Определение микроэлементного состава в растительном материале льна

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Микроэлементы - это необходимые элементы питания, находящиеся в растениях в долях процентов, но при этом выполняющие важные функции в процессах жизнедеятельности. Уже установлено, что положительное действие большинства микроэлементов обусловлено их участием в окислительно-восстановительных процессах, углеводном и азотном обменах, повышении устойчивости растений к болезням и неблагоприятным условиям внешней среды (Yagodin et al 1989).

Научные исследования по изучению микроэлементов проводятся с целью выяснения их количественного содержания, физиологической роли и возможностей восполнения недостающих растению элементов с удобрениями (Yagodin et al 1989; Bityutsky 1999). Установлено, что среднее содержание в растениях составляет: цинка - 0,002%, меди - 0,0002%, кобальта - 0,00002%. Роль никеля как микроэлемента для высших растений была доказана недавно и пока еще крайне мало изучена (Yakushkina, Bakhtenko 2005).

Лен - высокорентабельная техническая и масличная культура, которая широко используется в сельскохозяйственном производстве. Однако вопросы минерального питания культуры, особенно микроэлементного, до сих пор являются мало изученными и дискуссионными по многим моментам (Poliakov et al 2017; Tikhomirova 2009; Trunilova 2003).

Выявлено, что многие элементы минерального питания растениями льна- долгунца потребляются в небольших количествах, но роль и значение их в формировании урожайности важная и значительная. Медь, цинк, молибден, кобальт участвуют в работе ферментов, определяющих интенсивность фотосинтеза и дыхания, стимулируют образование ростовых веществ, витаминов, нуклеиновых кислот и других соединений, определяющих рост и развитие растений льна. А цинк стимулирует рост элементарных волокон льна в длину, что повышает качество волокна. Выявлено, что лен-долгунец отличается от зерновых культур и многолетних трав повышенным выносом кадмия. Вынос этой культурой свинца, никеля и хрома невелик (Tikhomirova 2009; Trunilova 2003). Установлено, что лен-долгунец относится к группе культур, чувствительных по отношению к недостатку бора, меди, цинка (Trunilova 2003).

Известно о попытке использования льна-долгунца как непродовольственной культуры для рекультивации земель, загрязненных тяжелыми металлами (Tikhomirova 2009). К сожалению, этот аспект мало изучен и слабо освещен в литературе.

Важным моментом в изучении микроэлементного состава растительного материала является используемый метод исследования. Атомно-абсорбционная спектрометрия -- распространённый в аналитической химии инструментальный метод количественного элементного анализа. Современные методики атомноабсорбционного определения позволяют выявить по атомным спектрам поглощения содержание почти 70 элементов периодической системы практически в любом природном объекте (Alemasova et al 2003; Khavezov, Tsalev 1983).

Как видно из всего вышеизложенного, большая часть работ в данном направлении проведена на льне-долгунце, а не на льне масличном. Поэтому целью наших исследований было установление оптимальной процедуры анализа и определение количественного содержания четырех микроэлементов Ni, Zn, Cu, Co в листьях льна масличного и ряда видов льна.

Материал и методы исследований

Объектами работы были три многолетних диких вида льна Linum austriacum L., Linum hirsutum L., Linum thracicum Degen. и культурный масличный лен Linum humile. Указанные образцы являются частью коллекции диких видов льна, которая поддерживается на опытном участке кафедры садовопаркового хозяйства и генетики Запорожского национального университета.

Исследования проводили на атомно-адсорбционном спектрофотометре «Hitachi 180-80» с пламенным атомизатором и детектором неселективных помех с использованием эффекта Зеемана. Анализ проводили в пяти повторностях. Данные статистически обрабатывали (Lakin 1990).

Результаты исследований и их обсуждение

Для выяснения физиологических особенностей поступления, накопления, использования и агрономической роли микроэлементов необходимы надежные методы определения их содержания. Поэтому мы сочли целесообразным применить атомно-абсорбционный метод, обладающий высокой селективностью и возможностью проводить мультиэлементный анализ из одной навески пробы (Alemasova et al 2003; Khavezov, Tsalev 1983; Razumov 1982).

