ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ В РАСТИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗМАХ. ВЛИЯНИЕ СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНОГО ФОНА ПОЧВЫ НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РАСТЕНИЙ

Автор: Леолько Анна, Мелико-технический
 лицей, 11 класс

Научный руководитель: Тимирбулатов Раиль Акзамович,
 к. м. н., доцент кафедры медицинских
 диагностических систем СГАУ

г. Самара

 

ВВЕДЕНИЕ

 

    Целостное учение о биосфере и протекающих в ней процессах, ее строениии и функциях развито выдающимся отечественным геохимиком, естествоиспытателем Владимиром Ивановичем Вернадским. Он показал, что совакупность всех живых организмов нашей планеты образует живое вещество биосферы, которое выполняет три основные биогеохимические функции: газовую – поглащает и выделяет газы; окислительно-восстановительную – окисляет, например, углеводы до услекислого газа и восстанавливает его до углеводов; концентрационную – организмы-концентраторы накапливают в своих телах и скелетах азот, фосфор, кремний, кальций, магний. Окислительно-восстановительная функция тесно связана с процессами фотосинтеза, дыхания и др., имеет огромное значение в формировании атмосферы, в жизнедеятельности авто- и гетеротрофных организмов, в геологических процессах. Это разветвленная система подвержена влиянию многих факторов, причем одним из наиболее значимых является антропогенный. Так, например, состав почвы все больше подвергается изменению под влиянием отходов различных промышленных предприятий, а это, в свою очередь, приводит к изменениям в жизнедеятельности растений, которые, являясь компонентами экосистемы, воздействуют на другие организмы.

В данной работе проводилось исследование влияния свободно-радикального фона почвы на окислительно-восстановительные процессы у растений, а, следовательно, и на жизнедеятельность последних. Отклонения в механизмах протекания ОВР отражаются на внешних показателях растений, поэтому в основу  исследования было взято выявление изменений таких показателей, как всхожесть, длина и масса у растений при разных свободно-радикальных фонах почвы.

 

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

 

Тему окислительно-восстановительных процессов рассматривают многие авторы, причем звучит она как в свете исключительно химических, так и биологических представлений.

Журнал «Химия в школе» [9] дает четкое представление об окислительно-восстановительных реакциях (ОВР).

Признак окислительно-восстановительной реакции - передача электронов, а строго говоря - обмен электронами между ее участниками.

Под участником реакции понимают либо определенный элемент, либо конкретную частицу - атом, молекулу, ион, либо вещество как таковое в его реальном состоянии - твердом, жидком или газообразном.

FeS2 + O2 ------- Fe2O3

K2Cr2O7 + 3H2S + 4H3SO4 ------- 3S + 7H2O + Cr2(SO4) + K2SO4

Участник реакции, принимающий электрон, называется окислителем, отдающий электрон - восстановителем. В результате перехода электронов в процессе реакции окислитель восстанавливается, а восстановитель окисляется.

Реально перенос электронов от восстановителя к окислителю можно наблюдать в химических источниках тока - гальванических элементах и аккумуляторах.

Zn + 2HCl ------- ZnCl2 + H2

С биологической точки зрения ОВР представляют собой более сложные процессы, описание которых можно найти у Мак-Мюррея [4].

При типичной реакции два атома водорода (с двуми относящимися к ним электронами) отделяются от субстрата с образованием окислительной формы субстрата: один водород с двумя электронами переносится на никотинамидное кольцо с образованием восстановленного НАД или НАДФ, а другой - освобождается в окружающую среду без электронов (Н+, или протон).

СН2 – СООН                                         СН2 – СООН

СН  – СООН    +   НАДФ+ ---------      СН   – СООН + НАД* Н + Н+

НО  СН  – СООН                                 О =  С     –  СООН

Определение биологического  окисления  дают Березов Т.Т. и Коровин Б.Ф.[1]. Совокупность окислительных реакций, происходящих в биологических объектах и обеспечивающих их энергией и метаболитами для осуществления процессов жизнедеятельности, называется биологическим  окислением. Согласно всем литературным источникам существует два типа биологического окисления: окисление, сопряженное с фосфорилированием АДФ, и свободное окисление. Фархутдинов Р.Р. и Бикбулатов Н.Т. рассматривают свободно-радикальные процессы. Окислительно-восстановительные реакции имеют большое значение для жизнедеятельности растений. Одной из главнейших функций, которые они выполняют, является выделение энергии. Рассматривая один из важнейших окислительно-восстановительных процессов растений – фотосинтез – Райнботе [6] говорит, что способность использовать воду для создания восстанавливающего агента, НАДФ*Н, и синтезировать АТФ за счет энергии света – это и есть «тайна» растения.

