Каково биологическое значение макро и микроэлементов в клетке: Роль минеральных веществ в обменных процессах и их влияние на здоровье человека

Роль минеральных веществ в обменных процессах и их влияние на здоровье человека

Минеральные вещества оказывают многообразное воздействие на жизнедеятельность организма. Они входят в состав ферментов и гормонов, участвуют во всех видах обмена веществ, активизируют действие витаминов, используются в качестве пластического материала в опорных тканях (костях, хрящах, зубах), участвуют в процессах кроветворения и свертывания крови, в регуляции вводно-солевого обмена, обеспечивают нормальное функционирование мышечной, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем.

Минеральные вещества, встречающиеся в пищевых продуктах, можно разделить на две группы.

      Макроэлементы — минеральные вещества, содержащиеся в пище­вых продуктах в значительных количествах. Основными макроэле­ментами в продуктах питания человека являются кальций, фосфор, магний, натрий, хлор, калий, сера.

Микроэлементы — минеральные вещества, содержащиеся в пище­вых продуктах в очень малых количествах. К ним относятся: железо, кобальт, медь, йод, фтор, цинк, марганец, бром, алюминий, силиций, хром, никель, литий и др.

Высокое содержание в продуктах кальция, калия и натрия опреде­ляет их щелочную ориентацию (молочные продукты, овощи, фрукты, ягоды, бобовые), а мясо, рыба, яйца, хлеб, крупы, содержащие фосфор, серу и хлор -кислую.

В зависимости от содержания минеральных веществ в организме человека и потребности в них также различают микроэлементы и мак­роэлементы. За исключением кальция, фосфора, железа и йода организм человека не располагает запасами минеральных элементов. Эти элементы незаменимы, так как не образуются в организме.

Каждый из минеральных элементов имеет определенное функцио­нальное значение. 

Макроэлементы

Кальций входит в состав минерального компонента костной ткани — оксиапатита, микрокристаллы которого образуют жесткую структуру костной ткани, выполняющей защитно-опорную функцию. Кальций придает стабильность клеточным мембранам — наружной обо­лочке клеток; обеспечивает прочность межклеточных связей. Кальций необходим для нормальной возбудимости нервной сис­темы и сократимости мышц, является важнейшим компонентом свертывающей системы крови.

Всасывание кальция происходит в тонкой кишке с участием особых транспортных механизмов, обеспечивающих возможность его переноса из просвета кишечника в кровоток. При этом всасывание кальция зави­сит от обеспеченности организма витамином D, который необходим для нормального функционирования систем транспорта кальция в тонкой кишке.

Кальций относится к трудноусвояемым минеральным элементам, что обусловлено его содержанием в пищевых продуктах совместно с другими минеральными компонентами — фосфором, магнием, а также с белками и жирами. Всасыванию кальция способствуют белки пищи, ли­монная кислота и лактоза (молочный сахар). К факторам, затрудняющим всасывание кальция и способным нарушить его утилизацию, относится избыточное содержание в пище фитиновой кис­лоты (ею богаты рожь, пшеница, овес и пищевые продукты, полученные из этих злаков), фосфатов (продукты с очень высоким содержанием фос­фора: шоколад, икра, мясо, рыба морская), жиров, щавелевой кислоты (некоторые овощи, фрукты).

Основными источниками кальция являются молоко и молочные продукты, яичные желтки, овощи, фрукты.

Фосфор участвует в построении всех клеточных элементов орга­низма человека, особенно костной и мозговой тканей, участвует в процессах обмена белков, жиров и углеводов. Фосфор незаменим в деятельности мозга, скелетной и сердечной муску­латуры, в образовании ряда гормонов и ферментов.

Основными источниками фосфора служат молочные продукты, особенно сыры, а также яйца, рыба, мясо, бобовые.

Магний принимает участие в процессах углеводного, белкового и фосфорного обмена. Соединения магния обладают антиспастическими и сосудорасширяющими свойствами, понижают возбудимость централь­ной нервной системы, а также усиливают желчеотделение и моторную деятельность кишечника.

Основными источниками магния в питании являются хлеб (особенно грубого помола), крупы, бобовые.

Натрий необходим для протекания процессов внутриклеточного и межклеточного обмена, для обеспечения электролитного и кислотно-ще­лочного равновесия. Известно, что увеличение содержания в пище хло­ристого натрия (поваренной соли) ведет к задержке воды в организме и отекам. Пищевые продукты, особенно растительные, бедны натрием. Поступление натрия в организм в основном осуществляется за счет поваренной соли, добавляемой к пище.

Хлор играет важную роль в жизнедеятельности человеческого ор­ганизма, особенно в регуляции водного обмена. Хлориды являются ис­точником образования железами желудка соляной кислоты. В пищевых продуктах, особенно растительных, хлор содержится в незначительных количествах. У человека потребность в хлоридах удовлетворяется в ос­новном за счет поваренной соли, добавляемой к пище.

Калий участвует в ферментативных процессах организма. Калий является преимущественно внутриклеточным ионом. Взаимодействие его с внекле­точными ионами натрия имеет большое значение в регуляции водного обмена. Организм очень чувствителен к уменьшению концентрации калия в крови (гипокалиемия). Оно вызывает сонливость, мышечную слабость, потерю аппетита, тошноту, рвоту, уменьшение мочеотделения, расширение сердца, нарушение сердечного ритма, снижение кровяного давления и другие изменения. Источником калия в пище являются в основном продукты растительного происхождения: хлеб, бобовые, картофель, ка­пуста, морковь, фрукты. Максимальное содержание калия — в конди­терских изделиях, какао, миндале, земляных орехах (арахисе), изюме, кураге, черносливе.

Сера входит в состав некоторых аминокислот — основного струк­турного материала для синтеза белков, ферментов, гормонов (инсулина), витаминов (В1). Она играет важную роль в процессах окисления и вос­становления, а также в обезвреживании токсических продуктов обмена путем образования с ними в печени неядовитых химических соединений. Источником серы в пище служат мясо, рыба, сыры, яйца, бобо­вые, хлеб, крупы.

Микроэлементы

Железо является составной частью гемоглобина, сложных железо-белковых комплексов и ряда ферментов, усиливающих процессы дыха­ния в клетках. Железо стимулирует кроветворение.

Основным источником железа служат зерновые продукты, бобовые, яйца, творог, печень. В овощах, фруктах, ягодах железа сравнительно мало, но они служат ценным источником этого минерала, так как содер­жащееся в них железо легко усваивается организмом человека.

Всасыванию железа из пищевых продуктов способствуют лимонная и аскорбиновая кислоты и фруктоза, которые содержатся во фруктах, ягодах, соках. Так, при питье фруктового сока увеличивается усвоение железа из яиц и хлеба. В зерновых и бобовых продуктах и некоторых ово­щах содержатся фосфаты, фитины и щавелевая кислота, препятствующие всасыванию железа. При добавлении мяса или рыбы к этим продуктам усвоение железа улучшается, при добавлении молочных продуктов — не меняется, при добавлении яиц — ухудшается. Подавляет усвоение железа крепкий чай.

Кобальт — неизменная составляющая растительных и животных ор­ганизмов. Он оказывает существенное влияние на процессы кроветворе­ния. Это воздействие кобальта наиболее ярко выражено при достаточно высоком содержании в организме железа и меди. Кобальт активирует ряд ферментов, усиливает синтез белков, учас­твует в выработке витамина В12 и в образовании инсулина. Содержание кобальта в различных пищевых продуктах незначи­тельно. Однако обычно смешанные пищевые рационы вполне удовлет­воряют потребность организма в кобальте. Кобальт содержится в не­значительных количествах в мясе, рыбе, яйцах, молочных продуктах, картофеле, воде. Более богаты кобальтом печень, почки, свекла, горох, земляника, клубника.

Медь входит в состав окислительных ферментов, участвующих в тканевом дыхании, в обмене белков, жиров и углеводов. Она влияет на функциональное состояние печени, щитовидной и других эндокринных желез, на иммунные процессы.

Йод участвует в образовании гормона щитовидной железы — тирок­сина. При недоста­точном поступлении в организм йода нарушаются функции щитовидной железы, а впоследствии меняется и ее структура — вплоть до развития так называемого эндемического зоба. В организм йод поступает с пищей, водой и воздухом, однако он присутствует в них в очень неболь­ших количествах. Больше всего йода содержится в морской воде, в растительных и животных продуктах моря.

Фтор – участвует в костеобразовании, формировании твердых тканей зубов и зубной эмали. Фтор поступает в организм человека в ос­новном с питьевой водой. Оптимальной концентрацией фтора в питьевой воде является 0,5-1,2 мг на литр. При значительном снижении его уровня в воде (менее 0,5 мг на литр) развиваются явления недостаточности фтора, выражающиеся в резком учащении заболеваний зубным кариесом. В целях профилактики в соответствующих случаях фторирование питье­вой воды с доведением содержания в ней фтора до 0,7-1,2мг на литр.

Цинк содержится во всех органах и тканях человека. Наибольшая его концентрация выявлена в клетках поджелудочной железы, вырабатываю­щих гормон инсулин. Цинк участвует также в жировом, белковом и витаминном обмене, в процессах кроветворения и синтезе ряда гормонов.

Обычный набор пищевых продуктов, включающий достаточное количес­тво овощей, фруктов, хлеба и молока, удовлетворяет потребности орга­низма человека во всех необходимых ему минеральных веществах.

Биологическая роль и значение микроэлементов в жизнедеятельности человека Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

УДК 616.33/34-002.2:577.17.049

З.К. КАНЖИГАЛИНА, Р.К. КАСЕНОВА, А.Ш. ОРАДОВА

Казахского Национального Медицинского университета им. С.Д.Асфендиярова

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

В статье представлены сведения о значении содержания микроэлементов в организме человека.Микроэлементы являются катализаторами биохимичес-ких процессов, участвующих во всех видах обменов и играют значительную роль в адаптации организмакак в норме, так и при патологических состояниях. Микроэлементы широко представленные в природе, могут редко встречаться у человека, и наоборот. Сказано о распределении МЭ в тканях и органах при различных заболеваниях. Определение содержания микроэлементов в биоин-дикаторных средах человека может позволить диагностировать и предупреж-дать развитие тех или иных заболеваний. Ключевые слова: микроэлементы, биологическая роль.

Одним из перспективных направлений современной медицины, позволяющих решить вопросы этиологии и патогенеза заболеваний, является выявление и определение изменений в содержании макро- и микроэлементов, а также их коррекция. Учитывая биологическую роль микроэлементов, участие металлов и радиоизотопов практически во всех биохимических процессах в организме человека, вопросы загрязнения окружающей среды волнуют сегодня не только экологов, но и врачей всех специальностей. Стабильность химического состава является одним из важнейших и обязательных условий нормального функционирования организма.

Соответственно, отклонения в содержании химических элементов, вызванные экологическими,

профессиональными, климатогеографическими

факторами или заболеваниями приводят к широкому спектру нарушений в состоянии здоровья. Все живые существа на 99% состоят из 12 наиболее распространенных элементов, входящих в число первых 20 элементов периодической системы Д.И.Менделеева. Известно, что отклонения в поступлении в организм макро — и микроэлементов, нарушение их соотношений в рационе питания непосредственно сказываются на деятельности организма, могут снижать или повышать его сопротивляемость, а, следовательно, и способность к адаптации. Организм здорового человека обладает четкой саморегулирующейся системой гомеостаза, в которых немаловажную роль играют химические элементы. Их уровень в крови и тканях организма подчиняется определенным физиологическим закономерностям. Элементный гомеостаз — это частная форма общей гомеостатической системы организма, нарушения которой отражаются на способности организма к адаптации в экстремальных условия. Согласно данным Л.Е.Панина, микроэлементы играют существенную роль в молекулярных механизмах адаптации. Установлены закономерные корреляции между геохимическими и климатическими особенностями и распространением ряда заболеваний. Адаптация организма сопровождается значительной перестройкой метаболических процессов, в том числе и биогенных элементов. Это приводит к сдвигам элементного гомеостаза и возникновению дефицита макро- и микроэлементов, что влечет за собой повышенную потребность организма в них. Дефицит, или избыток макро- и микроэлементов в организме человека приводит к снижению резистентности организма к неблагоприятным факторам

окружающей среды, формированию иммунодефицитных состояний, нарушению функции систем антиоксидантной защиты, хронизации болезней, повышению риска развития распространенных заболеваний, снижению качества жизни и эффективности лечебных мероприятий. В настоящее время накоплено множество данных, подтверждающих зависимость элементного состава живых организмов, в т.ч. человека, от содержания химических элементов в среде обитания, т.е. состав внутренней среды организма испытывает влияние внешней среды.

В цикле работ показано, что повышенное содержание в почве, воде, атмосферном воздухе макро- и микроэлементов согласуется с повышением уровня элементов в волосах, моче и крови детей, пуповинной крови и плаценте.

Попав в организм человека, химические элементы распределяются между органами и тканями, избирательно в них накапливаясь. Макро- и микроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Самые большие концентрации элементов обнаруживаются в костной ткани, коже и ее придатках, печени и мышцах. Концентрация того или иного химического элемента в определенной части тела, как правило, отражает его значимость для функционирования ткани или органа. Так, йод максимально накапливается в щитовидной железе, что определяет его основополагающее влияние на деятельность этого органа эндокринной системы. Фтор накапливается в эмали зубов; цинк в половых органах, коже, волосах, поджелудочной железе; железо в эритроцитах и т.д.

Макро- и микроэлементы распространены в окружающей среде очень неравномерно: в больших количествах содержатся (по отношению к человеческому организму) такие МЭ как А1, Б!, Ре, 2г, Мп, 2п, а также макроэлементы — К и Сав земной коре и небольшие их концентрации в пресной, морской воде и атмосфере. Накопление многих из этих элементов, их кон центрирование свидетельствует о высокой потребности в них живых организмов для осуществления процессов жизнедеятельности.

Термин «биотики», впервые введенный А.И.Венчиковым в 1942 г., характеризует их как химические вещества экзогенного происхождения, которые входя в биохимические структуры и системы организма способны не только участвовать в качестве жизненно необходимых агентов в ходе физиологических процессов, но и нормализовать их, а также повышать

сопротивляемость организма воздействию вредных агентов. К биотикам можно отнести микроэлементы, витамины, а также в определенных случаях и некоторые макроэлементы (железо, кальций, сера). Термин «биотики» был введен в обращение в связи с необходимостью охарактеризовать принцип лечения, основанный на применении микроэлементов в качестве естественных (физиологических) агентов.

Микроэлементы входят во внутренние, биохимические системы организма и обладают свойством повышать сопротивляемость — стимулировать его общую жизнедеятельность. Тем самым «биотики» противопоставляются другим средствам, действующих путем подавления жизнедеятельности организмов (напр. микробов) и в силу этого приводящих их к гибели. Следовательно, можно воздействовать на больной организм двумя путями: или прямым влиянием на микробы (антибиотики), или с помощью повышения защитных свойств организма (биотики). Антибиотики в той или иной мере обладают токсическими свойствами в отношении организма человека, биотики их полностью лишены.

Микроэлементы являются важнейшими катализаторами различных биохимических процессов, участвующих во всех видах обменов и играют значительную роль в адаптации организма в норме и, особенно в патологии. Ряд микроэлементов, широко представленных в природе, может редко встречаться у человека, и наоборот. В этом проявляются особенности накопления микроэлементов — активное и избирательное использование элементов внешней среды для поддержания гомеостаза и построения организма вне зависимости от меняющихся параметров внешних условий.

По предложению академика РАМН А.П.Авцына и его коллег в 1991 г. для обозначения всех патологических процессов, вызванных дефицитом, избытком или дисбалансом макро- и микроэлементов, было введено понятие микроэлементозов.

Микроэлементы — это группа химических элементов, которые содержатся в тканях в очень малых количествах,

3 12 «

в пределах 10 ~ — 10 ~ ., это не случайные ингредиенты тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты закономерно существующей, очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организмов на всех стадиях развития. Из 92 — х встречающихся в природе элементов — 81 обнаружен в организме человека. Для осуществления жизненно важных функций для элемента существует оптимальный диапазон концентраций. При дефиците или избыточном накоплении элементов в организме могут происходить серьезные изменения, обуславливающие нарушение активности прямо или косвенно зависящих от них ферментов. Применение минералов и металлов в лечебных целях известно со времен древнейших цивилизаций Китая, Индии, Месопотамии. Во времена Парацельса (15 век) начали применять соли в качестве лекарств; вплоть до начала XX века металлы и их соединения широко использовались в медицине. Лечебные свойства элементов и их соединений, как правило, близки или идентичны. К таким соединениям относятся и комплексы с компонентами, свойственными живому организму. С развитием химии, ученые стали чаще отмечать, что действие, например, металлов, может быть усилено при образовании ими соединений с лекарственными

веществами, специфичными по отношению к тому или иному заболеванию.Элементы — металлы и лиганды (например, глутаминовая, аспарагиновая, липоевая, аскорбиновая кислоты и др), могут выступать в качестве активаторов или ингибиторов различных ферментов, что обуславливает их существенную роль в энзимотерапии различных заболеваний. В современной медицине металлолигандные комплексы, наряду с их использованием в качестве самостоятельных терапевтических агентов, являются важными компонентами режимов рационального питания, требующих набора необходимых элементов в легкоусваиваемой форме.