Наибольшее влияние на результат анализа оказывает неопределенность пробоотбора, связанная с представительностью последнего и потерями в процессе подготовки пробы к анализу, а именно: чистота химической посуды и потери в процессе подготовки пробы к измерению (National standard of Ukraine. 2005; Garmash, Sorokina 2017). Для обеспечения надежных результатов алгоритм пробоподготовки был следующим (Razumov 1982). Отобранный материал высушили при t =105 °С, подробили и подвергли сухой минерализации. Для этого навеску пробы в кварцевом тигле помещали в муфельную печь, нагретую до 200°С и повышали температуру через каждые 30 мин на 50 °С, доведя ее до 450°С. Минерализацию пробы проводили до полного озоления пробы. Затем пробы охлаждали, смачивали 0,5-1,0 см3 концентрированной азотной кислотой и выпаривали кислоту досуха. Когда цвет пепла приобрел белый цвет, минерализация считалась оконченной. Пепел из кварцевого тигля переносили в платиновые чашки, смачивали 5 см концентрированной серной кислоты с добавлением 10-15 см3 концентрированной фтористоводородной кислоты. Кислоты выпаривали до сухих солей, а именно до полного удаления паров серной кислоты. Соли растворяли в 10-15 см3 HCl (1:1) при медленном нагревании на песчаной бане до образования прозрачного раствора и переводили в мерные колбы при навеске 5г на 25 см3, а при навеске 10 г - на 50 см3. Навеску пробы подбирали опытным путем с учетом аналитических возможностей спектрофотометра.

Учитывая, что содержание микроэлементов Ni, Zn, Cu, Co может находиться на уровне следов, во избежание загрязнения образцов на стадии кислотного растворения солей (пепла) химически чистые кислоты подвергались доочистке на системе очистки кислот DST 1000 Savillex corporation, вода - бидистилят.

Анализ проводили на спектрофотометре «Hitachi 180-80» с корректором неселективных помех с применением эффекта Зеемана. Применение эффекта Зеемана позволило проводить градуировку прибора с помощью стандартных образцов на ионы Ni, Zn, Cu, Co и устранить депрессирующее влияние фона пробы. Режимы атомно-адсорбционного анализа приведены в табл. 1.

Условия атомизации Ni, Zn, Cu, Co на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Hitachi 180-80» (2018-2019 гг.)

При определении М, Zn, Си, Со в растительном материале льна атомно-абсорбционным методом с пламенной атомизацией массовую концентрацию металлов X (мг/дм3) рассчитывали по формуле:

Х = С - Схол,

где: С - массовая концентрация исследуемой пробы, определенная по калибровочному графику, мг/дм3;

Схол - результат анализа «холостой пробы», мг/дм3 (Alemasova et al 2003;. Razumov 1982).

В результате исследований правильность результатов установлена методом дробных навесок (Garmash, Sorokina 2017; Velichko 2011) (табл. 2).

Табл. 2

х - среднее арифметическое; t - стандартный коэффициент Стьюдента; S - стандартное отклонение; п -- количество измерений

Как видно из таблицы 2 и графиков на рис. 2, разница в средних результатах незначима, что свидетельствует о правильности результатов и статистически правильно выбранной навеске.

Полученные нами данные указывают на высокую степень соответствия количественных показателей содержания микроэлементов в листьях льна при навесках 5 грамм и 10 грамм. При увеличении массы навески показатели содержания исследуемых элементов увеличивались до следующего знака после запятой. Так, наибольшее содержание М отмечено у Ь. ЖгаЫеит, что составило при навеске 5 г 0,00030%, а при навеске 10 г - 0,00033%. Такое высокое соответствие полученных данных позволяет нам утверждать, что в дальнейших исследованиях можно проводить анализ только в навесках 5 г, чтобы охватить для изучения большее количество генотипов.

Чтобы визуализировать полученные нами результаты мы представили их в виде графиков (рис. 2).

Как можно видеть из графиков, наиболее точное соответствие количественного содержания элемента в дробных навесках выявлено по никелю. Содержание этого элемента находилось в пределах от 0,00010 до 0,00033%. Никель поступает в растения в виде иона N , но может находиться в виде N и М3+. Показано, что никель активирует ряд ферментов, в т.ч. нитратредуктазу, и оказывает стабилизирующее влияние на структуру рибосом (Yakushkina, Bakhtenko 2005).

Высокие степени соответствия установлены также по меди и цинку. Так содержание цинка выявлено от 0,00020% до 0,00043%. Цинк поступает в растение в виде ионов Zn2+. Он не участвует в окислительно-восстановительных реакциях, поскольку не меняет степень окисления. однако он играет важную роль при образовании фитогормона ауксина (Yakushkina, Bakhtenko 2005). Имеются данные о том, что за счет стабилизации дыхания при резкой смене температур цинк повышает жаро-и морозоустойчивость растений (Yagodin et al 1989). В настоящее время известно более 30 цинксодержащих ферментов, а около 20 металлоферментных комплексов активируются цинком. Для всех растений при недостатке цинка характерна задержка роста.

Содержание меди в наших исследованиях составляло 0,00019% до 0,00034%. Медь поступает в растение в виде иона 2+ или + (Yakushkina, Bakhtenko 2005). Установлено, что благодаря регулирующему действию на содержание в растениях ингибиторов роста фенольной природы, медь повышает устойчивость растений полеганию и способствует увеличению засухо-, морозо- и жароустойчивости (Yagodin et al 1989).

