Гуминовые вещества это: Гуминовые вещества — это… Что такое Гуминовые вещества?

Содержание

Гуминовые вещества

Растениеводство 30 апреля 2015

Гуминовые вещества играют в природе важнейшую роль стимуляции жизненных процессов в растениях. Поэтому грамотное применение новейших гуминовых препаратов — значительный шаг вперед в повседневной практике цветоводства, садоводства, овощеводства.

Более 50 лет назад в Днепропетровском университете Лидия Христева сделала важное открытие. Выделив из почвы гуминовые кислоты в виде раствора их натриевых солей, она полила им растения и обнаружила, что растения существенно ускорили свой рост, образуя мощную корневую систему. Так впервые была установлена биологическая активность гуматов.

Постепенно накапливались результаты применения калийных и натриевых гуматов в сельском хозяйстве, животноводстве и птицеводстве, а также в некоторых областях техники. Эти результаты обсуждались в научных публикациях, на конференциях, но оставались малоизвестными широкой публике. Главной причиной этого было отсутствие надежной и эффективной технологии производства гуматов. Тогда они выделялись из углей и торфа путем экстракции разбавленными растворами щелочей. Это фактически был лабораторный метод, перенесенный в промышленные условия и малопригодный для крупномасштабного производства. В 90-х годах прошлого века в России были запатентованы новые способы производства гуматов, которые позволили сделать их производство высокорентабельным и получать более чистые и концентрированные продукты. С этого времени гумат в России производится в промышленном масштабе, он стал доступным.

Химия земли

При анализе результатов исследований различных ученых можно составить схему воздействия гуматов на систему «вода — растение — почва». Было установлено 16 факторов этого воздействия, каждый из которых независимо от других приводит к определенному результату.

Система «гумат — растение» характеризуется двумя независимыми явлениями, имеющими чрезвычайно важное значение для роста и развития растений.

Первое явление — рост энергетики клетки и связанная с ним интенсификация обменных процессов. Второе — это увеличение проницаемости клеточных мембран, что облегчает попадание питательных веществ внутрь клетки и ускоряет дыхание растений. Важно отметить, что это явление весьма избирательно. Например, проницаемость иона калия увеличивается на два порядка, а натрия — только на один. Такое взаимодействие положительно сказывается на питании растений.

Особенно большое многообразие явлений наблюдается в системе «гумат — почва». Гуминовые кислоты — это природные комплексообразователи. Все полезные микроэлементы, являясь металлами с переменной валентностью, образуют хелатные комплексы с гуматами, что является решающим фактором для питания растений.

Попадание тяжелых металлов в растения, организм человека и животных приводит к серьезным заболеваниям. С такими элементами натриевые и калийные гуматы образуют сложные соединения и нейтрализуют тем самым их токсичность.

Кроме того, в России проводились многолетние крупномасштабные эксперименты, результаты которых показывают, что гуматы нейтрализуют негативное влияние остаточных количеств пестицидов. Тем самым обеспечивается урожайность и экологическая чистота продукции.

Активная работа микроорганизмов — главная составляющая процесса гумусообразования. Поэтому обработка гуматами — эффективный процесс восстановления плодородия почв, истощенных интенсивной эксплуатацией либо изначально бедных гумусом.

Лидерство в развитии

Опыт применения гуматов показал, что их присутствие важно для всех стадий развития растений, особенно на ранних стадиях и в момент образования органов репродукции. Поэтому большое значение имеет предпосевная обработка семян, предпосадочное вымачивание или опрыскивание саженцев, луковиц, клубней, клубнелуковиц, корневищных деленок, а также черенков и уже растущих растений в саду ранней весной. В этом случае еще до начала прорастания или вегетации просыпаются жизненные силы, возбуждается иммунная система, образуется мощная корневая система и приобретается устойчивость к заболеваниям различного рода. Развитая корневая система обеспечивает снабжение растений необходимым питанием улучшенного качества. Хелатные комплексы гуматов позволяют микро- и макроэлементам гораздо легче проникать в клетки. Гуматы, повышая проницаемость клеточной мембраны, способствуют накоплению калия во внутриклеточной жидкости, что ускоряет деление клеток. В клетках благодаря дополнительному запасу энергии более интенсивно протекают процессы фотосинтеза, что приводит к увеличению количества хлорофилла. Усвоение азота, которое является определяющим для роста растений, идет быстрее. При этом предотвращается образование нитратов. Все это в совокупности приводит к тому, что растения лидируют в развитии, закладывают больше цветочных почек, затем обильно цветут и дают максимальный урожай.

Вместе — дешевле

Проблема эффективного усвоения минеральных удобрений является центральной в растениеводстве. В присутствии гуминовых веществ эффективность усвоения растением всех элементов минерального питания резко возрастает. Таким образом, сочетание гуматов с минеральными удобрениями — это гарантия их эффективного усвоения растением.

Механизм детоксикации растений и почвы гуматами основывается на стимуляции микробиологического и внутриклеточного метаболизма. Это позволяет использовать растворы гуматов и пестицидов совместно не только без снижения эффективности, но с ее существенным увеличением.

К числу важных результатов использования гуматов надо отнести повышение качества выращиваемых овощей, фруктов, ягод. Качественная характеристика продукции является важнейшим фактором биологической активности этих веществ. Отмеченный большим количеством исследований рост качества плодов осуществляется двумя независимыми путями. К ним относятся накопление биологически активных питательных веществ и снижение содержания вредных примесей. В присутствии гуматов возрастает содержание витаминов, сахаров, белка, фосфора, нуклеиновых кислот, масел.

Не остаться в балласте

Весь спектр полезного действия принадлежит только высококачественным гуминовым препаратам. К сожалению, далеко не все, что предлагается рынком под названием «гумат», отвечает предъявляемым теорией требованиям. Все предлагаемые гуминовые препараты по мере улучшения их качества можно условно разделить на четыре группы.

Балластные гуматы производятся по устаревшей технологии. В них находится 25–30 процентов гуминовых кислот в активной форме, остальное составляет минеральный и органический балласт, сводящий почти на нет все его полезное действие. При растворении в воде весь балласт присутствует в виде осадка.

Водные растворы гуматов с концентрацией 6–12 процентов являются продуктами высокого качества. Они освобождены от балласта, но стоимость их относительно велика в пересчете на действующее вещество. Их транспортировка также неудобна, поскольку перевозится, в основном, вода — на 88–94 процента.

К третьей группе относятся высококонцентрированные сухие гуматы. Они производятся из лигнина по новым технологиям, разработанным в 90-х годах прошлого века. Такие вещества содержат до 90 процентов действующего вещества — калийного гумата, остальное составляет влага. Они полностью растворимы в воде без осадка поэтому пригодны для автоматизированного капельного полива и полива с применением садовых насосов.

К последней категории можно отнести сложные составы на основе гуматов. Они могут содержать помимо гуматов микроэлементы в виде хелатов, природные органические продукты, получаемые из водорослей, рыб, растений, в том числе биодинамических. Сложные составы включают также сахара, витамины, специальные виды микроорганизмов и продукты их метаболизма, жидкую вермикультуру и другие. Препараты этой группы, как правило, наиболее эффективны, но и наиболее дороги. Для практического применения предпочтительно, конечно же, использовать гуматы третьей и четвертой групп.

Болото накормит – Наука – Коммерсантъ

Ученые Биологического института Томского государственного университета исследуют свойства воды малых рек региона с точки зрения применения их в органическом земледелии.

Многие реки Томской области формируют водосбор за счет верховых болот, очень скудных по наличию макроэлементов минерального питания растений, но богатых гуминовыми веществами. Серия экспериментов, проведенных биологами, показала, что пробы таежной речной воды стимулируют корнеобразование у растений. Это свойство исследователи намерены использовать для создания новых гуматно-минеральных препаратов для растениеводства.

Гуминовые вещества, в частности гуминовые кислоты и их соли, гуматы,— известные стимуляторы и модуляторы роста и развития растений. Гуматы, присутствующие в компонентах водно-болотных экосистем Западной Сибири, обладают иммуностимулирующими и адаптогенными свойствами.

— Тема, связанная с воздействием гуминовых веществ на растения, очень актуальна для нашего региона, одной из самых больших в мире кладовых торфа,— говорит доцент Биологического института ТГУ Александр Куровский.— Торф, содержащий в себе большое количество гуминовых веществ, отдает их рекам в стоках из болот. Помимо этого в воду попадают гуматы, образовавшиеся в процессе разложения опавшей листвы на пойменных участках. Мы решили выяснить, насколько воды средних и малых рек насыщены этими биологически активными веществами и какое влияние они могут оказывать на физиологию растений.

Еще в 2015 году группа биологов присоединилась к крупному проекту ТГУ, посвященному изучению водно-болотных экосистем Западной Сибири. Исследовались особенности состава воды реки Улу-Юл и ее притоков, работа продолжается и сейчас. В течение пяти лет было отобрано множество проб воды на разных, в том числе труднодоступных, участках бассейна реки Улу-Юл, наряду с этим обследованы модельные участки вдоль русла реки.

В местах, где вместо плодородных почв присутствует прибрежный песок, содержащий минимум питательных веществ, одним из преобладающих видов растений является вейник Лангсдорфа. Его отличает умеренно развитая надземная часть и удлиненная корневая система, уходящая в глубокие почвенные горизонты, что позволяет вейнику выживать в столь сложных условиях. Ученые полагают, что в число факторов, под действием которых сформировалась такая особенность строения, входит специфическое влияние гуминовых веществ, которые попадают в песок в основном в период весеннего половодья.

Чтобы проверить версию, исследователи протестировали физиологические свойства таежных речных вод в экспериментах на пшенице и томатах. У обеих культур воздействие гуматно-минеральных компонентов исследуемых речных вод приводило к выраженному удлинению корня, который значительно превосходил побег. Кроме того, исследователи получили новые данные о влиянии гуминовых веществ речных вод на процессы минерального питания растений.

— Исследуемая речная вода является системой, которая способствует экономному использованию растительным организмом дефицитных питательных веществ, то есть оптимизирует минеральное питание,— говорит Александр Куровский.— Это свойство в дальнейшем можно применить на практике.

Препаратов на основе гуматов создано немало, говорит Александр Куровский, но их специфика может быть разной. Удобрения на основе гуминовых веществ из низинного торфа помогают повысить продуктивность растений. Биологически активные вещества, которые содержатся в верховом торфе и в водах некоторых сибирских рек, способствуют формированию сильной и разветвленной корневой системы, тем самым увеличивая шансы молодых всходов на выживание. Для Сибири, зоны рискованного земледелия в силу суровых климатических условий, этот эффект часто крайне необходим. Повышение устойчивости растений, в том числе и за счет усиления корней,— один из приемов, снижающих риски потери урожая под действием экстремальных экологических факторов.

По материалам монографии «Гуминовые вещества в водах бассейна реки Улу-Юл. Эколого-физиологическое влияние на растения»; книга подготовлена к печати и будет выпущена осенью 2019 года.

зачем их вводить в свой рацион? — Sibmeda

В современных условиях особое внимание к себе привлекают адаптогены – вещества, которые помогают организму сопротивляться неблагоприятным факторам окружающей среды. Все знают о растительных адаптогенах, к которым относятся женьшень, элеутерококк, лимонник, а вот природные адаптогены, в число которых входят гуминовые кислоты, известны ещё не так широко.

Гуминовые вещества – это органические соединения, которые образуются в процессе разложения растительных и животных остатков на протяжении тысяч и даже миллионов лет. Эти вещества имеют очень богатый молекулярный состав, включая полифенольные, липидные, полисахаридные и другие фрагменты. Такая уникальная композиция обеспечивает их разнообразные положительные эффекты, которые известны современной науке.

1. Иммуностимулирующий эффект.

Очень важным свойством гуминовых веществ считается их способность повышать иммунитет. Они повышают активность лейкоцитов, стимулируют выработку лизоцима – антибактериального фермента, разрушающего стенки бактерий [1]. Причём, как отмечают исследователи, гуминовые вещества оказывают достаточно мягкое действие на иммунную систему, практически не обладают побочными действиями, так как по своей структуре близки к веществам, которые содержатся в организме человека.

2. Антиоксидантное действие.

Известны антиоксидантные свойства гуминовых веществ, то есть способность связывать свободные радикалы и предотвращать повреждение и дальнейшее разрушение мембран клеток. Таким образом, они защищают клетки от гибели, а повреждение клеток характерно для любого заболевания [2]. В результате процессы выздоровления проходят быстрее.

3. Защитный эффект.                                                           

Кроме этого, гуминовые вещества являются гепатопротекторами, то есть веществами, защищающими клетки печени от повреждений. Это свойство связано со способностью гуминовых веществ вызывать активацию собственных ферментов (например, цитохром p450), что улучшает переработку токсинов [3]. Также гуминовые вещества обладают способность защищать клетки почек от повреждений, что актуально при приеме антибиотиков.

4. Противовирусный и антибактериальный эффект.

Гуминовые кислоты проявляют противобактериальный и противовирусный эффекты. Они взаимодействуют с поверхностью вируса и препятствуют его проникновению внутрь клетки. Также отмечено усиление терапевтического эффекта антибиотиков, применяемых вместе с препаратами гуминовых веществ. Устойчивость бактерий к антибиотикам – одна из наиболее актуальных проблем современной медицины, и в настоящее время учёными активно исследуются возможности гуминовых веществ в решении этой задачи.


5. Питание мышечной ткани.

Способность гуминовых веществ вызывать рост новых сосудов, а, следовательно, улучшать питание мышечной ткани оказалось очень ценной для спортсменов. Мышечная ткань становится более устойчивой к недостатку кислорода – а значит, повышается выносливость организма. Причём, это важно для каждого человека, ведущего активный образ жизни.

6. Выведение тяжёлых металлов.

Это свойство связано со способностью молекул гуминового вещества образовывать прочные комплексные соединения с ионами тяжёлых металлов. Таким образом, оказывается детоксикационное воздействие на организм.

Наиболее доступный и безопасный источник гуминовых веществ – это специализированные продукты. 


Также подробнее о свойствах гуминовых кислот читайте в статье: «Как улучшить свою микробиоту и для чего это нужно?» 

Помощь в подготовке публикации оказали Цупко А. В. и Михалёв Д. А. – сотрудники кафедры химии Сибирского государственного медицинского университета.

1. Гуминовые препараты из высокозольных бурых углей Подмосковного бассейна / Д. С. Орлов [и др.] // Химико-фармацевтический журнал. – 1993.
2. Зыкова, М.В. Методология комплексного исследования высокомолекулярных соединений гуминовой природы: дисс. … д-ра фарм. наук / М.В. Зыкова. — Томск, 2018.
3. Бузлама А. В. Анализ фармакологических свойств, механизмов действия и перспектив применения гуминовых веществ в медицине / А. В. Бузлама, Ю. Н. Чернов // Экспериментальная и клиническая фармакология. – 2010.

Органическое вещество почв, гумус, гуминовые кислоты и гуматы.

Терминология. Содержание в природных объектах. Химическое строение гуминовых веществ.Схема трансформации гуминовых кислот в гуматы.

Почва включает органические и неорганические вещества. Наличие органического вещества в почве (ОВП) — основной признак, отличающий ее от материнской горной породы, а количество и природа ОВП в значительной степени определяет направление процессов почвообразования, генетические, биохимические, химические и физические свойства почв и их плодородие.

Органическое вещество почвы включает всю органическую массу, в том числе гумус и неразложившиеся остатки растений и животных организмов. Процесс разложения ОВП состоит из двух стадий: распада исходных органических остатков до промежуточных и конечных продуктов минерализации, и синтеза сложных молекул гуминовых кислот, аминокислот и полипептидов, называемого гумификацией. Доказано, что стадии гумификации (образованию гумуса) подвержено не более 30% от первоначальной массы органического вещества. Остальная его часть минерализуется полностью до конечных продуктов (СО 2 , воды и др.), а высвобождающиеся при этом азот, фосфор и сера потребляются растениями или (при их избытке) вымываются из почв.

Термин «гумус» как понятие конечного результата гумификации существует в науке более 200 лет. Однако, еще за 100 лет до нашей эры индейцы племени Анастази, жившие в Северной Америке на территории штатов Калифорния, Утан, Аризона и Нью Мехико широко использовали некий «черный материал» для земледелия на песчаных почвах и в производстве гончарных изделий. Не случайно именно на этой территории расположено крупнейшее в США месторождение леонардитов ( гуматсодержащих лигнитов) карьер Mesa Verde.

Гумус — это продукт трансформации остатков растительных и живых организмов, гораздо более устойчивый к дальнейшему разложению, чем исходная биомасса.

Почему неумолимый процесс разложения мертвого органического вещества в почве не доходит до конца (т.е. до углекислоты и воды), а останавливается на определенной стадии, где сравнительно простые продукты разложения — фенолы, углеводы и аминокислоты — начинают превращаться в гораздо более сложные соединения — гумус, сохраняющийся в почве на протяжении тысячелетий ? На этот вопрос пока не существует ответа. Но какими бы гипотезами не объяснялся этот таинственный феномен природы, для практики важен сам факт существования гумуса и его огромное влияние на процессы жизнеобеспечения растительного и живого мира.