Важной особенностью функционирования макро- и микроэлементов, в организме является их взаимодействие друг с другом; часто это взаимодействие проявляется в виде синергических и антагонистических эффектов. Так показано, что между 15 жизненно необходимыми элементами существует 105 двухсторонних и 455 трехсторонних взаимодействий. Это положение является естественной основой для изучения проявлений и оценки развития дисбаланса микроэлементного гомеостаза, столь характерного при дефиците одного эссенциального МЭ. В принципе, правильно сбалансированная диета обеспечивает организм всеми необходимыми микроэлементами, однако, стрессы, физические или психоэмоциональные нагрузки способствуют усиленному обмену микроэлементов, а также их ускоренному выведению, а заболевания органов пищеварения и грубые нарушения питания препятствуют их нормальному усвоению. Также немаловажным является состояние экологической обстановки: содержание микроэлементов в воде, почве и воздухе либо недостаточно или чрезвычайно много, что приводит к тем же последствиям. Многие необходимые нашему организму микроэлементы при определенных обстоятельствах становятся опасными. Микроэлементный состав организма может нарушаться при недостаточном поступлении эссенциальных микроэлементов, а также при избыточном поступлении токсических доз. Причем, с учетом сложных антагонистических и синергических взаимовлияний и отношений между МЭ, картина интоксикации или возникновения патологического состояния может быть сложной для интерпретации. В этом случае очень важна адекватная диагностика микроэлементов, связанная, в первую очередь, с точным количественным определением МЭ в индикаторных субстратах человека. Проблема коррекции обмена макро — и микроэлементов является весьма актуальной, особенно в странах занимающих большие территории. Дефицит ряда эссенциальных микроэлементов, т.е. жизненно необходимых (селена, цинка, железа, йода, марганца) и интоксикация токсичными микро-элементами (ртуть, свинец, мышьяк) способствуют росту частоты злокачественных новообразований: кожи, мозга, желудочно-кишечного тракта, лимфопролиферативных заболеваний; инфекционной патологии — грибковые, вирусные и бактериальные инфекции; аутоиммунных заболеваний — ревматоидный артрит, системная красная волчанка, дерматомиозит, системная склеродермия, рассеянный склероз; дегенеративных заболеваний -атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, болезнь Альцгеймера и.т.д.

Оценка элементного статуса человека является основным вопросом определения влияния на здоровье

человека дефицита, избытка или нарушения тканевого перераспределения макро- и микроэлементов. Эта оценка проводится либо путем прямого определения содержания элементов в органах и тканях человека, либо косвенно — путем изучения различных биохимических реакций и процессов, в которые вовлечены эти элементы. Следует отметить, что главной задачей всегда является выбор наиболее подходящих для целей исследования биосубстратов и методов анализа. Наиболее информативными для целей гигиенической, донозоологической диагностики следует считать ткани или органы, которые вовлечены в процессы

депонирования и аккумуляции химических элементов для их дальнейшего функционального использования. По мнению многих авторов, оценка состояния обмена макро-и микроэлементов и их применение в восстановительной медицине является одним из наиболее перспективных направлений, поскольку ее основным объектом являются преморбидные формы нарушения здоровья, когда на первый план выступают неспецифические проявления психического и соматического неблагополучия, тесно связанные с состоянием обмена элементов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Т.ШШарманов. Питание — важнейший фактор здоровья человека. — Алматы: Асем-Систем, 2010. — 480 с.

2 Т.В. Юдина, В.Н. Ракитский, М.В. Егорова, А.В. Скальный Микроэлементный и антиоксидантныи статус человека: развитие современных методических проблем донозологической диагностики //»Микроэлементы в медицине» ,2003. -Т.4., Вып.1

3 Агаджанян Н.А., Скальный А.В. Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека. — М.: Изд-во КМК, 2000. — 83с.

4 А.В. Скальный Микроэлементозы человека: гигиеническая диагностика и коррекция// журнал «Микроэлементы в медицине», №1. — 2000. — C. 83

5 Л.А. Решетник, Е.О. Парфенова Биогеохимическое и клиническое значение селена для здоровья человека//»Микроэлементы в медицине», 2001. — Т.2., Вып.2

6 Г.В. Воронова Бронхолёгочная патология на территории чувашской республики и её связь с микроэлементами//»Микроэлементы в медицине», 2001. — Т.2., Вып.3

7 М.Г. Скальная, В.А. Демидов, А.В. Скальный О пределах физиологического (нормального) содержания Ca, Mg, P, Fe, Zn И Cu в волосах человека «Микроэлементы в медицине», 2003. — Т.4., Вып.2

8 А.И. Полунин, В.М. Мирошников, А.А. Николаев, В.В. Думченко, Д.Л. Луцкий Использование препарата цинка в лечении мужской субфертильности //»Микроэлементы в медицине», 2001. — Т.2., Вып.4. — С.14.

9 Т.Г. Решетова, А.И. Рывкин, Н.С. Побединская, Е.Н. Андрианова, Е.Е. Стеблецова, О.В. Кузнецова, Т.В. Крупина Особенности минерального гомеостаза у детей с бронхиальной астмой//»Микроэлементы в медицине», 2001. -Т.2., Вып.4. — С.арамастан терк бтедГАдам баласыныц биоиндикатордыщ ортада микро-элементердщ мелшерiн зерттеуi ауруды диагноздау мен алдына алу мYм-кiндiк бередГ TYйiндi сездер: мироэлементтер, биологиялыщ магынасы.

Z.K. KANZHIGALINA, R.K. KASSENOVA, A.SH. ORADOVA

BIOLOGICAL ROLE AND IMPORTANCE OF TRACE ELEMENTS IN HUMAN LIFE

Resume: Biological role and meaning trace elements in the human body.The article presents information about the value of trace elements in the human body. Provides information on the distribution of the ME in the tissues and organs in various diseases.Microelements are the catalysts of biochemical processes involved in all kinds of exchanges and play a significant role in the adaptation of the organism in normal and pathological conditions. Microelements are widely presented in nature, can rarely occur in humans, and vice versa. Determination of trace elements in human environments bioindicator will diagnose and prevent the development of certain diseases. Keywords: trace elements, biological role.

Урок 2. неорганические соединения клетки. углеводы и липиды. регулярные и нерегулярные биополимеры — Биология — 10 класс

Химические вещества и их роль в живой природе

Органические вещества клетки. Углеводы. Липиды

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Живые системы – клетки, ткани, организмы – состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, что свидетельствует о единстве и взаимосвязи живой и неживой материи. Но соотношение элементов в живом и неживом веществе существенно отличается.

Живые организмы имеют сходный химический состав (одни и те же химические элементы и вещества в близких количествах), что является доказательством родства всего живого на Земле.

К неорганическим соединениям относятся относительно простые соединения, которые встречаются и в неживой природе: вода, минеральные соли, ионы.

Органические соединения, основой строения которых являются атомы углерода, составляют отличительный признак живого. Из органических соединений всеобщее биологическое значение имеют белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды.

Особенности химической организации живой материи:

– 98 % элементного состава приходится на углерод, кислород, водород и азот;

– большое содержание воды;

– наличие органических веществ.

Углеводы – органические вещества с общей формулой С_n(Н₂О)_m.

Липиды – органические соединения с различной структурой, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях.

Общие функции углеводов и липидов: энергетическая, структурная, запасающая, защитная. Кроме того, липиды выполняют ещё терморегуляторную функцию и являются гормонами.

Группы химических элементов в клетке

Биологическая роль воды

Интересные факты

Регулярные и нерегулярные биополимеры

Минеральные вещества | Tervisliku toitumise informatsioon

В человеческом организме установлено наличие более 70 химических элементов. Достоверно установлена потребность в более чем 20 биоэлементах. Для обеспечения достаточного количества этих элементов крайне важно, чтобы питание было разнообразным.

Встречающиеся в организме минеральные вещества можно условно разделить на две группы:

• Содержание макроэлементов в организме составляет более 0,01%. Ими являются фосфор (P), кальций (Ca), натрий (Na), калий (K), магний (Mg), сера (S), хлор (Cl) (см Таблица 1).
• Содержание микроэлементов – менее 0,01%, у некоторых даже 0,00001.

Потребность в некоторых микроэлементах установлена, это железо (Fe), цинк (Zn), медь (Cu), йод (I), селен (Se) , марганец (Mn), молибден (Mo), фтор (F), хром (Cr), кобальт (Co), кремний (Si), ванадий (V), бор (B), никель (Ni), мышьяк (As) и олово (Sn).

Помимо них в организме обнаружен целый ряд элементов, функция которых пока не ясна, их появление в организме может быть обусловлено загрязнением окружающей среды и частым соприкосновением с ними. Например, люди, работающие в теплицах, постоянно контактируют с химическими веществами, различные элементы могут быть признаком разного рода заболеваний. В числе таких элементов алюминий (Al), стронций (Sr), барий (Ba), рубидий (Rb), палладий (Pd), бром (Br).

В организм могут попадать и тяжелые, т.е. ядовитые металлы, такие как кадмий (Cd), ртуть (Hg) или свинец (Pb).

Минеральные вещества в нашем организме являются важными компонентами скелета, биологических жидкостей и энзимов и способствуют передаче нервных импульсов.

Люди и животные получают различные биологические элементы из пищи, воды и окружающего воздуха, самостоятельно синтезировать минеральные вещества живые организмы не могут. В растениях минеральные вещества накапливаются из почвы, и их количество зависит от места произрастания и наличия удобрений. В питьевой воде также имеются минеральные вещества, и их содержание зависит от места, откуда получают воду.

Несмотря на то, что человек нуждается в небольших количествах минеральных веществ (макроэлементов в миллиграммах и граммах, микроэлементов – в милли- и микрограммах), в его организме, тем не менее, отсутствуют достаточные запасы минеральных веществ, чтобы нормально перенести их долговременный дефицит. Потребность в минеральных веществах зависит также от возраста, пола и прочих обстоятельств (см Таблица 2). Например, повышенная потребность в железе у женщин связана с менструациями и беременностью, а спортсменам требуется больше натрия, потому что он интенсивно выводится с потом.

Чрезмерные количества минеральных веществ могут привести к сбоям в работе организма, потому что, будучи компонентами биоактивных соединений, они оказывают влияние на регуляторные функции. Получать чрезмерные количества минеральных веществ (за исключением натрия) с пищей практически невозможно, однако это может произойти при чрезмерном употреблении биологически активных добавок и обогащенных минеральными веществами продуктов.

Усвоению минеральных веществ могут препятствовать:

• злоупотребление кофе,
• употребление алкоголя,
• курение,
• некоторые лекарства,
• некоторые противозачаточные таблетки,
• определенные вещества, встречающиеся в некоторых продуктах, например, в ревене и шпинате.

Потери минеральных веществ при тепловой обработке продуктов питания значительно меньше, чем потери витаминов. Однако при рафинировании или очистке часть минеральных веществ удаляется. Поэтому важно есть больше цельнозерновых и нерафинированных продуктов. Минеральные вещества могут образовывать соединения с другими веществами, содержащимися в продуктах питания (например, с оксалатами в ревене), в результате чего организм не может их усвоить.

Таблица 1

Названия и источники важнейших минеральных веществ

Обозначение	Название	Лучшие источники *
Макроэлементы
Na	натрий	поваренная соль (NaCl), готовая еда, сыр, ржаной хлеб, консервы, мясные продукты, оливки, картофельные чипсы
K	калий	растительные продукты: сушеные фрукты и ягоды, орехи, семена, топинамбур, картофель, редис, капуста, зеленые овощи, мука «Кама», свёкла, банан, ржаной хлеб, смородина, томаты
Ca	кальций	молоко и молочные продукты (особенно сыр), миндаль, орехи, семена, рыба (с костями), шпинат
Mg	магний	орехи, семена, мука «Кама», ржаной хлеб, шпинат, бобовые, греча, цельнозерновые продукты, свинина, говядина и курятина, банан, брокколи
P	фосфор	семена, орехи, молочные продукты (особенно сыр), печень, птица, говядина, ржаной хлеб, рыба, цельнозерновые продукты, бобовые
S	сера	продукты с белками, содержащими аминокислоты метионин (зерновые, орехи) и цистеин (мясо, рыба, соевые бобы, зерновые)
Cl	хлор	поваренная соль
Микроэлементы
Fe	железо	печень, кровяная колбаса, семечки, яйца, изюм, ржаной хлеб, нежирная говядина и свинина, цельнозерновые продукты, греча, клубника
Zn	цинк	печень, мясо, мука «Кама», семена, орехи, сыр, ржаной хлеб, бобовые, дары моря (крабы, салака), цельнозерновые продукты, яйца
Cu	медь	печень, какао-порошок, мясо, бобовые, цельнозерновые продукты, семена, орехи, греча, ржаной хлеб, лосось, авокадо, свёкла, дары моря
I	йод	йодированная соль, рыба и другие дары моря, сыр, яйца, некоторые виды ржаного хлеба и йогурта
Se	селен	арахис, печень, рыба и дары моря, семена подсолнечника, мясо

* Количество, содержащееся в 100 г продукта, покрывает не менее 10% суточной потребности взрослой женщины

Таблица 2

Рекомендуемые в зависимости от возраста суточные нормы потребления важнейших минеральных веществ

Возраст	Натрий, мг	Кальций, мг	Калий, г	Магний, мг	Железо, мг	Цинк, мг	Медь, мг	Йод, мкг	Селен, мкг
Дети
6–11 месяцев	до 650	550	1,1	80	8	5	0,3	60	15
12–23 месяца	до 830	600	1,4	85	8	6	0,3	90	25
2–5 лет	до 1580	600	1,8	120	8	6	0,4	90	30
6–9 лет	до 1580	700	2	200	9	7	0,5	120	30
Женщины
10–13 лет	до 2400	900	2,9	300	11	8	0,7	150	40
14–17 лет	до 2400	900	3,1	320	15	9	0,9	150	50
18–30 лет	до 2400	900	3,1	320	15	9	0,9	150	50
31–60 лет	до 2400	800	3,1	320	15	9	0,9	150	50
61–74 лет	до 2400	800	3,1	320	10	9	0,9	150	50
> 75 лет	до 2400	800	3,1	320	10	9	0,9	150	50
Беременные	до 2400	900	3,1	360	15	10	1	175	60
Кормящие матери	до 2400	900	3,1	360	15	11	1,3	200	60
Мужчины
10–13 лет	до 2400	900	3,3	300	11	11	0,7	150	40
14–17 лет	до 2400	900	3,5	380	11	12	0,9	150	60
18–30 лет	до 2400	900	3,5	380	10	9	0,9	150	60
31–60 лет	до 2400	800	3,5	380	10	9	0,9	150	60
61–74 лет	до 2400	800	3,5	380	10	10	0,9	150	60
> 75 лет	до 2400	800	3,5	380	10	10	0,9	150	60

* Для 18–20-летних рекомендуемая суточная доза составляет 900 мг кальция и 700 мг фосфора.
** Потребность в железе зависит от потери железа при менструациях. Для женщин в постменопаузе рекомендуемая дневная доза железа составляет 10 мг.
*** Для достижения сбалансированного содержания железа во время беременности в организме женщины должны иметься запасы железа как минимум на 500 мг больше, чем до беременности. В двух последних триместрах беременности, в зависимости от уровня железа в организме, может потребоваться дополнительный прием железа.
**** На самом деле, селена можно потреблять больше указанной в таблице рекомендованной дозы, поскольку селен по-разному всасывается из разных источников и происходит постоянное обеднение им поверхности, т.е. таблицы питательной ценности продуктов «не поспевают» за истинным положением дел (в них зачастую указываются значения больше реальных).

Максимальные разовые безопасные дозы минеральных веществ и пищевых добавок:

Минеральное вещество	Доза
Кальций (мг)	2500
Фосфор (мг)	3000
Калий  (мг)	3,7*
Железо  (мг)	60
Цинк (мг)	25
Медь (мг)	5
Йод (мкг)	600
Селен (мкг)	300

* Только из биоактивных добавок или обогащенной пищи

Микроэлементы | справочник Пестициды.ru

Микроэлементы являются активным веществом микроудобрений.

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

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

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

Физические и химические свойства

Микроэлементы различны по своим физическим и химическим свойствам. Среди них встречаются металлы (цинк, медь, марганец, кобальт, ванадий, молибден), неметаллы (бор), галогены (йод).

Химические элементы подразделяются на необходимые для растений и полезные им.

питательные элементы отвечают следующим требованиям:

• без элемента не может завершиться жизненный цикл растения;
• физиологические функции, выполняемые с участием конкретного элемента, не осуществляются при его замене на другой элемент;
• элемент обязательно вовлекается в метаболизм растения.

