равновесия внутриклеточного раствора создает предпосылку общего расстройства стройной системы ультраструктуры. Физиологическое равновесие ионов в клетке играет первостепенную роль в поддержании структурной целостности и функционирования организма. Первопричиной проявления токсического действия солей является антагонистическое и синергетическое взаимоотношение различных ионов в растении [13]. Из этого следует, что чем эффективнее осуществляется в растении перевод токсичных ионов в неподвижные соединения, те устойчивее оказывается данный вид.

Устойчивость растений к поступающему в ткань фтору будет зависеть от способности организма переводить токсикант в нерастворимые, не участвующие в физиологических процессах формы, то есть от наличия в ткани элементов с высокой осаждающей способностью. Установлено, что с увеличением повреждения возрастает количество вымываемого фтора [14]. Это говорит о том, что гибель организма наступает после полного связывания фтором свободных ионов, то есть заполнения буферных способностей организма, когда количество поступающих фтор-ионов превышает способность данного растения обезвредить их.

Полученные данные по связыванию фторид-ионов в растертой навеске листьев подтверждают все отмеченное выше (табл. 2). С увеличением степени сорбции возрастает устойчивость растений к фторсодержащим эмиссиям.

Таблица 2
Оценка устойчивости древесных растений в СЗЗ алюминиевых заводов по степени сорбции фтора

ВидПоглощение F — , % от исходной концентрацииСостояние в СЗЗ алюминиевого завода (0,5≈1,0 км)
Сосна обыкновенная
Лиственница сибирская
Ель сибирская
Черемуха обыкновенная
3
10
6
10

гибель

Береза повислая
Тополь дрожащий
Жимолость татарская
17
24
20
сильный некроз
средняя площадь листа
менее 30% от контроля
Карагана древовидная
Кизильник черноплодный
Тополь бальзамический
Ива козья
Ива корзиночная
Вяз приземистый
Сирень венгерская
39
30
35
53
41
34
37
незначительный некроз листьев
средняя площадь листа 30≈55 % от контроля

Выводы

Одним из основных параметров, определяющих устойчивость растений, является их способность связывать поступающие токсичные вещества в неподвижные, не участвующие в физиологических процессах соединения с последующим удалением во время осеннего опадения листьев.

Установленная повышенная устойчивость растений, имеющих высокие показатели зольности, определяет важность дополнительного внесения питательных веществ. При этом в составе питательной смеси должны доминировать элементы в которых у растений в условиях техногенного загрязнения возрастает потребность.

Разработан экспресс-способ определения устойчивости древесных растений к выбросам промышленных предприятий, содержащих фтористые соединения. Способ основан на определении степени сорбции ионов фтора растертой навеской листьев.

По результатам лабораторных опытов и полевых исследований к устойчивым видам, рекомендуемым для культивирования в СЗЗ алюминиевых заводов следует отнести: карагану древовидную, кизильник черноплодный, тополь бальзамический, иву козью, иву корзиночную, вяз приземистый, сирень венгерскую.

Источник