Гумусовые (или гуминовые) вещества – это высокомолекулярные компоненты гумуса, которые обуславливают такие его характеристики, как коричнево-черный цвет, гидрофильность, молекулярную гибкость и свойства полиэлектолита. Многие из компонентов гумуса — гетерогенные, относительно большие устойчивые органические комплексы. Гумусовые вещества – это уникальные природные соединения. Они, по мнению одного из ведущих почвоведов России Дмитрия Орлова, не случайный продукт в цепи органических остатков, а необходимое связующее звено в эволюции живой и неживой материи, важнейший фактор устойчивости жизненных процессов. Это один из фундаментальных продуктов природы, который участвует в поддержании жизни на нашей планете.

Гумусовые вещества могут быть подразделены на три главные фракции: гумины (ГМ),гуминовые кислоты (ГК) ифульвокислоты (ФК). Это подразделение условно и основано на растворимости каждой фракции в воде, отрегулированной по различному уровню рН.

Схема образования гумусовых веществ из ОВП показана на рис. 1, а некоторые из главных особенностей гумусовых веществ представлены в табл. 1.

Рис. 1. Схема образования гумусовых веществ

Таблица 1. Общие свойства трех главных компонентов гумуса

( по R.T.Pettit)

Свойства

Гумины

Гуминовые кислоты

Фульвокислоты

Молекулярная масса

10 000 000

100 000 – 10 000

10 000 — 1 000

Обменная емкость,

Г-моль/кг

100

300 – 500

500 – 1000

Содержание углерода, г/ кг

620

620-560

560-430

Содержание кислорода, г/кг

290

340-360

440-510

Содержание азота, г/кг

55

46-43

7

Содержание водорода, г/кг

55-29

67-33

50

Удобрительные свойства (отклик растений)

Медленный

Быстрый

Быстрый

Гумины — это фракция гумуса, которая не растворима как в щелочной, так и в кислой средах. Химические и физические свойства гуминов недостаточно исследованы, но известно, что гумины всех фракций гуминовых веществ наиболее стойки к разложению благодаря высокой молекулярной массе (10000000 Д) и относительно низкому содержанию функциональных групп.

Что такое гумины и как они могут помочь сельскому хозяйству?

Как вы думаете, какая самая ценная составляющая почвы? Ну, конечно же, гумус! Он один из важнейших показателей плодородия. И чем больше гумуса, тем активнее рост культур и выше их урожайность.




В прошлом веке стояла задача резко повысить урожайность сельского хозяйства. И ставка была сделана на химию. Но всевозможные пестициды и синтетические удобрения оказались не такими уж и безвредными. Сегодня другие проблемы: ухудшение экологии и снижение естественного плодородия почв. Поэтому на смену «минеральному» земледелию приходит органическое. А вместе с ним полный или частичный отказ от легкорастворимых удобрений, пестицидов, синтетических регуляторов роста. Для получения экологически чистых продуктов нужны и экологически безопасные натуральные удобрения.

Те же гуминовые вещества — уникальные органические продукты растительного и животного происхождения, созданные самой природой. Основная их составляющая — гуминовые кислоты, выступающие связующим звеном между живой и неживой природой в экосистеме «вода — почва — растения — микробы — животные — человек».

— Гуминовые вещества впервые были открыты в 1786 году и уже более 200 лет изучаются и внедряются учеными разных стран, — рассказывает академик, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники, лауреат Государственной премии, главный научный сотрудник Института природопользования НАН Беларуси Иван Лиштван. — Гуминовые вещества и соли гуминовых кислот не синтезируются в живых растениях, но зато в значительных количествах образуются в процессе гумификации продуктов животного, растительного и микробного происхождения. Правда, уходит на это очень много времени. К примеру, чтобы в залежи торфа образовался 1 мм органического вещества, должно пройти не менее 1 — 2 лет.

— Где встречаются гуминовые вещества?

— Они есть почти повсюду в природе. В морских водах их 0,1 — 3 мг/л, речных — 20 мг/л, в болотах — до 200 мг/л. В почвах содержится всего 1 — 12% гуминовых веществ, и больше всего их в черноземах. Обычно гуминовые удобрения и препараты получают из природного сырья: торфа, бурого угля, сапропеля. Торф — золотой сырьевой запас Беларуси. Когда–то нашу страну называли торфяным Донбассом: 14% территории покрыто торфяными месторождениями. И сейчас стоит вопрос его глубокой переработки. А это не только сжигание в печах, но и внесение в качестве удобрения на поля и использование в целом ряде других отраслей экономики.

— Чем же так ценны гумины?

Во–первых, своей аккумулятивной функцией. Гуматы — это особое органическое вещество, в котором в сбалансированном виде содержатся азот, фосфор, калий, кальций, сера и др. Также есть углерод, кислород, микроэлементы. Не случайно темно–серые и черные по цвету почвы в народе всегда считали плодородными и называли (хотя и не всегда правильно) черноземами. Окраску им придают именно гуматы.

Гуминовые вещества вначале накапливают питательные вещества и энергию, а затем постепенно, по мере их потребления, отдают растениям, сохраняя тем самым необходимый запас питания в почве. Этим гумины существенно отличаются от многих минеральных и, как правило, легкорастворимых удобрений, которые быстро расходуются или вымываются из почвы, а то и вовсе остаются недоступными для культур. Больше всего растения нуждаются в азоте, необходимом для фотосинтеза, обмена веществ и образования новых клеток. Основные его запасы на Земле находятся в атмосфере, а в почве всего лишь 3 — 5%. И главный источник азота — именно гумус.

— Если я правильно поняла, то образование гумуса — заслуга именно гуминовых веществ?

— Да, именно так. Превращение органических остатков в гуматы — величайшее изобретение природы. Если бы не было такого механизма, то все бы развивалось по двум диаметрально противоположным направлениям. В первом случае все органические остатки разлагались бы до оксидов, и тогда бы вообще не было никакой основы для непрерывной жизни на Земле. При втором варианте вся органика сохранялась бы в полном объеме. Представляете, на что бы стала похожа наша планета? Природа же избрала иной путь: органические остатки частично минерализуются. При этом углекислый газ возвращается в атмосферу, а вода — растениям. Часть этих остатков трансформируется в гуматы, которые в свое время академик В.И.Вернадский называл биокосными телами, то есть телами, в образовании которых одновременно присутствует как живое начало — «био», так и неживое, минеральное — «косное». И это действительно так: гуминовые вещества находятся на грани живого и мертвого.


Почвенные горизонты

— Иван Иванович, сейчас культура земледелия шагнула далеко вперед. Но уровень плодородия, увы, становится все ниже и ниже. Можно ли его как–то восстановить?

— Чем богаче урожай, который мы с радостью собрали с наших грядок, тем беднее стала земля, на которой он вырос. Это закон равновесия. Внесением только лишь минеральных удобрений эту проблему не решить. Как показывает практика, систематическое применение исключительно минеральных удобрений не повышает, а снижает уровень плодородия почвы, ухудшает ее структуру, при этом урожаи, естественно, становятся хуже и хуже.

Сегодня почти в 60 районах Беларуси отрицательный баланс гумуса, то есть нет основы плодородия. Тоннажи урожая выгоняем за счет использования химии. Чтобы исправить ситуацию, нужно ежегодно вносить на 1 га почвы около 13 тонн органических удобрений, или 130 кг на 1 сотку. В том числе и из торфа. В ближайшие 3 — 4 года в Крупском районе Минской области будет построено современнейшее предприятие по комплексной переработке торфа.

— В каких областях сегодня применяют гуматы?

— Чаще всего в растениеводстве как стимуляторы роста и микроудобрения. В отличие от аналогичных синтетических регуляторов роста гуминовые препараты не только влияют на обмен веществ растений, но при систематическом использовании улучшают структуру почвы и активизируют деятельность почвенных микроорганизмов. Также гуминовые препараты повышают способность культур противостоять засухе, заморозкам, переувлажнению, переносить повышенные дозы солей азота в почве, угнетение пестицидами и т.д. Преимущества их еще и в том, что они улучшают усваивание питательных веществ, а значит, сокращают количество минеральных удобрений, необходимых для получения намеченного урожая. Повышая сопротивляемость растений, гуминовые препараты служат и эффективной защитой от многих болезней.

Как показали наблюдения, активнее всего растения реагируют на гуматы в начале своего развития. Плюс ко всему гуминовые препараты усиливают действие средств защиты, что позволяет снизить дозу, например, протравителей до 30%. Гуминовые кислоты, входящие в состав гуминовых препаратов, повышают всхожесть и энергию прорастания семян, мобилизуют иммунную систему растений, стимулируют развитие мощной корневой системы, ускоряют обменные процессы в растительной клетке, снижая содержание нитратов и увеличивая при этом количество пигментов, витаминов, сахаров и других ценных веществ. В итоге повышаются урожайность и качество продукции.



Поэтому создание и использование удобрений на основе гуминовых препаратов — более безопасная альтернатива химии.

Гуминовые вещества активно применяются для очистки и рекультивации загрязненных территорий. Связывая тяжелые металлы, нефтепродукты, радионуклиды и органические токсиканты, они тем самым препятствуют их попаданию в корневую систему растений.

— Какие из созданных белорусскими учеными гуминовых препаратов уже активно работают на полях?

— В Беларуси разработано и организовано производство более 15 новых материалов для охраны окружающей среды, а именно: сорбенты ионов тяжелых металлов; гуминовые мелиоранты почв, загрязненных радионуклидами; гуминовые мелиоранты песчаных почв и территорий, нарушенных хозяйственной деятельностью человека; мелиоранты засоленных пустынных почв с целью их зеленого обустройства и многое другое. В Государственный реестр средств защиты (пестицидов) и удобрений, разрешенных к применению на территории страны, внесены такие препараты, как «Биогумат», «Оксидат торфа», «Оксидат торфа с микроэлементами», «Оксигумат», «Гидрогумат». Также у нас выпускаются органоминеральные удобрения на основе торфа под названием КГУ (комплексное гуминовое удобрение) и комплексные гуминовые микроудобрения «Элегум».

Из новинок — «ЭридГроу». Более 10 лет он проходил тестирование как в Беларуси, так и в странах Ближнего Востока. И был признан отделением сельскохозяйственной и продовольственной организацией ООН по Ближнему Востоку и Северной Африке «Лучшим инновационным продуктом 2013 года» в мире. При минимальных затратах и простоте применения (трехкратное опрыскивание растений) достигается существенный экономический эффект. Так, в Беларуси на однолетних кормовых и зерновых культурах открытого грунта, а также огурцах и томатах, выращиваемых на минеральной вате в зимних теплицах, производственные затраты снизились на треть, а урожайность увеличилась на 10 — 30%.

— А что представляет собой «ЭридГроу»?

— Это не удобрение, а высококонцентрированные, комплексные (NPK + аминокислоты + микроэлементы), натуральные и экологически чистые мелиоранты–почво-

улучшители длительного действия (порошкообразный и жидкий), созданные на основе гуминовых веществ. Они выделены из торфа по стандартизированной технологии «ЭридГроу» со 100–процентным коэффициентом полезного действия: все содержащиеся в них макро– и микроэлементы находятся в легко усваиваемом растениями коллоидном состоянии.

— Могут ли они тяжелую почву сделать легкой?

— Могут. Но прежде чем применять гуматы, надо избавиться от сорняков. Затем равномерным слоем нанести порошкообразный восстановитель почвы «ЭридГроу» из расчета 1 кг на 1 кв. м, а после тщательно перемешать грунт с внесенным препаратом и полить жидким активизатором почвы «ЭридГроу» — 0,3 л препарата на 30 л воды и на 1 кв. м участка. Благодаря этому почва начнет самовосстанавливаться, что улучшит приживаемость и ускоренное развитие всех без исключения культур: плодово–ягодных, огородных, декоративных, цветочных.

Внесенный препарат действует очень долго, аккумулируя влагу и постепенно выделяя в почву гуминовые вещества, восстанавливающие природное плодородие естественным путем на молекулярном уровне. В жидких гуматах обрабатывают семена и клубни перед севом, замачивают черенки и деревья перед посадкой. Ими опрыскивают сеянцы, поливают рассаду.

— Иван Иванович, где еще могут или уже используются гуминовые вещества?

— Одно из перспективных направлений — создание на их основе экологически чистых натуральных кормовых добавок и ветеринарных препаратов для птиц, сельскохозяйственных животных, рыб, домашних питомцев. Активно используются торф и гуминовые вещества в медицине. Я сам регулярно принимаю ванны с гуматной вытяжкой торфа. И считаю, что этот концентрат лучше хвойного. Торфяные ванны принимали еще в древности. Вместе с учеными Одесского НИИ глазных болезней и тканевой терапии имени В.П.Филатова сотрудники нашего института получили гуминовый препарат особого свойства для глазной терапии. Применяются гумины и в лечении раковых образований. Совместно с белорусскими онкологами сотрудники института провели испытания ряда препаратов и получили очень хорошие результаты. Гуминовые вещества сдерживают развитие злокачественных опухолей, повышают устойчивость организма к различного рода воспалительным процессам.

Применяют их в бальнеологии в терапии кожных заболеваний в виде общих ванн и аппликаций препарата. Гуминовые кислоты обладают обезболивающим, обеззараживающим и противовоспалительным эффектом. Их активно используют при лечении гематом, воспалении вен и повреждении опорно–двигательного аппарата. На основе гуминовых веществ также выпускают шампуни, тушь для ресниц, губную помаду и целый ряд других продуктов глубокой переработки такого ценного природного ресурса Беларуси, как торф.

Советская Белоруссия № 90 (24972). Суббота, 14 мая 2016

Гуминовые вещества почвы способны бороться с вирусными инфекциями

Противовирусная терапия представляет собой актуальную проблему фармакологии. Вирусы мутируют так часто, что постоянно возникает острая необходимость в разработке новых лекарственных препаратов, а против некоторых вирусных инфекций лечение до сих пор не найдено. К ним относится клещевой энцефалит, который вызывают представители рода Flavivirus. Это заболевание особенно широко распространено в Европе и России, поэтому на поиск способов лечения энцефалита направлены многие исследования. В разработке лекарств активно используются натуральные вещества, существующие в природе, благодаря их выраженной физиологической активности и доступности. Считается, что они обладают структурами, которые специфично взаимодействуют с различными биомолекулами (белками, липидами и углеводами).

Гуминовые вещества (ГВ) — это сложные природные смеси, образующиеся при разложении биомассы, оседающей в почве. Основные компоненты ГВ — растительные биомолекулы, входящие в состав клеточной стенки. Есть множество исследований, доказывающих, что эти вещества обладают широким спектром биологической активности. Органические кислоты, входящие в состав ГВ, обладают антибактериальными, противовирусными и противовоспалительными свойствами. Тем не менее структура многих компонентов ГВ, способных взаимодействовать с молекулярными мишенями, до сих пор не известна, что делает их интересным объектом изучения.

Авторы статьи исследовали противовирусную активность восьми образцов ГВ, выделенных из торфа и угля, а также двух синтетических гуминоподобных материалов. Они определили молекулярные составы соответствующих образцов с помощью методов масс-спектрометрии. При анализе молекулы веществ ионизуются и разделяются по массам в электромагнитных полях. Зная массы компонентов исходного вещества, ученые моделировали их возможную молекулярную структуру. Противовирусную активность веществ, выделенных из почвы, определяли по их влиянию на скорость размножения вируса клещевого энцефалита (TBEV) и нескольких энтеровирусов (EV), размножающихся в пищеварительной системе и к которым относится, например, вирус полиомиелита. Выяснилось, что образцы естественного ГВ замедляли размножение TBEV уже в концентрации 1 мкг / мл, но не влияли на размножение EV. Такое специфическое взаимодействие с определенными группами вирусов — важный характеристический признак вещества.

«Сведения о химической структуре и биологической активности различных веществ получают ученые со всего мира. Для накопления этой информации были созданы специальные базы данных, и одной из крупнейших является база ChEMBL, которую мы и использовали. Основной результат этого этапа исследований — разработка хемоинформационного подхода для анализа биоактивных компонентов ГВ и изучения возможных структур, соответствующих молекулярным формулам. Метод значительно упростил сравнение результатов экспериментов с данными базы ChEMBL. В итоге нам удалось практически однозначно интерпретировать результаты масс-спектрометрии», — заключает руководитель проекта Евгений Николаев, доктор физико-математических наук, профессор Сколковского института науки и технологий и МФТИ, руководитель Центра масс-спектрометрии Российской академии наук.

Микрофотографии вируса клещевого энцефалита при разной кислотности. Источник: Stiasny et al. / PLoS Pathog, 2019


Гуминовые вещества и фульвовые кислоты, их роль в планетарном биоценозе

С момента открытия гуминовых веществ ученым Францем Карлом Ахардом прошло более 200 лет.

Фульвовые кислоты (далее ФК) – это биоактивные низкомолекулярные вещества, являющиеся конечным продуктом распада какой-либо живой материи на планете. ФК состоят из сложных молекулярных комплексов, образованных при помощи полезных микроорганизмов и высокопроизводительных биоактивных компонентов, содержащихся в растениях, которые соединяются и перераспределяются в ходе процесса гумификации (разложения). Более правильно называть ФК во множественном числе, т.к. фульвовая кислота– это вещество не  одинаковой структуры, в котором отображаются  информационная матрица растительной  и животной органики, а также микроорганизмов, участвующих в создании ФК в процессе гумификации.