Однако существует ряд условностей в использовании данного термина. Дело в том, что сложности с его применением возникают уже при сравнении необходимости того или иного элемента для жизни высших и низших растений и, тем более, животных и человека. Так, например, не доказана необходимость бора для некоторых грибов, спорна необходимость наличия кобальта для осуществления физиологических функций целого ряда растений. К бесспорно необходимым элементам относят марганец, цинк, медь, молибден, бор, хлор, никель.

– это питательные элементы, обладающие способностью стимулировать рост и развитие растений, но не в полной мере соответствующие трем требованиям, приведенным выше. К этой группе относятся и те элементы, которые необходимы только в определенных условиях и только для определенных видов растений. В настоящее время из микроэлементов полезными для растений считаются кобальт, селен, кремний, алюминий, йод и другие.^[2]

В настоящее время жизненно необходимыми для растений считаются только около десяти микроэлементов, еще несколько – необходимыми узкому кругу видов. Для остальных элементов известно, что они могут оказывать стимулирующее действие на растения, но их функции не установлены.^[5]

Некоторые физические и химические свойства микроэлементов, согласно данным:[3][9]
Микроэлемент	Атомный номер	Атомная масса	Группа	Cвойства	Т. кип, °C	Т. плавл, °C	Физическое состояние при нормальны условиях
Бор (В)	5	10,81	III	неметалл	3700	2075	порошок черного цвета
Ванадий (V)	23	50,94	V	металл	3400	1900	металл серебристого цвета
Йод (I)	53	126,90	VII	галоген	113,6	185,5	черно-фиолетовые кристаллы
Марганец (Mn)	25	54,94	VII	металл	2095	1244	металл серебристого белого цвета
Кобальт (Со)	27	59,93	VIII	металл	2960	1494	твердый, тягучий, блестящий металл
Медь (Cu)	29	63,54	I	металл	2600	1083	металл красного, в изломе розового цвета
Цинк (Zn)	30	65,39	II	металл	906	419,5	голубовато-серебристый металл
Молибден (Мо)	42	95,94	VI	металл	4800	2620	светло-серый металл

Содержание микроэлементов в природе

Микроэлементы содержатся в небольших количествах практически повсеместно: в горных породах, почве, растениях и, естественно, в организме человека и животных.

Бор. В небольших количествах в составе различных соединений можно встретить во всех почвах, воде, в составе растительных и животных организмов.^[5]

Йод. Образует мало самостоятельных минералов, но присутствует во многих в виде изоморфных примесей.^[5]

Марганец. Один из наиболее распространенных в литосфере элементов. Преобладает в почвообразующих породах.^[2]

Кобальт. Содержание в литосфере незначительно. Присутствует в растениях, при этом, бобовые культуры богаче кобальтом, чем злаковые.^[6]

Медь. В земной коре – 0,01 %. Встречается в свободном состоянии в виде самородков, иногда очень значительных размеров.^[7]

Цинк. Широко распространен в природе. В породах цинк содержится в виде простого сульфида, а также замещает магний в силикатах.^[2]

Ванадий. Относится к рассеянным элементам и в свободном виде в природе не встречается.^[7]

Молибден. Связан с гранитными и другими кислыми магматическими породами. Содержание его в этих породах колеблется в пределах 1–2 мг/кг.^[5]

Факторы, определяющие концентрацию микроэлементов в почвах

Содержание микроэлементов в почвах зависит от многих факторов и подчинено ряду закономерностей:

• Чем больше микроэлементов в горной породе, тем больше их и в почве. Эта неизменная, за некоторым исключением, закономерность (например, йод) проистекает из того факта, что основным источником поступления микроэлементов в почву являются материнские горные породы. Известно, что в процессе длительного почвообразования происходит перераспределение химических элементов исходных горных пород, но при этом специфические свойства и химические особенности микроэлементов горных пород практически навсегда сохраняются в почвах.^[1]
• Концентрация микроэлементов в почвообразующих породах увеличивается с возрастанием содержания физической глины и уменьшается с увеличением содержания песка и супеси. Это объясняется тем, что в состав глин включен монтмориллонит, содержащий большую концентрацию микроэлементов, чем включенный в состав песка кварц. Обычно в пределах одного почвенного района закономерность возрастания содержания микроэлементов от песков к глинистым породам увеличивается, но между породами в различных областях можно наблюдать значительные различия.
• Один из определяющих факторов содержания микроэлементов в породах – карбонатность.
• Почвы с реакцией, близкой к нейтральной, содержат больше микроэлементов.
• Почвообразующие породы, расположенные в зоне активного воздействия грунтовых вод и подверженные процессу заболачивания, приобретают некоторые особенности по содержанию микроэлементов.
• Почвы с повышенным накоплением органического вещества, как правило, и микроэлементами обеспечены в достаточной степени. Это связано с тем, что в растительных остатках и плазме микроорганизмов находится значительное количество микроэлементов. Гумусовые вещества обладают большей адсорбционной способностью и поглощают ионы микроэлементов из окружающей среды.
• Содержание в почве водорастворимых солей оказывает большое влияние на наличие в ней микроэлементов.
• Специфика условий почвообразования также накладывает свой отпечаток на количественное содержание микроэлементов в почвах.
• Концентрация микроэлементов в грунтовых водах сильно влияет на их содержание в почве. В данном случае наблюдается тесная взаимосвязь, поскольку и колебание концентрации микроэлементов в почвенно-грунтовых водах – следствие разнообразия почвенного покрова и почвообразующих пород.^[1]
«>

Содержание микроэлементов в различных типах почв

характеризуются самыми высокими концентрациями микроэлементов (исключение – барий). содержат в 2–2,5 раза больше кобальта, стронция и хрома, чем пески. Содержание ванадия, бора и марганца в тех же породах уже в 3–4 раза больше, чем в песчаных. накапливают ванадий, хром, марганец, кобальт. включают подвижные формы меди и марганца. и близкой к нейтральной реакцией содержат больше марганца. содержат больше валового и подвижного кобальта. характеризуются содержанием подвижного бора от 10 до 20 % от валового.

Однако по общим запасам микроэлементов в почве нельзя судить об их доступности для растений. Микроэлементы могут присутствовать в почве в формах, недоступных растениям. В связи с этим важно учитывать не столько общее содержание микроэлементов, сколько наличие их усвояемых форм.^[1]

Содержание валовых и усвояемых форм микроэлементов в основных типах почв СНГ. (мг/кг) числитель – валовое содержание, знаменатель – усвояемые формы, согласно данным:[1]
Почва	B	Cu	Zn	Mn	Mo	Co	V	I
Дерново- подзолистая	1,5–6 ,6 0,08–0,38	0,1–47,9 0,05–5,0	20–67 0,12–20,0	40–7200 50,0–150	1,0–4,0 0,04–0,97	0,45–14,0 0,12–3,0	10–62 н.д.	0,5–4,4 н.д.
Чернозем	4–12 0,38–1,58	7–18 4,5–10,0	24–90 0,10–0,25	200–5600 1,0–75	0,7–8,6 0,02–0,33	2,6–13,0 1,10–2,2	37–125 н.д.	2,0–9,8 н.д.
Серозем	8,8–160,3 0,23–0,62	5–20 2,5–10,0	26–63 0,09–1,12	310–3800 1,5-125	0,7–2,0 0,03-0,15	н.д. 0,9-1,5	50–87 н.д.	1,3–38 н.д.
Каштановая	100–200 0,30–0,90	0,6–20 8,0–14,0	53 0,06–0,14	600–1270 1,5–75	0,2–2,0 0,09–0,62	8,6 0,1–6,0	56 н.д.	2,0–9,8 н.д.
Бурая	40,5 0,38–1,95	14–44,5 6,0–12,0	32,5–54,0 0,03–0,20	390–580 1,5–75	0,4–2,8 0,06–0,12	2,3–3,8 0,57–2,25	56 н.д.	0,3–5,3 н.д.

Роль в растении

Биохимические функции

Роль микроэлементов для растений многогранна. Они призваны улучшать обмен веществ, устранять функциональные нарушения, содействовать нормальному течению физиолого-биохимических процессов, влиять на процессы фотосинтеза и дыхания. Под действием микроэлементов возрастает устойчивость растений к бактериальным и грибковым заболеваниям, неблагоприятным факторам окружающей среды (засухе, повышению или понижению температуры, тяжелой зимовке и прочим).

Установлено, что микроэлементы входят в состав большого числа ферментов, играющих важную роль в жизни растений. Все биохимические реакции синтеза, распада, обмена органических веществ протекают только при участии ферментов.

в составе микроудобрений повышают активность ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы как в семядолях, так и в корнях гороха, но не изменяют их активности в проростках. При этом, и у гороха, и у кукурузы пероксидазная окислительная система преобладает над полифенолоксидазной.

Микроэлементы с ферментами могут быть связаны прочно и непрочно. Непрочные связи присущи тем элементам, которые способны оказывать сходное действие на направленность фотосинтеза, окислительно-восстановительных процессов, обмен углеводов, накопление витаминов и ряд других процессов. Это микроэлементы, вступающие в биохимические реакции как двухвалентные металлы. Примером могут служить цинк и кобальт.^[1]

Роль в растении и главные функции некоторых необходимых питательные микроэлементов, согласно данным:[5]
Микроэлемент	В какие компоненты входит	Процессы, в которых участвует
Бор	Фосфоглюконаты	Метаболизм и перенос углеводов, Синтез флавоноидов,  Синтез нуклеиновых кислот, Утилизация фосфата,образование полифенолов.
Кобальт	Кофермент кобамид	Симбиотическая фиксация азота (возможно и у не клубеньковых растений), стимулирование окислительно-восстановительных реакций при синтезе хлорофилла и протеинов.
Медь	Разнообразные оксиданты, пластоцианины, ценилоплазмин.	Окисление, фотосинтез, метаболизм протеинов и углеводов, Возможно, участвует в симбиотической фиксации азота и окислительно-восстановительных реакциях.
Йод	Тирозин и его производные у покрытосеменных  и водорослей
Марганец	Многие ферментные системы	Фотопродукция кислорода в хлоропластах и косвенное участие  в восстановлении NO3—
Молибден	Нитратредуктаза, нитрогеназа, оксидазы и молибденоферридоксин	Фиксация азота, восстановление NO3— Окислительно-восстановительные реакции
Ванадий	Порфины,  гемопротеины	Метаболизм липидов, фотосинтез в зеленых водорослях и, возможно, участие в фиксации N2
Цинк	Ангидразы, дегидрогеназы, протеиназы и пептидазы	Метаболизм углеводов и белков

Недостаток (дефицит) микроэлементов в растениях

Изменения листьев при дефиците цинка

Изменения листьев при дефиците цинка

---

1 – хлороз листьев пшеницы; 2 – бурые пятна на листьях риса

Использовано изображение:^[13][15]

При недостаточном поступлении какого-либо микроэлемента из числа необходимых питательных элементов рост растения отклоняется от нормы или прекращается вовсе, а дальнейшее развитие растения, в особенности его метаболические циклы, нарушаются.^[5]

При недостатке микроэлементов активность многих ферментов резко снижается. Например, установлено, что при недостатке меди резко падает активность ферментов, в состав которых входит медь, а именно, полифенолоксидазы и аскорбатоксидазы.^[1]

Симптомы недостаточности (дефицита) трудно свести к одному знаменателю, но, все же, они характерны для конкретных микроэлементов. Наиболее часто наблюдается хлороз.

Визуальная симптоматика очень важна для диагностики недостаточности, но нарушения метаболических процессов и, как следствие, потеря биомассы продукции могут наступать прежде, чем симптомы недостаточности будут заметны. Для улучшения методов диагностики дефицита микроэлементов ряд авторов предлагает биохимические индикаторы. К сожалению, широкое применение этого способа ограничено в связи с большой изменчивостью энзиматической активности и трудностью определения данного показателя.

Наиболее широко используются тесты – анализ почв и растений. Но и в этом случае неподвижные формы микроэлементов, находящиеся в старых частях растения, могут исказить данные. Однако анализ растительных тканей успешно используют для установления дефицита микроэлементов путем сравнения с содержанием этих соединений в тех же тканях нормальных растений, того же возраста и в тех же органах.

При устранении дефицита микроэлементов при помощи удобрений следует учитывать тот факт, что подобная процедура является эффективной, только если содержание элемента в почве либо его доступность достаточно низкие.

В любом случае, формирование дефицита микроэлементов в растениях является результатом сложного взаимодействия нескольких факторов. Многочисленные наблюдения доказали, что свойства и генезис почв – это главные причины, вызывающие дефицит микроэлементов в растении. Обычно недостаток микроэлементов связан с почвами высокой кислотности (светлыми песчанистыми) и щелочными (известковистыми) почвами с неблагоприятным водным режимом, а также с избытком фосфатов, азота, кальция, оксидов железа и марганца.^[5]

Симптомы недостатка микроэлементов питания у сельскохозяйственных культур, согласно данным:[5]
Элемент	Симптомы	Чувствительные культуры
Бор	Хлороз и покоричневение молодых листьев, Погибшие верхушечные почки, Нарушение развития цветов, Поражение сердцевины растений и корней, Мультипликация при делении клеток	Бобовые, Капуста и близкие виды, Свекла, Сельдерей, Виноград, Фруктовые деревья (груши и яблони)
Медь	Вилт, Меланизм, Белые скрученные макушки, Ослабление образования метелок, Нарушение одревеснения	Злаки (овес), Подсолнечник, Шпинат, Люцерна.
Марганец	Пятна хлороза, Некроз молодых листьев, Ослабленный тургор	Злаки (овес), Бобовые, Фруктовые деревья (яблони, вишни, цитрусовые)
Молибден	Хлороз края листовой пластинки, Нарушение свертывания цветной капусты, Огненные края и деформация листьев, Разрушение зародышевых тканей.	Капуста, близкие виды, Бобовые
Цинк	Межжилковый хлороз (у однодольных), Остановка роста, Розетчатость листьев у деревьев, Фиолетово-красные точки на листьях	Зерновые (кукуруза), Бобовые, Травы, Хмель, Лен, Виноград, Фруктовые деревья (цитрусы).

Избыток микроэлементов в растениях

Дисбаланс микроэлементов

Дисбаланс микроэлементов

---

Поражения листовой пластины при дефиците и избытке микроэлементов у пшеницы

1 – избыток бора; 2 – избыток марганца;

3 – дефицит цинка

Использовано изображение:^[11][12][14]

Метаболические нарушения в растениях вызывают не только недостаток, но и избыток элементов питания. Растения более устойчивы к повышенной, чем к пониженной концентрации микроэлементов.

Главные реакции, связанные с токсичным действием микроэлементов:

• изменение проницаемости клеточных мембран;
• реакции тиольных групп с катионами;
• конкуренция с жизненно важными метаболитами;
• большое сродство с фосфатными группами и активными центрами в АДФ и АТФ;
• захват в молекулах позиций, занимаемых жизненно важными группами, такими, как фосфат и нитрат.

Оценка влияния токсичных концентраций элементов на растение достаточно сложна, поскольку зависит от множества факторов. К числу наиболее важных относят пропорции, в которых ионы и их соединения присутствуют в почвенном растворе.

Например, токсичность арсената и селената заметно понижается при избытке сульфата и фосфата. Металлоорганические соединения могут быть более токсичными, чем катионы того же элемента. Кислородные анионы элементов, как правило, более ядовиты, чем их простые катионы.

Наиболее токсичными для высших растений являются медь, никель, свинец, кобальт.

Видимые симптомы токсичности изменяются в зависимости от вида растения, но имеются и общие, неспецифические симптомы фитотоксичности: хлорозные и бурые точки на листовых пластинках и их краях, а также коричневые чахлые корни кораллоподобной конфигурации.

Симптомы токсичности микроэлементов у распространенных с/х культур, согласно данным:[5]
Элемент	Симптомы	Чувствительные культуры
Бор	Хлороз краев и концов листьев, Бурые точки на листья, Загнивание ростовых точек, Скручивание и отмирание старых листьев	Злаки, Картофель, Помидоры, Огурцы, Подсолнечник, Горчица
Кобальт	Межжилковый хлороз молодых листьев, Белые края и кончики листьев, Уродливые кончики корней	Злаки, Картофель, Помидоры, Огурцы, Подсолнечник, Горчица
Медь	Темно-зеленые листья, Корни толстые, короткие или похожие на колючую проволоку, Угнетение образования побегов	Злаки, Бобовые, Шпинат, Саженцы цитрусовых, Гладиолусы
Марганец	Хлороз и некротические поражения у старых листьев, Буровато-черные или красные некротические пятна, Накопление частиц оксида марганца в клетках эпидермиса, Засохшие кончики листьев, Чахлые корни	Злаки, Бобовые, Картофель, Капуста
Молибден	Пожелтение или покоричневение листьев, Угнетение роста корней, Угнетение кущения	Злаки
Цинк	Хлороз и некроз концов листьев, Межжилковый хлороз молодых листьев, Задержка роста у растения в целом, Корни повреждены, похожи на колючую проволоку.	Злаки, Шпинат

Содержание микроэлементов в различных соединениях

Микроудобрения – это удобрения, в которых действующим веществом является один (или несколько) микроэлементов. Они могут быть представлены как в виде минеральных форм, так и органоминеральными соединениями. Микроудобрения классифицируют по основному элементу, который они содержат (марганцевые, цинковые, медьсодержащие и прочее).

