Получение и применение биологически доступных соединений железа, стабилизированных гуминовыми веществами

• Автор: Соркина, Татьяна Александровна
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Гумшювые вещества: строение, свойства и области применения

1.1.1 Общая характеристика гуминовых веществ

1.1.2 Функционально-групповой состав гуминовых веществ

1.1.3 Окислительно-восстановительные свойства ГВ

1.1.4 Кислотно-основные свойства ГВ

1.1.5 Области применения гуминовых веществ

1.2 Дефицит железа у растений: причины возникновения и способы коррекции

1.2.1 Роль соединений железа в жизни живых организмов

1.2.2 Способы поглощения железа у высших растений
1.2.3 Биодоступность соединений железа
1.2.4 Дефицит железа у растений
1.2.5 Способы коррекции дефицита железа у растений
1.3 Соединения железа с гуминовыми веществами
1.3.1 Соединения железа в почвах
1.3.2 Взаимодействие железа с ГВ в природных водах
1.3.3 Механизмы взаимодействия железа с ГВ
1.3.4 Способы получения соединений Ге-ГВ
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Оборудование
2.2 Техника эксперимента
2.2.1 Получение соединений Ге- ГВ и исследование их свойств
2.2.2 Исследование биологической активности соединений Ге-ГВ
2.3 Физико-химические методы анализа

3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Характеристика макролигандных свойств препаратов ГВ
3.1.1 Элементный состав исследуемых препаратов ГВ
3.1.2 ИК-спектроскопия исследуемых препаратов ГВ
3.1.3 Определение содержания кислотных групп в препаратах ГВ
3.2 Получение и исследование свойств соединений Ее-ГВ
3.2.1 Получение растворимых в воде соединений Ге-ГВ
3.2.2 Исследование соединений Ге-ГВ методами ИК-спектроскопии, РФА
и просвечивающей электронной микроскопии
3.2.3 Исследование соединений Ге-ГВ методами ЕХАГ8/ХА1ЧЕ
3.2.4 Исследование соединений Ге-ГВ методом спектроскопии ЯГР
3.2.5 Проведение направленного синтеза соединений Ге-ГВ
3.2.6 Получение соединений Ге - ГВ на основе у- и 8-ГеООН
3.2.7 Изучение влияния ГВ на рост частиц фероксигита с использованием
мессбауэровской спектроскопии замороженных растворов
3.2.8 Исследование коллоидной устойчивости суспензий Ге-ГВ
3.3 Исследование биологической активности соединений Ее-ГВ по отношению к растениям
3.3.1 Исследование биологической активности соединений Ге-ГВ
методом водных культур на растениях огурца
3.3.2 Исследование биологической активности соединений Ге-ГВ
методом водных культур на растениях пшеницы
3.3.3 Исследование биологической активности соединений Ге-ГВ
методом почвенных культур
3.3.4 Исследование цитотоксичности соединений Ге - ГВ
ВЫВОДЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Актуальность проблемы.
Одним из основных способов минимизации воздействия химических веществ на природные и искусственные агроэкосистемы является замена опасных для окружающей среды реагентов и агрохимикатов на безопасные аналоги на основе природных соединений. Перспективным сырьем для получения таких препаратов являются гуминовые вещества (ГВ) - соединения природного происхождения с широкой ресурсной базой, включающей окисленные бурые угли, торфы, сапропели, лигносодержащие отходы целлюлозно-бумажных и биоэтанольных производств. ГВ образуются при разложении растительных и животных останков и формируют основной компонент органического вещества почв, природных вод, торфов и углей. При этом они представляют собой природные полиэлектролиты с окислительно-восстановительными и поверхностно-активными свойствами, что в сочетании с безопасностью для окружающей среды делает их реальной альтернативой многим синтетическим реагентам. Особый интерес представляет способность ГВ стабилизировать высокодисперсные формы соединений железа, описанная на примере почвенных коллоидов, органоминеральных комплексов и других соединений, встречающихся в почве и природных водах. Данное свойство может быть положено в основу получения широкого спектра гибридных соединений с различными функциональными свойствами. Наиболее перспективными областями применения препаратов Ге - ГВ являются сельское хозяйство и природоохранные технологии.
Одной из проблем современного сельского хозяйства является отсутствие безопасных и эффективных препаратов биологически доступного железа. При дефиците железа у растений возникает комплексное заболевание, сопровождающееся угнетением роста, которое приводит к снижению урожайности и питательной ценности сельскохозяйственных продуктов. Основным симптомом данного состояния является пожелтение листьев, поэтому оно получило название железодефицитный хлороз. Возникает оно у растений, выращиваемых на почвах с высоким содержанием карбонатов, в жарких и засушливых регионах, а также в

Среди перечисленных групп, согласно данным работ [8], [12], [149], во взаимодействии металлов с ГВ определяющую роль играют карбоксильные группы, входящие в состав двух основных типов связывающих центров: салицилатных и фталатных. В то же время в работах [150], [151] указывается на существенный вклад группировок типа пирокатехина, а в работах [152], [153], [154] - на одновременное участие карбоксильных и фенольных групп (Рис. 6). Кроме того, считается возможным и участие в данном процессе групп, содержащих гетероциклический или аминный азот [8], [149], [61]. Однако ввиду низкого процентного содержания азота, принято считать, что этот тип связывания не может играть существенной роли. В то же время для ГВ, содержащих значительные количества азота, имеются данные ЭПР-исследований о координации ионов металлов азотом с образованием комплексов порфиринового типа [155], [156]. В то же время данные других ЭПР-исследований [139] свидетельствуют об участии только карбоксилат-ионов, при этом в ряде случаев наблюдают связи солевого типа. Существуют работы, указывающие на возможность взаимодействия металлов с ГВ с образованием комплексов фталатного [157] и салицилатного [12] типа. Обобщая литературные данные [8], [10], [11], можно построить таблицу с классификацией взаимодействий ГВ с металлами по характеру связи «ГВ-металл» (Таблица 4).
Таблица 4 Взаимодействие ГВ с металлами и характер образующихся соединений
Металлы Класс соединений Тип связи
Щелочные и щелочноземельные Соли Ионная
Поливалентные катионы А1 и Ге, входящие в состав глинистых минералов Органоминеральные комплексы Ковалентная полярная
Переходные металлы Комплексы Координационная
Следует, однако, подчеркнуть, что в реальных условиях следует ожидать образование соединений со связями смешанного характера с преобладанием того или иного типа в зависимости от природы катиона [1]. В случае с железом также можно предположить образование всех трех типов связей.