Гуминовые вещества (в том числе ФК) являются третьими по значимости (после кислорода и воды) жизненно необходимыми для человеческого организма веществами. ФК включаются во все жизненные процессы растений и животных. При необходимости они могут действовать как поглотители свободных радикалов, поставлять жизненно необходимые электролиты и транспортировать питательные вещества. Они улучшают качество  воды, ускоряют энзимные реакции, увеличивают ассимиляцию, нормализуют  метаболизм, ощелачивают основные  исходные микроэлементы, делая их органическими, и демонстрируют удивительные возможности для  создания электрохимического равновесия (баланса) живого организма.

Гуминовые вещества стимулируют рост и развитие растений. Они расширяют системы циркуляции растений и обеспечивают оптимальные системы транспортировки  и  дыхания  растений. Они снижают стресс и преждевременный износ растений.  Они значительно ускоряют время прорастания семян и укрепляют корневую систему, повышают резистентность к засухе и заражению паразитами.

Гуминовые вещества с высоким молекулярным весом служат продовольственным ресурсом для микроорганизмов, которые, в свою очередь, преобразуют их в мельчайшие высокоэнергетические субстанции, именуемые ФК.  Гуминовые вещества высокомолекулярного веса, включающие гуминовые кислоты, изменяют физические характеристики почвы, в то время как гиматомелановые и фульвовые кислоты с более низким молекулярным весом участвуют в биохимических реакциях, которые влияют на метаболические процессы в растениях.И те и другие необходимы.

Все плодородные почвы содержат необходимые объемы гуминовых, гиматомелановых и фульвовых кислот, произведенных имеющимисяв почве  полезными микроорганизмами. Гуминовые, гиматомелановые и фульвовые кислоты помогают растениям в получении полноценного  питания. Это тем более важно в отношении к сельскохозяйственной продукции, выращиваемой для питания человека.

Необходимо отметить, что цели современного сельского хозяйства (за редким исключением) определяются целями  рынка. Качество продуктов приносится в жертву их количеству. Такая практика ведет к разрушению микробного состава в почве. А когда микробная жизнь разрушена, то и количество жизненно важных гуминовых и фульвовых кислот в почве становится недостаточным.

Когда полезные микроорганизмы в почвеисчерпаны, они больше не преобразуют неорганические минералы в органические, которые необходимы растениям. Чрезмерное использование нитратных удобрений препятствует  формированию нормальных белков растений и стимулирует образование избыточного количества аминокислот, которые привлекают насекомых, чья деятельность наносит ущерб растениям. Количество больных растений растет, что создает идеальную среду для размножения паразитов. Реакция фермеров для спасения урожая– применение большего количества пестицидов и фунгицидов. Это, в свою очередь,ведет к гибели еще большего числа жизнеспособных микроорганизмов, которые так важны для минерализации и питания растений.

Наши почвы болеют из-за чрезмерного применения пестицидов, химических удобрений, эрозии. Они испытывают  минеральное истощение, а в этих стерильных условиях  микробная деятельность невозможна.  Из-за  этого наши растения больны, содержат очень мало питательных веществ, особенно полезных микроэлементов. 

Для современного  поколения соответствующая ФК, которая должна была бы содержаться в растениях, которые мы едим, к сожалению, практически отсутствует, а ведь она так важна для метаболизма клеток.

Строительные блоки, присутствующие в метаболическом механизме людей, в большинстве случаев, точно такие же, что и строительные блоки,  содержащиеся в метаболическом механизме  организмов совершенно других типов, например растений.

Реминерализация почв без участия микробов мало что изменит. Реминерализация наших тел без участия ФК, которая должна содержаться в растениях, которые мы едим, окажется столь же бесполезной.

Люди заболевают дегенеративными и связанными с дефицитом полезных макро и микроэлементов болезнями. С  добавлением ФК  в наше питание, с изменением методов ведения сельского хозяйства,появится возможность исправить ситуацию.

Ссылки:

  1. Сенесм, Н. (1990) протоколыAnalyticaChimica, 232, 51-75. Амстердам, Нидерланды: Elsevier.
  2. Бэйкер, В. Э. (1973) GeochimicaetCosmochimicaАcta, 37, 269-281.
  3. Пракаш, A. (1971). Изобилие моря, 2, 351-368.
  4. Рашид, M.A. (1985). Геохимия морских гуминовых веществ. Нью-Йорк: Спрингер-Верлэг.
  5. Бафл, Дж. (1988). Реакции комплексообразования в водных системах: аналитический подход. Чичестер: Хорвуд.
  6. Кристмен, Р.Ф., и Джессинг, E. T. (1983). Водные и земные гуминовые вещества. TheButterworthGrove, Кент, Англия: 
  7. Калифорнийская ассоциация удобрений. (1985). Западное руководство удобрений. Данвилл, Иллинойс: 
  8. ГринлендД. Дж.. (1965). Почвы и удобрения. 35 (5), 415-532.
  9. Уилкинс,  Д.М. (1984). Усовершенствованная физиология растений. Маршфилд, Массачусетс:.
  10. Кононова, M. M. (1966). Органическое вещество почвы. Эльмсфорд, Нью-Йорк: Пергамон.
  11. Солк, П.Л., и Паркер, Л. В (1986). Новая сельскохозяйственная биотехнология: возможное применение в засушливых и полузасушливых зонах. Американская ассоциация содействия развитию науки LaRioja, Аргентина.
  12. Джексон, Уильям Р. (1993). Гуминовый, Фульвовый и микробный баланс:  создание условий органической почвы. Эвергрин, Колорадо: Научно-исследовательский центр Джексона.
  13. Малкольм, Р.Д., и Вон, Д. (1979). Сравнительные эффекты  от внесения органического вещества в почвы и действие фосфатазы на корни пшеницы. Растение и Почва, 51, 117-126. Также: Maтo, Член конгресса, Гонсалес-Алонсо, L. M. &Мендес, Дж. (1972). Подавление ферментногоиндалилуксусногоокисление  посредством ФК. Биология почвы и Биохимия, 4, 475-478.
  14. Симонсон, Р. В. (1959). Схема обобщенной теории происхождения почвы. Научное Общество почвы, Американские Слушания, 23, 152-156.
  15. Пономарева, В. В., и Раджим-Задеe, A. Я. (1969). Сравнительное исследование фульвовых и гуминовых кислот как агентов минерального силикатного разложение. Почвоведение, 1, 157-165. (Почвоведение (1969), 3, 26-36).
  16. Уильямс, доктор Роджер Дж. (1977). Замечательный мир внутри  Вас. Bio-CommunicationsPress. Уичито, Канзас.
  17. Chaboussou, F. (1980). LesPlantesMaladesdesPesticides  (Растения больны от пестицидов — Новое основание для профилактики болезней и вредителей). Париж.
  18. Сенеси, Н. (1990). Молекулярные и количественные аспекты химии ФК и ее взаимодействий с металлическими ионами и органическими химикатами: Бари Италия. ActaAnalyticaChimica, 232, 51-75. Амстердам, Нидерланды: Elsevier.

Гуминовые вещества — обзор

4 Гуминовые вещества

Гуминовые вещества образуются в результате разложения растительного материала, могут иметь наземное или морское происхождение (например, фитопланктон) и представляют собой большой резервуар органических C и N в водных системах (Бронк, 2002). Гуминовые кислоты также вносят большой вклад в сигнал флуоресценции земного хромофорного (окрашенного) РОВ (CDOM; Stedmon et al., 2003) и могут переносить металлы и питательные вещества к побережью, где они выбрасываются (см. Раздел V.С.4).

Более поздние исследования показали, что РОВ, включая гуминовые, напрямую доступны некоторым бактериям (Coates et al., 2002; Cottrell and Kirchman, 2000; Rosenstock et al., 2005) и фитопланктону (Heil, 2005; See et al. ., 2006). Также было показано, что они вызывают изменения в составе микробного сообщества эукариот и прокариот (Alonso-Sáez et al., 2009; Fagerberg et al., 2010; Sipler et al., Неопубликованные данные). Эти наблюдения позволяют предположить, что гуминовые вещества играют сложную биогеохимически активную роль в прибрежных экосистемах (Bronk et al., 2007; См. И Бронк, 2005; Steinberg et al., 2004).

Эксперименты, дополненные природными гуминовыми веществами, выделенными из речной воды, показали, что рост фитопланктона и образование биомассы стимулировались (Carlsson et al., 1993). В литературе предполагается, что азот, связанный с гуминовыми веществами, может быть удален с помощью одного из трех механизмов — за счет микробной активности (Müller-Wegener, 1988), путем удаления ферментами клеточной поверхности фитопланктона (Palenik and Morel, 1990a, 1990b; см. Раздел V). .C.1), или путем фотодеградации до низкомолекулярных соединений под воздействием УФ-излучения (Geller, 1986; Kieber et al., 1990; Mopper et al., 1991).

Гуминовые вещества считаются потенциальным источником C и N для токсичной динофлагелляты Alexandrium catenella (Doblin et al., 2000), а рост другого токсичного динофлагеллята Alexandrium tamarense возрастает при воздействии гуминовых кислот. вещества (Gagnon et al., 2005). Поглощение гуминового азота биомассой фитопланктона также измерялось непосредственно с использованием 15 N-меченных гуминовых веществ, произведенных в лаборатории (See and Bronk, 2005).В этом эксперименте неаксенические культуры 17 недавно выделенных эстуарных и прибрежных штаммов фитопланктона потребляли 15 N-меченного гуминового N (см. И др., 2006), однако повышенные темпы поглощения гуминового N не поддерживались в течение длительные периоды времени, предполагающие, что конечный пул лабильного азота был связан с этими соединениями (см. и др., 2006). Две из исследованных культур также были доступны в аксенической форме. Поглощение 15 N-меченного гуминового N не было обнаружено в аксенических культурах, что позволяет предположить, что, по крайней мере, с этими двумя культурами, бактериальная реминерализация была необходима, чтобы сделать гуминовый-N биодоступным.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Биологическая активность гуминовых веществ на границе раздела растение-почва

Сигнальное поведение растений. 2010 июн; 5 (6): 635–643.

От экологических аспектов до молекулярных факторов

, 1 , 2 , 1 и 1

Сара Тревизан

1 Департамент сельскохозяйственной биотехнологии; Падуанский университет; Агриполис, Леньяро (Падуя) Италия

Орнелла Франчиозо

2 Департамент агроэкологической науки и технологий; Болонский университет Viale Fanin; Болонья, Италия

Сильвия Кваджотти

1 Департамент сельскохозяйственной биотехнологии; Падуанский университет; Агриполис, Леньяро (Падуя) Италия

Серенелла Нарди

1 Департамент сельскохозяйственной биотехнологии; Падуанский университет; Агриполис, Леньяро (Падуя) Италия

1 Департамент сельскохозяйственной биотехнологии; Падуанский университет; Агриполис, Леньяро (Падуя) Италия

2 Департамент агроэкологической науки и технологий; Болонский университет Viale Fanin; Болонья, Италия

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 14 января 2010 г .; Принято 14 января 2010 г.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Реферат

Гуминовые вещества (ГВ) представляют собой органическое вещество, широко распространенное в природе. HS положительно влияет на физиологию растений, улучшая структуру и плодородие почвы, а также влияя на поглощение питательных веществ и структуру корней. Биохимические и молекулярные механизмы, лежащие в основе этих событий, известны лишь частично. Было показано, что HS содержит ауксин, и была предложена «ауксиноподобная» активность гуминовых веществ, но поддержка этой гипотезы носит фрагментарный характер.В этой обзорной статье мы даем обзор имеющихся данных о молекулярных структурах и биологической активности гуминовых веществ с особым акцентом на их гормоноподобной активности.

Ключевые слова: ауксин, гуминовые вещества, корень, почва, устойчивое сельское хозяйство

Введение

Гуминовые вещества (HS) являются крупнейшим компонентом органического вещества почвы (∼60%) и считаются ключевым компонентом наземная экосистема, ответственная за многие сложные химические реакции в почве. 1 Они не могут быть легко разложены из-за их тесного взаимодействия с минеральными фазами почвы и слишком сложны в химическом отношении для использования микроорганизмами. Что касается почвы, одной из наиболее ярких характеристик ГВ является их способность взаимодействовать с ионами металлов, оксидами, гидроксидами, минеральными и органическими соединениями, 2 включая токсичные загрязнители, 3 5 к образуют водорастворимые и водонерастворимые комплексы. Образуя эти комплексы, они могут растворять, мобилизовать и переносить металлы и органические вещества в почвах и водах или накапливаться в почвенных горизонтах.Накопление таких комплексов может способствовать снижению токсичности, например, алюминия (Al), 6 , 7 или удаления Cr (VI) из водных растворов. 8 Недавно Ван и Маллиган (2009) использовали ГВ для восстановления мышьяка и тяжелых металлов, указав, что ГВ является возможным средством для уменьшения и предотвращения дальнейшего загрязнения. Кроме того, HS может взаимодействовать с ксенобиотическими органическими молекулами, такими как пестициды 2 , 9 11 и влиять на доступность питательных веществ (N, S, P), особенно тех питательных веществ, которые присутствуют в очень низкой концентрации. 12 Кроме того, они способны оказывать различное морфологическое, физиологическое и биохимическое воздействие на высшие растения. 13 15

Многочисленные исследования показали, что HS усиливает рост корней, листьев и побегов, но также стимулирует прорастание различных видов сельскохозяйственных культур. 16 Эти положительные эффекты объясняются взаимодействием между HS и физиологическими и метаболическими процессами. 15 , 17 Добавление HS стимулирует усвоение питательных веществ, 16 , 20 проницаемость клеток 21 и, по-видимому, регулирует механизмы, участвующие в стимуляции роста растений. 22 26

Нелегко различить прямое и косвенное воздействие этих веществ. Фактически, некоторые из их положительных эффектов можно отнести к общему улучшению плодородия почвы, что приводит к повышению доступности питательных веществ для растений. В то время как в других случаях HS, по-видимому, положительно влияет на метаболические и сигнальные пути, участвующие в развитии растений, воздействуя непосредственно на определенные физиологические мишени. 27 , 28 По этой причине понимание биологической активности HS и молекулярных механизмов, посредством которых они реализуют свои функции, становится важной экологической задачей и действенным инструментом в решении экологических проблем.

Этот обзор направлен на прояснение основных сигнальных событий, управляющих физиологическим воздействием ГВ на метаболизм растений, чтобы пролить больше света на природу, свойства, динамику и функции ГВ как части почвенных и сельскохозяйственных экосистем.

Молекулярная структура гуминовых веществ

В центре внимания этой темы — проверка существования взаимосвязи между структурой и биологическими свойствами ГВ. 29 Структура HS пока не обсуждается.Основным препятствием является отсутствие повторяющихся последовательностей и разнообразие химических и биологических реакций, вовлеченных в их генезис, 30 , которые делают HS очень сложными и многогранными молекулами, способными выполнять важные сигнальные и питательные функции в системе почва-растение. Более обсуждаемые точки зрения касаются полимерной природы и супрамолекулярной ассоциации HS. Различные авторы считали ГВ полимерным материалом с высокой молекулярной массой (100–300 кДа), 1 , 29 , 31 , 32 , полученным при разложении лигнина 33 и из абиотических катализаторов, таких как первичные минералы и слоистые силикаты. 34

Альварес-Пуэбла и др. 35 предложил макромолекулярную модель HS, в которой простые (хотя и гетерогенные) мономерные звенья постепенно превращаются в высокомолекулярные полимеры за счет процессов случайной конденсации и окисления (). 35 В этой модели продемонстрирована линейная или разветвленная полимерная цепь, предполагающая несколько конформационных складок, которые дадут большую устойчивость к микробной деградации и удлинят их круговорот в почве. 36

Две перспективы (поверхности Ван-дер-Ваальса) двух агрегированных мономеров HS.(A) Круги указывают поры и их размер. (B) Результаты, полученные для двух полимеров из 23 единиц при одинаковых условиях. 35

Супрамолекулярная ассоциация гетерогенных молекул, удерживаемых вместе гидрофобными взаимодействиями (ван-дер-ваальсовыми, π-π, ион-дипольными) и водородными связями, была предложена Пикколо, 37 , 38 Simpson et al. . 39 и Шауманн. 40 Все эти силы стабилизируют структуру молекулярных агрегатов.Более того, стабильность агрегатов HS в растворе, по-видимому, носит динамический характер и зависит от ионной силы раствора и pH. 41 , 42 При щелочном pH ГВ находятся в дисперсной форме, поскольку внутримолекулярные водородные связи полностью разрушены. 43 Подкисление HS растворами слабых кислот (например, уксусной кислоты) приводит к значительному уменьшению размеров молекул или дезагрегации для разрушения слабых нековалентных взаимодействий, таких как ван-дер-Ваальсовы, π-π и CH-π. 43 , 44 При самых низких значениях pH (<3) HS распадается на более мелкие агрегаты. Это явление в основном связано с протонированием карбоксилатных групп, которые способствуют увеличению количества внутри- и межмолекулярных водородных связей внутри гуминовых макромолекул. 38 , 45

С химической точки зрения HS представляют собой молекулярные агрегаты, состоящие из сахара, жирных кислот, полипептидов, алифатических цепей и ароматических колец. 39 HS подразделяются на гуминовые, гуминовые и фульвокислоты в зависимости от разной растворимости при кислотном и щелочном pH. 1 Эта классификация была основана только на поверхностных критериях, и никаких указаний на химическое поведение или структуру не было выведено. 1