Что касается определения содержания кобальта в листовом материале льна, то мы выявили, что навеска 5 г является недостаточной, и полученные значения одинаковы у всех объектов. Только в навеске 10 г выявлены отличия в количественном содержании данного элемента. Поэтому при изучении данного элемента еще необходимо будет провести изучение его содержания в больших навесках. Как известно, кобальт находится в тканях растений в ионной (2+, 3+) и комплексной форме (Yakushkina, Bakhtenko 2005). Уже доказана необходимость кобальта для бобовых, где он сосредоточен в клубеньках, а также для пшеницы. Имеются многочисленные данные о положительном действии данного элемента на урожай многих растений. Положительное действие кобальта в первую очередь проявляется на почвах, хорошо обеспеченных всеми остальными элементами минерального питания, с реакцией близкой к нейтральной (Yagodin й а1 1989). Трудность решения вопроса о необходимости кобальта заключается в том, что потребность в нем чрезвычайно мала.

Рис. 2. Сравнительное содержание микроэлементов в разных навесках листьев льна

Нами выявлено, что среди исследуемых видов наибольшей способностью к аккумуляции микроэлементов выделился вид Ь. ЖгаЫеит, а меньше всего накопление отмечено у Ь. атїгіасит. Мы полагаем, что это связано с размерами листовой пластинки и наличием характерного налета на листьях Ь. атїпасит.

Понимание физиологической роли различных микроэлементов в процессах жизнедеятельности и потребности в них в процессе роста и развития растений льна масличного поможет нам в будущем сформировать рекомендации по применению микроудобрений при выращивании данной культуры. Кроме традиционных видов микроудобрений и комплексных удобрений с включением микроэлементов, все шире используются комплексонаты металлов-микроэлементов. Такие нетрадиционные формы микроудобрений, обладают высокой доступностью для растений, а также могут повышать доступность растениям льна микроэлементов, уже имеющихся в почве.

Выводы

1. Для обеспечения правильности результатов количественного определения М, Zn, Си, Со в листьях разных видов льна методом атомноабсорбционной спектрометрии выработана оптимальная процедура анализа, которая заключается в применении сверхчистых реактивов, микрохимической посуды I класса и ступенчатости озоления пробы.

2. Подобрана оптимальная смесь кислот для растворения зольных остатков и обеспечивающая достаточную чувствительность на уровне следов элементов за счет дисперсности аэрозоля.

3. Правильность результатов доказана методом дробных навесок. Установлена высокая степень соответствия количественных показателей содержания микроэлементов в листьях льна при навесках 5 и 10 грамм.

4. Выявлено, что в листьях разных видов льна содержание никеля находилось в пределах от 0,00010 до 0,00033%, цинка - 0,00020-0,00043%, меди - 0,00019-0,00034%, кобальта - 0,0001-0,00014%.

5. Установлено, что среди исследуемых видов наибольшей способностью к аккумуляции микроэлементов выделился вид L. Шгасісит, а меньше всего накопление отмечено у L. ашМасит.

Литература

1. Алемасова А.С., Рокун А.Н., Шевчук И.А.(2003) Аналитическая атомно-адсорбционная спектроскопия. Донецк. ДНГУ.

2. Битюцкий Н.П. (1999) Микроэлементы и растение. Санкт-Петербург.

3. Величко О.Н. (2011). Особенности оценки неопределенности при лабораторных измерениях. Збірка наукових праць. Харків. ХУПС. 1(91): 2-5.

4. Гармаш А.В., Сорокина Н.М. (2017). Метрологические основы аналитической химии. Москва. МГУ.

5. Лакин Г.Ф. Биометрия (1990) М.: Высшая школа. 352 с.

6. Національний стандарт України. Точність (правильність, прецизійність) методів та результатів вимірів. Ч.1. ГОСТНСО 5725-1-2005.

7. Поляков О.І., Нікітенко О.В., Махно О.О. (2017) Вплив додаткового живлення та системи основного обробітку ґрунту на формування продуктивності льону олійного. Науково-технічний бюл. ІОК НААН. 24: 198-207.

8. Разумов В.А. (1982). Массовый анализ кормов. Москва. Колос.

9. Тихомирова В.Я. (2009) Использование элементов питания из удобрений культурами льняного севооборота, вынос микроэлементов и тяжелых металлов льном-долгунцом при разных погодных условиях. Агрохимия 12: 4447.

10. Трунилова В. Н. (2003) Эффективность применения микроэлементов и их комплексонатов на посевах льна-долгунца в условиях Северо-Запада Российской Федерации: автореф. дис. на соискание науч. степени канд. с.-х. наук: спец. 06.01.04 Великие Луки.

11. Хавезов И., Цалев Д. (1983). Атомно-адсорбционный анализ. Ленинград. Химия.

12. Ягодин Б.Я., Смирнов П.М., Петербургский А.В. (1989) Агрохимия. Агропромиздат.

13. Якушкина Н.И., Бахтенко Е.Ю. (2005) Физиология растений. ВЛАДОС.

Размещено на Allbest.ru