В организме существует целый ряд взаимосвязанных свободно-радикальных реакций, скорость которых поддерживается на определенном уровне с помощью сложных и разнообразных механизмов регуляции.

Одним из возможных путей регуляции является воздействие метиленовым синим. Согласно Ленинджеру [3]  возможен перенос атомов водорода от некоторых органических кислот, обычно содержащихся в клетках (янтарной, фумаровой, яблочной и лимонной), к красителю метиленовый синий, который при этом восстанавливается, переходя в бесцветную форму (лейкоформа). Поставщиком протонов водорода является раствор перекиси водорода. По Машковскому [5] раствор перекиси водорода – это жидкость слабокислой реакции, быстро разлагается на свету, при нагревании, при соприкосновении со щелочью, окисляющими и восстанавливающими веществами.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Цель: Исследование влияния свободно-радикального фона почвы на жизнедеятельность растений.

Задачи: 1) выявление роли свободно-радикальных механизмов в процессах жизнедеятельности растений

2) выявление изменений внешних показателей у растений при разных свободно-радикальных фонах

3) определение характера распределения надземных и подземных масс растений в присутствии различных свободно-радикальных фонов

Методика:

Для исследования влияния свободно-радикального фона почвы на жизнедеятельность растений был проведен следующий эксперимент.

Зерна пшеницы Тимофеева были высажены по 30 штук в емкости с равными порциями почвы. Для достижения разных свободно-радикальных фонов при поливе использовалась дистиллированная вода, 0.1% раствор метиленовой сини и 1% раствор перекиси водорода (гидроперита) для разных емкостей.

Выращивание продолжалось в течение 10 дней, затем была вычислена всхожесть, определены размеры надземной и подземной части растений, а также были проведены измерения массы надземных и подземных частей растений на торсионных и аналитических весах.

После проведения данной работы были получены результаты, представленные на таблицах.

Выводы:

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что растения, получающие избыток протонов водорода из почвы, насыщенной Н2О2, обладают более высокими жизненными показателями по отношению к растениям, которые были политы раствором метиленовой сини, связывающим протоны водорода. То есть, избыток протонов водорода активизирует жизнедеятельность организмов, а недостаток – подавляет, следовательно, происходит регуляция жизнедеятельности на уровне окислительно-восстановительных процессов. Значит, вещества, обладающие свойствами, сходными со свойствами метиленовой сини, способны подавлять жизнедеятельность растений при поступлении в почву, а вещества, поставляющие протоны водорода – усиливать.

Полученные данные можно использовать при прогнозировании характера жизнедеятельности растений на определенных территориях (вблизи промышленных предприятий и т.д.), а также при разработке методов увеличения продуктивности и биомассы растений.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия,М.:Медицина,1983

2.Богданова Г.Л., Брайтон А.В. и др. Пособие по биологии, Киев: Наукова  думка, 1981

3.Ленинджер А. Биохимия, М.:Мир,1976

4.Мак-Мюррей У. Обмен веществ у человека, М.:Мир,1980

5.Машковский М.Д. Лекарственные срдства,М.:Медицина,1978

6.Райнботе Х. Тайна растений, М.:Знание,1979

7.Рувинский А.О., Высоцкий Л.В. и др. Общая биология, М.:Просвещение,1993

8.Сорвачев К.Ф. Биологическая химия, М.:Просвещение,1971

9.Суворов А.В. Окислительно-восстановительные реакции, Химия в школе,

Школа-Пресс,1993,2,стр.7

10.Фархутдинов Р.Р., Бикбулатов Н.Т. Свободно-радикальные процессы в норме и при патологии, Советская медицина,1983,9,стр.69-73

11.Филиппенкова В.В., Дмитриева О.И. Энергетический и конструктивный обмен в организме человека, Самара: СамГПУ-СИПКРО,1998

12.Филиппович Ю.Б. Основы биохимии, М.: Высшая школа,1985

13.Энциклопедический словарь юного биолога. Составитель Аспиз М.Е. М.:Педагогика,1986

 

 

Таблица 1

Всхожесть растений из 30 шт.; в %

Всхожесть, шт.

17

21

12

Всхожесть, %

56.67

70

40

 

Таблица 2

Длина надземных и подземных частей растений; см

Показатель

Контроль

Н2О2

Метил.синь

Длина надземной части растения, см

32.5

29

22.5

Длина подземной части растения, см

14.5

14

12.5

 

Таблица 3

Масса различных частей растений абсолютная и относительная в расчете на одно взошедшее зерно, г

Показатель

Контроль

Н2О2

Метил.синь

Абсолютная масса надземной части растений

1.87

1.89

1.51

Относительная масса надземной части растений

0.11

0.09

0.13

Абсолютная масса подземной части растений

1.27

1.32

0.825

Относительная масса подземной части растений

0.07

0.06

0.07