Биологическая активность

Различные авторы предположили, что HS может адсорбироваться корнями растений, даже если высокомолекулярные (ВМ) и низкомолекулярные (НМ) фракции ведут себя по-разному. 15 , 18 , 21 , 46 , 71 На сегодняшний день еще не полностью выяснены механизмы, посредством которых HS взаимодействует с корневыми клетками и может впоследствии влияют на физиологию и рост растений. Среди модификаций, вызванных HS на обработанных растениях, изменения в размере и развитии были первыми, которые подлежали аналитическому изучению. В определенных условиях HS может стимулировать рост растений с точки зрения увеличения длины растений и сухой или сырой массы. 47 , 48 Эти эффекты, по-видимому, зависят от концентрации 49 и источника вещества, 50 от вида растений 47 , 48 и возраста, а также от возраста культуральные условия испытания. В последнее время многие исследования подтвердили гипотезу о прямом влиянии HS на физиологию растений, в частности, в отношении образования корневых волосков 51 и развития боковых корней (). 23 , 24 , 52

(A) Проростки кукурузы, выращенные в течение 72 часов только в питательном растворе (контроль) или с добавлением гуминовых кислот (ГК) в дозе 50 мг CL -1 в присутствии возрастающих концентраций лимонной кислоты (0,0.0005, 0,005 и 0,05 мМ). Пруток = 4 мм. (B) Три проростка кукурузы, выращенные в течение 168 часов только в питательном растворе (контроль), и три, выращенные с добавлением HA в концентрации 50 мг C L -1 (0). Стрелками показаны дополнительные области первичных корней с боковыми корнями. Пруток = 20 мм. 24

Влияние HS на метаболические процессы растений подробно изучено. 15 , 44 Например, многие отчеты показали, что HS влияет на дыхание, 53 синтез белка 54 и активность ферментов у высших растений. 53 , 55 57 Что касается процесса фотосинтеза, то имеется несколько отчетов, посвященных содержанию хлорофилла и переносу электронов. 58 61

В свете важности минерального питания для общей продуктивности растений, влияние HS на поглощение ионов является одной из тем, которым ученые уделяют больше внимания. Они кажутся вариабельными и селективными в зависимости от типа и концентрации HS, видов растений, а также состава и pH среды. 14 , 15 , 25 , 62 65 Сообщалось о положительном влиянии HS на усвоение питательных веществ для основных неорганических элементов, таких как азот, фосфор, калий 66 и сера 48 , но разные фракции HS, по-видимому, по-разному влияют на их поглощение. 67 , 68 Недавнее исследование, посвященное поглощению и ассимиляции железа у растений огурца, обработанных очищенной гуминовой кислотой леонардита (PHA), показало индукцию экспрессии CsFRO1 и CsIRT1 , кодирующих Fe ( III) хелатредуктаза и корневой переносчик Fe (II) соответственно. 69 Эти результаты убедительно подтверждают гипотезу о том, что положительные эффекты HS на развитие растений могут, по крайней мере частично, зависеть от их способности улучшать доступность Fe для усвоения растениями в условиях дефицита железа. 65 Пинтон и др. Номер 70 свидетельствует о способности определенной фракции HS (фракция, экстрагированная водой WEHS) стимулировать некоторые из типичных реакций растений на дефицит Fe, такие как индукция активности хелатредуктазы Fe (III). Это действие WEHS также было связано со значительным увеличением закисления ризосферы.

Кроме того, в результате воздействия на окружающую среду, которое азотные удобрения оказали на себя в течение последнего столетия, было проведено несколько исследований, чтобы выяснить, как присутствие HS может влиять на поглощение и ассимиляцию нитратов растениями. 14 , 25 , 27 , 63 , 70 72 Полученные результаты продемонстрировали сильное положительное влияние фракций LMW на поглощение и ассимиляцию нитратов, тогда как фракции HMW лишь слабо индуцировали те же пути, 15 в соответствии с предыдущими данными. 71

Совсем недавно три независимых исследования были нацелены на лучшее прояснение механизмов, посредством которых HS стимулирует поглощение нитратов кукурузой, 23 , 27 , 70 продемонстрировали, что прирост притока нитратов измеряется. реакция на HS зависит, по крайней мере, частично от транскрипционной активации гена, кодирующего основную H + -АТФазу кукурузы ( Mha2 ), что, вероятно, приводит к образованию более благоприятного электрохимического градиента.Фактически, приток нитратов через плазмалемму клеток корня связан с благоприятным электрохимическим градиентом H + , создаваемым плазматической мембраной H + -АТФаз. 73 76

В недавнем исследовании использовался широкий транскриптомный подход для изучения биологических процессов, участвующих в ответе Arabidopsis thaliana на HS. 77 Это исследование представляет собой первый отчет о глобальных молекулярных механизмах, управляющих взаимодействием HS-растение.Из наших предварительных данных можно предположить, что HS влияют на развитие растений, вмешиваясь в транскрипцию генов, участвующих в формировании и организации меристемы, клеточном цикле, организации микротрубочек и цитокинезе. Более того, было показано, что большое количество выделенных транскриптов принадлежит к нескольким классам факторов транскрипции и ДНК-связывающих белков, что подтверждает. Даже если точные механизмы, посредством которых HS оказывают свое влияние на физиологию растений, все еще частично неясны, многие свидетельства предполагают, что они могут включать, по крайней мере, частично гормоноподобную активность.

Гормоноподобная активность

Предполагаемая гормоноподобная активность HS не удивительна, поскольку известно, что почвы различаются по природному содержанию ауксина 78 , а плодородные почвы содержат большее количество ауксина, чем менее плодородные. 79 , 80 Уровни ауксина и гиббереллина в ризосфере обычно выше, чем в основной массе почвы, вероятно, вследствие увеличения микробных популяций или ускоренного метаболизма из-за присутствия корневых экссудатов.Хотя сообщалось, что многочисленные почвенные и ризосферные микроорганизмы, а также корневые системы высших растений продуцируют ауксин 81 и гиббереллины 82 , имеется мало информации об их стабильности, и были сделаны лишь косвенные выводы об их присутствии в количество достаточно велико, чтобы быть биологически активным. 83

В начале 20 -го века Боттомли 84 выдвинул гипотезу о том, что стимулирующая рост активность HS может быть связана с гормоноподобной активностью.Этот аргумент был затем глубоко опровергнут рядом исследований и позже определенно подтвержден результатами, демонстрирующими иммунологическую или спектрометрическую идентификацию индолуксусной кислоты (ИУК) внутри нескольких HS. 17 , 23 , 27 , 85 Кроме того, гипотеза об ауксиноподобной активности HS также подтверждалась сообщениями, показывающими положительное влияние таких веществ на конкретные мишени ауксина. действие. Mha2 , основная изоформа H + -АТФазы кукурузы, которая преимущественно экспрессируется в замыкающих клетках, флоэме и эпидермальных клетках корня и которая, по-видимому, сильно стимулируется на уровне транскрипции в ответ на ауксин, 86 свидетельствует о значительном повышение уровня его мРНК в корнях проростков кукурузы, обработанных в течение 48 часов HS с низким молекулярным размером дождевых червей. 27 Кроме того, Russel и соавторы, 87 , изучая эффекты двух фракций HS с различной молекулярной массой на горох, показали ауксиноподобный эффект обеих фракций на открытие устьиц под влиянием фосфолипазы A2, которая считается участвует в передаче сигналов ауксина. 88 , 89

В предыдущих экспериментах Muscolo et al. 90 , 91 показали морфогенетический эффект HS на эксплантатах листьев Nicotiana plumbaginifolia , вероятно, вызванный модификацией активности пероксидазы и эстеразы.Эти эффекты, характерные для гуминовой фракции с низкой относительной молекулярной массой (<3500 Да), были аналогичны эффектам, производимым ИУК. В последующем исследовании гомогенных культур клеток моркови ( Daucus carota ) сравнивалось влияние гуминовой фракции с низкой относительной молекулярной массой на различные ауксины. 17 Эта гуминовая фракция вызвала усиление роста клеток моркови, подобное тому, которое вызывается 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислотой (2,4-D), и способствовала морфологическим изменениям, подобным тем, которые вызываются ИУК.Кроме того, Muscolo et al. 17 продемонстрировали, что фракции IAA и LMW, более богатые карбоксильными группами, таким же образом связываются с мембранами клеток моркови. Зандонади и др. 52 сравнительно оценить влияние индол-3-уксусной кислоты и гуминовых кислот (ГК), выделенных из различных почвенных веществ, на развитие корней кукурузы и на активность насосов плазмалеммы и тонопласта H + . Они наблюдали, что ГК, а также низкие концентрации ИУК (10 −10 и 10 −15 M) стимулировали рост корней, вызывая пролиферацию боковых корней () наряду с дифференциальной активацией не только плазматической мембраны, но и вакуолярной H + -АТФазы и H + -пирофосфатазы.

(A – C) Влияние HA и IAA на развитие корней кукурузы оценивается по индукции митотических участков (MS) появления боковых корней (LRE) и плотности боковых корней (LRE на миллиметр длины первичного корня — LRE / мм). (A) Репрезентативные изображения митотических сайтов (стрелка) контрольного корня, столбик 0,8 мм; гипериндукция митотических сайтов в корне, обработанном HAU (20 мг C l -1 ), или в корне, обработанном IAA (10 -10 M), столбцы 1,2 мм. (B) Типичные корни, обработанные IAA (0, 10 -5 , 10 -10 M) или HAU (20 мг C l -1 ), стержень 10 мм.(C) Количественная оценка ранних митотических сайтов (светлые столбцы), появления боковых корней (пунктирные столбцы) и плотности боковых корней (серые столбцы). Данные представляют собой средние значения из четырех независимых экспериментов с десятью растениями, проанализированными на обработку (§SD, n = 40). 52

Другая теория об ауксиноподобной активности HS была выдвинута Schmidt et al. 92 (2007). Для дальнейшего изучения возможного гормоноподобного эффекта водорастворимых гуминовых молекул (WEHS) они выращивали растения Arabidopsis в стерильной среде, содержащей WEHS в концентрациях от 1 до 20 мг C орг.Было обнаружено, что применение WEHS значительно увеличивает количество и длину корневых волосков. Дальнейшие эксперименты показали, что фенотипы мутантов, связанных с ауксином Arabidopsis, все из которых демонстрируют пониженное количество корневых волосков, не были спасены применением WEHS. Кроме того, мутанты, дефектные в инициации корневых волосков, такие как rhd6 , которые, как известно, развивают нормальные волосы в присутствии этилена или ауксина, не подвергались воздействию WEHS в широком диапазоне применяемых концентраций. Авторы пришли к выводу, что HS не может заменить эти гормоны, способствуя росту корневых волосков, и предположили, что HS может изменять развитие корней без значительного воздействия на гомеостаз ауксинов растений.Это предположение также подтверждается отсутствием чувствительности ауксин-чувствительного гена Gh4 . Транскрипты генов семейства Gh4 накапливаются после воздействия ауксина, вероятно, для ослабления передачи сигналов ауксина путем инактивации IAA посредством конъюгации с аминокислотами. 93 Применение высокой концентрации HS (более 5 мг CL -1 ) в течение двух часов показало лишь небольшое увеличение количества транскриптов в корнях и не вызвало значительного изменения накопления мРНК в листьях, что дополнительно подтверждает гипотезу о том, что изменения морфологии корня не опосредуются сигнальным путем ауксина.

Важно отметить, что эта теория не дополняется подробной характеристикой анализируемых ГС. Из-за различных свойств и сложного химического состава HS эффективная и полная характеристика, как с химической, так и со спектроскопической точек зрения, является важным требованием для сопоставления данных, полученных в результате различных исследований. В этом случае процедура экстракции и отсутствие характеристики анализируемых гуминовых веществ делают результаты не полностью пригодными для дальнейшего сравнения с любой другой информацией, имеющейся в литературе.Более того, авторы высказали теорию о том, что WEHS не проявляют свои эффекты ауксиноподобным образом, без исследования внутреннего содержания индол-3-уксусной кислоты. В соответствии со всеми этими недостатками в описании заключение авторов могло быть скорее умозрительным, чем теоретическим, и для его рассмотрения потребовалось бы более подробное исследование.

Напротив, недавно Dobbss и соавторы, 26 , используя Arabidopsis и проростки томатов, продемонстрировали, что различные охарактеризованные гуминовые кислоты нуждаются в активном пути трансдукции ауксина.Увеличение количества боковых корней у проростков арабидопсиса и томатов дикого типа, обработанных различными HS, привело авторов к гипотезе о присутствии ауксиноподобных соединений в этих органических веществах. Тем не менее те же вещества не индуцировали образование боковых корней у мутанта томата ( dgt ), характеризующегося дефектным геном ауксинового ответа (). Они пришли к выводу, что, вероятно, HS может действовать как «буфер», поглощая или высвобождая сигнальные молекулы, в соответствии с модификациями в ризосфере, такими как закисление, вызванное активностью плазматической мембраны H + -ATPase 23 , 52 или экссудация органических кислот, 24 , 94 , таким образом, выступая в качестве регулятора гормонального баланса в отношении прорастания боковых корней.

Влияние гуминовых кислот (HA; 40 мг CL -1 ), выделенных из Xanthic Hapludox (P1), Sombrihumox (P4) и Rhodic Hapludox (P7), на индукцию боковых корней в микротомах (MT; контроль) и dgt (мутант, нечувствительный к ауксину). Растения культивировали in vitro в течение 30 дней в среде Мурашиге-Скуга. У растений dgt не наблюдается роста боковых корней, что позволяет предположить, что различные HA нуждаются в активном пути передачи сигналов ауксина. 26

Совсем недавно ауксиновая активность HS в инициации боковых корней была глубоко изучена на модельном растении Arabidopsis thaliana , 28 с использованием комбинации генетических и молекулярных подходов ( и ).Широко используемый ауксиновый репортер DR5 :: GUS 95 был использован для визуализации ауксиновых ответов в корнях 96 , 97 и для характеристики распределения стадий LRP как у дикого типа (Col-0), так и у aux1 мутантный фон. Кроме того, оценивалась транскрипция известных ранних генов, чувствительных к ауксину IAA5 и IAA19 , 98 101 при параллельном лечении HS и сопоставимыми концентрациями IAA.

Визуализация активности Gus в корне трансгенных растений DR5 :: GUS, обработанных различными ингибиторами ауксина. Растения выращивали в течение 4 дней в чашках со средой MS, а затем переносили на 24 часа в: воде, CTR (A), 50 мкМ NOA (B), 50 мкМ TIBA (C), 50 мкМ PCIB (D), 1 мгC L -1 HS (E), 50 мкМ NOA + 1 мгC L -1 HS (F), 50 мкМ TIBA + 1 мгC L -1 HS (G), 50 мкМ PCIB + 1 мгC L -1 HS (H), 34 нМ IAA (I), 50 мкМ NOA + IAA 34 нМ (J), 50 мкМ TIBA + IAA 34 нМ (K), 50 мкМ PCIB + 34 нМ IAA (L).Гистохимическое окрашивание GUS проводили, как описано Джефферсоном (1987). Боковые зачатки корней представлены на разных стадиях развития: I (B, G, H, K и L), II (A, F и J) и III (E и I). Масштабная линейка 50 мкм. 28

Изменения плотности LRP мм −1 у четырехдневных проростков DR5 :: GUS Arabidopsis после 24 часов обработки IAA (34 нМ) или HS (1 мгC L −1 ) и в ответ на различные ингибиторы ауксина. 28

Авторы пришли к выводу, что HS оказывают свое действие на развитие боковых корней в основном за счет своей ауксиновой активности, и четко продемонстрировали присутствие небольшого количества ИУК в анализируемой фракции, соответствующей концентрации 34 нМ.В то же время присутствие дополнительных факторов, независимых от ауксина, было очевидным на основании экспрессии IAA5 и IAA19 , что позволяет предположить, что необходимы более систематические подходы для раскрытия молекулярного механизма действия HS. Эти аспекты в настоящее время исследуются в нашей лаборатории.

Из-за их сложной и изменчивой природы дискуссия об ауксиноподобной активности HS все еще остается открытой. Однако наблюдаемые гормональные эффекты не всегда коррелировали с количеством ИУК, обнаруживаемым в гуминовых кислотах.По этой причине нельзя исключать присутствие различных соединений семейства ауксинов или молекул, которые могут имитировать действие или стимулировать эндогенный метаболизм ауксина в растениях. Функциональная геномика, транскриптомика или протеомика могут представлять собой хорошую стратегию, проливающую свет на биологическую активность HS.

Выводы и перспективы

HS, как основной компонент органического вещества почвы, широко изучается в различных областях сельского хозяйства, таких как химия почвы, плодородие и физиология растений.HS играет важную роль в контроле поведения и мобильности загрязнителей в окружающей среде и вносит существенный вклад в улучшение глобального состояния плодородия почв. Эти особенности вместе с основным спросом на безопасные продукты питания и устойчивое сельское хозяйство способствовали повышению экологической значимости ГВ, которые недавно были признаны возможным инструментом решения экологических проблем.

Было продемонстрировано, что многие из их положительных воздействий на почву и рост растений зависят от их химического состава, но прогрессу в исследованиях HS значительно препятствует отсутствие характеристик используемых гуминовых фракций.