Микроэлементы могут входить и в состав макроудобрений в виде примесей. Определенное количество микроэлементов привносится в почву и в составе органических удобрений. На практике в качестве микроудобрений часто используют отходы различных производств, обогащенные микроэлементами.^[2]

Способы применения микроудобрений и удобрений, содержащих микроэлементы

Микроудобрения применяют для внесения в почву, некорневых подкормок и предпосадочной обработки семян. Дозы микроудобрений малы. Это требует высокой точности дозирования и равномерности внесения.

применяется для радикального повышения содержания микроэлементов в почве на протяжении всего вегетационного периода. При этом способе могут наблюдаться отрицательные эффекты:

• образование трудно растворимых форм микроэлементов,
• вымывание микроэлементов за пределы корнеобитаемого слоя.

Не рекомендуется вносить в почву дорогостоящие виды микроудобрений, особенно осенью. В данном случае лучше использовать различные макроудобрения, модифицированные микроэлементами, труднодоступные промышленные отходы и удобрения пролонгированного действия.

– самый распространенный способ использования микроудобрений. Этот способ технологичен и позволяет сочетать обработку семян с их посевом. Именно такая форма обработки способствует оптимизации питания растения микроэлементами на самых ранних стадиях развития. Часто обработку семян микроэлементами сочетают с применением пленкообразующих веществ, регуляторов роста и протравителей. Этот процесс носит название инкрустации семян. рекомендуется проводить при непосредственном обнаружении дефицита микроэлемента. Этот способ позволяет корректировать питание растений микроэлементами, избегая негативных последствий внесения микроудобрений в почву.^[2]

Среднее содержание микроэлементов в виде примесей в минеральных удобрениях и мелиорантах, мг/кг, согласно данным:[2]
Удобрение	Бор	Молибден	Цинк	Медь	Кобальт	Марганец
Фосфофоритная мука Месторождение Кингисеппа Месторождения Каратау	— —	— —	9,9 —	2,1 —	1,4 30,6	22,5 550,0
Суперфосфат	—	—	0,4	2,0	0,7	134,8
Суперфосфат двойной	—	—	109,0	8,0	—	34,0
Калийная соль (сырая)	8,4	10,0	0,3	10,0	1,3	42,2
Калий хлористый	—	0,2	10,0	5,0	1,0	5,0
Аммиачная селитра	0,2	0,1	0,6	—	—	—
Аммония сульфат	6,4	0,1	15,0	9,0	25,0	0,1
Натриевая селитра	0,4	1,0	8,0	—	—	25,9
Аммофос	—	следы	14,5	2,9	следы	37,0
Мочевина	следы	—	1,3	0,9	0,7	следы
Комплексные NPK – удобрения	—	—	123,0	34,0	—	138,0
Известковые материалы	4,0	0,3	20,0	10,0	1,6	100,0

Эффект от применения удобрений, содержащих микроэлементы

Применение микроудобрений в сельском хозяйстве является существенным резервом повышения урожайности культурных растений. В среднем микроудобрения обеспечивают повышение урожайности на 10–12 % и более.^[10]

повышают урожайность сахарной свеклы,люцерны, клевера, тимофеевки, картофеля, капусты, огурцов, томатов, синих баклажанов, плодово-ягодных, зерновых культур, хлопчатника, силосной кукурузы, а также благотворно влияют на качество продукции, повышая содержание в ней белка, сахаров, сырого протеина, жиров, клейковины, витаминов.^[8]повышают урожайность и улучшают качество сельскохозяйственной продукции у таких видов культурных растений, какзерновые, лен, кормовые культуры, корнеплоды сахарной свеклы, многолетние травы, картофель на дерново-подзолистых почвах, томаты, морковь.^[1] положительно влияют на урожайность и качество картофеля, бобовых культур, томата, гречихи, гороха, ячменя, овса, льна, ячменя, озимой ржи, сахарной свеклы, семян клевера, конопли, винограда и других плодово-ягодных культур, огурцов, лука, цветной капусты, салата.^[1] улучшают рост и развитие, повышают содержание белка в бобовых, технических, зерновых и овощных культурах.^[1]в зависимости от кислотности почв благотворно влияют на кукурузу, салат, клевер, корнеплоды сахарной свеклы, капусту, лук, персик, вишню, яблоню, землянику, виноград.^[1] в малых дозах эффективно действуют на горох, лен, люцерну, горчицу, овес, пшеницу, кукурузу, бобовые культуры, красный клевер.^[6]при предпосевной обработке семян способствуют повышению урожайности сахарной свеклы, хлопчатника, кукурузы, овса, подсолнечника, томата, лука, капусты, огурца. Кроме того, повышается содержание йода в растениях.^[1]повышают урожайность и улучшают качество льна, конопли, сахарной свеклы, клевера, люцерны, зернобобовых, кукурузы, подсолнечника, картофеля, корневых корнеплодов, овощных культур, плодово-ягодных культур, зерновых злаков.^[1]

При написании статьи использовались источники:^[3][4][9]

 

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:

1.

Анспок П.И. Микроудобрения: Справочник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– Л.: Агропромиздат. Ленинградское отделение, 1990.– 272 с.

2.

Битюцкий Н.П. Микроэлементы и растение. Учебное пособие. – СПб.: Издательство Санкт-петербургского университета, 1999. – 232 с.

3.

Глинка Н.Л. Общая химия. Учебник для ВУЗов. Изд: Л: Химия, 1985 г, с 731

4.

Жеребцов Н. А., Попова Т. Н., Артюхов В. Г. Биохимия. — Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 2002. — 696с.

5.

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Перевод с англиского.– М.: Мир, 1989.– 439 с., ил.

6.

Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения.– М.: Издательство «Химия», 1965.– 332 с.

7.

Краткая химическая энциклопедия, Главный редактор Н.Л. Кнунянц,  Москва, 1964

8.

Минеев В.Г. Агрохимия: Учебник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– М.: Издательство МГУ, Издательство «КолосС», 2004.– 720 с., [16] л. ил.: ил. – (Классический университетский учебник).

9.

Химическая энциклопедия:  в пяти томах: т.1: А-Дарзана/Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. – М.: Советская энциклопедия, 1988. – 623.: ил

10.

Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / Под редакцией Б.А. Ягодина.– М.: Колос, 2002.– 584 с.: ил (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).

Изображения (переработаны):

11.12.13.14.15.

Zinc deficiency, by  Donald Groth, Louisiana State University AgCenter, Bugwood.org, по лицензии CC BY

Свернуть Список всех источников

Каково значение микроэлементов для жизнедеятельности клеток

Сайт обслуживается в REG.RU

Работа сайта временно приостановлена

Хостинг сайта временно приостановлен

Если вы владелец данного ресурса, то для возобновления работы сайта вам необходимо продлить действие услуги хостинга.

В случае, если приостановка работы сайта вызвана нарушением условий Договора на абонентское обслуживание, то для возобновления работы вам необходимо обратиться в Службу поддержки. Мы будем рады вам помочь!

Если вы уверены, что это недоразумение или ошибка, напишите в Службу поддержки
В письме не забудьте указать ссылку на страницу.

В клетках живых организмов обнаружено около 70 элементов периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Все эти элементы встречаются и в неживой природе, что указывает на единство живой и неживой природы.

Содержание химических элементов существенно отличается в клетках живых организмов и в Земной коре. Имеються различия в составе и биологической роли химических элементов в клетках растений и животных.

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

МАКРОЭЛЕМЕНТЫ › 99% О, С, Н, N, P, K, Cl, Ca, Mg, Na, Fe

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ ≈0,01% I, Co, Mn, Cu идр.

УЛЬТРАМИКРОЭЛЕМЕНТЫ От 10 -4 до 10 -6 % Pb, Br,Ag и др.

В зависимости от содержания химических элементов в клетке их разделяют на группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

Отдельную групу среди макроелементов составляют органогенные элементы (O, C, H, N), которие образуют молекулы всех органических веществ.

Макроэлементы, их роль в клетке. Органогенные элементы – кислород, углерод, водород и азот составляют ≈ 98% химического содержания клетки. Они легко образуют ковалентные связи за счет обобщения двух электронов (по одному от каждого атома) и благодаря этому формируют большое разнообразие органических веществ в клетке.

Жизненно важными являются и другие макроэлементы в клетках животных и человека (калий, натрий, магний, кальций, хлор, железо), на долю которых приходится около 1,9% .

Так, ионы Калия и Натрия регулируют осмотическое давление в клетке, обуславливают нормальный ритм сердечной деятельности, возникновение и проведение нервного импульса. Ионы Кальция принимают участие в свертывание крови, сокращении мышечных волокон. Нерастворимые соли Кальция принимают участие в формировании костей и зубов.

Ионы магния играют важную роль в функционировании рибосом и митохондрий. Железо входит в состав гемоглобина.

Микроэлементы, их роль в клетке. Биологическая роль микро- и ультрамикроэлементов определяется не их процентным содержанием, а тем, что они входят в состав ферментов, витаминов и гормонов. Например, Кобальт входит в состав витамина В₁₂, Йод – в состав гормона тироксина, Медь – в состав ферментов, катализирующих окислительно-востановительные процессы.

Ультрамикроэлементы, их роль в клетке. Их концентрация не привышает 0,000001 %. Это такие элементы: золото, серебро, свинец, уран, селен, цезий, берилий, радий, и др. Физиологическая роль многих химических элементов еще не установлена, но они необходимы для нормального функционирования организма. Например, дефицит ультрамикроэлемента Селена приводит к развитию раковых заболеваний.

Обобщенные сведения о биологическом значении основных химических элементов, содержащихся в клетках живых организмов, представлены в таблице 4.1.

При недостаче важного химического элемента в почве определенного региона, что обусловливает дефицит его в организме местных жителей, возникают так называемые эндемические болезни.

Все химические элементы содержатся в клетке в виде ионов или входят в состав химических веществ.

Табл. 4.1.Основные химические элементы клетки и их значение для жизнидеятольности организмов

Элемент	Символ	Содержание	Значение для клетки и организма
Углерод	o	15—18	Главный структурный компонент всех органических соединений клетки
Кислород	N	65—75 1,5—3,0	Главный структурный компонент всех органических соединений клетки
Азот	H	8—10	Обязательный компонент аминокислот
Водород	K	0.0001	Главный структурный компонент всех органических соединений клетки
Фосфор	S	0,15—0,4	Входит в состав костной ткани и зубной эмали, нуклеиновых кислот, АТФ и некоторых ферментов
Калий	Cl	0,15—0,20	Содержится в клетке только в виде ионов, активирует ферменты белкового синтеза, обуславливает ритм сердечной деятельности, участвует в процессах фотосинтеза
Сера	Ca	0,05—0,10	Входит в состав некоторых аминокислот, ферментов, витамина В
Хлор	Mg	0,04—2,00	Важнейший отрицательный ион в организме животных, компонент НС1 в желудочном соке
Кальций	Na	0,02—0,03	Входит в состав клеточной стенки растений, костей и зубов, активирует свертывание крови и сокращение мышечных волокон
Магний	Fe	0,02-0,03	Входит в состав молекул хлорофилла, а также костей и зубов, активирует энергетический обмен и синтез ДНК
Натрий	I	0,010—0,015	Содержится в клетке только в виде ионов, обуславливаетнормальный ритм сердечной деятельности, влияет на синтез гормонов
Железо	Cu	0,0001	Входит в состав многих ферментов, гемоглобина и миоглобина, участвует в биосинтезе хлорофилла, в процессах дыхания и фотосинтеза
Йод	Mn	0,0002	Входит в состав гормонов щитовидной железы
Медь	Mo	0.0001	Входит в состав некоторых ферментов, участвует в процессах кровообразования, фотосинтеза, синтеза гемоглобина
Марганец	Co	0,0001	Входит в состав некоторых ферментов или повышает их активность, принимает участие в развитии костей, ассимиляции азота и процессе фотосинтеза
Молибден	Zn	0.0001	Входит в состав некоторых ферментов, участвует н процессах связывания атмосферного азота растениями
Кобальт	o	0,0003	Входит в состав витамина В12, участвует в фиксации ат- мосферного азота растениями, развитии эритроцитов
Цинк	N	15—18	Входит в состав некоторых ферментов, участвует в синтезе растительных гормонов (фуксина) и спиртовом брожении

Химические вещества клетки

ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ

МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ 1-1,5%

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ 1-1,5 %

Последнее изменение этой страницы: 2016-12-27; Нарушение авторского права страницы

Для обеспечения оптимальной деятельности организма в нем присутствуют различные минералы. Они разделены на две категории. Макроэлементы присутствуют в объеме большем – 0,01%, а микроэлементов содержится меньше 0,001%. Однако вторые, несмотря на такую концентрацию, имеют особую ценность. Далее разберемся, какие присутствуют микроэлементы в организме человека, что это такое и для чего они нужны.

Общие сведения

Роль микроэлементов в организме человека достаточно велика. Эти соединения обеспечивают нормальное течение почти всех биохимических процессов. Если содержание микроэлементов в организме человека находится в пределах нормы, то все системы будут функционировать стабильно. Согласно статистике, около двух миллиардов людей на планете страдают от дефицита этих соединений. Недостаток микроэлементов в организме человека приводит к умственной отсталости, слепоте. Многие младенцы при дефиците минералов погибают, едва появившись на свет.

Значение микроэлементов в организме человека

Соединения прежде всего отвечают за формирование и развитие ЦНС. Роль микроэлементов в организме человека распределяется и на уменьшение числа наиболее распространенных внутриутробных нарушений при образовании сердечно-сосудистой системы. Каждое соединение оказывает влияние на определенную область. Немаловажным является значение микроэлементов в организме человека при формировании защитных сил. Например, у людей, которые получают минералы в необходимом количестве, многие патологии (кишечные инфекции, корь, грипп и прочие) протекают гораздо легче.

Основные источники минералов

Макро- и микроэлементы, витамины присутствуют в продуктах животного и растительного происхождения. В современных условиях соединения можно синтезировать в лабораторных условиях. Однако проникновение минералов с растительной либо животной пищей приносит гораздо больше пользы, чем применение соединений, полученных в процессе синтеза. Основные микроэлементы в организме человека – это бром, бор, ванадий, йод, железо, марганец, медь. В обеспечении жизнедеятельности участвуют кобальт, никель, молибден, селен, хром, фтор, цинк. Далее рассмотрим подробнее, как действуют эти микроэлементы в организме человека и их значение для здоровья.

Данный элемент присутствует практически во всех тканях и органах человека. Больше всего бора обнаруживается в костях скелета, зубной эмали. Элемент оказывает благоприятное влияние на весь организм, в целом. За счет него работа эндокринных желез становится более стабильной, формирование скелета – более правильным. Кроме того, повышается концентрация половых гормонов, что имеет особое значение для женщин в период климакса. Бор присутствует в сое, гречке, кукурузе, рисе, свекле, бобовых. При недостатке данного элемента отмечаются гормональные сбои. У женщин это чревато развитием таких патологий, как остеопороз, миома, рак, эрозии. Высок риск появления мочекаменной болезни и нарушений в работе суставов.

Этот элемент оказывает влияние на правильную активность щитовидной железы, участвует в функционировании ЦНС, усиливает процессы торможения. К примеру, у человека, принимающего препарат, содержащий бром, снижается половое влечение. Этот элемент присутствует в таких продуктах, как орехи, бобовые, зерновые. При дефиците брома в организме нарушается сон, снижается уровень гемоглобина.

Ванадий

Этот элемент принимает участие в регулировании деятельности сосудов и сердца. Ванадий способствует стабилизации концентрации холестерина. Это, в свою очередь, снижает вероятность возникновения атеросклероза, а также уменьшаются опухоли и отечность. Элемент нормализует работу печени и почек, способствует улучшению зрения. Ванадий участвует в регулировании в крови глюкозы и гемоглобина. Элемент присутствует в злаковых, редисе, рисе, картофеле. При дефиците ванадия повышается концентрация холестерина. Это чревато развитием атеросклероза и сахарного диабета.

Железо

Этот микроэлемент является одним из компонентов гемоглобина. Железо отвечает за формирование кровяных телец и участвует в клеточном дыхании. Этот элемент присутствует в горчице, тыквенных семечках, гранате, кунжуте, яблоках, лесных орехах, морской капусте. Состояние клеток кожи, ротовой полости, кишечника и желудка напрямую зависит от концентрации железа. При недостатке этого элемента отмечается постоянная сонливость, быстрая утомляемость, ухудшение состояния ногтевых пластин. Кожа при этом становится сухой, грубеет, во рту часто пересыхает, развивается анемия. В некоторых случаях могут изменяться вкусовые ощущения.

Этот микроэлемент принимает участие в выработке тироксина – гормона щитовидной железы. В ней присутствует большая часть (порядка 15 из 25 мг) йода. Если этого элемента будет в организме достаточно, то работа простаты, яичников, печени, почек будет проходить без нарушений. Йод присутствует в пшенице, молочных продуктах, шампиньонах, водорослях, ржи, фасоли, шпинате. При дефиците элемента отмечается увеличение щитовидки (зоб), мышечная слабость, замедление в развитии умственных способностей, дистрофические изменения.

