Значение кобальта в жизнедеятельности растений (часть 1)
В последние годы значительное внимание уделяется изучению значения микроэлемента кобальта. Впервые наличие кобальта в поверхностных слоях литосферы было установлено датским натуралистом Форхгаммером в 1854 г., обнаружившим его у животных и человека, в морских водорослях, золе деревьев (Вернадский, 1960). Значительно позже кобальт был найден и количественно определен в самых разнообразных горных породах, природных водах и организмах; он является также постоянной составной частью метеоритов, обнаружен в тектитах, в атмосфере солнца и звезд. Изучение распространения кобальта в земной коре показывает, что около 90% его находится в рассеянном состоянии в изверженных, главным образом основных и ультраосновных породах. Хотя количество кобальта, относящееся к рудным обогащениям, ничтожно по сравнению с количеством его, заключенным в основных горных породах, последние являются главным источником кобальта в биосфере. Среднее содержание кобальта в земной коре составляет 1,1*10в-3%.
Запасы кобальта, используемые для технического прогресса, весьма незначительны. По некоторым данным, содержание его во всех выявленных кобальтовых месторождениях и других рудах не превышает 200 000 т, что составляет менее 2,0*10в-9% от общего количества кобальта в земной коре на глубине 16 км (Малюга, 1952).
Кобальт является типичным рассеянным элементом, что вытекает из его специфических физических и физико-химических свойств как нечетного элемента (порядковый номер 27), обладающего высокой активной поляризацией. С этим связаны присущие ему свойства уходить, с одной стороны, вместе с железом, никелем и металлами платиновой группы в ликвационные отщепления сульфидов, с другой — в летучие погоны магм, являющиеся источником образования гидротермальных сернисто-мышьяковых руд кобальта, меди, серебра, никеля и других металлов. В первом случае образуются главным образом сульфидные минералы никеля и железа: пентландит — (Fe, Ni) S, никелистый пирротин — FeS и халькопирит — CuFeS2, в которых содержание кобальта обычно не превышает 0,3%; во втором — минералы гидротермальных сернисто-мышьяковых руд, где кобальт нередко образует самостоятельные минералы: смальтит — CoAs2 и саффлорит — (Co, Fe) As2. В этих рудах содержание кобальта значительно выше. Кобальт добывают из сульфидных и сульфидно-арсенитных руд, а также силикатных, никелевых, железных и марганцевых окисленных руд, где он встречается в виде Co+Co2O3 в асболанах, асболанвадах и других марганцевых и железомарганцевых соединениях.
Особенности содержания кобальта в почвообразующих породах непосредственно отражаются и на количестве его в почвах. Наиболее бедны кобальтом кислые горные породы: граниты, гнейсы, в которых валовый кобальт чаще всего не превышает 2 мг на 1 кг породы. Глины и другие осадочные породы содержат кобальта 2,4—68,0 мг; базальты — 2,8—78,0; граниты — 6,1—11,0; андезиты — 2,0—15,0 мг на 1 кг сухого вещества. В почвах, образовавшихся на гранитах, находится в среднем 1 мг кобальта на 1 кг почвы; на базальте — 8,0; а на серпентинитах — 100,0 мг/кг (Виноградов, 1950). Среднее содержание кобальта в почвах СССР равно 1,0*10в-3%
В почвах кобальт найден в различных соединениях, степень доступности которых для растений неодинакова. Он входит в состав почвенных алюмосиликатов, находится в поглощенном состоянии на поверхности минеральных и органических коллоидов. Соединения кобальта растворяются только в минеральных кислотах. В природных условиях он образует растворимые соли соляной, серной и азотной кислот, которые и являются источником почвенного питания растений.
В растениях, в зависимости от их рода и вида, а также условий, в которых они развиваются, кобальт содержится в различном количестве. Наиболее его обнаружено в водорослях (около 0,000025% на сырое вещество); в болотных растениях меньше — 0,000006%. В растениях, выросших на почвах, богатых кобальтом, содержание его достигало 0,0018%. Как недостаток, так и избыток кобальта отражается на развитии растений. В областях с повышенным содержанием этого элемента появляются растения необычайных форм, например безлепестковые анемоны.
В работах отечественных и зарубежных исследователей указывается, что среднее содержание кобальта в листьях овощных растений составляет 3,0*10в-3%; семенах — 3,6*10в-6; фруктах и клубнях — 5,0*10в-6 и в древесине — 1,0*10в-5% на сухое вещество. Обнаружение кобальта в почвах, растениях и пищевых продуктах привело к открытию его у человека и животных. По имеющимся данным, содержание кобальта в различных органах и тканях наземных животных колеблется в пределах 1,0*10в-6 — 7,5*10в-5% к живому весу. Впоследствии было обнаружено, что при недостатке кобальта в почвах в Новой Зеландии, Австралии, Кении, Англии, США, Канаде, СССР (Латвия, Эстония) и в ряде других мест в зоне подзолистых почв коровы и овцы страдали специфической анемией, носящей эндемический характер.
Причина высокой биологической активности кобальта заключается в том, что он используется микробами желудочно-кишечного тракта для синтеза витамина B12. Этот витамин из желудочно-кишечного тракта всасывается в кровь, откладывается в печени и других органах. Витамин B12 играет важнейшую роль в процессах кровотворения. Он содержит около 4,5% кобальта и является очень сложным органическим соединением.
С открытием витамина B12 медицина приобрела сильнейшее средство для лечения смертельного заболевания — злокачественного малокровия, при котором наблюдается постепенное уменьшение содержания гемоглобина в крови. Уже миллионные доли грамма витамина B12 тормозят развитие этой тяжелой болезни, а оптимальные дозы совсем прекращают ее течение.
Почвенные грибы и бактерии, так же как и высшие растения, используют для питания ряд микроэлементов, в том числе и кобальт. Кобальт важен для микробов, потому что входит в состав витамина B12. Многие микробы потребляют только готовый витамин B12 и не могут заменять его солями кобальта. Например, по развитию бактерий можно определить содержание витамина B12. Большинство почвенных бактерий и актиномицетов, изолированных из почвы, синтезируют витамин B12 (Пейве, 1961).
Таким образом, изучение микроэлемента кобальта представляет особый интерес для специалистов многих отраслей науки. Как мы уже упоминали, особенности содержания кобальта в почвообразующих породах непосредственно отражаются и на количестве его в разных почвах. Поэтому не случайно встречаются почвы, содержащие менее 1 мг кобальта, и почвы, содержащие до 100 мг кобальта на 1 кг почвы.