Ауксиновая активность HS, продемонстрированная в недавних исследованиях, вероятно, является основным биологическим фактором, ответственным за положительное влияние HS на физиологию растений. Стимулирующий эффект на развитие боковых корней арабидопсиса, наблюдаемый в ответ на HS, был обнаружен в основном на первых стадиях, когда клетки начинают делиться, что позволяет предположить, что ответ HS может включать такие механизмы, как стимуляция деления и дифференцировки клеток, что, как известно, находиться под контролем ауксина.Более того, физиологические и молекулярные данные предполагают, что брассиностероиды являются предполагаемым дополнительным фактором, посредством которого HS может оказывать свое влияние на развитие растений. Это открытие было дополнительно подтверждено недавними транскриптомными результатами. Было продемонстрировано, что большое количество генов, выделенных с помощью подхода кДНК-AFLP, регулируется ауксином и связано с процессом развития, таким как дифференциация и организация меристем, эмбриогенез, цитокинез и организация микротрубочек (Trevisian, личное сообщение).

В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что HS нуждаются в пути трансдукции ауксина для установления их действия на физиологию растений, но также свидетельствуют о существовании различных сигнальных каскадов, участвующих в общем физиологическом ответе растений на эти вещества (). Это можно считать отправной точкой в ​​выяснении механизмов, которые происходят в растении на молекулярном уровне в ответ на HS. Необходимы дальнейшие исследования для оценки молекулярных мишеней и сигнальных путей, участвующих в перекрестном взаимодействии HS и растительных клеток.Эти особенности вместе с основным спросом на безопасные продукты питания и устойчивое сельское хозяйство способствовали повышению экологической значимости ГС.

Схематическое изображение воздействия гуминовых веществ на биологию растений.

Заводы по производству удобрений теперь перенаправляют свое производство на биостимуляторы на основе гуминовых веществ и других органических соединений, а недавно в Италии биостимуляторы были включены в Законодательный декрет n. 217/2006 («Новое положение о удобрениях» MiPAF).

Это важный результат, который поддерживает фундаментальный проект по переработке частично гумифицированных органических отходов, полученных из растений, древесины, продуктов питания и других видов человеческой деятельности, в качестве полезных почвенных добавок. По этой причине понимание биологической активности HS и молекулярных механизмов, посредством которых они реализуют свои функции, становится важной экологической задачей и действенным инструментом в решении экологических проблем.

Ссылки

1. Stevenson FJ. Органические формы почвенного азота.В: Wiley John., Редактор. Гуминовая химия: генезис, состав, реакция. Нью-Йорк: 1994. С. 59–95. [Google Scholar] 2. Альберс CN, Banta GT, Hansen PE, Jacobsen OS. Влияние различных гуминовых веществ на судьбу диурона и его основного метаболита 3,4-дихлоранилина в почве. Environ Sci Technol. 2008; 1: 8687–8691. [PubMed] [Google Scholar] 3. Каттани И., Чжан Х., Беоне Г.М., Дель Ре А.А., Боччелли Р., Тревизан М. Роль природных очищенных гуминовых кислот в изменении доступности ртути в воде и почве.J Environ Qual. 2009; 6: 493–501. [PubMed] [Google Scholar] 4. Луо В., Гу Б. Растворение и мобилизация урана в восстановленных отложениях природными гуминовыми веществами в анаэробных условиях. Environ Sci Technol. 2009. 43: 152–156. [PubMed] [Google Scholar] 5. Ван С., Маллиган С.Н. Повышенная мобилизация мышьяка и тяжелых металлов из хвостов рудников с помощью гуминовой кислоты. Chemosphere. 2009. 74: 274–279. [PubMed] [Google Scholar] 6. Тан К. Х., Бингер А. Влияние гуминовой кислоты на токсичность алюминия в растениях кукурузы. Почвоведение.1986; 14: 20–25. [Google Scholar] 7. Элкинс К.М., Нельсон Д. Спектроскопические подходы к изучению взаимодействия алюминия с гуминовыми веществами. Coord Chem Rev.2002; 228: 205–225. [Google Scholar] 8. Янош П., Хула В., Браднова П., Пиларова В., Седльбауэр Дж. Восстановление и иммобилизация шестивалентного хрома с помощью сорбента на основе угля и гумата. Chemosphere. 2009; 75: 732–738. [PubMed] [Google Scholar] 9. Vermeer AWP. Взаимодействие между гуминовой кислотой и гематитом и их влияние на состав ионов металлов.Нидерланды: Университет Вагенингена; 1996. (кандидатская диссертация) [Google Scholar] 10. Martin-Neto L, Traghetta DG, Vaz CM, Crestana S, Sposito G. О механизмах взаимодействия атразина и гидроксиатразина с гуминовыми веществами. J Environ Qual. 2001. 30: 520–525. [PubMed] [Google Scholar] 11. Целано Г., Смейкалова Д., Спаччини Р., Пикколо А. Взаимодействие трех s-триазинов с гуминовыми кислотами разной структуры. J. Agric Food Chem. 2008. 27: 7360–7366. [PubMed] [Google Scholar] 12. Арслан Г., Пехливан Э. Поглощение Cr 3+ из водного раствора гуминовыми кислотами на основе лигнита.Биоресур Технол. 2008. 99: 7597–7605. [PubMed] [Google Scholar] 13. Воан Д., Малкольм RE. Влияние гуминовых веществ на рост и физиологические процессы. В: Vaughan D, Malcolm RE, editors. Органическое вещество почвы и биологическая активность. Дордрехт: Мартинус Нийхофф / Junk W, Нидерланды; 1985. С. 37–76. [Google Scholar] 14. Чен Ю., Авиад Т. Влияние гуминовых веществ на рост растений. В: MacCarthy P, Malcolm RL, Clapp CE, Bloom PR, редакторы. Гуминовые вещества в почвоведении и растениеводстве: избранные материалы.Мэдисон: Американское общество агрономии и почвоведов Америки; 1990. С. 161–187. [Google Scholar] 15. Нарди С., Пиццегелло Д., Мусколо А., Вианелло А. Физиологические эффекты гуминовых веществ на высшие растения. Почва Биол Биохим. 2002; 34: 1527–1536. [Google Scholar] 16. Piccolo A, Celano G, Pietramellara G. Влияние фракций гуминовых веществ, полученных из угля, на прорастание семян и рост сеянцев ( Lactuga sativa и Lycopersicum esculentum ) Biol Fertil Soil. 1993; 16: 11–15.[Google Scholar] 17. Muscolo A, Bovalo F, Gionfriddo F, Nardi S. Гуминовые вещества земляных червей оказывают ауксиноподобное действие на рост клеток Daucus carota и метаболизм нитратов. Почва Биол Биохим. 1999; 3: 1303–1311. [Google Scholar] 18. Muscolo A, Sidari M, Francioso O, Tugnoli V, Nardi S. Ауксиноподобная активность гуминовых веществ связана с мембранными взаимодействиями в культурах клеток моркови. J Chem Ecol. 2007. 33: 115–129. [PubMed] [Google Scholar] 19. Linehan DJ. Поглощение гуминовой кислоты и железа растениями.Растение и почва. 1978; 50: 663–670. [Google Scholar] 20. Dell’Agnola G, Nardi S. Гормоноподобный эффект и повышенное поглощение нитратов, вызванное деполиконденсированными гуминовыми фракциями, полученными из фекалий Allobophora rosea и A. caliginosa . Биол плодородные почвы. 1987. 4: 115–118. [Google Scholar] 21. Vaughan D, Ord BG. Поглощение и застройка 14 С-меченного органического вещества почвы корнями Pisum sativum L . J Exp Bot. 1981; 32: 679–687. [Google Scholar] 22. Ли Ю.С., Бартлетт Р.Дж.Стимуляция роста растений гуминовыми веществами. Soil Sci Soc Am J. 1976; 40: 876–879. [Google Scholar] 23. Canellas LP, Olivares FL, Okorokova-Façanha AL, Façanha AR. Гуминовые кислоты, выделенные из компоста дождевых червей, усиливают удлинение корней, прорастание боковых корней и активность плазматической мембраны H + -АТФазы в корнях кукурузы. Plant Physiol. 2002; 130: 1951–1957. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 24. Canellas LP, Teixeira Junior LRL, Dobbss LB, Silva CA, Medici LO, Zandonadi DB, Façanha AR.Перекрестные взаимодействия гуминовых кислот с корневой и органической кислотами. Ann Appl Biol. 2008. 153: 157–166. [Google Scholar] 25. Клапп CE, Чен Y, Hayes MHB, Cheng HH. Активность гуминовых веществ, способствующая росту растений. В: Swift RS, Sparks KM, ред. Понимание и управление органическими веществами в почвах, отложениях и водах. Сент-Пол: Международное общество гуминовых наук; 2001. С. 243–255. [Google Scholar] 26. Доббсс Л. Б., Медичи Л. О., Перес Л. Э., Пино-Нунес Л. Е., Румджанек В. М., Факана А. Р., Канеллас Л. П.. Изменениям в корневом развитии Arabidopsis способствует органическое вещество оксисолей.Ann Appl Biol. 2007. 151: 199–211. [Google Scholar] 27. Quaggiotti S, Ruperti B, Pizzeghello D, Francioso O, Tugnoli V, Nardi S. Влияние низкомолекулярных гуминовых веществ на экспрессию генов, участвующих в транспорте и восстановлении нитратов в кукурузе ( Zea mays L. ) J Exp Bot. 2004. 55: 803–813. [PubMed] [Google Scholar] 28. Trevisan S, Pizzeghello D, Ruperti B, Francioso O, Sassi A, Palme K и др. Гуминовые вещества вызывают образование боковых корней и экспрессию раннего ауксин-чувствительного гена IAA19 и синтетического элемента DR5 у Arabidopsis.Plant Biol. 2009 DOI: 10.1111 / j.1438-8677.2009.00248.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 29. Шультен Х. Р., Шнитцер М. Структуры химических моделей почвенного органического вещества и почв. Почвоведение. 1997. 162: 115–130. [Google Scholar] 30. Цихманн В. Гуминовые вещества. Мангейм: Wissenschaftsverlag; 1994. [Google Scholar] 31. Кононова М.М. Органическое вещество почвы. Его природа, его роль в почвообразовании и плодородии почв. Оксфорд: Пергамон; 1966. с. 544. [Google Scholar] 32. Schulten HR, Leinweber P. Новое понимание органических минеральных частиц: состав, свойства и модели молекулярной структуры.Биол плодородные почвы. 2000. 30: 399–432. [Google Scholar] 33. Flaig W, Beutelsacher H, Rietz E. Химический состав и физические свойства гуминовых веществ. В: Gieseking JE, редактор. Компоненты почвы: Органические компоненты. Vol. 1. Нью-Йорк: Спрингер-Верлаг; 1975. С. 1-211. [Google Scholar] 34. Боллаг Дж. М., Майерс К., Пал С., Хуанг П. М.. Роль абиотических и биотических катализаторов в превращении фенольных соединений. В: Huang PM, Berthelin J, Bollag JM, McGill WB, Page AL, редакторы. Воздействие на окружающую среду взаимодействия компонентов почвы.Челси: издатель Льюиса; 1995. С. 297–308. [Google Scholar] 35. Альварес-Пуэбла РА, Гуле ПДЖГ, Гарридо Дж. Дж. Характеристика пористой структуры различных гуминовых кислот. Colloids Surf A: Physicochem Eng Asp. 2005. 256: 129–135. [Google Scholar] 36. Insam H, Rangger A, Henrich M, Hitzl W. Влияние выпаса на микробную биомассу почвы и сообщество на альпийских пастбищах. Фитон. 1996; 36: 205–216. [Google Scholar] 37. Пикколо А. Супрамолекулярная структура гуминовых веществ. Почвоведение. 2001; 166: 810–833.[Google Scholar] 38. Пикколо А. Супрамолекулярная структура гуминовых веществ. Новое понимание химии гумуса и его значение для почвоведения. Успехи в агрономии. 2002. 75: 57–134. [Google Scholar] 39. Симпсон А.Дж., Кингери В.Л., Хейс М.Х., Спраул М., Хампфер Э., Дворцак П. и др. Молекулярные структуры и ассоциации гуминовых веществ в земной среде. Naturwissenschaften. 2002; 89: 84–88. [PubMed] [Google Scholar] 40. Schaumann GE. Органическое вещество почвы вне молекулярной структуры 1.Макромолекулярные и надмолекулярные характеристики. J Plant Nutr Soil Sci. 2006. 169: 145–156. [Google Scholar] 41. Баалуша М., Мотелика-Хейно М., Ле Кустумер П. Конформация и размер гуминовых веществ: влияние концентрации и типа основных катионов, pH, солености и времени пребывания. Коллоиды Surf A Physicochem Eng Asp. 2006; 272: 48–55. [Google Scholar] 42. Куцерик Дж., Смейкалова Д., Чехловска Х., Пекар М. Новое понимание агрегации и конформационного поведения гуминовых веществ: применение ультразвуковой спектроскопии высокого разрешения.Org Geochem. 2007; 38: 2098–2110. [Google Scholar] 43. Смейкалова Д., Пикколо А. Агрегация и дезагрегация гуминовых супрамолекулярных ансамблей методом ЯМР-диффузионной упорядоченной спектроскопии (DOSY-ЯМР) Environ Sci Technol. 2008; 42: 699–706. [PubMed] [Google Scholar] 44. Нарди С., Кончери Г., Дель Аньола Г. Биологическая активность гумуса. В: Piccolo A, редактор. Гуминовые вещества в наземных экосистемах. Нидерланды: Эльзевир; 1996. С. 361–406. [Google Scholar] 45. Corrado G, Sanchez-Cortes S, Francioso O, Garcia-Ramos JV.Совместный анализ поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния и флуоресценции гуминовых почв. Анальный Чим Акта. 2008; 616: 69–77. [PubMed] [Google Scholar] 46. Vaughan D, Chesire MV, Mundie CM. Поглощение тканями свеклы и биологическая активность 14 С-меченных фракций органического вещества почвы. Biochem Soc Trans. 1974; 2: 126–129. [Google Scholar] 47. Blanchet RM. Прямое и косвенное влияние гумифицированного органического вещества на питание сосудистых растений. Annales agronomiques. 1958; 9: 499–532. [Google Scholar] 48.Гумински С. Современные взгляды на физиологические эффекты, вызываемые гуминовыми соединениями в растительном организме. Сов. Почв. 1968: 1250–1256. [Google Scholar] 49. Эльгала А.М., Метвалли А.Дж., Халил Р.А. Влияние гуминовой кислоты и Na 2 EDDHA на поглощение Cu, Fe и Zn ячменем в песчаной культуре. Почва растений. 1978; 49: 41–48. [Google Scholar] 50. Эрнандо V, Ортега BC, Фортун С. Исследования органических веществ почвы Том 2, Отчет совещания МАГАТЭ в Вене. Оксфорд: Pergamon Press; 1977 г. Изучение действия двух типов гуминовой кислоты на кукурузу.[Google Scholar] 51. Шмидт В., Ческо С., Санти С., Пинтон Р., Варанини З. Экстрагируемые водой гуминовые вещества как сигналы усвоения питательных веществ для развития корневых волосков у Arabidopsis. В: Hartmann A, Schmid M, Wenzel W, Hinnsinger P, редакторы. Ризосфера 2004 — Перспективы и вызовы. Нойхерберг: GSF-Berich; 2005. с. 71. [Google Scholar] 52. Zandonadi DB, Canellas LP, Façanha AR. Индолуксусная и гуминовая кислоты индуцируют развитие боковых корней за счет согласованной активации насосов плазмалеммы и тонопласта H + .Planta. 2007; 225: 1583–1595. [PubMed] [Google Scholar] 53. Нарди С., Мусколо А., Ваккаро С., Байано С., Спаччини Р., Пикколо А. Взаимосвязь между молекулярными характеристиками гуминовых фракций почвы и гликолитическим путем и циклом Кребса в проростках кукурузы. Почва Биол Биохим. 2007. 39: 3138–3146. [Google Scholar] 54. Карлетти П., Маси А., Сполаоре Б., Полверино Де Лаурето П., Де Зорзи М. и др. Изменение экспрессии белков в корнях кукурузы в ответ на гуминовые вещества. J Chem Ecol. 2008. 34: 804–818. [PubMed] [Google Scholar] 55.Сладкий З. Влияние извлеченных гумусовых веществ на рост растений томата. Биол Завод. 1959; 1: 142–150. [Google Scholar] 56. Воан Д. Стимуляция развития инвертазы в асептических срезах хранящейся ткани гуминовыми кислотами. Почвенная биол и биохим. 1967; 1: 15–28. [Google Scholar] 57. Нарди С., Пиццегелло Д., Ремьеро Ф., Расчио Н. Химические и биохимические свойства гуминовых веществ, выделенных из лесных почв и растений. Soil Sci Soc Am J. 2000; 64: 639–645. [Google Scholar] 58. Томас С.М., Торн Г.Н., Пирман И.Влияние азота на рост, урожайность и фотодыхательную активность яровой пшеницы. Энн Бот. 1978; 42: 827–837. [Google Scholar] 59. Oettmeier W, Masson K, Donner A. Антрахиноновые ингибиторы электронного транспорта фотосистемы II. FEBS Letts. 1988. 231: 259–262. [Google Scholar] 60. Езерский А., Чеховский Х., Ежикевич М., Дрозд Дж. Исследования методом ЭПР структуры гуминовых кислот из компоста, почвы, торфа и мягкого бурого угля при окислении и поглощении металлов. Appl Magn Reson. 2000. 18: 127–136. [Google Scholar] 61.Pflugmacher S, Pietsch C, Rieger W, Steinberg CEW. Растворенное природное органическое вещество (NOM) влияет на фотосинтетическое производство кислорода и транспорт электронов в кулике Ceratophyllum demersum . Sci Total Environ. 2006; 357: 169–175. [PubMed] [Google Scholar] 62. Варанини З., Пинтон Р. Гуминовые вещества и питание растений. В: Lüttge, редактор. Прогресс в ботанике. Берлин: Springer; 1995. С. 97–117. [Google Scholar] 63. Варанини З., Пинтон Р. Прямое и косвенное влияние гуминовых веществ почвы на рост и питание растений.В: Pinton R, Varanini Z, Nannipieri P, редакторы. Ризосфера. Базель: Марсель Деккер; 2001. С. 141–158. [Google Scholar] 64. Tan KH. Гуминовое вещество в почве и окружающей среде. Нью-Йорк: Марсель Деккер; 2003. [Google Scholar] 65. Чен Ю., Де Нобили М., Авиад Т. Стимулирующее действие гуминовых веществ на рост растений. В: Магдофф Ф. Р., Вейл Р. Р., редакторы. Органическое вещество почвы в устойчивом сельском хозяйстве. Бока-Ратон: CRC Press; 2004. С. 103–129. [Google Scholar] 66. Милонас В.А., Маккантс CB. Влияние гуминовых и фульвокислот на рост табака 2.Рост табака и поглощение ионов. J Plant Nutr. 1980; 2: 377–393. [Google Scholar] 67. Vaughan D, Linehan DJ. Рост растений пшеницы в растворах гуминовой кислоты в аксенических условиях. Почва растений. 1976; 44: 445–449. [Google Scholar] 68. Марино Г., Франциозо О., Карлетти П., Нарди С., Гесса С. Содержание минералов и дыхание корней выращенных in vitro проростков киви, обработанных двумя гуминовыми фракциями. J Plant Nutr. 2008. 31: 1074–1090. [Google Scholar] 69. Елена А., Леменагер Д., Бакайкоа Е., Фуэнтес М., Байгорри Р., Замарреньо AMA, Гарсиа-Мина JMA.Корневое внесение очищенной гуминовой кислоты леонардита изменяет регуляцию транскрипции основных физиологических реакций корней на дефицит Fe в Fe-достаточных растениях огурца. Plant Physiol Biochem. 2008. 47: 215–223. [PubMed] [Google Scholar] 70. Pinton R, Cesco S, Iacoletti G, Astolfi S, Varanini Z. Модуляция поглощения NO 3 экстрагируемыми водой гуминовыми веществами: участие плазматической мембраны корня H + АТФаза. Почва растений. 1999; 215: 155–161. [Google Scholar] 71.Vaughan D. Effetto delle sostanze umiche sui Metabolici delle Piante. В: Burns RG, Dell’Agnola G, Miele S, Nardi S, Savoini G, Schnitzer M и др., Редакторы. Sostanze Umiche effetti sul terreno e sulle piante. Рома: Ramo Editoriale degli Agricoltori; 1986. С. 59–81. (Ита). [Google Scholar] 72. Сесси Э., Нарди С., Гесса С. Влияние низкомолекулярных и высокомолекулярных гуминовых веществ из двух разных почв на путь ассимиляции азота в проростках кукурузы. Гуминовые вещества в окружающей среде.2000; 2: 39–46. (ISSN: 1506-7696) [Google Scholar] 73. Тибо Ж. Б., Гриньон С. Механизм поглощения нитратов корнями кукурузы. Plant Sci Let. 1981; 22: 279–289. [Google Scholar] 74. Руис-Кристин Дж, Брискин Д.П. Характеристика симпорта H + / NO 3 , связанного с пузырьками плазматической мембраны корней кукурузы, с использованием 36 ClO 3- в качестве аналога радиоиндикатора. Arch Biochem Biophys. 1991; 285: 74–82. [PubMed] [Google Scholar] 75. Мехарг А.А., Блатт МР. NO 3 транспорт через плазматическую мембрану корневых волосков Arabidopsis thaliana : кинетический контроль с помощью pH и мембранного напряжения.J Membr Biol. 1995. 145: 49–66. [PubMed] [Google Scholar] 76. Миллер AJ, Смит SJ. Транспорт и компартментация нитратов в клетках корней злаков. J Exp Bot. 1996; 300: 843–854. [Google Scholar] 77. Тревизан С. Геномный подход к изучению биологической активности гуминовых веществ. Падуя: Падуанский университет; 2009. (кандидатская диссертация) [Google Scholar] 78. Hamence JH. Определение ауксинов в почвах, включая примечание о синтетических растительных веществах. Аналитик. 1946. 71: 111–116. [PubMed] [Google Scholar] 79.Стюарт WS, Андерсон MS. Ауксины в некоторых американских почвах. Бот Газ. 1942; 103: 570–575. [Google Scholar] 80. Дам Х., Ситек Дж. М., Стшельчик Э. Синтез ауксинов бактериями, выделенными из корней сеянцев сосны, инокулированных ржавой лесной почвой. Pol J Soil Sci. 1977; 10: 131–137. [Google Scholar] 81. Лебун М., Хартманн А. Метод определения индол-3-уксусной кислоты и родственных соединений катаболизма L-триптофана в почвах. J Chromatogr. 1993; 629: 255–266. [Google Scholar] 82. Радемахер В. Встречаемость гиббереллинов у разных видов грибов родов Sphaceloma и Elsinoe.Фитохимия. 1992; 31: 4155–4157. [Google Scholar] 83. Ранкенбергер В.Т., Аршад М. Фитормоны в почвах. Нью-Йорк: Марсель Деккер Инк; 1995. [Google Scholar] 84. Боттомли В.Б. Некоторые эффекты органических веществ, способствующих росту (ауксимонов), на рост Lemma minor в минеральных растворах. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 1917; 89: 481–505. [Google Scholar] 85. Muscolo A, Cutrupi S, Nardi S. Обнаружение ИУК в гуминовых веществах. Почва Биол Биохим. 1998. 30: 1199–1201. [Google Scholar] 86.Frias I, Caldeira MT, Perez-Castineira JR, Navarro-Avino JP, Culianez-Macia FA, Kuppinger O, et al. Основная изоформа плазматической мембраны кукурузы H + -АТФаза: характеристика и индукция ауксином в колеоптилях. Растительная клетка. 1996; 8: 1533–1544. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 87. Рассел Л., Стокс А.Р., Макдональд Х., Мусколо А., Нарди С. Стоматологические реакции на гуминовые вещества и ауксин чувствительны к ингибиторам фосфолипазы А2. Почва растений. 2006. 283: 175–185. [Google Scholar] 88.Макдональд Х. Восприятие ауксина и передача сигнала. Physiol plantarum. 1997. 100: 423–430. [Google Scholar] 89. Scherer GFE. Вторичные мессенджеры и фосфолипаза А2 в ауксиновой трансдукции. Завод Мол Биол. 2002. 49: 357–372. [PubMed] [Google Scholar] 90. Muscolo A, Felici M, Concheri G, Nardi S. Влияние гуминовых веществ на пероксидазу и эстеразу во время роста листовых эксплантатов Nicotiana plumbaginifolia . Биол плодородные почвы. 1993. 15: 127–131. [Google Scholar] 91. Muscolo A, Panuccio MR, Abenavoli MR, Concheri G, Nardi S.Влияние молекулярной сложности и кислотности гуминовых фракций фекалий дождевых червей на глутаматдегидрогеназу, глутаминсинтетазу и фосфоенолпируваткарбоксилазу в клетках Daucus carota II. Биол плодородные почвы. 1996; 22: 83–88. [Google Scholar] 92. Шмидт В., Санти С., Пинтон Р., Варанини З. Экстрагируемые водой гуминовые вещества изменяют развитие корней и структуру клеток эпидермиса у Arabidopsis. Почва растений. 2007. 300: 259–267. [Google Scholar] 93. Hagen G, Kleinschmidt A, Guilfoyle T. Регулируемая ауксином экспрессия гена в интактном гипокотиле сои и вырезанных срезах гипокотиля.Planta. 1984. 162: 147–153. [PubMed] [Google Scholar] 94. Façanha AR, Façanha ALO, Olivares FL, Guridi F, Santos GA, Velloso ACX и др. Bioatividade de àcidos hùmicos: efeito sobre o desenvolvimento redicular e sobre a bomba de pròtons dambrana Plasmàtica. Бюстгальтеры Pesqui Agropecu. 2002; 37: 1301–1310. (Fre). [Google Scholar] 95. Ульмасов Т., Мерфетт Дж., Хаген Дж., Гилфойл Т.Дж. Белки Aux / IAA подавляют экспрессию репортерных генов, содержащих природные и высокоактивные синтетические элементы ответа на ауксин. Растительная клетка.1997; 9: 1963–1971. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 96. Sabatini S, Beis D, Wolkenfelt H, Murfett J, Guilfoyle T, Malamy J и др. Ауксин-зависимый дистальный организатор структуры и полярности в корне Arabidopsis. Клетка. 1999; 99: 463–472. [PubMed] [Google Scholar] 97. Бенкова Е., Мичневич М., Зауэр М., Тейхманн Т., Сейфертова Д., Юргенс Г., Фримл Дж. Локальные, зависимые от оттока градиенты ауксина как общий модуль формирования органов растений. Клетка. 2003; 115: 591–602. [PubMed] [Google Scholar] 98. Года Х., Шимада Й., Аасми Т, Фудзиока С., Йошида С.Микроматричный анализ генов, регулируемых брассиностероидом, у Arabidopsis. Plant Physiol. 2002; 130: 1319–1334. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 99. Накамура А., Хигучи К., Года Х., Фудзивара М. Т., Сава С., Кошиба Т. и др. Брассинолид индуцирует IAA5, IAA19 и DR5, синтетический элемент ответа на ауксин у Arabidopsis, что подразумевает точку перекрестного обмена сигналами брассиностероида и ауксина. Plant Physiol. 2003; 133: 1843–1853. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 100. Ооно Й., Оура К., Рахман А., Аспурия Е. Т., Хаяши К., Танака А., Учимия Х.п-Хлорфеноксиизомасляная кислота ухудшает ауксиновый ответ в корне арабидопсиса. Plant Physiol. 2003; 111: 1135–1147. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 101. Yamazoe A, Hayashi K, Kepinski S, Leyser O, Nozaki H. Характеристика терфестатина A, нового специфического ингибитора передачи сигналов ауксина. Plant Physiol. 2005; 139: 779–789. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Гуминовая кислота и ее преимущества для почвы

