Физиологическое значение марганца и других микроэлементов (часть 1)
За последние годы возрос интерес растениеводов, физиологов, медиков и животноводов к проблеме физиологического значения и широкого использования микроэлементов. Все больше внимания уделяется веществам, которые в предельно малом количестве играют важнейшую роль в клеточных структурах, принимая участие в биохимических и физиологических процессах, протекающих в растительных и животных организмах.
Результаты исследований В. И. Вернадского (1940), изучавшего тесную связь между химическим составом организмов и земной коры, а также непрерывный обмен веществ между ними, явились важным доказательством взаимосвязи организма и среды.
А.П. Виноградов (1935) высказал справедливое предположение о физиологическом значении различных химических элементов для живых организмов. В.А. Ковда, И.В. Якушевская, А.Н. Тюрюканов (1958) рассматривают почвообразующие породы как главный источник микроэлементов, о чем мы говорили еще в 1940 г. в монографии «Марганец в питании растений». Меньше их содержится в подстилающих породах и почти ничтожное количество — в атмосферных осадках и космической пыли. О биогенном характере накопления микроэлементов в гумусовых горизонтах почвы высказывались многие исследователи.
В составе почвообразующих пород всегда содержится значительно меньшее количество йода, цинка, никеля, серебра и молибдена по сравнению с перегнойными горизонтами почв. Наибольшее количество микроэлементов обнаруживается в высокогумусных черноземах, наименьшее — в дерново-подзолистых и сероземных.
В нечерноземной зоне на дерново-подзолистых и торфяных почвах северного полушария, согласно данным В. В. Ковальского (1958), содержится недостаточно кобальта, меди и йода, в связи с чем здесь распространены многие эндемические болезни животных, в частности акобальтоз и авитаминоз. Южнее расположены биогеохимические провинции серых лесных почв, где недостает йода, что вызывает эндемическое заболевание щитовидной железы (так называемый зоб), еще южнее — биогеохимические провинции черноземной зоны, которые по содержанию микроэлементов принимают за эталоны.
Углубленное изучение биологического значения микроэлементов позволило установить наличие связи между их свойствами и местом расположения в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Учитывая валентные, электронные уровни в строении, Е.П. Троицкий (1952) относит микроэлементы к семействам элементов с переменной валентностью. Весьма выраженная переменная валентность отмечена у меди. железа, марганца, молибдена и других элементов.
А.С. Вагин (1914), К.К. Гедройц (1914), E.Е. Успенский (1915), Я.В. Пейве (1959), П.А. Власюк (1937) и другие установили, что для эффективности марганцевых удобрений большое значение имеют почвенные условия. Недостаток усвояемых форм марганца в почвах вызывает марганцевое голодание, а избыток подвижных форм марганца, которым отличаются, например, кислые подзолистые почвы, вредно влияет на рост и развитие растений. После известкования этих почв потребность в марганце возрастает.
Растениям доступны соли двухвалентного марганца. На его динамику большое влияние оказывают окислительно-восстановительные процессы почвы. Органические кислоты образуют с марганцем водорастворимые соединения. С почвенным гумусом и другими органическими и минеральными веществами в почве марганец образует нерастворимые соединения, в частности фосфаты марганца. Активные формы почвенного марганца складываются из трех групп соединений: водорастворимого, обменного и легковосстанавливаемого марганца. С физиологической точки зрения важно, чтобы концентрации водорастворимых и обменных форм марганца не достигли бы того уровня, при котором возможно токсическое действие этого микроэлемента на растение.
В то же время необходимо, чтобы факторы, снижающие подвижность марганца и его токсическое действие, не переводили почвенный марганец в труднодоступное для растений состояние. Приемами известкования, внесения органических и минеральных удобрений, мелиорации и обработки почвы можно активно влиять на доступность почвенного марганца для растений. При недостатке усвояемых форм марганца в почве важнейшее условие для улучшения питания растений — внесение марганцевых мг кроудобрений.
На физиологическое значение марганца для роста, развития и продуктивности растений впервые обратил внимание французский ученый Бертранд, которому еще в 1897 г. удалось обнаружить его в золе многих растительных оксидаз. Затем, выяснив влияние марганца на оксидазы, он назвал его ко-ферментом оксидаз.
Бертранд и Жавилье (Bertrand, Javillier, 1912) показали, что при отсутствии марганца гриб Aspergillus niger терял способность образовывать конидии; внесение марганца способствовало накоплению им сухих веществ.
К.К. Гедройц (1914) отмечал, что под влиянием небольших доз различных солей марганца в определенных условиях сельскохозяйственные растения значительно повышали продуктивность. Испытывая влияние хлористого марганца на рост клевера в песчаных культурах вегетационного опыта, Ф. В. Чириков (1913) наблюдал, что 0,05 г окиси марганца на сосуд увеличивали вес растений на 36%.
В условиях Ленинградской области А. С. Вагин (1914) отметил положительное влияние марганца, вносимого отдельно и в сочетании с минеральными удобрениями, на урожай озимой ржи, ячменя, луговых трав, овса, вики с овсом, клевера, картофеля, капусты и турнепса.
Е.Е. Успенский (1915) показал, что полезное действие марганца обусловливалось его свойством повышать окисление. Еще в 1915 г. автор предполагал возможное влияние марганца на физико-химические свойства плазмы и активность ферментов. По его заключению, богатые белками клетки растений усиленно накапливают марганец.