Кобальт

Этот элемент является составной частью процесса образования кровяных клеток. Кобальт принимает участие в формировании витамина В₁₂ и производстве инсулина. Элемент присутствует в бобовых, сое, груше, соли, манной крупе. При дефиците кобальта может начаться анемия, человек быстрее утомляется и все время хочет спать.

Марганец

Данный элемент отвечает за состояние костей, репродуктивной функции, участвует в регулировании деятельности ЦНС. Благодаря марганцу повышается потенция, под его воздействием активнее проявляются рефлексы мускулатуры. Элемент способствует снижению нервного напряжения и раздражения. Марганец присутствует в имбире, орехах. При дефиците элемента нарушается процесс окостенения скелета, начинают деформироваться суставы.

В большом количестве этот элемент обнаруживается в печени. Медь является компонентом меланина, принимает участие в выработке коллагена и пигментации. С помощью меди процесс усвоения железа проходит гораздо лучше. Элемент присутствует в подсолнухе, морской капусте, кунжуте, какао. При дефиците меди наблюдается анемия, снижение веса, облысение. Также уменьшается уровень гемоглобина, начинают развиваться дерматозы разной природы.

Молибден

Этот элемент является основой фермента, участвующего в утилизации железа. Данный процесс предотвращает развитие анемии. Молибден присутствует в соли, зерновых, бобовых. Последствия дефицита элемента в организме на сегодня изучены недостаточно.

Никель

Этот микроэлемент участвует в формировании кровяных клеток и насыщении их кислородом. Никель также регулирует жировой обмен, гормональный уровень, понижает артериальное давление. Элемент присутствует в кукурузе, груше, сое, яблоках, чечевице и прочих бобовых.

Селен

Этот элемент – антиоксидант. Он препятствует росту аномальных клеток, тем самым предупреждая возникновение и распространение рака. Селен обеспечивает защиту организма от негативного действия тяжелых металлов. Он необходим для выработки белков, нормальной и стабильной работы щитовидки и поджелудочной железы. Селен присутствует в составе семенной жидкости, а также поддерживает детородную функцию. Микроэлемент содержится в пшенице и ее зародышах, семечках подсолнуха. При его дефиците повышается риск развития аллергий, дисбактериоза, рассеянного склероза, мышечной дистрофии, инфаркта.

Этот элемент участвует в формировании зубной эмали и ткани. Элемент присутствует в просе, орехах, тыкве, изюме. При дефиците фтора наблюдается постоянный кариес.

Данный микроэлемент оказывает влияние на ускоренное формирование инсулина. Хром также улучшает углеводный обмен. Микроэлемент присутствует в свекле, редисе, персике, сое, грибах. В случае дефицита хрома отмечается ухудшение состояния волос, ногтей, костей.

Этот микроэлемент регулирует множество важных процессов в организме. К примеру, он участвует в метаболизме, работе репродуктивной системы, формировании клеток крови. Цинк присутствует в зародышах пшеницы, кунжуте. При его дефиците появляются белые пятна на ногтях, человек быстро утомляется, становится подвержен аллергиям и инфекционным патологиям.

Совместимость с витаминами

В процессе усвоения микроэлементов происходит их взаимодействие с разными соединениями, в том числе, поступающими извне. В этом случае имеют место различные комбинации. Одни из них обладают благотворным воздействием на состояние здоровья, другие – способствуют взаимному разрушению, а третьи отличаются нейтральным влиянием друг на друга. В таблице, представленной ниже, можно увидеть совместимые витамины и микроэлементы в организме человека.

Хорионический гонадотропин человека (ХГЧ, бета-ХГЧ, б-ХГЧ, Human Chorionic)

Исследуемый материал Сыворотка крови

Метод определения Иммуноферментный анализ.

Специфический гормон беременности.

Гликопротеин — димер с молекулярным весом около 46кДа, синтезирующийся в синтицио-трофобласте плаценты. ХГЧ состоит из двух субъединиц: альфа и бета. Альфа-субъединица идентична с альфа-субъединицами гормонов гипофиза ТТГ, ФСГ и ЛГ. Бета-субъединица (β-ХГЧ), использующаяся для иммунометрического определения гормона — уникальна.

Уровень бета-ХГЧ крови уже на 6 — 8 день после зачатия позволяет диагностировать беременность (концентрация β-ХГЧ в моче достигает диагностического уровня на 1 — 2 дня позже, чем в сыворотке крови).

В первом триместре беременности ХГЧ обеспечивает синтез прогестерона и эстрогенов, необходимых для поддержания беременности, жёлтым телом яичника. ХГЧ действует на жёлтое тело подобно лютеинизирующему гормону, то есть поддерживает его существование. Это происходит до тех пор, пока комплекс «плод-плацента» не приобретет способность самостоятельно формировать необходимый гормональный фон. У плода мужского пола ХГЧ стимулирует клетки Лейдига, синтезирующие тестостерон, необходимый для формирования половых органов по мужскому типу.

Синтез ХГЧ осуществляется клетками трофобласта после имплантации эмбриона и продолжается в течение всей беременности. При нормальном течении беременности, в период между 2 — 5 неделями беременности содержание β-ХГЧ удваивается каждые 1,5 суток. Пик концентрации ХГЧ приходится на 10 — 11 неделю беременности, затем его концентрация начинает медленно снижаться. При многоплодной беременности содержание ХГЧ увеличивается пропорционально числу плодов.

Пониженные концентрации ХГЧ могут говорить об эктопической беременности или угрожающем аборте. Определение содержания ХГЧ в комплексе с другими тестами (альфа-фетопротеином и свободным эстриолом на 15 — 20 неделях беременности, так называемый «тройной тест») используется в пренатальной диагностике для выявления риска отклонений развития плода.

Помимо беременности, ХГЧ используется в лабораторной диагностике в качестве онкомаркёра опухолей трофобластной ткани и герминативных клеток яичников и семенников, секретирующих хорионический гонадотропин.

Ранняя диагностика беременности: определение уровня ХГЧ

Что такое ХГЧ?

ХГЧ (хорионический гонадотропин человека) – особый гормон беременности, являющийся важным показателем развития беременности и её отклонений. Хорионический гонадотропин вырабатывают клетки хориона (оболочки зародыша) сразу после его прикрепления к стенке матки. На основании анализа крови на хорионический гонадотропин врач определяет присутствие в организме хориальной ткани, а значит, и наступление беременности у женщины.

Когда можно проводить исследование на определение уровня ХГЧ?

Определение уровня хорионического гонадотропина в крови является наиболее достоверным методом определения беременности на ранних сроках. Хорионический гонадотропин появляется в организме женщины c 5- 6 дня с момента оплодотворения. Распространенный экспресс-тест на беременность, которым может воспользоваться каждая женщина в домашних условиях, также основан на определении хорионического гонадотропина в моче, но необходимый уровень данного гормона в моче для диагностирования беременности достигается на несколько дней позже.

При отсутствии какой-либо патологии, в первые недели беременности уровень гормона удваивается каждые 2 дня, а максимальная концентрация его достигается к 10-11 неделям беременности. После 11 недели уровень гормона постепенно идет к снижению.

Повышение уровня хорионического гонадотропина при беременности может происходить при:

• многоплодии;

• токсикозе, гестозе;

• сахарном диабете матери;

• патологиях плода, синдроме Дауна, множественных пороках развития;

• неправильно установленном сроке беременности;

• приеме синтетических гестагенов и т. д..

Повышенные значения можно также увидеть в течение недели при сдаче анализа после проведенной процедуры прерывания беременности. Высокий уровень гормона после миниаборта указывает на прогрессирующую беременность.

Низкий уровень хорионического гонадотропина при беременности может означать неправильную постановку срока беременности или быть признаком серьезных нарушений, таких как:

• внематочная беременность;

• неразвивающаяся беременность;

• задержка в развитии плода;

• угроза самопроизвольного аборта;

• хроническая плацентарная недостаточность;

• гибель плода (во II-III триместре беременности).

Определение уровня хорионического гонадотропинавходит в тройной тест-исследование, по результатам которого можно судить о наличии некоторых аномалий развития плода, но точный диагноз поставить нельзя. Исследование лишь позволяет выявить женщин, составляющих группу риска. В этом случае женщинам необходимо будет произвести серьезное дополнительное обследование.

Какова роль гормона ХГЧ в организме человека?

Помимо установления факта наступления беременности, по количественному определению уровня данного гормона можно судить о характере течения беременности, о наличии многоплодной беременности.

Самой важной задачей хорионического гонадотропина является поддержание самой беременности. Под его контролем происходит синтез основных гормонов беременности: эстрогенов и прогестерона. В первом триместре, до полного формирования плаценты (до 16 недель), хорионический гонадотропин поддерживает нормальную функциональную активность желтого тела, а именно, выработку прогестерона.

Другая важная функция хорионического гонадотропина заключается в стимуляции овуляции и поддержании жизнеспособности желтого тела.

Когда врач назначает анализ на ХГЧ?

Помимо диагностики ранних сроков беременности, хорионический гонадотропин определяют:

у женщин — 

• для выявления аменореи;

• исключения возможности внематочной беременности;

• для оценки полноты искусственного аборта;

• для динамического наблюдения за беременностью;

• при угрозе выкидыша и подозрениях на неразвивающуюся беременность;

• для диагностики опухолей – хорионэпителиомы, пузырного заноса;

• для пренатальной диагностики пороков развития плода;

у мужчин —

Как правильно сдать анализ крови на гормон ХГЧ?

Независимая лаборатория ИНВИТРО предлагает пройти лабораторное исследование на определение уровня хорионического гонадотропина.

Анализ сдается путем взятия крови из вены, желательно — утром и натощак. Лабораторный тест рекомендуется проводить не ранее 4-5 дней задержки менструации, а также можно повторить через 2-3 дня для уточнения результатов. Для выявления патологии плода у беременных, анализ рекомендуется сдавать с 14 по 18 неделю беременности.

В комплексной диагностике пороков развития плода рекомендуется также сдать анализы на определение следующих маркеров: АФП (альфа-фетопротеин), Е3 (свободный эстриол), а также сделать УЗИ.

Пределы определения: 1,2 мЕд/мл-1125000мЕд/мл

Что такое макроэлементы и микроэлементы

Нельзя отрицать влияние еды на здоровье. Употребление высококачественных продуктов важно для питания организма и защиты его от воспалений и окислительного стресса. ¹ Недостаточное потребление питательных веществ в вашем рационе может привести к чему угодно — от низкого уровня энергии до хронических заболеваний и серьезных заболеваний. ² Осведомленность и понимание различных типов питательных веществ в продуктах питания, их влияния на ваше тело и способов включения их в свой рацион упрощают ведение здорового и сбалансированного образа жизни. ³

Макро- и микроэлементы

Питательные вещества, необходимые вашему организму для ускорения роста и развития и регулирования процессов организма, можно разделить на две группы: макроэлементы и микроэлементы. Макроэлементы — это питательные вещества, в которых ваш организм нуждается в больших количествах, а именно углеводы, белки и жиры. ⁴ Они обеспечивают ваше тело энергией или калориями. Микроэлементы — это питательные вещества, в которых ваш организм нуждается в меньших количествах, которые обычно называют витаминами и минералами. ⁵

Нам нужны макроэлементы для получения энергии, и нам нужны микроэлементы, чтобы помочь нашему организму быть здоровым и переваривать эти макроэлементы. ⁶

Доктор Дональд Хенсруд, клиника Майо

Совместная работа макро- и микронутриентов обеспечивает организм всем необходимым для здоровья. Более подробный анализ ролей и функций, которые они поддерживают в вашем теле, обсуждается ниже.

Макроэлементы — это элементы в пище, которые необходимы для нормального роста и нормального функционирования.Все макроэлементы поступают с пищей, поскольку организм не может производить их самостоятельно. ⁷ Углеводы, белок и жир — три основных источника питания в вашем рационе. Хотя все макросы обеспечивают ваше тело ценной энергией, каждый из них выполняет разные функции. ⁸

Углеводы — это сахара, крахмалы и волокна, содержащиеся во фруктах, зернах и овощах. Они являются наиболее важным источником быстрой энергии в вашем рационе, потому что они легко расщепляются на глюкозу, которую мышцы и мозг используют для функционирования. ⁹ Хотя углеводы содержатся в здоровой пище, например в овощах, они также содержатся в нездоровой пище, например в пирогах и пончиках, из-за чего они имеют плохую репутацию в различных диетах. В этом случае важно различать простые и сложные углеводы. ¹⁰ Разница между ними заключается в химической структуре, которая влияет на то, как быстро сахар усваивается организмом. ¹¹ Простые или «плохие» углеводы обычно высвобождают сахар быстрее, потому что они сделаны из обработанного и рафинированного сахара и не содержат витаминов, минералов или клетчатки. ¹² Комплексные или «хорошие углеводы» перерабатываются медленнее и насыщены различными питательными веществами. ¹³

Ваше ежедневное потребление углеводов будет зависеть от различных личных соображений. ¹⁶ Однако, когда вы все же едите их, важно выбирать источники углеводов с наибольшей энергетической и питательной ценностью.

Белки состоят из аминокислот и действуют как гормоны, ферменты и антитела в иммунной системе. ¹⁸ Они составляют части структур тела, такие как соединительные ткани, кожа, волосы и мышечные волокна. ¹⁹ В отличие от углеводов, белки не служат прямым источником энергии, а работают как строительные блоки для других структур тела. Пищевая ценность белка измеряется количеством незаменимых аминокислот, которое он содержит, которое варьируется в зависимости от источника пищи. ²⁰

Продукты животного происхождения, такие как мясо и рыба, содержат все незаменимые аминокислоты. Соевые продукты, киноа и семена зелени, называемой амарантом, также содержат все незаменимые аминокислоты. ²¹ В растительных белках обычно не хватает хотя бы одной аминокислоты, поэтому вегетарианцам и веганам важно есть комбинацию различных растительных белков в течение дня. ²²

Рекомендуемая суточная доза белка составляет от 0,75 грамма до 1 грамма на килограмм веса вашего тела. ²³

Различие между насыщенными и ненасыщенными жирами важно, потому что вашему организму нужны только последние. ²⁵ Ненасыщенные жиры регулируют обмен веществ, поддерживают эластичность клеточных мембран, улучшают кровоток и способствуют росту и регенерации клеток.Жиры также важны для доставки в организм жирорастворимых витаминов A, D, E и K. ²⁶

Хотя вашему организму не обязательно нужны насыщенные жиры, они обеспечивают ваше тело холестерином, который играет важную роль в производстве гормонов. Ваше тело действительно вырабатывает собственный холестерин, но небольшое количество, введенное с вашим рационом, может помочь построить клеточные мембраны, вырабатывать гормоны, такие как эстроген и тестостерон, помочь вашему метаболизму, вырабатывать витамин D и вырабатывать желчные кислоты, которые помогают переваривать жир и усваивать питательные вещества. ²⁷ Однако диета, богатая холестерином, может увеличить риск сердечных заболеваний. ²⁸

Жиры должны составлять от 30 до 35 процентов дневной нормы калорий, из которых максимум 10 процентов составляют насыщенные жиры. ²⁹

Понятно, что многие продукты в каждой группе пересекаются, и каждый макрос играет решающую роль в вашем общем здоровье. Сбалансированная диета с соответствующим количеством и соотношением макроэлементов жизненно важна для здоровья тела и разума.

Как и макронутриенты, ваш организм не вырабатывает микронутриенты в тех количествах, которые ему необходимы, поэтому диета, богатая витаминами и минералами, необходима для здорового тела. ³¹ Витамины являются органическими и могут расщепляться такими элементами, как тепло, воздух или кислота. Это означает, что они могут денатурировать при приготовлении пищи или на воздухе, что немного затрудняет их поступление в свой рацион. ³² Минералы, с другой стороны, неорганические и не разлагаются таким образом.Это означает, что ваше тело поглощает минералы из почвы и воды, из которой получена ваша пища. ³³

Каждый витамин и минерал играет определенную роль в вашем организме, и лучший способ обеспечить удовлетворение всех ваших телесных потребностей — это придерживаться здоровой и разнообразной диеты. Микронутриенты не только важны для почти всех процессов в организме, они также могут действовать как антиоксиданты. ³⁴ В правильном количестве они защищают ваш организм от болезней и недостатков. Сбалансированная диета способствует этому и увеличивает ваши шансы на попадание различных минералов и витаминов с пищей в кровоток.Работая вместе, витамины и минералы выполняют разные задачи в организме.

• Одна из основных функций витаминов — способствовать высвобождению энергии, содержащейся в пище, которую вы едите
• Витамины помогают накапливать белок и помогают вашим клеткам размножаться
• Они производят коллаген, который помогает заживлять раны, поддерживает стенки кровеносных сосудов и способствует здоровью костей и зубов
• Витамины поддерживают в хорошем состоянии глаза, кожу, легкие, пищеварительный тракт и нервную систему
• Они укрепляют ваши кости, защищают ваше зрение и взаимодействуют друг с другом, помогая вашему организму усваивать необходимые ему витамины до
• Они защищают от болезней

• Минералы поддерживают правильный баланс воды в организме
• Они способствуют здоровью костей и стабилизируют белковые структуры, которые вы получаете из белка, который вы едите, в том числе те, из которых состоят ваши волосы, кожа и ногти
• Они заставляют кислород перемещаться по вашему телу
• Минералы помогают вам чувствовать вкус и запах

Есть несколько продуктов питания, которые выполняют как макро-, так и микронутриентные функции.Включение этих продуктов в свой рацион позволит вашему организму функционировать на оптимальном уровне. Помимо кислорода и воды, пища, которую вы едите, — это единственное, что нужно вашему организму для выполнения функций, необходимых вам для повседневной жизни. Чем лучше качество входных данных, тем лучше ваше тело сможет функционировать и работать.

Изучите научные основы того, что вы едите для более здорового тела, с помощью короткого онлайн-курса «Наука о питании» от Стэнфордского центра санитарного просвещения (SCHE).

• ¹ Селхуб, Э. (апрель 2018 г.). «Психиатрия питания: ваш мозг на еде». Получено из Harvard Health Publishing.
• ² Satrazemis, E. (январь, 2017 г.). «Макро и микроэлементы». Получено из Trifecta.
• ³ (август 2017 г.). «Что составляет здоровую сбалансированную диету?» Получено с сайта MacMillan Cancer Support.
• ⁴ (Nd). «Основы питания». Получено из Университета штата Вашингтон.Доступ 13 июня 2019 г.
• ⁵ (Nd). «Основы питания». Получено из Университета штата Вашингтон. Доступ 13 июня 2019 г.
• ⁶ Рот, И. (апрель 2018 г.). «Минута клиники Мэйо: разница между микронутриентами и макроэлементами». Получено из клиники Мэйо.
• ⁷ Салай Дж. (Июль 2017 г.). «Что такое углеводы?» Получено с сайта Live Science.
• ⁸ Команда Runtastic. (Ноябрь 2018 г.). «Что такое макроэлементы? Все, что Вам нужно знать’.Получено из Runtastic.
• ⁹ Satrazemis, E. (январь 2017 г.). «Макро и микроэлементы». Получено из Trifecta.
• ¹⁰ Салай Дж. (Июль 2017 г.). «Что такое углеводы?» Получено с сайта Live Science.
• ¹¹ Салай, Дж. (Июль 2017 г.). «Что такое углеводы?» Получено с сайта Live Science.
• ¹² Салай Дж. (Июль 2017 г.). «Что такое углеводы?» Получено с сайта Live Science.
• ¹³ Салай, Дж.(Июл, 2017). «Что такое углеводы?» Получено с сайта Live Science.
• ¹⁴ Салай Дж. (Июль 2017 г.). «Что такое углеводы?» Получено с сайта Live Science.
• ¹⁵ Салай Дж. (Июль 2017 г.). «Что такое углеводы?» Получено с сайта Live Science.
• ¹⁶ Gunnars, K. (январь 2018 г.). «Сколько углеводов нужно есть в день, чтобы похудеть?» Получено с Healthline.
• ¹⁷ Команда Runtastic. (Ноябрь 2018 г.). «Что такое макроэлементы? Все, что Вам нужно знать’.Получено из Runtastic.
• ¹⁸ Команда Runtastic. (Ноябрь 2018 г.). «Что такое макроэлементы? Все, что Вам нужно знать’. Получено из Runtastic.
• ¹⁹ Команда Runtastic. (Ноябрь 2018 г.). «Что такое макроэлементы? Все, что Вам нужно знать’. Получено из Runtastic.
• ²⁰ (Nd). «Белки». Получено из Better Health. По состоянию на 14 июня 2019 г.
• ²¹ (Nd). «Белки». Получено из Better Health. По состоянию на 14 июня 2019 г.
• ²² (Nd). «Белки». Получено из Better Health. По состоянию на 14 июня 2019 г.
• ²³ Команда Runtastic. (Ноябрь 2018 г.). «Что такое макроэлементы? Все, что Вам нужно знать’. Получено из Runtastic.
• ²⁴ Команда Runtastic. (Ноябрь 2018 г.). «Что такое макроэлементы? Все, что Вам нужно знать’. Получено из Runtastic.
• ²⁵ Команда Runtastic. (Ноябрь 2018 г.). «Что такое макроэлементы? Все, что Вам нужно знать’.Получено из Runtastic.
• ²⁶ Команда Runtastic. (Ноябрь 2018 г.). «Что такое макроэлементы? Все, что Вам нужно знать’. Получено из Runtastic.
• ²⁷ (Nd). «Холестерин». Получено из Better Health. По состоянию на 14 июня 2019 г.
• ²⁸ (Nd). «Холестерин». Получено из Better Health. По состоянию на 14 июня 2019 г.
• ²⁹ Команда Runtastic. (Ноябрь 2018 г.). «Что такое макроэлементы? Все, что Вам нужно знать’.Получено из Runtastic.
• ³⁰ Гуннарс, К. (июнь 2017 г.). «10 продуктов с высоким содержанием жиров, которые на самом деле суперполезны». Получено из Healthline.
• ³¹ Streit, L. (сентябрь 2018 г.). «Микроэлементы: типы, функции, преимущества и многое другое». Получено из Healthline.
• ³² (2019). «Витамины и минералы: вы получаете то, что вам нужно?» Получено из справочного руководства.
• ³³ (2019). «Витамины и минералы: вы получаете то, что вам нужно?» Получено из справочного руководства.
• ³⁴ Streit, L. (сентябрь 2018 г.). «Микроэлементы: типы, функции, преимущества и многое другое». Получено из Healthline.
• ³⁵ (2019). «Витамины и минералы: вы получаете то, что вам нужно?» Получено из справочного руководства.
• ³⁶ (2019). «Витамины и минералы: вы получаете то, что вам нужно?» Получено из справочного руководства.
• ³⁷ (апрель 2018 г.). «Получение витаминов и минералов с помощью диеты». Получено из Harvard Health Publishing, Гарвардская медицинская школа.

взаимодействий между растениями и почвой: поглощение питательных веществ | Изучайте науку в Scitable

Бейер П. Золотой рис и «Золотые» культуры для питания человека. Новое Биотехнология 27 , 478-481 (2010).

Бритто, Д. Т. и Х. Дж. Кронзукер. Клеточные механизмы транспорта калия в растениях. Physiologia Plantarum 133 , 637-650 (2008).

Коннолли, Э. Л. и Э. Л. Уокер.Пора качать железо: механизмы сигнализации о дефиците железа у высших растений. Текущее мнение по биологии растений 11 , 530-535 (2008).

Фергюсон Б. Дж. и др. . Молекулярный анализ бобовых культур Развитие узелков и ауторегуляция. Журнал интегративной биологии растений 52 , 61-76 (2010).

Грэм Л., Грэм Дж. И Л. Уилкокс. Биология растений. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Pearson Prentice Hall, 2006.

Герино М.L. & Y. Yi. Железо: питательно, ядовито и труднодоступно. Физиология растений 104 , 815-820 (1994).

Ад Р. и Х. Гиллебранд. Концепции заводов по добыче и распределению полезных ископаемых. Текущее мнение в области биотехнологии 12 , 161-168 (2001).

Джонс Б. и К. Юнг. Подземное освоение космоса: развитие архитектуры корневой системы. Текущее мнение по биологии растений 15 , 97-102 (2012).

Карандашов В., Бухер М. Симбиотический транспорт фосфата у арбускулярных микориз. Тенденции в растениеводстве 10 , 22-29 (2005).

Лопес-Бусио Дж. и др. . Роль доступности питательных веществ в регулировании корневой архитектуры. Текущий Заключение по биологии растений 6 , 280-287 (2003).

Лимпенс Э. и Т. Бисселинг. Сигнализация в симбиозе. Текущее мнение в области биологии растений 6 , 343-350 (2003).

Nehls U. и др. . Сахар для моего меда: углеводы расщепление в эктомикоризном симбиозе. Фитохимия 68 , 82-91 (2007).

Nehls U. Мастеринг эктомикоризный симбиоз: влияние углеводов. Журнал экспериментальной ботаники 59 , 1097-1108 (2008).

Pyo Y. J. et al . Высокое сродство K ⁺ Транспортировка арабидопсиса: AtHAK5 и AKT1 имеют жизненно важное значение для создания рассады и рост после прорастания в условиях низкого содержания калия. Физиология растений 153 , 863-875 (2010).

Sprent J. 60 млн лет назад зернобобовых культур узловатость. Какие новости? Что меняется? Журнал Экспериментальной ботаники 59 , г. 1081-1084 (2008).

Вэнс К. Симбиотик Азотфиксация и поглощение фосфора. Питание растений в мире Снижение возобновляемых ресурсов. Завод Физиология 127 , 390-397 (2001).

Very, A. & H. Sentenac. Молекулярные механизмы и регуляция транспорта K ⁺ в высших Растения. Ежегодный обзор биологии растений 54 , 575-603 (2003).

Как доступность питательных веществ регулирует состав клеточной стенки?

3.1. Азот

На всех заводах азот используется в форме аммония (NH ₄ ⁺ ) и нитрата (NO ₃ ^— ). Различные группы исследовали транскриптомный ответ растений Arabidopsis на доступность азота. Эти исследования в основном основывались на индукции или депривации NO ₃ ^— с последующей экстракцией РНК и анализом микрочипов Affymetrix [9].Несколько исследований специально подчеркивают экспрессию генов, связанных с клеточной стенкой; однако было отмечено, что «катаболический процесс глюкозы» является одной из наиболее последовательных биологических функций, связанных с ответом на NO ₃ ^— . Гены, участвующие в дифференцировке трихобластов, которые содержат множество генов, связанных с клеточной стенкой, были особенно обогащены генами, отвечающими за NO ₃ ^— [9]. Кроме того, анализ коэкспрессии транспортеров NO ₃ ^— с использованием базы данных ATTED-II показал, что они коэкспрессируются со многими генами, связанными с клеточной стенкой [65].Однако следует проявлять осторожность при интерпретации этих данных, поскольку недавний метаанализ транскриптомных данных ответа NO ₃ ^— выявил поразительное несоответствие в воспроизводимости между различными исследованиями, отмечая, что общее количество дифференциально экспрессируемых генов между любые два эксперимента составляют всего 6,7% [9]. Такое изменение в паттернах экспрессии, вероятно, связано с избыточностью больших семейств генов, различиями в развитии и изменениями в экспериментальных установках между лабораториями, поскольку экспрессия генов очень чувствительна к условиям окружающей среды и возрасту растений.Это подчеркивается в растениях, которые не подвергались изменениям в доступности NO ₃ ^— , но демонстрировали индукцию генов в результате другого стресса, связанного с простым перемещением растений из одного раствора в другой [66]. Для транскриптомных анализов была бы очень полезна стандартизованная экспериментальная установка, с подробным описанием питательного состава сред, уровней освещения, обращения с растениями и переноса между средами, а также времени, в которое собирают ткань после обработки.Приняв стандартизированную экспериментальную установку, будущие транскриптомные результаты могут привести к повышению воспроизводимости тенденций экспрессии генов.

В условиях ограничения азота растения адаптируют свой RSA для максимального поглощения азота за счет использования большей площади поверхности почвы. В основном это достигается за счет удлинения боковых корней (LR), тогда как высокие концентрации N приводят к ингибированию роста LR с небольшим влиянием на рост первичных корней (PR) [59,67]. У сельскохозяйственных культур статус азота влияет на механическую прочность стебля и устойчивость к болезням.Эти характеристики регулируются организацией и прочностью клеточной стенки, предполагая, что клеточные стенки модулируются в ответ на N-статус. Экспрессия генов, участвующих в биосинтезе как лигнина, так и целлюлозы, была значительно снижена в ответ на высокое содержание азота в рисе [68,69]. В подтверждение этого открытия анализ клеточной стенки корней показал, что высокое содержание азота приводит к значительному снижению содержания целлюлозы и лигнина. Это уменьшение компонентов клеточной стенки сопровождается снижением механической прочности ствола, увеличением полегания и снижением устойчивости к болезням [68,69,70].Как и в случае с корнями, экспрессия генов синтеза целлюлозы и лигнина снижается в заполняющих семенах в ответ на высокий уровень N. Это приводит к снижению накопления как целлюлозы, так и лигнина в эндоспермах семян [71]. В соответствии с этим наблюдением, дефицит азота приводит к увеличению содержания целлюлозы в корнях рисовых растений [72].

У Arabidopsis интактные клеточные стенки важны для адаптации RSA в ответ на доступность N, поскольку генетические мутанты с измененной организацией клеточной стенки демонстрируют нарушенный ответ RSA на доступность N.Мутантные корни с дефицитом целлюлозы гиперчувствительны к высокому (60 мМ) KNO ₃ [73]. При выращивании в условиях высокого азота мутанты cesa3 , cesa6 и ctl1 демонстрируют резкое сокращение длины PR, увеличение корневых волосков и плотности LR, а также опухшие корни. Дальнейшее исследование ctl1 выявило такую ​​же гиперчувствительную реакцию корней на высокое содержание NaCl, KCl и CaCl ₂ , тогда как реакции не наблюдалось при высоком уровне PO ₄ , SO ₄ , маннитоле или сорбите, что предполагает гиперчувствительный ответ на хлорид-ионы [35].Повышенная чувствительность к хлоридам в сочетании с NO ₃ ^— не является неожиданной, поскольку известно, что несколько транспортеров NO ₃ ^— также участвуют в транспорте хлоридов [74]. Кроме того, при высоком уровне KNO ₃ , ctl1 и cesa3 мутанты демонстрировали эктопическое отложение лигнина в энтодерме, тогда как cesa6 и kor1 демонстрировали лишь незначительное эктопическое отложение лигнина по сравнению с контрольными животными дикого типа [73].Если восстановление целлюлозы происходит в Arabidopsis при высокой доступности N (что также наблюдается в рисе), это может объяснить фенотип гиперчувствительности корней у мутантов с дефицитом целлюлозы при воздействии высокого N, в результате аддитивного эффекта из-за высокого N-опосредованного снижения содержания целлюлозы в мутант с уже дефицитом целлюлозы. Эти результаты демонстрируют сложный ответ на доступность азота, предполагая динамическое регулирование синтеза и ремоделирования клеточной стенки. Однако молекулярные механизмы, с помощью которых N-статус влияет на биосинтез и организацию клеточной стенки, неизвестны.

3.2. Phosphorus

В недавнем исследовании Pi-чувствительных генов был проведен подробный транскриптомный анализ с использованием дикого типа и мутантов для НИЗКИЙ ФОСФАТНЫЙ ОТВЕТ 1 ( LPR1 ) и LPR2 и PHOSPHATE DEFICIENCY 904 RESPONSE 2 необходимые для ответа Pi, подчеркнули устойчивую Pi-зависимую регуляцию генов, связанных с клеточной стенкой [75]. Эти гены были разделены на четыре основные группы, которые включали модификацию пектина, релаксацию клеточной стенки, модификацию гемицеллюлозы / целлюлозы и гидролитические ферменты углеводов; однако неизвестно, как эти изменения экспрессии влияют на рост.Дополнительные исследования на растениях дикого типа отметили аналогичные изменения в экспрессии генов, связанных с клеточной стенкой, в ответ на голодание по Pi [10,13,76,77]. Транскриптомный анализ проростков, подверженных Pi-дефициту, выявил дифференциальную регуляцию практически не охарактеризованного CELLULOSE SYNTHASE-LIKE B5 ( CSLB5 ) [10]. Дальнейшие исследования показали, что мутанты cslb5 и продуцируют более короткие корневые волоски по сравнению с диким типом при недостаточности Pi, что указывает на роль CSLB5 в ответе Pi [10].Точная функция семейства CSLB неизвестна; однако считается, что члены участвуют в синтезе β-1,4-связанных полисахаридов клеточной стенки [78]. Интересно, что CSLB5 экспрессируется в корнях, что согласуется с его вероятной функцией в регуляции RSA в ответ на голодание по Pi [78].

В условиях низкого Pi у Arabidopsis рост PR задерживается, в то время как рост вторичных корней и корневых волосков стимулируется [59,79]. Остановка роста PR в основном является результатом быстрого уменьшения удлинения клеток корня, за которым следует остановка деления клеток в нише стволовых клеток.Эти изменения в RSA зависят от внешнего источника Fe. Это предполагает косвенное наблюдение за статусом Pi через его взаимодействие с переходными металлами [80]. Во время дефицита Pi LPR1, которая является локализованной в клеточной стенке ферроксидазой, модулирует отложение Fe в клеточных стенках растягивающихся клеток и в нише стволовых клеток [48]. Интересно, что в этих клетках отложению Fe способствует секреция малата клеточными стенками. В условиях низкого Pi фактор транскрипции SENSITIVE TO PROTON TOXICITY 1 (STOP1) нацелен на канал оттока малата ALUMINIUM-ACTIVATED MALATE TRANSPORTER 1 ( ALMT1 ), запуская секрецию малата в клеточные стенки переходной зоны корня.Отложение малата способствует накоплению Fe ³⁺ за счет активности LPR1 в удлиняющихся клетках [81,82], что совпадает с генерацией активных форм кислорода (ROS) и отложением каллозы [48]. Отложение каллозы, специфичное для клеточного типа, нарушает симпластную коммуникацию через плазмодесмы, что демонстрируется нарушением движения транскрипционного фактора SHORT ROOT между стелой и энтодермой [48]. Симпластическая коммуникация важна для поддержания меристемы, и ее нарушение, вероятно, является основным фактором, приводящим к истощению корневой меристемы в ответ на низкий Pi () [83]; однако механизм, стоящий за быстрым ингибированием удлинения клеток, которое происходит задолго до уменьшения размера меристемы, неясен [48,81].Накопление Fe, опосредованное LPR1, приводит к генерации ROS, что совпадает с начальными участками отложения Fe в апопласте [48]. Ферроксидазная активность LPR1 приводит к окислительно-восстановительному циклу Fe ³⁺ в клеточной стенке, что создает общую окислительную среду и генерацию ROS [48]. АФК могут служить субстратом для пероксидаз класса III, локализованных в клеточной стенке, чтобы катализировать сшивание между компонентами клеточной стенки () [18], что приводит к жесткости клеточной стенки и снижению растяжимости.Атомно-силовая микроскопия выявила увеличение жесткости клеточной стенки в зоне растяжения в течение 30 мин после переноса проростков на Pi-дефицитную среду, причем изменение жесткости зависело от активности пероксидаз класса III [81]. Фармакологическое ингибирование пероксидаз восстанавливает рост корней в ответ на низкий Pi, подтверждая, что повышенная жесткость клеточной стенки связана с ингибированием роста корней в условиях дефицита Pi [81]. Изменения жесткости клеточной стенки должны происходить вместе с изменениями тургора клеток, чтобы координировать рост клеток [84,85].Это может быть достигнуто за счет конформационных изменений липидов [86], которые обычно приводят к изменениям клеточного транспорта и вакуолярной организации [87,88], которые являются решающими факторами для регуляции внутриклеточного тургора [85].

Модель регуляции клеточной стенки в ответ на голодание по Pi. Низкий Pi вызывает LPR1-зависимое накопление Fe в апопласте, что необходимо для ингибирования роста первичных корней. Низкий Pi также приводит к активации фактора транскрипции STOP1 через неизвестный механизм.STOP1 индуцирует переносчик малата ALMT1 путем прямого связывания с его промотором. Впоследствии ALMT1 секретирует в апопласте малат, который необходим для накопления Fe в переходной зоне. LPR1, локализованный в апопласте, экспрессирует ферроксидазную активность и, как полагают, генерирует ROS посредством окислительно-восстановительного цикла Fe. Генерация АФК, специфичная для клеточного типа, необходима для отложения каллозы и нарушает симпластические связи, что приводит к ингибированию деления клеток в RAM. При регуляции обратной связи Fe модулирует экспрессию LPR1 посредством передачи сигналов BR зависимым от концентрации образом.Низкая концентрация Fe активирует, а высокая концентрация Fe ингибирует передачу сигналов BR за счет регуляции трансляции BKI1, который является ключевым ингибитором передачи сигналов BR. Известно, что передача сигналов BR регулирует синтез целлюлозы посредством транскрипционной и посттрансляционной регуляции CESA. Однако неизвестно, нарушается ли синтез целлюлозы в ответ на низкий Pi. Дополнительные модификации клеточной стенки включают эктопическое отложение лигнина, возможно, за счет изменений в передаче сигналов жасмоната и этилена, пероксидазозависимого повышения жесткости клеточной стенки и отложения пектина, специфичного для определенного типа клеток.Известно, что изменения в пектине запускают передачу сигналов BR через RLP44 для поддержания целостности клеточной стенки. Двойной контроль передачи сигналов BR через пектин и Fe может потребоваться для достижения существенных изменений клеточных стенок, необходимых для модуляции роста в ответ на низкий Pi, при сохранении целостности клеточной стенки. Модификации клеточной стенки за счет изменений целлюлозы, пектина и лигнина влияют на растяжимость клеточной стенки. Эти модификации могут быть ответственны за быстрое ингибирование роста клеток в ответ на низкий Pi.Сплошные линии обозначают известные взаимодействия, а пунктирные линии обозначают предполагаемые взаимодействия. Стрелки обозначают положительные взаимодействия, а завершенные линии обозначают отрицательные взаимодействия. Круглые головы предполагают взаимодействия, ответственные за изменение архитектуры клеточной стенки. STOP1: ЧУВСТВИТЕЛЬНО К ПРОТОННОЙ ТОКСИЧНОСТИ 1; ALMT1: ТРАНСПОРТЕР МАЛАТА АКТИВИРОВАННОГО АЛЮМИНИЕМ 1; ROS: активные формы кислорода; LPR1: НИЗКИЙ ФОСФАТНЫЙ ОТВЕТ 1; BR: брассиностероид.

Различная концентрация Fe приводит к активации или ингибированию пути передачи сигналов брассиностероида (BR), который, в свою очередь, регулирует экспрессию LPR1 [89].Эта петля обратной связи может быть важна в опосредовании различных морфологий корней в качестве адаптивного ответа к почвенным микроокружениям с различными концентрациями Pi или Fe [89]. BRASSINAZOLE RESISTANT 1 ( BZR1 ), ключевой регулятор регуляции экспрессии генов, опосредованной BR [90], подавляет экспрессию LPR1 путем прямого связывания с его промотором [89]. В соответствии с этим конститутивные мутанты BZR1 (BZR1-D) фенокопируют фенотип корня lpr1 в ответ на низкий Pi [91].Низкое содержание Fe активирует, а высокое — ингибирует передачу сигналов BR посредством модуляции трансляции его ключевого репрессора ингибитора брассиностероидной киназы 1 (BKI1) посредством неизвестного механизма [89]. Зависимая от концентрации Fe модуляция передачи сигналов BR необходима для ответа роста корня в условиях низкого Pi (). Интересно, что передача сигналов BR, как известно, играет роль как в пролиферации, так и в удлинении клеток посредством изменений в составе клеточной стенки. Мутанты, затронутые в сигнальном пути BR, обнаруживают значительные транскрипционные изменения различных ферментов ремоделирования клеточной стенки и структурных белков [92].Что еще более важно, BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 2 (BIN2), ключевой ингибитор пути BR, непосредственно фосфорилирует CESA1, что приводит к снижению подвижности CESA и синтезу кристаллической целлюлозы [93]. BES1 и BZR1, которые являются ключевыми факторами транскрипции в пути BR, положительно влияют на синтез целлюлозы, напрямую связываясь с промоторами CESA [94]. Наряду с прямым регулированием синтеза целлюлозы BR, как известно, влияет на перестройку микротрубочек [95], которая необходима для управления CSCs во время синтеза целлюлозы.CSI1, CMU и CCs являются белками, необходимыми для ассоциации CSC с микротрубочками [28,29,30]. Исследование этих белков в контексте реакции BR и фосфатного голодания может оказаться важным инструментом в исследовании изменений в синтезе целлюлозы при низком стрессе Pi. В целом, путь BR положительно влияет на синтез целлюлозы и может быть сильным кандидатом для регуляции целлюлозы в ответ на низкий Pi.

Содержание целлюлозы в рисе изменяется в ответ на низкий уровень Pi [96]; однако неизвестно, влияет ли дефицит Pi на содержание целлюлозы в Arabidopsis.Более того, мутанты риса, затронутые в СИНТАЗЕ-СИНТАЗНОМ ЦЕЛЛЮЛОЗЕ F6 ( CSLF6 ), демонстрируют конститутивно активную реакцию голодания по Pi и повышенный транспорт Pi, даже когда проростки выращивают при высоком Pi [97]. CSLF6 участвует в синтезе MLG, который обычно влияет на прочность клеточной стенки и рост клеток [43]. Интересно, что MLG связывается с целлюлозой in vitro, образуя толстый гидрогель на поверхности адсорбции [98]. Предполагается, что MLG может действовать как временная связывающая поверхность, на которой другие полисахариды клеточной стенки могут присоединяться во время периодов роста клеток [43].Активация реакции голодания Pi у мутантов cslf6 и подразумевает взаимозависимую регуляцию состава клеточной стенки и передачу сигналов Pi.

Дефицит Pi также приводит к накоплению лигнина в клеточных стенках корня; однако отложение лигнина не наблюдалось в двойном мутанте lpr1lpr2 , предполагая, что отложение лигнина может регулироваться тем же путем, что и отложение каллозы при недостаточности Pi [99]. Отложение лигнина обычно вызывается дефектами целостности клеточной стенки под действием жасмонатов и этилена [100,101].И жасмонаты, и этилен индуцируются в ответ на низкий Pi и, возможно, опосредуют наблюдаемое эктопическое отложение лигнина [102,103]. Лигнин связывается с целлюлозой и участвует в укреплении клеточной стенки, участвуя в снижении растяжимости клеточной стенки в условиях низкого Pi [104]. При недостаточности Pi концентрация неэстерифицированных пектинов значительно увеличивается в клеточных стенках в зоне элонгации и RAM, с заметным увеличением в покоящемся центре и на границе между меристемой и нишей стволовых клеток [75].Участки повышенного отложения пектина совместно локализуются с участками накопления Fe ³⁺ и отложения каллозы, что указывает на то, что пектины могут играть роль в организации клеточной стенки в ответе на ингибирование удлинения корня. Свободные карбоксильные группы в неэтерифицированных пектинах имеют высокое сродство к связыванию с Fe ³⁺ , Al ³⁺ и Ca ²⁺ , а пектины, как известно, димеризуются через сшитые комплексы Ca ²⁺ -пектат, называемые яйцом. -боксы [105]. Увеличение яиц вызывает уплотнение клеточной стенки и замедление роста [106].Возникает соблазн предположить, что так называемые структуры яиц могут быть сформированы с Fe ³⁺ , что приведет к увеличению жесткости клеточной стенки. Кроме того, связывание Fe с пектином может способствовать высвобождению Pi из комплексов Fe-Pi во время низкого стресса Pi [107], что было бы увлекательной адаптацией для максимального поглощения Pi. Интересно, что изменения в этерификации пектина, как известно, также запускают передачу сигналов BR посредством RECEPTOR-LIKE PROTEIN 44 (RLP44), который необходим для регуляции обратной связи модификаций клеточной стенки и координации результатов развития с целостностью клеточной стенки [108].Двойной контроль передачи сигналов BR через состав пектина и Fe, возможно, необходим для модуляции состава клеточной стенки, управляя организацией RSA, при сохранении целостности клеточной стенки.

Данные, обобщенные здесь, демонстрируют, что модуляция клеточной стенки важна для ответа корня на низкий Pi, и что значительный прогресс был достигнут в расчленении сложных генетических сетей, участвующих в этом процессе; однако остаются проблемы в связи накопления Fe и генерации ROS с модуляцией химии клеточной стенки.Например, какие молекулярные механизмы и пути ответственны за привлечение ферментов, синтезирующих каллозу, к местам накопления Fe?

3.3. Другие питательные вещества

Кроме азота и фосфора, мало что известно о регуляции клеточной стенки другими питательными веществами. Исследование Armengaud et al. (2004) [11] показали, что гены, связанные с клеточной стенкой, включая экстенсины, ксилоглюкан-глюкозилтрансферазы, арабиногалактановые белки и пероксидазы, были обогащены генами, которые отвечают на низкий уровень калия (K).Метаанализ транскриптомных исследований показал, что гены, относящиеся к клеточной стенке, обогащены генами с низким содержанием S [12]. Как наблюдалось в метаанализе генов, отвечающих на доступность NO ₃ ^— , воспроизводимость согласованного генного ответа была низкой между наборами данных, при этом только 418 (20%) дифференциально экспрессируемых генов были общими как минимум двумя. эксперименты. Было обнаружено, что термин онтологии гена «клеточная стенка» имеет двукратное обогащение, гены, кодирующие локализованные в апопласте белки, были чрезмерно представлены, а прогнозируемая гликозилгидролаза (At3g60140) была значительно повышена во всех наборах данных микрочипов, что подразумевает наличие S-зависимая регуляция генов, связанных с клеточной стенкой.

Микроэлемент бор образует так называемые боратные мостики, сшивая полисахарид пектина рамногалактуронан-II [109]. Эти сшивки изменяют пористость клеточной стенки, механические свойства и имеют решающее значение для роста растений. Следовательно, дефицит бора приводит к сильно деструктурированным клеточным стенкам и серьезным дефектам роста [109].

По мере того, как мы понимаем больше сложных генетических сетей в синтезе клеточной стенки, станет возможным идентифицировать больше генов, которые регулируют эти сети в ответ на доступность питательных веществ.Комбинация методов in vivo и in vitro с подходом системной биологии [110] выявила сложную транскрипционную сеть, регулирующую синтез вторичной клеточной стенки. Интересно, что эта сеть содержит несколько генов, которые транскрипционно регулируются в ответ на дисбаланс N, Fe и S, предполагая, что вторичный синтез клеточной стенки регулируется доступностью питательных веществ. Исследования показали, что фактор транскрипции REVOLUTA (REV) имеет ряд вышестоящих факторов, которые регулируются депривацией Fe, что позволяет предположить, что REV играет важную роль в регуляции вторичных клеточных стенок во время дефицита Fe.Дальнейшие эксперименты показали, что REV является ключевым фактором транскрипции, участвующим в регуляции биосинтеза лигнина в ответ на дефицит Fe [110]. Эти результаты демонстрируют, что синтез клеточной стенки строго регулируется в ответ на пищевые сигналы и поддерживается сложными генетическими сетями.

Знайте свои питательные вещества: 16 основных элементов

Как и людям, растениям необходимы определенные ключевые питательные вещества для хорошего роста, развития, воспроизводства и сохранения здоровья.Продуктивность урожая на поле зависит от генетического состава выращиваемого сорта, плодородия и программ использования пестицидов, а также взаимодействия с окружающей средой.

Элементы, необходимые растениям и полученные из почвы и / или удобрений, включают основные питательные вещества (также известные как макроэлементы), вторичные питательные вещества и микроэлементы (также известные как микроэлементы). Определение основных и второстепенных питательных веществ обусловлено относительным изобилием и потребностью в различных функциях растений.

Растения также нуждаются или накапливают натрий (Na), кремний (Si), кобальт (Co), никель (Ni), йод (I) и селен (Se).Они не всегда необходимы для их выживания, но важны для людей и животных, которые зависят от растений в своем рационе.

РОЛЬ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ОСНОВНЫЕ (МАКРО) ПИТАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Азот (N), фосфор (P) и калий (K) наиболее часто требуются в программе удобрения сельскохозяйственных культур.

• Азот необходим для образования аминокислот, белков, ДНК и РНК. Он необходим для деления растительных клеток и жизненно важен для роста растений.
• Фосфор способствует раннему образованию и росту корней и участвует в фотосинтезе, дыхании, хранении и передаче энергии, делении и увеличении клеток.
• Калий участвует в углеводном обмене, а также в расщеплении и перемещении крахмала. Калий также повышает сопротивляемость болезням и повышает зимостойкость.

ВТОРИЧНЫЕ НУТРИЕНТЫ

Кальций (Ca), магний (Mg) и сера (S) необходимы в меньших количествах, чем макроэлементы, но каждый из них одинаково важен для урожая.

• Кальций увеличивает завязываемость и качество плодов и важен для непрерывного деления и образования клеток (регулирует гормональную активность).
• Магний , центральная молекула хлорофилла, улучшает использование и подвижность фосфора.
• Сера является составной частью аминокислот. Он помогает вырабатывать ферменты, витамины и масло, а также способствует образованию семян.

МИКРОНУТРИЕНТЫ

Бор (B), цинк (Zn), медь (Cu), марганец (Mn), железо (Fe), хлорид (CI) и молибден (Mo) используются в незначительных количествах, но не менее важны для роста и развития растений. как основные питательные вещества.Некоторые микроэлементы контролируют усвоение основных питательных веществ и ключевых процессов.

• Бор является важным компонентом формирования клеточной стенки и играет ключевую роль в прорастании пыльцевых зерен и росте пыльцевых трубок.
• Цинк помогает гормонам роста растений и ферментной системе, а также необходим для производства хлорофилла и образования углеводов.
• Медь играет важную роль в фотосинтезе. Этот элемент улучшает вкус фруктов и овощей и помогает предотвратить появление спорыньи в злаках.
• Марганец способствует синтезу хлорофилла и увеличивает доступность фосфора и кальция.
• Железо способствует образованию хлорофилла и действует как переносчик кислорода.
• Хлорид способствует здоровью сельскохозяйственных культур и увеличивает зрелость мелких зерен на некоторых почвах.
• Молибден необходим для преобразования неорганических фосфатов в органические формы в растениях и помогает клубенькам бобовых, особенно в кислых почвах.