Майкл Мартин Мелендрес

Гуминовая кислота — это группа молекул, которые связываются с корнями растений и помогают им получать воду и питательные вещества.Высокий уровень гуминовой кислоты может значительно повысить урожайность. Дефицит гуминовой кислоты может помешать фермерам и садоводам выращивать урожай с оптимальным питанием. Однако общепринятое мнение сегодня игнорирует гуминовые кислоты, считая, что невозможно выращивать и поддерживать городской ландшафт, такой как парк, поле для гольфа или лужайка, без удобрений NPK с высоким анализом.

В этой статье подробно рассказывается о гумусе. Мы можем скорректировать биологию и химию нашей почвы и добиться более высоких урожаев, если будем понимать ее характеристики.

Гумус и органические вещества

Мы должны начать с понимания того, что есть разница между органическим веществом почвы и гумусом. «Гумус» — это общий термин, который описывает группу отдельных, но различных гуминовых веществ. «Органическое вещество почвы» — это материал, который разлагается в земле с различной скоростью.

Некоторые из наиболее распространенных веществ, которые мы вместе называем «гумусом», включают:

  • Фульвокислота: гуминовое вещество от желтого до желто-коричневого цвета, растворимое в воде при всех условиях pH и имеющее низкую молекулярную массу.
  • Гуминовая кислота: гуминовое вещество темно-коричневого цвета, растворимое в воде только при более высоких значениях pH почвы и имеющее большую молекулярную массу, чем фульвокислота. Гуминовая кислота может веками оставаться в ненарушенной почве.
  • Гумин: черное гуминовое вещество, которое не растворяется в воде при любом pH, имеет высокую молекулярную массу и никогда не встречается в жидких продуктах с гуминовой кислотой, экстрагированных основанием.
Добавление небольшого количества гумуса на акр почвы может дать положительные результаты.

Внесение органических веществ, безусловно, является отличным способом реминерализации почвы, которая была выщелочена или не подвергалась химическим реакциям, например, с некоторыми песками.Песок с низкой катионообменной способностью (CEC) с трудом удерживает катионы питательных веществ, и эти катионы могут легко проникать глубоко в почву и становиться недоступными для поглощения растениями.

Песчаные почвы также не могут удерживать воду при преобладании засушливых условий и недостатке гумуса. Пески пребывают в состоянии «пир или голод», поскольку вода и питательные вещества доступны только в течение короткого времени после их внесения. Биомолекулы гумуса могут помочь удерживать воду и ионизированные питательные вещества, которые образуются в результате естественного круговорота органической биомассы, компоста или других источников удобрений.

Фактор электроотрицательности гуминовых кислот играет ключевую роль в создании и поддержании здоровой и устойчивой почвы. Источником этих гуминовых кислот в устойчивой сельскохозяйственной программе, сертифицированной органической ферме или городском ландшафте может быть разлагающееся органическое вещество, такое как компост. По сути, это удобрение в органической форме. Поэтому важно знать источник ингредиентов и анализ содержания питательных веществ в вашем компосте.

Гумус — мощное вещество, и небольшое его количество может дать огромный измеримый результат.Мы видели, что всего лишь 40 фунтов на акре сельскохозяйственных угодий резко увеличивают урожайность сельскохозяйственных культур.

Физика гуминовой кислоты

Гуминовые кислоты чрезвычайно важны как среда для транспортировки питательных веществ из почвы к растениям, поскольку они могут удерживать ионизированные питательные вещества, предотвращая их вымывание. Гуминовые кислоты также притягиваются к зоне истощения корня растения. Когда они достигают корней, они приносят с собой воду и питательные вещества, в которых нуждается растение.

высокая трава и почва

Зона истощения — это область вблизи корня растения, из которой корень извлекает (истощает) питательные вещества. Эта зона может стать особенно истощенной при недостатке гуминовой кислоты или микоризного гриба. У микоризных растений зона истощения имеет меньшее значение. Микоризы имеют микротрубочки гиф, которые могут уходить в почву намного глубже, чем может достигнуть растение-хозяин. Они могут собирать минеральное питание на благо растения-хозяина за пределами зоны истощения.Гумус еще более важен для доступности и усвоения растениями питательных веществ, если в почве отсутствуют здоровые микоризные связи.

Положительные ионы легче усваиваются корнем растения, поскольку корень имеет отрицательный заряд. Другими словами, положительное (катион) притягивается к отрицательному (живому корню). Гуминовые кислоты удерживают катионы (положительные ионы) таким образом, чтобы они легче усваивались корнем растения, улучшая перенос питательных микроэлементов в систему кровообращения растения. Это работает, потому что гуминовые кислоты (ульминовая, гуминовая и фульвовая) захватывают положительные ионы и затем притягиваются к зоне истощения корней и микротрубкам гиф микоризы.

Поскольку отрицательный заряд корня больше отрицательного заряда биомолекул гуминовой кислоты, ученые предполагают, что питательные микроэлементы усваиваются корнем растения и поглощаются системой кровообращения растения. Некоторые из микронутриентов высвобождаются из молекулы гуминовой кислоты, когда они попадают в корневую мембрану, но теперь мы понимаем, что растение также будет поглощать некоторые гуминовые кислоты с более легким молекулярным весом. По сути, гуминовые вещества хелатируют такие катионы, как магний (Mg2 +), кальций (Ca2 +) и железо (Fe2 +).Посредством хелатирования гуминовые вещества увеличивают доступность этих катионов для растений.

Как повысить уровень гуминовой кислоты

Компост и другие источники разлагающегося органического вещества не являются эффективным способом повышения уровня гумуса в почве. Компост быстро разлагается и оставляет позади себя минералы, выделяя углерод в атмосферу в виде CO2. С другой стороны, гуминовые вещества — это стабильные, долговечные биомолекулы. Компоненты гумуса имеют среднее время пребывания (на основе радиоуглеродного датирования с использованием экстрактов из неповрежденных почв) от 1140 до 1235 лет, в зависимости от молекулярной массы гуминовой кислоты.

Если вы действительно хотите исправить или восстановить почву, увеличить ее CEC, улучшить ее рыхлость и пористость, улучшить доступность воды для сохранения и, следовательно, сделать почву более здоровой земной биосферой для всех растений, корней и микроорганизмов, вы должны полагаться на гумус. . Гумус является продуктом химии почвы и зависит от источника его химических веществ-предшественников: аминокислот.

Аминокислоты — строительные блоки белка. Лучший источник аминокислот в натуральном экотоне — это микориза вида Glomus.Они ассоциируются с любой травой на естественном, нетронутом участке. Высокотравные прерии Среднего Запада служат примером этого процесса почвообразования лучше, чем любой экотон на Земле, потому что травы используют связь Glomus-mycorrhizal. Вот почему в высокотравных прериях было так много богатого гумусом верхнего слоя почвы. Glomus производит почвенный белок под названием гломалин, вещество, богатое аминокислотами. В сочетании с гумусом они создают огромный фактор связывания углерода и накопления углерода.

