Медь

Очень высоко содержание меди в почвах, образовавшихся на богатых медью породах и в районах концентрации медных месторождений. Значительное обогащение почв медью отмечается при частой обработке растений инсектофунгицидами с содержанием меди.

Содержание данного элемента в почве непосредственно связано с его содержанием в почвообразующих породах:

Базальты

Андезиты

Граниты

Валунные суглинки, известняки и пески

Глины и лессы

Общее содержание меди различается в зависимости от типа почв:

Желтоземы и красноземы

Засоленные почвы и черноземы

Дерново-подзолистые, серые лесные, сероземы и каштановые

Верховые торфяники и дерново-карбонатные

Почвы тундры

Торфянисто-болотные

Подвижная медь

• медь в кристаллической решетке первичных и вторичных минералов;
• медь в соединениях с органическим веществом почвы;
• медь в поглощенном состоянии на поверхности коллоидных частиц почвы;
• водорастворимые формы меди.

Содержание водорастворимых соединений обычно мало и составляет менее 1 % от общего ее количества. При этом, они представлены как минеральными, так и органическими кислотами. Водорастворимые соединения меди подвержены вымыванию из почв. Это значимо для супесчаных и песчаных почв с малой емкостью поглощения.

Кроме водорастворимых соединений, легко усваиваемыми формами соединений меди являются обменно-сорбированные. Медь поглощается органическими и минеральными коллоидами и глинистыми минералами почв.

Содержание доступной для растений меди в почвах колеблется от 1,1 до 7,8 мг/г.

Роль в растении

Биохимические функции

Формы нахождения и поведения меди в растениях делятся на шесть групп:

1. Медь присутствует в комплексных соединениях с протеинами и низкомолекулярными органическими веществами.
2. Медь обнаруживается в составе энзимов – жизненно важных для растений веществ с неисследованными функциями.
3. Медь играет немаловажную роль в процессах дыхания, фотосинтеза, перераспределения углеводов, фиксации и восстановления азота, метаболизма клеточных стенок и протеинов.
4. Медь влияет на проницаемость сосудов ксилемы для воды и контролирует баланс влаги.
5. Медь контролирует образование ДНР и РНК.
6. Медь оказывает значительное влияние на механизмы устойчивости к различным заболеваниям. Однако при избытке или повышенном содержании меди в растениях они становятся менее устойчивы к некоторым заболеваниям.

По биохимическим свойствам и функциям медь схожа с железом и способна как образовывать стабильные комплексы, так и изменять валентность с двухвалентной на одновалентную. Одновалентная медь нестабильна, в отличие от двухвалентной. Вопрос о том, в какой форме – Cu (II) или Cu (III) – медь поглощается растениями, в настоящее время остается открытым. До 99 % меди в растениях присутствует в виде комплексных форм, а концентрация свободных одно- и двухвалентных ионов предельно низка. Для меди характерно большее сродство к аминокислотам, чем к органическим кислотам, и средняя мобильность во флоэме.

Большинство функций меди в растениях связано с ее непосредственным участием в ферментативных окислительно-восстановительных реакциях. Существует несколько важнейших Cu-ферментов:

1. Пластоцианин. Участвует в процессе фотосинтеза. Свыше 50 % меди в хлоропластах связано с пластоцианином. На 1000 молекул хлорофилла приходится три-четыре молекулы этого вещества.
2. Цитохлоромоксидаза – оксидаза митохондриальной ЭТЦ. Включает в себя два атома меди и два атома железа в гемовой конфигурации. Атомы меди взаимодействуют с молекулой кислорода, при условии недостатка меди активность фермента снижается.
3. Полифенолоксидаза. Отвечает за перенос фенолов на молекулярный кислород. Фермент участвует в биосинтезе лигнина, алкалоидов, меланина. Эти вещества ингибируют прорастание спор и рост грибов. При недостатке меди снижается активность фермента.
4. Супероксиддисмутаза – изофермент. Играет важную роль в детоксикации супероксидного радикала, образуемого в процессе фотосинтеза. Изофермент присутствует в цитозоле, митохондриях, глиоксисомах, хлоропластах.
5. Аскорбатоксидаза. Катализирует окисление аскорбиновой кислоты до дегидроаскорбиновой. Содержит до пяти атомов меди на молекулу. Локализуется в клеточных стенках и цитоплазме. При недостатке меди активность фермента снижается. Используется как показатель оценки обеспеченности растений медью.
6. Диаминоксидаза. Катализирует деградацию путресцина. Локализован в апопласте эпидермиса и ксилемы зрелых тканей. В условиях дефицита меди активность фермента снижается.

Недостаток (дефицит) меди в растениях

Болезнь, вызываемая недостатком меди, называется белокосицей, белой чумой или болезнью обработки. Дефицит меди провоцирует задержку роста, хлороз, потерю тургора и, как следствие, увядание растений, а также задержку цветения и гибель урожая. У злаков при острой нехватке меди белеют кончики листьев и не развивается колос. Плодовые страдают суховершинностью.

Дефицит меди, как правило, возникает у растений на кислых песчаных и торфянистых почвах. Критический уровень недостатка меди наблюдается при содержании меди в вегетативных частях растений 1–5 мг/кг сухой массы. Типичные анатомические нарушения, возникающие вследствие дефицита меди, непосредственно связаны с нарушением лигнификации клеточных стенок. В наибольшей степени это проявляется в склеренхиме клеток стеблей. Это явление может наблюдаться даже при незначительном снижении уровня меди и может быть использовано с целью диагностики.

При недостатке меди отмечается снижение активности медьсодержащих ферментов, участвующих в процессах дыхания и фотосинтеза. Как следствие, в растениях снижается уровень растворимых углеродов. При низком их содержании нарушается формирование пыльцы, что приводит к снижению фертильности, а у бобовых подавляется азотофиксация. Недостаток меди больше влияет на развитие семян, зерен, чем на рост вегетативной массы. Таким образом, для нормального образования и функционирования генеративных органов растениям требуется гораздо больше меди, чем для формирования вегетативных частей растения.

Вызванные недостатком меди нарушения процессов фотосинтеза и дыхания отражаются на энергетическом обмене растения, что провоцирует каскад вторичных физиологических эффектов.

Растения испытывают недостаток меди, а почвы считаются бедными по содержанию данного элемента при содержании меди в почвах Нечерноземья менее 1,5–2,0 мг/кг почвы, а в Черноземье – менее 2,0–5,0 мг.

Избыток меди

При избытке меди наблюдается проявление симптомов отравления растений (фитотоксичность). Это хлороз молодых листьев, при этом, жилки остаются зелеными; хлороз нижних листьев. Последний сопровождается появлением коричневой пятнистости и опадением листьев.

Содержание меди в различных соединениях

Источниками промышленного получения медьсодержащих удобрений являются различные медные руды. По минералогическому составу они делятся на три категории: самородные, окисленные и сульфидные. Основной сопутствующий минерал сплошных сульфидных руд – пирит. Содержание меди в рудах колеблется от 0,7 до 3 %. Медные руды – комплексное сырье. В зависимости от основного спутника меди, подразделяются на медноцинковые, медноникелевые, медномолибденовые и меднокобальтовые. Кроме того, медные руды содержат серу, селен, золото, серебро, платину и многие другие элементы.

Значительное количество меди и ее соединений может быть получено при переработке вторичных цветных металлов.