Это лишь некоторые из способов, которыми основные элементы способствуют здоровью сельскохозяйственных культур. В течение следующих нескольких недель мы будем анализировать эти элементы по одному, выясняя, как с ними можно правильно обращаться и использовать в балансе с другими питательными веществами для стимулирования роста и развития и сохранения урожайности и качества.

В следующем посте мы подробно рассмотрим жизненно важную роль азота в здоровье растений.

питательных веществ | Национальное географическое общество

Питательные вещества — это химические вещества, обнаруженные в каждом живом существе на Земле.Они необходимы для жизни людей, растений, животных и всех других организмов. Питательные вещества помогают расщеплять пищу, давая организмам энергию. Они используются во всех процессах организма. Некоторые из процессов — это рост (построение клеток), восстановление (заживление ран) и поддержание жизни (дыхание).

Растения и другие автотрофы поглощают питательные вещества из почвы и воды. Автотрофы — это организмы, которые сами могут добывать себе пищу. Наиболее важные питательные вещества, в которых они нуждаются, — это углерод, водород и кислород.Другие питательные вещества, необходимые растениям, — это азот, фосфор, калий, кальций, магний и сера.

Из этих основных питательных веществ растения и другие автотрофы синтезируют или создают свои собственные питательные вещества, такие как сахар. Организм человека также может синтезировать некоторые питательные вещества, например, аминокислоты. Однако большинству организмов необходимы питательные вещества, созданные автотрофами. Люди и животные получают большую часть питательных веществ из пищи.

Основные питательные вещества — это питательные вещества, которые человеческий организм не может синтезировать.Их нужно получать с пищей или водой. Основные питательные вещества включают углеводы, белки, жиры, витамины и минералы.

Углеводы, белки и жиры являются частью группы основных питательных веществ, называемых макроэлементами. «Макро-» означает большой, и это те питательные вещества, в которых человек нуждается в наибольшем количестве. Продукты с высоким содержанием макроэлементов включают картофель с высоким содержанием углеводов; орехи с высоким содержанием белка; и авокадо с высоким содержанием жиров.

Каждый макроэлемент обеспечивает определенное количество энергии.Мы знаем, сколько энергии содержится в той или иной пище, по тому, сколько в ней калорий. Калория — это единица энергии. Думайте о калориях как о галлонах топлива в баке: если ваша машина может проехать 20 километров, используя один галлон топлива, и вы совершаете 40-километровую поездку, вы знаете, что вам нужно два галлона топлива. Калории — это топливо для человеческого тела.

Витамины и минералы являются частью группы незаменимых питательных веществ, называемых микронутриентами. «Микро-» означает маленький; человеку нужны микроэлементы в небольших количествах.Витамины имеют такие названия, как витамин A, витамин C и витамин D. Витамины содержат углерод, что означает, что они являются органическими соединениями. Минералы, такие как кальций и железо, поступают из земли или окружающей среды. Минералы не содержат углерода, что означает, что они неорганические соединения.

Питательные вещества в окружающей среде

Питательные вещества накапливаются или накапливаются в окружающей среде. Богатые питательными веществами почва или вода содержат большое количество азота, углерода, фосфора, серы и калия.Эти питательные вещества могут поступать из естественных источников, таких как останки растений и животных. Когда растения и животные умирают, они разлагаются. При разложении питательные вещества попадают в окружающую среду.

Деятельность человека также добавляет питательные вещества в почву и воду. Многие фабрики используют питательные вещества, чтобы сохранить свою продукцию. Питательные вещества выбрасываются в атмосферу в виде газа или жидкости. В любом случае питательные вещества попадают в круговорот воды.

Сточные воды и сточные воды также богаты питательными веществами, такими как углерод.Сточные воды часто используются на полях для гольфа, где они попадают в местные ручьи в качестве стока. Очищенные сточные воды иногда сбрасываются прямо в окружающую среду.

Удобрения, используемые в сельском хозяйстве, богаты углеродом, азотом и фосфором. Фермеры используют удобрения для выращивания таких культур, как зерновые, фрукты и овощи. Удобрения на основе фосфора также используются на полях для гольфа, парках и даже на лужайках в окрестностях.

Удобрение, которое не усваивается растениями, накапливается в почве. Питательные вещества из удобрений также могут попадать в грунтовые воды или сточные воды.Богатый питательными веществами сток попадает в ручьи, реки и заливы. Пруды, озера и даже океан могут поглощать огромное количество питательных веществ, особенно азота и фосфора.

Баланс питательных веществ

Питательные вещества, такие как углерод, кислород и азот, делают возможной всю жизнь. Бедные питательными веществами районы не могут поддерживать биологическое разнообразие. Например, болота — это бедные питательными веществами водно-болотные угодья в прохладном климате. Почва болот намного более кислая, чем плодородная или богатая питательными веществами почва. На бедной питательными веществами болотной почве могут расти некоторые виды растений.При наличии меньшего количества видов растений экосистема не может поддерживать большое количество других организмов, таких как животные и грибы.

Введение питательных веществ в окружающую среду может сделать экосистему здоровой и плодородной. Апвеллинг — это естественный процесс выталкивания холодной, богатой питательными веществами воды в верхние слои океана. Апвеллинг приносит огромное количество питательных веществ рыбам, водорослям и морским млекопитающим. Экономическая активность также зависит от апвеллинга. Например, рыболовство у западного побережья Южной Америки зависит от ежегодного апвеллинга Тихого океана, который приносит питательные вещества в запасы рыбы и моллюсков.

Избыточные питательные вещества

Хотя жизнь зависит от питательных веществ, слишком много питательных веществ может оказать негативное влияние на экосистему. Например, цветение водорослей вызвано избытком питательных веществ. Они действительно могут препятствовать естественному притоку питательных веществ в водную экосистему.

Цветение водорослей происходит из-за того, что избыток питательных веществ из естественных и искусственных источников накапливается в водоеме. В подходящих условиях водоросли, бактерии и другие микробы быстро цветут или размножаются.При быстром размножении используются почти все питательные вещества, содержащиеся в воде. Цветение образует тонкий коврик у поверхности воды, не позволяя свету проникать снизу.

Организмы многих цветущих водорослей не поедаются другими организмами, поэтому они не являются частью пищевой сети. Цветение водорослей расходует важные питательные вещества, в том числе кислород, не влияя на водную среду. Некоторые цветущие водоросли даже содержат токсичные микробы. Этот тип цветения водорослей называется вредоносным цветением водорослей (ВЦВ).Без света и кислорода растения быстро погибают. Цветение водорослей расходует питательные вещества и препятствует развитию растений, от которых зависит выживание рыб и других живых существ.

Цветение водорослей может исчезнуть так же быстро, как и сформироваться. Мертвые водоросли и другие микробы опускаются на дно водоема. Солнечный свет и питательные вещества снова могут проникать в экосистему. Однако бактерии, которые помогают разложить цветение водорослей, теперь поглощают большую часть этих питательных веществ. Восстановление экосистемы после цветения водорослей может занять недели или даже месяцы.

Цветение водорослей может уменьшить количество питательных веществ в области до такой степени, что область известна как мертвая зона. Это означает, что немногие организмы могут выжить в окружающей среде. В мертвых зонах не хватает питательных веществ, чтобы поддерживать пищевую сеть.

Избыток питательных веществ в Чесапикском заливе

Мертвые зоны — частая проблема Чесапикского залива, огромного лимана на восточном побережье США. В этом регионе проживает 13,6 миллиона человек. Его водораздел включает крупные городские районы Вашингтона, округ Колумбия.С., Балтимор и Аннаполис, штат Мэриленд.

Западный коридор Чесапикского залива является высоко индустриализированным. Восточный коридор является домом для многих фермерских общин. Сток с заводов, домов и ферм загрязнил залив избыточными питательными веществами.

Размер и продолжительность мертвых зон в Чесапикском заливе различаются. Они зависят от сезона и погоды. Во время сильных дождей в залив смывается больше питательных веществ. Весной и летом фермы удобряют посевы, что способствует увеличению стока питательных веществ.Около одной трети избытка питательных веществ в Чесапикском заливе является результатом загрязнения воздуха. При сжигании ископаемого топлива в воздух попадают углерод и азот. В конце концов, эти питательные вещества возвращаются в почву и воду через круговорот воды.

Люди и предприятия могут контролировать выделяемые ими питательные вещества. Дома люди могут помочь, используя удобрения без фосфора и не допуская попадания мусора с газона в желоб. Местные растения помогают фильтровать воду и предотвращают попадание мусора в водосбор.Обеспечение отсутствия протечек в септических системах, безопасная утилизация бытовой химии (например, краски и батарей) и минимизация действий, вызывающих эрозию почвы, также помогают предотвратить цветение водорослей.

Фабрики и фермы могут помочь контролировать количество биогенных веществ, выбрасываемых в окружающую среду, за счет соблюдения стандартов безопасности и сокращения стока.

Бор — важнейшее питательное вещество, необходимое для роста корней и усвоения калия

Сбалансированное поступление основных макро- и микроэлементов является одним из наиболее важных факторов для достижения более высоких урожаев.Бор (B) — один из восьми питательных микроэлементов, необходимых для нормального роста растений. Недостаток B в растительной ткани может снизить функцию и стабильность клеточной стенки, удлинение клеток, рост корней, поглощение питательных веществ и урожайность. В этой статье описывается роль B в росте корней и усвоении питательных веществ, с особым акцентом на калий (K).

Бор и рост корней
Растения с низким содержанием витамина B претерпевают значительные физиологические и морфологические изменения. Более 90% B растения находится в клеточных стенках, что указывает на очень важную роль бора в росте растений (Brown, et al.2002). В B-дефицитной среде структурная стабильность и биологические функции клеточных стенок серьезно нарушены, включая снижение роста и удлинения корней. Самый быстрый ответ на дефицит бора — это замедление роста корней, которое может произойти в течение нескольких часов после воздействия B-дефицитных условий (Marschner, 2012). При низком содержании витамина B рост корней и побегов резко снижается; в то время как при умеренном поступлении витамина B, который является обычным в полевых условиях, рост корней отрицательно сказывается на ранних стадиях роста с минимальными видимыми изменениями в росте побегов (рис.1).

Рис. 1. Рост растений канолы при различных нормах внесения B (Ceylan and Cakmak, 2017).

Снижение роста корней отрицательно сказывается на поглощении воды и питательных веществ, особенно в почвах с ограниченным водоснабжением. Помимо замедления роста корней, ограниченная доступность B влияет на другие физиологические функции в клетках корня и усвоение других питательных веществ, таких как K.

Бор и поглощение K
Бор играет ключевую роль в повышении активности определенного ферментативная система в корнях, которая значительно способствует усвоению питательных веществ.Эта система создает градиент в клетках корня (т. Е. Через мембраны клеток корня) и работает как движущая сила для активного поглощения и транспорта некоторых минеральных питательных веществ, особенно K. Когда поступление B низкое, эта движущая сила необходима для Поглощение K значительно снижается (рис. 2). Эти результаты подчеркивают критическую роль B в поглощении K корнем.

Рис. 2. Изменения движущей силы, необходимой для поглощения K растениями подсолнечника при низких и адекватных условиях B (полученные из Schon et al., 1990).

Взаимодействие с питательными веществами в растениях обычно измеряется с точки зрения реакции роста и / или изменения концентрации питательных веществ в побегах. Ceylan и Cakmak (2017) измерили скорость поглощения калия корнями канолы в условиях низкого и адекватного уровня витамина B. В этом исследовании истощение (уменьшение) количества K из ростовой среды измерялось с течением времени (рис. 3). Результаты показали, что растения быстро поглощали калий при достаточном количестве витамина В, в то время как при ограниченном запасе витамина В (сохраняя все условия выращивания одинаковыми) способность поглощения калия была ограниченной.Следовательно, концентрация K в корне составляла 5,1% при низком уровне и 6,1% при достаточном поступлении витамина B, а концентрация K в ткани побегов составляла 5,9% при низком уровне и 6,6% при достаточном поступлении витамина B. Эти результаты подчеркивают синергизм между питанием бором и поглощением калия. Подобные исследования, проведенные на разных культурах, также документально подтвердили роль B в поглощении K (см. Предлагаемые показания).

Рис. 3. Истощение запасов калия в среде для выращивания 28-дневных растений канолы, выращенных с низким и достаточным запасом витамина B (Ceylan and Cakmak, 2017).

Выводы
Бор играет важную роль в стенках растительных клеток, росте корней и усвоении питательных веществ. При низком содержании витамина В сниженная стабильность клеточной стенки быстро уменьшает удлинение корня, что приводит к значительному снижению роста корня. Низкое содержание витамина В также снижает активность ферментных систем, непосредственно ответственных за поглощение калия.

Aspire ^® — это единственный в своем роде калий премиум-класса, содержащий K и B в каждой грануле. Использование этого продукта приводит к более равномерному нанесению B по сравнению с традиционными смесями и может значительно снизить дефицит B.Кроме того, K будет более эффективно использоваться при правильном питании B.

Дополнительная литература

Blevins, D.G. и Лукашевский К. (1998): Бор в структуре и функциях растений. Анна. Rev. Plant Physiol. Завод Molec. Биол. 49: 481–500.

Brown, PH, Bellaloui, N., Wimmer, MA, Bassil, ES, Ruiz, J., Hu, H., Pfeffer, H., Dannel, F., Römheld, V. (2002): Бор в растении биология. Биология растений. 4: 205–223.

Cakmak, I. и Römheld, V. (1997): Нарушения клеточных функций растений, вызванные дефицитом бора.Почва растений. 193: 71–83.

Джейлан Сен, Ю., Язичи, А. и Чакмак, И. (2017): Влияние разнообразного питания бором на поглощение корнями и накопление калия в побегах растений канолы. Сборник материалов XVIII Международного коллоквиума по питанию растений, 21–24 августа, Копенгаген, Дания.

Лу Ю., Лян Ю., Янг Ю. и Белл Р. В. (2003): Влияние удобрений на рост растений и усвоение питательных веществ масличным рапсом при варьировании поступления бора. Comm. Почвоведение. Завод анальный. 34: 1059–1075.

Маршнер, П.(2012): Минеральное питание высших растений Маршнера, 3-е изд. Academic Press, Лондон.

Шон М.К., Новацкий А., Блевинс Д.Г. (1990): Бор вызывает гиперполяризацию клеточных мембран корня подсолнечника и увеличивает проницаемость мембран для K. Plant Physiol. 93: 566–571.

Вудрафф, К.М., Макинтош, Дж. Л., Микульчик, Д. Д. и Синха, Х. (1960): Как калий вызвал дефицит бора в соевых бобах. Лучшая еда для растений. 44: 4–11.

Влияние содержания макро и микроэлементов на качество почвы и рост растений

Допустимые концентрации тяжелых металлов в почве

Современное сельскохозяйственное производство требует высоких и стабильных урожаев хорошего качества с минимальными затратами материалов, энергии и рабочей силы, а также защитой окружающей среды от вредного воздействия и загрязнения.

Для этого необходимо знать все факторы, которые могут повлиять на плодородие почвы и, следовательно, на более высокие урожаи.

Почва должна быть обеспечена идеальным соотношением питательных веществ. При слишком большом количестве питательных веществ загрязняются грунтовые и поверхностные воды, воздух и почва.

Чтобы правильно управлять питательными веществами, необходимо выполнить анализ почвы, удобрений и знать, каковы потребности определенных растений в питательных веществах. Таким образом достигается лучший урожай и уменьшается загрязнение окружающей среды.Таким образом достигается экономия при покупке минеральных удобрений.

Концентрация тяжелых металлов в почве контролируется предельными значениями предельно допустимых концентраций (ПДК). В большинстве стран Европы это юридически обязательные, а в некоторых — необязательные рекомендации.

Предел, определяющий максимально допустимое количество вредного вещества в единице объема наблюдаемой среды, представляет собой предельно допустимую концентрацию (или ПДК). В последнее время эта величина получила название предельного значения иммиссии (GVI).

Предельно допустимые концентрации относятся к общему содержанию тяжелых металлов.

Опасными веществами обычно являются: Cd, Pb, Hg, As, Cr, Ni и F, а вредными веществами — Cu, Zn и B.

Специальный свод правил устанавливает максимально допустимые количества опасных и вредных веществ в почве и орошении. вода, которая может повредить или изменить продуктивность сельскохозяйственных земель и качество воды для орошения, которая поступает в результате сбросов с заводов, свалок, неправильного использования минеральных удобрений и пестицидов.растения.

Максимально допустимые количества опасных и вредных веществ:

82

9

2

0 909 до 1,0

	Химический элемент		ПДК в почве мг / кг почвы	ПДК в воде мг / л воды
1	Кадмий	Cd	до 3	000 до 3	000 до 3	Свинец	Pb	до 100	до 0,1
3		907 до 2	до 0,001
4	Арсен ic	As	до 25	до 0,05
5	Хром	до 0,5
6	Никель	Ni	до 50	до 50 7	Фторид	F	до 300	до 1,5
8	3 Медь 7 Медь	до 100	до 0,1
9	Цинк	900 02 Zn	до 300	до 1,0
10	Бор	B

Портфолио Hanna Instruments включает инструменты, с помощью которых вы можете выполнять анализ почвы на содержание макро и микроэлементов.