Ученые могут измерить процент калорий в компосте, которые поступают из белков (аминокислот), углеводов и жиров.Это позволяет им измерить недостаток гумусообразующего потенциала компоста. Даже в компосте высшего качества процент калорий, поступающих из аминокислот (белка), составляет менее 5 процентов. Поскольку трудно полагаться на идеальное соотношение аминокислот в компосте из-за различий в контроле качества производства и консистенции ингредиентов, мы не можем предсказать 100-процентное эффективное преобразование всех этих аминокислот в гуминовые вещества. Следовательно, компост или другие добавки органических веществ в почву не являются надежным способом увеличения содержания гуминовых веществ в почве.

Попытка добавить адекватное количество гуминовой кислоты путем внесения компоста потребует такого огромного количества, что это может привести к передозировке участка питательными веществами. Фактически, чем лучше качество компоста, тем более концентрированными будут питательные вещества и тем меньше его следует использовать. В случае с нашим компостом TTP Supreme, например, мы рекомендуем использовать его экономно — никогда не превышайте 60 фунтов на 1000 квадратных футов или 2600 фунтов на акр. И это при условии, что в то же время не используются никакие другие удобрения.

Добавка гумуса необходима, если вам нужен гумус. Вы можете измерить количество гуминовой кислоты в компосте в квалифицированной лаборатории. Компост хорошего качества содержит от 5 до 8 процентов гуминовых кислот.

Преимущества высокого уровня гуминовой кислоты

Одно очевидное преимущество гумуса, которое мы видели в нашем дендрарии в Лос-Лунасе, штат Нью-Мексико, — это скопление глины. Эта агрегация сделала глину более пористой, мягкой и аэробной, с лучшим дренажем, что привело к более глубокому росту корней всех растений.Участок был куплен в 1986 году с глинистой почвой 12 футов глубиной и pH от 8,3 до 9,2 — настолько щелочной, что зимой участок становился белым.

Сегодня у нас есть одна из крупнейших коллекций дубов рода Quercus в Соединенных Штатах и ​​самая большая коллекция местных дубов региона пустыни Чиуауа в Северной Америке. Также на территории представлены несколько видов секвойи, клены, кизилы и гигантский бамбук. Ни одно из этих растений не должно расти на почвах с условиями, с которых мы начали, но с помощью силы (или магии) гуминовых кислот мы восстановили почвы до продуктивного и здорового уровня.

Наконец, «Гуминовые кислоты: чудесные продукты химии почвы» («Журнал химического образования», декабрь 2001 г.) говорится: «Гуминовые кислоты — это замечательные продукты химического состава почвы от коричневого до черного, которые необходимы для здоровых и продуктивных почв. Это функционализированные молекулы, которые могут действовать как фотосенсибилизаторы, удерживать воду, связываться с глинами, действовать как стимуляторы роста растений и улавливать токсичные загрязнители. Никакой синтетический материал не может сравниться с универсальностью по физическим и химическим свойствам гуминовой кислоты ».

Примечание редактора: Эта статья была впервые опубликована в августовском номере журнала Acres U.Журнал S.A.

УЗНАЙТЕ О ЗДОРОВЫХ ПОЧВАХ

На виртуальном саммите «Здоровая почва» 25-26 августа 2021 года выступили такие спикеры, как Рик Кларк, Деннис Варнеке, Дэн Киттредж, Келси Дюшено, Мими Кастил, Миган Перри, Стив Беккер, Райан Филмор и многие другие! Зайдите на сайт Eco-Ag U Online, чтобы увидеть повтор, который включает в себя все образовательные презентации и сессии вопросов и ответов с мероприятия.

гуминовых веществ | Образование | Дом

Правильный источник

По данным Международного общества гуминовых веществ (IHSS), высококачественные гуминовые вещества могут быть получены из определенных почв, торфа, леонардита (сильно окисленный лигнит) или речной воды.В сельском хозяйстве гуминовая кислота леонардита стала эталоном в промышленности для получения высококачественного гуминового кислоты и использовалась в большинстве исследований дерновых трав на университетском уровне. Полубитуминозный уголь похож на леонардит тем, что он обычно находится в ассоциации с сильно окисленным лигнитом, но обычно в более глубоких слоях. Более глубокие слои обычно содержат более высокие уровни окисления, что приводит к более высоким концентрациям гуминовых веществ и меньшему количеству материалов, не имеющих агрономического потенциала (зола, токсичные металлы и т. Д.).) и в конечном итоге потребуется удалить при дальнейшей обработке.

Следующий шаг: гуминовые фракции и влажная химия

После определения высококачественного гуминового источника следующим шагом будет его использование в агрономических условиях. Некоторые продукты используют сырую руду, измельчают ее и смешивают с удобрением или гранулируют и вносят в почву. Проблема заключается в том, что леонардитовая руда не очень растворима или ионна в сыром виде и, следовательно, не очень полезна в почве, если не будут предприняты некоторые шаги для ее активации.Доктор Мьюир из Университета Айдахо много лет инвестировал в исследования гуминовых кислот и твердо убежден в том, что гуминовые вещества, активированные с помощью процесса, называемого «влажная химия», дают гуминовые продукты, превосходящие по своим агрономическим характеристикам. После активации гуминовые молекулы расслабляются, так что функциональные группы становятся более доступными для участия во взаимодействиях почва-питательные вещества и почва-вода.

Ключевым этапом активации влажной химии является реакция сырой руды со щелочным реагентом (обычно гидроксидом калия), чтобы гидролизовать гуминовые вещества.Оказавшись в растворе, фракция гумина, которая не растворима при любом pH, выпадает в осадок из раствора, и при удалении остаются только гуминовая фракция и фульвовые фракции. Если качество источника высокое и сырая руда активирована, этот гуминовый / фульвовый раствор часто продается как концентрированный жидкий гуматный продукт.

Возможный заключительный этап обработки — отделение гуминовых фракций от фульвокислоты, чтобы получить доступ к прямой фульвокислоте. Гуминовые кислоты не растворяются в кислых условиях, поэтому для этого в гуминовый / фульвовый раствор добавляют подкисляющий агент (обычно HCl) для снижения pH (pH 1-2).Как только pH достигнет этого уровня кислотности, гуминовая фракция выпадет из раствора, давая только фульвовую фракцию, которая растворима при любом pH.

A Замечание: измерение содержания гуминовых и фульвокислот

В настоящее время в США не существует стандартизированного метода измерения содержания гуминовых и фульвокислот в продуктах, содержащих эти вещества. В отличие от колориметрического метода, который определяет количество гуминовой кислоты путем измерения количества света, поглощаемого гуминовыми веществами, метод CDFA, который используется в Калифорнии и Орегоне, измеряет только фракцию гуминовой кислоты и не включает фракцию фульвокислоты.Высококачественный концентрированный жидкий гуминовый / фульвовый продукт, содержащий 12% гуминовой кислоты (колориметрический), обычно будет содержать около 6-8% гуминовой кислоты при использовании метода CDFA, в зависимости от используемого исходного материала. Неактивированные гуминовые продукты будут иметь гораздо более низкие концентрации при использовании метода CDFA. Хотя указанное содержание гуминовой кислоты — не единственная характеристика, которую следует оценивать при выборе гуминового продукта, важно понимать, какой метод использовался для определения количества гуминовой кислоты в продукте.

Производительность: что и когда использовать?

При наличии высококачественного гуминового источника, который был фракционирован и активирован, остается вопрос, когда использовать какие продукты? В разделе ниже рассматривается каждая гуминовая фракция в натуральном выражении и направлена ​​на то, чтобы помочь в процессе принятия решений при ответах на эти вопросы.

Гуминовая кислота
Гуминовая кислота — это фракция гуминового вещества с более высокой молекулярной массой, которая нерастворима в кислых условиях (pH

Фульвокислота
Фульвокислота — это часть гуминового вещества с более низкой молекулярной массой, которая растворима при всех условиях pH.Фульвокислота обычно имеет цвет от светло-желтого до желто-коричневого и обычно содержит больше кислорода, чем углерода. Исследования показали, что гуминовые вещества с самой низкой молекулярной массой и самой высокой кислотностью (фульвокислоты) обладают «наиболее гормоноподобной» активностью в отношении растений (Piccolo, 1992). Фульвокислоты обладают высокой катионообменной способностью и могут быть смешаны с баковыми растворами с низким pH, что делает их идеальными для опрыскивания листвы.

Гуминовые кислоты: их моющие свойства и потенциальное использование для устранения загрязнения | Geochemical Transactions

Разнообразные тексты прекрасно отражают современное состояние знаний о структуре, распределении и химических свойствах ГК.[5–12] Одним из центральных вопросов их исследования является взаимодействие с ксенобиотиками в подземной среде. Важность этого заключается в том, что гуминовые вещества прочно связаны с органическими и неорганическими соединениями в почве и воде, выступая в качестве агентов хранения и переноса для этих видов. Например, взаимодействие ГК с ионами металлов является обширным и основано на образовании прочных металл-гуматных комплексов. Эта тема была тщательно рассмотрена Сенези [13] и не будет здесь подробно рассматриваться.Однако, учитывая его актуальность для последующих вопросов, следует отметить, что взаимодействия различаются в зависимости от типа рассматриваемого катиона. Катионы группы I («жесткие» ионы), вероятно, подвергаются электростатическим взаимодействиям с функциональными группами НА, в то время как связи, образованные «мягкими» катионами группы III, имеют более ковалентный характер. Катионы группы II, включая Cu 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Zn 2+ , Pb 2+ и Ni 2+ , ведут себя промежуточным образом.

Взаимодействие ГК с органическими соединениями было предметом интенсивных исследований в течение нескольких десятилетий. Это особенно верно для сорбционных процессов, включающих разделение органических веществ между водной и почвенной органическими фазами. Результаты, как правило, коррелируют с коэффициентами распределения октанол – вода ( K ow ) и были с достаточным успехом описаны с помощью теории Флори – Хаггинса [14] и модифицированной теории Флори – Хаггинса [15]. Метод UNIFAC, который прогнозирует коэффициенты активности на основе групповых вкладов [16], также применялся для определения равновесия с участием неионных растворенных веществ и гуминовых веществ в почве.[17] Взаимодействию между гидрофобными растворенными веществами и растворенным гуминовым веществом (ДГМ) уделялось несколько меньше внимания. Основное внимание в этой области уделяется распространенным органическим загрязнителям, таким как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и различным биоцидам. Первые результаты показали, что ассоциации ПАУ с ДГМ являются как быстрыми, так и обратимыми и, вероятно, влияют на связывание этих загрязнителей с отложениями [18]. Работа с неионными пестицидами показала, что гидрофобность — не единственный фактор, определяющий их взаимодействие с ДГМ, и что, кроме того, ассоциации не полностью обратимы.[19] В случае ГК было также отмечено, что происхождение материала играет важную роль, и было высказано предположение, что степень свертывания нитей полимера ГК является важным фактором в их комплексообразовании с неионными органическими соединениями. [19] 20]

Гуминовые мицеллы

Механизм взаимодействия растворенных ГК с неионогенными органическими соединениями (особенно неполярными) продолжает оставаться предметом споров. Однако ясно, что эти взаимодействия во многом основаны на детергентном характере ГК.Общеизвестно, что эти материалы являются поверхностно-активными и могут солюбилизировать широкий спектр гидрофобных частиц. В настоящее время широко распространено мнение, что это происходит из-за мицеллоподобной организации полимеров ГК в водном растворе. Эта концепция была представлена ​​в фундаментальной форме Рохусом и Сипосом в 1978 г. [21] и впоследствии была разработана и уточнена Уершоу [22–24], который установил современный способ мышления по этому вопросу. Суть теории состоит в том, что амфифил НА состоит из удлиненной гидрофобной части с одной или несколькими анионными (карбоксилатными) группами, присоединенными на конце.Эти образования агрегируют подобно синтетическим поверхностно-активным веществам, образуя мицеллярные или мембраноподобные структуры (рис. 1).

Рисунок 1

Представление гуминовых мицелл (адаптировано из ссылки 22, с разрешения).

При работе с обычными гуминовыми мицеллами используемые концентрации ГК обычно находятся в диапазоне мг / мл -1 (ppt). Эти высокие концентрации приводят к образованию сильно окрашенных (от коричневого до черного) растворов, которые практически непрозрачны, что делает невозможным применение многих спектроскопических методов.Более того, такие концентрированные растворы редко соответствуют экологическим ситуациям. Большинство природных вод содержат растворенные гуминовые вещества, но они обычно присутствуют в низких концентрациях на миллион, что придает раствору слабый желтый или коричневый цвет. Поэтому представляет практический интерес рассмотрение детергентных качеств и связанных механизмов для растворов ГК в диапазоне концентраций 5–100 ppm.

Псевдомицеллы

Водные растворы синтетических поверхностно-активных веществ имеют характерную концентрацию, известную как критическая концентрация мицелл (ок.m.c.), при котором мономеры спонтанно агрегируют с образованием мицеллярных ансамблей. То же самое было и для упомянутых выше концентрированных растворов ГК, для которых была определена СМК. значения достигают 10 г л -1 . [25] Однако для разбавленных растворов ГК Engebretson et al. нашел доказательства мицеллоподобной организации, которая не имеет ЦМК [26, 27]. В этой модели считается, что амфифильные молекулы ГК «агрегируют» как внутри-, так и межмолекулярно. Первое стало возможным благодаря длине цепи и гибкости гуминовых полимеров, которые позволяют им складываться и скручиваться таким образом, чтобы они были гидрофильными ( e.г . карбокси и гидрокси) группы наружу и сохраняет более гидрофобные (, например, углеводородные) фрагменты изолированными в центре. Этот процесс, который в принципе может происходить с одной полимерной нитью, приводит к образованию объекта, который функционально похож на обычную мицеллу, хотя и более структурно ограничен. Подобно мицелле, он имеет гидрофобную внутреннюю часть и более гидрофильную поверхность, что придает ему особую солюбилизирующую способность для неполярных растворенных веществ. Чтобы указать как на сходство, так и на различия с нормальными мицеллами поверхностно-активного вещества, эти структуры HA были названы псевдомицеллами .Часть обобщенной структуры, которая может быть визуализирована как «узел» в полимерной «нити» ГК, показана на рис. 2.

Рисунок 2

Часть предлагаемой «типовой» структуры гуминовой кислоты (адаптировано из исх.26, с разрешения).

Спектроскопические доказательства существования гуминовых псевдомицелл недавно были рассмотрены фон Вандрушкой [28]. Считается, что структуры существуют при всех низких концентрациях ГК в водном растворе, хотя следует ожидать определенных изменений в составе.Например, вероятно, что межмолекулярная агрегация дополняет внутримолекулярное свертывание при образовании псевдомицел, и что это зависит как от концентрации, так и от полидисперсности растворенного вещества. Таким образом, предлагаемая сборка состоит из свернутых в спираль гуминовых полимерных цепей, чередующихся с более мелкими фрагментами ГА.

Измерения флуоресценции гидрофобных зондов (, например, . Пирен), секвестрированных псевдомицеллами, показывают, что этот тип конфигурации обеспечивает наилучшую изоляцию этих молекул.Например, очевидно, что они недоступны для гасителей флуоресценции, содержащихся в растворе, таких как бромид-ион. [26] Когда размер полимеров ГК был уменьшен фотолизом перед измерениями, они потеряли свою способность мицеллизировать молекулы зондов, доказывая, что одних коротких фрагментов недостаточно для образования эффективных псевдомицел [29]. Аналогичные выводы можно сделать относительно природы используемого гуминового материала. Эксклюзионная хроматография под высоким давлением и измерения светорассеяния показали, что распределение молекулярных размеров по размеру широко варьируется среди различных ГК [30].Аналогичным образом, некоторые ГК (, например, , производные лигнита) имеют конденсированную ароматическую основу, которая делает полимерные цепи относительно жесткими. Напротив, некоторые почвенные ГК содержат обширные алкильные связи, которые приводят к гибкой структуре. Было обнаружено, что длинные гибкие полимеры ГК являются значительно лучшими агентами связывания небольших органических молекул, чем короткие жесткие. Это наблюдение согласуется с псевдомицеллярной моделью, предложенной выше, поскольку гибкие цепи могут наматываться более эффективно.

Подтверждающие доказательства этого представления ГК также предоставлены исследованиями трехмерного моделирования, проведенными Шультеном и Шнитцером. [31, 32] Используя полуэмпирические расчеты и известные химические свойства ГК, они пришли к набору открытых структур, содержащих многочисленные пустоты ( Рис.3). Хотя эти модели действительны только для чистых соединений, они показывают, что отдельные полимеры ГК могут принимать конфигурации, которые включают все существенные атрибуты, предусмотренные для псевдомицеллярной структуры.В других исследованиях моделирования [33, 34] для сборки полимеров ГК использовались относительно небольшие мономерные единицы, такие как структура Steelink [4] (рис. 4). Расчеты на олигомерах этого типа предполагают образование спирали ГК с шагом 8,9 Å и потенциально заряженными функциональными группами (карбоксилатными, фенольными, аминными), распределенными снаружи в повторяющемся порядке. Внутренняя часть спирали содержала больше гидрофобных групп, что снова указывает на мицеллоподобную природу сборки.

Рисунок 3

Компьютерная модель гуминовой кислоты (из исх.32, с разрешения).

Рисунок 4

Модель Steelink мономера гуминовой кислоты.

Влияние ионов металлов

Выше было отмечено, что ГК являются отличными лигандами для ионов металлов в растворе. Помимо того, что это важная характеристика сама по себе — для хранения и транспортировки металлов, — это также имеет большое влияние на моющие свойства гуминовых кислот. Исследования этого поведения были вызваны наблюдением, что растворы ГК флокулируют при повышении ионной силы.Это предполагает возможность того, что агрегация гуминовых полимеров происходит непрерывным образом — от мицеллоподобных ансамблей до макроскопических преципитатов — по мере увеличения концентрации соли. Исследования флуоресценции, поверхностного натяжения и подвижности зонда показали, что это действительно так. [28, 35–37] Доказательства показывают, что водные ГК становятся более эффективными детергентами в присутствии солей, и что это полностью основано на природа катиона. Таким образом, было обнаружено, что ионы одно-, двух- и трехвалентных металлов становятся все более эффективными в повышении моющей способности ГК в растворе.С точки зрения псевдомицеллярной модели это было приписано комбинации нейтрализации заряда НА и связывания функциональных групп катионами. Первое относится к тому факту, что растворенные молекулы ГК несут значительные отрицательные заряды, которые предотвращают как внутри-, так и межмолекулярную ассоциацию. Частичная нейтрализация катионными частицами в растворе позволяет избежать этого, позволяя наматывать и складывать полимер. Кроме того, многовалентные катионы могут усиливать эффект, подвергаясь мостиковым взаимодействиям с карбоксильными и гидроксильными группами на соседних цепях.Это приводит к образованию или усилению псевдомицеллярных доменов в молекулах НА и, следовательно, к усилению детергентного эффекта. Экспериментальные результаты, приведшие к этой модели, можно резюмировать следующим образом: (i) флуоресценция зонда, такого как пирен, помещенного в раствор ГК, увеличивается при добавлении ионов металла, поскольку он изолирован в псевдомицеллярных структурах ГК и защищен от тушения. встречи с видами, переносимыми растворами; (ii) поверхностное натяжение растворов ГК увеличивается, когда добавляются ионы металлов, поскольку амфифильные молекулы ГК, изначально накапливаемые на границе раздела воздух-вода, отделяются от поверхности, когда они объединяются с образованием псевдомицел; (iii) подвижность пирена в водной ГК, особенно его испарение в потоке азота, когда он барботируется через раствор, значительно снижается за счет добавления ионов металлов, поскольку гуминовые псевдомицеллы изолируют зонд от объема воды.

Подробности этих аргументов можно найти в цитируемых ссылках. На рис. 2 показаны два двухвалентных катиона (в данном случае Mg 2+ ), участвующих в мостиковых взаимодействиях с полимерными цепями ГК, что иллюстрирует их роль в образовании внутренних гидрофобных доменов. Прогрессирующая агрегация HA посредством добавления иона металла визуализирована на рис. 5.

Рисунок 5

Визуализация агрегации HA посредством непрерывного добавления иона металла, M 2+ .

Кинетика

Было обнаружено, что кинетика ассоциаций металл – ГА имеет интересный эффект на развитие моющей способности ГА. Было признано, что взаимодействия между ГК и минеральными поверхностями достигают равновесия относительно медленно и включают миграцию ионов металлов внутри гуминовой структуры. [38, 39] По аналогии с этим, аналогичный механизм был задействован для ассоциации ионов металлов с растворенными HA. [40] Хотя, как отмечалось выше, флуоресценция пиренсодержащих растворов ГК увеличивалась при добавлении ионов металлов, этот эффект постепенно уменьшался со временем, и интенсивности излучения возвращались к исходным значениям после периодов от часов до дней (рис.6).

Рисунок 6

Изменение интенсивности флуоресценции пирена в растворе НА 10 ppm, содержащем 1,0 × 10 -7 M пирена, после добавления MgCl 2 к концентрации Mg 2+ 3,33 × 10 -5 М (адаптировано из исх. 38, с разрешения).

После устранения возможных тривиальных причин был сделан вывод, что этот эффект, скорее всего, связан с медленными изменениями конфигурации ГК после добавления солей. Предлагаемый механизм включает взаимодействие между ионами металлов и анионными гуминовыми образованиями, которое изначально носит полностью кулоновский характер.Это приводит к усилению псевдомицеллярных доменов в гуминовых полимерах и, следовательно, к увеличению секвестрации зонда. Однако со временем ионы металлов перемещаются и находят свои термодинамически предпочтительные положения в гуминовой структуре. Взаимодействия там, вероятно, будут включать образование комплексов внутренней сферы между металлами и гуминовыми лигандами. Одним из следствий этого является то, что усиленные псевдомицеллы снова распадаются, оставляя молекулы зонда в ситуации, сравнимой с той, которая существовала до добавления ионов металлов.Поэтому усиленное образование псевдомицелл следует рассматривать как переходное состояние, в которое растворенные ГК входят, когда сталкиваются с ионами металлов. Однако через некоторое время системы расслабляются, и моющие свойства гуминовых полимеров возвращаются к исходному уровню.

Влияние pH

Понижение pH водных растворов ГК имеет эффект, аналогичный добавлению солей металлов, хотя и менее выраженным. [27] Увеличение концентрации H + вызывает протонирование карбоксильных групп НА, что в конечном итоге приводит к осаждению — это обычно начинается при pH ~ 3-2 и достигает завершения при pH ~ 2-1.Это снова следует рассматривать как непрерывный процесс, который начинается на внутримолекулярном уровне, протекает через межмолекулярную агрегацию и в конечном итоге дает осадок. Поскольку он способствует агрегации на молекулярном уровне на более ранних стадиях, процесс снова усиливает детергентный характер ГК за счет образования гидрофобных доменов. Как и в случае мицеллизации, индуцированной металлом, это способствует улавливанию таких частиц, как пирен, которые в конечном итоге уносятся с осадком.

Помутнение

Интересным следствием агрегации ГК, вызванной катионами, является помутнение, возникающее при нагревании растворов. Помутнение — явление, известное из химии поверхности: неионные поверхностно-активные вещества, особенно с гидрофильными фрагментами полиоксиэтилена (ПОЭ), демонстрируют обратную зависимость растворимости от температуры. Когда их водные растворы нагреваются до характерной температуры, известной как точка помутнения, наблюдается фазовое разделение. При этом растворы сначала становятся мутными, а затем разделяются на слой, богатый поверхностно-активными веществами, и слой, бедный поверхностно-активными веществами (водный).[39] Это происходит потому, что относительная диэлектрическая проницаемость воды резко уменьшается с температурой, что приводит к снижению гидратации цепей POE. Аналогичное поведение наблюдалось с растворами ГК, которые были частично нейтрализованы добавлением ионов металлов. [26] При нагревании они тоже помутнели, образуя черный коллоидный осадок, который со временем коагулировал. Опять же, механизм псевдомицеллярной агрегации дает последовательное объяснение этому наблюдению.

Альтернативная модель HA

В последние годы появилось несогласное мнение о конфигурации HA, что вызвало незначительные разногласия в этой области.В этой модели, разработанной A. Piccolo и соавторами, [41–45] считается, что ГК состоит не из длинных полимерных цепей, а скорее из небольших единиц, которые удерживаются вместе слабыми межмолекулярными силами. В принципе, это похоже на ассоциативную модель, и можно даже утверждать, что идея была заложена в первоначальном предположении Уершоу о том, что молекулы ГК объединяются с образованием мицелл в водном растворе. Однако условие о том, что агрегированные частицы должны быть небольшими по размеру, не было сделано в этой модели, и последующие разработки идеи в целом сохранили концепцию полимера.[46] Аргумент в пользу модели малой ГК в значительной степени основан на эксклюзионной хроматографии высокого и низкого давления (SEC). Все кривые SEC HA показывают непрерывное распределение размеров от полностью исключенного пика вниз, с максимумом, расположенным в преобладающем диапазоне размеров рассматриваемого HA. Было обнаружено, что обработка гуминовых растворов уксусной кислотой вызывает обратимое смещение этого максимума в сторону меньших размеров, что интерпретируется как указание на существование слабосвязанных гуминовых субъединиц.Дальнейшая работа в этом направлении включает SEC-разделение ГК с использованием различных подвижных фаз. [42] Это были водные растворители с постоянной ионной силой, но содержащие небольшие количества метанола, уксусной кислоты или HCl. Они дали разные видимые распределения по размерам с теми же ГК, что снова было приписано дезагрегации растворенных веществ. Примечательно, что используемые концентрации метанола и уксусной кислоты были чрезвычайно низкими — порядка 5 × 10 -7 M. УФ-гипохромизм также использовался для поддержки концепции малого HA.Было обнаружено, что высоты пиков УФ-детектора были ниже в тех случаях, когда объемы элюирования были больше (, т.е. . фрагменты меньше), и это приписывалось дезагрегации функциональных групп, что приводило к более низкой абсорбционной способности рассматриваемых соединений. Эта концепция известна из биологической химии: часто встречаются гипохромизм из-за агрегации (большая близость между хромофорами) и гипохромизм из-за обратного.

Аргументы в пользу модели small-HA убедительны, но отнюдь не неопровержимы.Остаются вопросы по другим наблюдениям, которые трудно согласовать с моделью. Существует, например, вопрос об анионной природе ГК и их прогрессирующей агрегации с понижением pH или повышением концентрации ионов металлов ( vide supra ). В основном растворе ГК являются полианионными, и следует ожидать их диссоциации из-за отталкивания одинакового заряда между предложенными субъединицами. Трудно представить, чтобы такие виды цепко держались вместе в таких условиях.Тем не менее, ассоциация анионов неявно предполагается моделью малой НА, когда элюенты с более высоким pH производят большие размеры, чем элюенты с низким pH в SEC. Полимерная модель кажется более разумной, предполагая, что молекулы ГК «растягиваются» из-за внутренних кулоновских взаимодействий при высоких значениях pH, становятся более крупными и элюируются быстрее. Более того, макроскопическая агрегация ГК при низком pH является неоспоримым фактом. Как объяснялось выше, модель полимера предполагает, что это результат прогрессирующей ассоциации, которая происходит при понижении pH.Другими словами, когда pH раствора HA медленно снижается с , например, . 10-2, молекулы сначала скручиваются и складываются по мере нейтрализации отрицательных зарядов и удаления воды. Это прогрессирует от внутримолекулярного к межмолекулярному процессу, в конечном итоге приводя к преципитации ( ср. . Рис. 4). С другой стороны, модель малой ГК предполагает, что видимое уменьшение размера происходит не из-за затягивания полимерных катушек, а из-за дезагрегации. Это означает, что в какой-то момент во время снижения pH происходит изменение механизма (де) агрегации — сначала агрегаты диссоциируют, а затем процесс меняет направление, и они выпадают в осадок.Это кажется нелогичным.

Однако, несмотря на эти возражения, модель малого HA не следует отвергать. Основная предпосылка агрегации HA присутствует во всех моделях; разногласия существуют только о размерах агрегированных единиц. Несомненно, было бы разумно, если бы другие специалисты в этой области еще раз вернулись к этому вопросу и еще раз внимательно посмотрели на распределение ГК по размерам в различных условиях раствора.

Устранение загрязнения

Склонность ГК к комплексным ионам металлов и связыванию органических молекул предполагает, что его можно использовать для удаления загрязняющих веществ из загрязненной воды.Это было признано в различных исследованиях [47–50] и является предметом патента Занина и Боетти, которые сообщают об использовании экстрагированной ГК для удаления тяжелых металлов, хлорированной органики, фосфора и азота из сточных вод. [51] Однако основная трудность использования ГК для этой цели заключается в том, что их изоляция от природных матриц (обычно почвы) трудоемка, требует много времени и затрат. Единственным исключением из этого правила является гуминовая кислота леонардита (LHA), которая доступна в больших количествах и не требует дополнительной обработки.LHA — это материал, обнаруженный в ассоциации с леонардитом, лигнитом, распространенным на обширных месторождениях по всей Северной Америке. LHA добывается сам по себе, и его чистота составляет ок. 80%, остальное — в основном минеральные вещества. В настоящее время он широко используется в качестве кондиционера сельскохозяйственных земель. [52] Было показано, что неочищенный LHA можно использовать для очистки загрязненной воды либо с помощью периодического процесса, либо (что более удобно) путем непрерывной экстракции в колонне. [53] Были успешно удалены тяжелые металлы, в том числе Pb 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Cd 2+ и Ag + , а также органические соединения пирен (гидрофобный), дифензокват (гербицид с промежуточной гидрофобностью) и основание родамина B (относительно гидрофильное).Вместимость колонки составляла 0,15–2,2 мг г -1 LHA для металлов и 5,4–29,0 ммоль г -1 LHA для органических соединений. Некоторыми из преимуществ LHA для этого типа применения (особенно при обработке колонн) являются его низкая стоимость, его горючесть (для возможного сжигания отработанного экстрагента) и его устойчивость к кислотам. Этот последний момент особенно примечателен, поскольку синтетические экстрагенты часто плохо переносят кислые среды. Тем не менее, загрязненные металлами воды часто бывают кислыми, как это видно на примере шахтных стоков и накопленных шахтных вод, таких как те, что обнаружены на участке Berkeley Pit Superfund в Бьютте, штат Монтана.Фактически, кислотность является благоприятным фактором для экстракции LHA, поскольку низкий pH снижает его растворимость до незначительного значения.

Извлечение металлов с помощью насадочных колонок LHA, однако, требует доработки, прежде чем ее можно будет применять в крупномасштабной очистке. Одна из возникающих проблем касается проницаемости / смачиваемости гуминовой насадки. Неочищенный продукт LHA имеет мелкий размер зерна с диаметром частиц в диапазоне 0,1–0,6 мм и удельным весом 0,78. Плотность слоя, создаваемого этим материалом, снижает проницаемость под действием силы тяжести, что приводит к медленному вымыванию и образованию каналов.Кроме того, целостность набивки нарушается из-за того, что она имеет тенденцию плавать в элюируемой воде. Улучшения были достигнуты путем смешивания LHA с морским песком, но необходимы дальнейшие работы, чтобы сделать возможными более глубокие слои экстрагента и более высокие скорости потока воды. В настоящее время эта проблема изучается в авторской лаборатории.

Гуминовые вещества как акцепторы электронов для микробного дыхания

  • 1

    McKnight, D. M. et al. в органических кислот в водных экосистемах (ред. Perdue, E.М. и Джессинг, Э. Т.) 223–243 (Wiley, Нью-Йорк, 1990).

    Google ученый

  • 2

    Lovley, D. R., Woodward, J. C. & Chapelle, F. H. Appl. Окружающая среда. Microbiol. 62 , 288–291 (1996).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

  • 3

    Ловли, Д. Р., Вудворд, Дж. К. и Шапель, Ф. Х. Nature 370 , 128–131 (1994).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 4

    Lovley, D. R. & Woodward, J. C. Chem. Геол. (в печати).

  • 5

    Джексон, К. С., Джонассон, И. Р. и Скиппен, Г. Б. Earth Sci. Rev. 14 , 97–146 (1978).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 6

    Альбертс Дж. Дж., Шиндлер Дж.Э., Миллер Р. и Наттер Д. Э. Science 184 , 895–897 (1974).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 7

    Schindler, J. E., Williams, D. J. & Zimmerman, A. P. in Environment Biogeochemistry Vol. 1 (ред. Нриагу, Дж. О.) 109–115 (Ann Arbor Science, Ann Arbor, Michigan, 1976).

    Google ученый

  • 8

    Шварценбах, Р.P., Stierli, R., Lanz, K. & Zeyer, J. Environ. Sci. Technol. 24 , 1566–1574 (1990).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 9

    Dunnivant, F. M., Schwarzenbach, R. P. & Macalady, D. L. Environ. Sci. Technol. 26 , 2133–2142 (1992).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 10

    Кертис, К.P. & Reinhard, M. Environ. Sci. Technol. 28 , 2393–2401 (1994).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 11

    Силагьи, М. Почвоведение. 111 , 233–235 (1971).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 12

    Skogerboe, R.K. & Wilson, S.A. Analyt. Chem. 53 , 228–232 (1981).

    CAS Статья Google ученый

  • 13

    Кан, Т. Р., Лэнгфорд, К. Х. и Скиппен, Г. Б. Org. Геохим. 7 , 261–266 (1984).

    Артикул Google ученый

  • 14

    Lovley, D. R. & Phillips, E. J. P. Appl. Окружающая среда. Microbiol. 54 , 1472–1480 (1988).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

  • 15

    Каккаво, Ф.Jr, Blakemore, R.P. & Lovley, D.R. Appl. Окружающая среда. Microbiol. 58 , 3211–3216 (1992).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

  • 16

    Росселло-Мора, Р. А. и др. Syst. приложение Microbiol. 17 , 569–573 (1994).

    Артикул Google ученый

  • 17

    Тратник, П. Г. и Макалади, Д.L. J. Agricul. Food Chem. 37 , 248–254 (1989).

    CAS Статья Google ученый

  • 18

    Ponnamperuma, F. N. Adv. Агрон. 24 , 29–96 (1972).

    CAS Статья Google ученый

  • 19

    Lovley, D. R. Adv. Агрон. 54 , 175–231 (1995).

    CAS Статья Google ученый

  • 20

    ЛаКинд, Дж.S. & Stone, A. T. Geochim. космохим. Acta 53 , 961–971 (1989).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 21

    Ловли, Д. Р., Филлипс, Э. Дж. П. и Лонерган, Д. Дж. Environ. Sci. Technol. 25 , 1062–1067 (1991).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 22

    Ловли, Д. Р. и Филлипс, Э.J. P. Appl. Environ.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *