Реферат - Влияние наночастиц кремния и серебра на продуктивность урожая - файл n1.doc

Реферат - Влияние наночастиц кремния и серебра на продуктивность урожая
скачать (1478.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1479kb.01.06.2012 08:39скачать

n1.doc

Введение.

Что такое нанотехнология? Приставка «нано» (от греч. Сл. «карлик») используется в терминологии для обозначения дольных единиц, равных одной миллиардной доле от 1м (1нм=10-9м)

Нанотехноло́гия — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

Нанотехнология, нанонаука, это наука и технология коллоидных систем, это коллоидная химия, коллоидная физика, молекулярная биология, вся микроэлектроника, принципиальное отличие коллоидных систем к которым относятся: облака, кровь человека, молекулы ДНК и белков, транзисторы, их которых собираются микропроцессоры, в том что поверхность таких частиц или огромных молекул в миллионы раз превосходит объем самих частицы, такие частицы занимают промежуточное положение между истинными гомогенными растворами, сплавами, и обычными объектами макромира как то стол, книга, песок. Поведение таких систем сильно отличается от поведения истинных растворов и расплавов и от объектов макромира благодаря высокоразвитой поверхности, как правило такие эффекты начинают играть значительную роль когда размер частиц лежит в диапазоне 1-200 нанометров, отсюда пришло замещение слова коллоидная физика, химия, биология на нанонауку и нанотехнологии, подразумевая размер объектов о которых идет речь.

Современная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы размерами от 1 до 100 нанометров обычно называют «наночастицами». Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эффективностью, зато более дёшевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров — белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные наночастицы могут самовыстраиваться в определённые структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства.


1.Характеристика наночастиц серебра.

Коллоидное наносеребро - продукт, состоящий из микроскопических наночастиц серебра, взвешенных в деминерализованной и деионизированной воде. Этот продукт высоких научных технологий производится электролитическим методом.

Наноматериал, уже сегодня находящий применение в различных коммерческих продуктах - наносеребро.

Как известно, серебро - самый сильный естественный антибиотик из существующих на земле. Доказано, что серебро способно уничтожить более чем 650 видов бактерий, поэтому оно используется человеком для уничтожения различных микроорганизмов на протяжении тысячелетий, что свидетельствует о его стабильном антибиотическом эффекте.

Широкий спектр противомикробного действия серебра, отсутствие устойчивости к нему у большинства патогенных микроорганизмов, низкая токсичность, отсутствие в литературе данных об аллергенных свойствах серебра, а также хорошая переносимость больными – способствовали повышенному интересу к серебру во многих странах мира.

Рис.1 Микрофотография наночастиц серебра
В 1910 г. фирма «Гейден», обобщив опыт практического применения серебра в медицине, издала аннотационный обзор, посвященный методике лечения различных инфекционных заболеваний: абсцессов, брюшного тифа, возвратного тифа, воспаления легких, придаточных пазух носа, среднего уха, гингивита, гонококкового сепсиса, дифтерийной жабы, дизентерии, кератита, коньюнктивита, лепры, мягкого шанкра, мастита, менингита, эпилепсии, пиемии, рожистого воспаления, сибирской язвы, сифилитических язв, спинной сухотки, острого суставного ревматизма, трахомы, фарингита, фурункулеза, цистита, эндокардита, эндометрита, хореи, эпидидимита, язвы роговой оболочки.

С открытием антибиотиков и сульфаниламидов интерес к препаратам серебра несколько снизился. Но в последнее время противомикробные свойства серебра вновь стали привлекать к себе внимание. Это связано с ростом аллергических осложнений антибактериальной терапии, токсическим действием антибиотиков на внутренние органы и подавлением иммунитета, возникновением грибкового поражения дыхательных путей и дисбактериоза после длительной антибактериальной терапии, а также появлением устойчивых штаммов возбудителей к используемым антибиотикам.

Повышенный интерес к серебру возник вновь в связи с выявленным его действием в организме как микроэлемента, необходимого для нормального функционирования органов и систем, иммунокорригирующими, а также мощными антибактериальными и противовирусными свойствами.

Эффективность бактерицидного действия коллоидного серебра объясняется способностью подавлять работу фермента, с помощью которого обеспечивается кислородный обмен у простейших организмов. Поэтому чужеродные простейшие микроорганизмы гибнут в присутствии ионов серебра из-за нарушения снабжения кислородом, необходимого для их жизнедеятельности.

Современные исследования действия коллоидных ионов серебра показали, что они обладают выраженной способностью обезвреживать вирусы осповакцины, некоторые штаммы вируса гриппа, энтеро- и аденовирусов. К тому же они оказывают хороший терапевтический эффект при лечении вирусного энтерита и чумы у собак. При этом выявлено преимущество терапии коллоидным серебром по сравнению со стандартной терапией.

Отмечено благотворное действие коллоидных ионов серебра на заживление трофических язв, развивающихся при нарушении кровообращения нижних конечностей. Ни в одном случае не было отмечено побочных эффектов лечения серебром.

Сейчас одна из быстро развивающихся областей современной нанотехнологии - создание и использование наноразмерных частиц различным материалов.

Типичные наночастицы серебра имеют размеры 25 нм. Они имеют чрезвычайно большую удельную площадь поверхности, что увеличивает область контакта серебра с бактериями или вирусами, значительно улучшая его бактерицидные действия. Таким образом, применение серебра в виде наночастиц позволяет в сотни раз снизить концентрацию серебра с сохранением всех бактерицидных свойств.

  Бактерицидная добавка на основе наночастиц серебра является одним из последних достижений отечественной науки в области нанобиотехнологий.

Действие серебра специфично не по инфекции (как у антибиотиков), а по клеточной структуре. Любая клетка без химически устойчивой стенки (такое клеточное строение имеют бактерии и другие организмы без клеточной стенки, например, внеклеточные вирусы) подвержена воздействию серебра. Поскольку клетки млекопитающих имеют мембрану совершенно другого типа (не содержащую пептидогликанов), серебро никаким образом не действует на них.


Рис.2

В связи со способностью особым образом модифицированных наночастиц серебра длительное время сохранять бактерицидные свойства, рационально использовать наносеребро не в качестве дезинфицирующих средств частого применения, а добавлять в краски, лаки и другие материалы, что позволяет экономить деньги, время и трудозатраты.

В наноразмерном диапазоне практически любой материал проявляет уникальные свойства и особенно такое металл как серебро. Ионы серебра обладают антисептической активностью. Значительно более высокой активностью обладает раствор наночастиц серебра. Коллоидное серебро - естественный антибиотик, разрешенный к применению в США Федеральной комиссией по питанию и медикаментам еще в 1920 году.

Сотрудник Администрации по пищевым продуктам и лекарственным препаратам (FDA) США Гарольд Дэвис в письме от 13.09.1991 года сообщал, что коллоидное серебро, используемое на рынке США, прошло апробацию еще в 1938 году.

Если обработать раствором коллоидного серебра бинт и приложить его к гнойной ране, воспаление пройдет и рана заживет быстрее, чем с использованием обычных антисептиков.

Физические свойства наночастиц серебра отличаются от свойств того же серебра (например, уменьшение размеров частицы приводит к уменьшению ее температуры плавления). Технологи научились изготавливать наночастицы различных размеров, формы и химического состава. А вот контролировать число и тип дефектов в наночастицах они пока не умеют. Поэтому в вопросе о влиянии дефектов на характеристики наночастиц остается много нерешённых вопросов. Между тем известно, что наличие дефектов может приводить к весьма существенному изменению свойств наночастиц.

В XIV веке от чумы умерло более четверти населения Европы. И хотя в то время была неизвестна причина заболевания, но было замечено, что богатые люди заражались довольно редко. Есть основания полагать, что богатые ели с серебра и это до некоторой степени защищало их от бактерий, вызывающих чуму.

Известно, что американские пионеры клали серебряный доллар в молоко, чтобы сохранить его свежим. Во второй половине XIX века немецкий акушер-гинеколог Карл Креде открыл мощный антигонорейный эффект 1%-ного раствора азотнокислого серебра. Это открытие позволило ликвидировать в родильных домах Германии гнойные гонорейные воспаления глаз у новорожденных.


2.Характеристика наночастиц кремния.

В периодической системе элементов Менделеева кремний находится в одном ряду непосредственно перед фосфором, имея 14-й порядковый номер. Оба элемента относятся к главным подгруппам своих групп. Кремний обладает переменной валентностью: может отдавать электроны, проявляя свойства металлов, и присоединять их как металлоид. Для него наиболее типичны соединения, в которых он положительно четырехвалентен. Соединения, в которых он двухвалентен, немногочисленны. Кремний - один из самых распространенных элементов в природе.

Начало систематическим полевым исследованиям роли Si в формировании биомассы растении было положено в середине XIX в., когда в долголетних опытах Ротамстедской опытной станции было обнаружено, что с помощью силикатов можно повышать урожайность сельскохозяйственных культур. Установление необходимости кремния для растений было сопряжено с трудностями исключения влияния его примесей, присутствующих в питательных средах и выщелачивающихся из стеклянных сосудов даже при покрытии их парафином из-за наличия в нем микротрещин. По вопросу о роли кремния для растений было немало разногласий и кремний не был включен в перечень безусловно необходимых элементов для растений. Лишь в 1922 г. он был отнесен к элементам-биофилам.

Широкие исследования роли кремния в жизни растений ведутся в Китае, Германии, США. Ита­лии. России и, особенно, в Японии, где основной

продовольственной культурой является рис. от­личающийся исключительно высокой потребностью в этом элементе. С 1955 г. в Японии кремни­евые удобрения официально внесены в реестр минеральных удобрений. о возросшем, особенно в последнее десятилетие, интересе к во­просу о роли Si в питании растении свидетельст­вует проведение международных конференций в США. Японии, России и заметно возрос­ший объем публикаций,

В настоящей работе обобщены сведения по вопросам касающимся как физиологических особен­ностей питания растении Si, защите их от биологических стрессов, так и регулирования фосфатного режима почвы, изменения ее микробиологическо­го потенциала. Кремний является непременной составляю­щей частью всех растении. Наибольшее количе­ство его находится в растениях степных, полупус­тынных, пустынных и горных регионов с наиме­нее благоприятными условиями существования. что характеризует кремний как элемент-адаптер для растении и, возможно, земледелия в целом. Много кремния обнаружено в тканях тропических деревьев : в некоторых обнаружено до 3.2% SiO2, а для более 50 разновидностей его содержание превышает 0.5%, и они практически не повреждаются насекомыми.
3.Действие наночастиц серебра и кремния на продуктивность и качество урожая.

Биологические наночипы помогут проводить диагностику соматических и инфекционных заболеваний, в том числе видовую идентификацию возбудителей особо опасных инфекций и токсинов получены материалы с наночастицами серебра, обладающие антибактериальными свойствами. Они применимы в медицине для борьбы со стафилококками и другими бактериями в виде красок, бесхлорных средств дезинфекции, перевязочных материалов, лака для покрытия катетеров и т.д. Такие материалы используют в сельском хозяйстве, например в доильных аппаратах, решают проблему загрязнения фильтров любых кондиционеров.

Направления использования нанотехнологий в сельском хозяйстве связаны с воспроизводством сельскохозяйственных видов, переработкой конечной продукции и улучшением ее качества. Нанотехнологии уже используют для обеззараживания воздуха и различных материалов, в том числе кормов и конечной продукции животноводства; обработки семян и урожая в целях его сохранения. Их применяют при стимуляции роста растений; лечении животных; улучшении качества кормов. Есть опыт внедрения этих технологий для уменьшения энергоемкости производства, оптимизации методов обработки сырья и увеличения выхода конечной продукции; разработки новых упаковочных материалов, позволяющих долго сохранять конечную продукцию.

Большинство из них связано с пищевой промышленностью, с использованием наноматериалов для упаковки пищи или определения и, в отдельных случаях, нейтрализации опасных токсинов, аллергенов или патогенов. Развиваются проекты по созданию и улучшению пищевых добавок, получению растительного масла с нанодобавками, которые препятствуют поступлению холестерина в кровь млекопитающих.

Другие направлены на развитие более эффективных и средосберегающих агротехнологий. Например, использование наноматериалов для очистки вод в агроэкосистемах. Или их применение для переработки отходов растениеводства в этанол. В животноводстве разрабатывают методы использования нанодобавок в целях уменьшения доз ростовых факторов и гормонов, нейтрализации патогенов на ранних стадиях их контакта с животными.

Большие надежды в применении нанотехнологий обнаруживаются и в агропромышленном комплексе. Увеличение производства и качества переработки сельскохозяйственного сырья, увеличение ресурса работы спецтехники, повышения сроков хранения, получение высококачественной пищевой продукции и кормов - все эти задачи агробизнеса могут решить нанотехнологии.

В настоящее время в животноводстве успешно применяются наночастицы серебра в фильтрах и других деталях оборудования молочной промышленности для ингибирования процессов брожения и скисания молока. Наночастицы железа и других микроэлементов включают в состав премиксов для повышения жизнестойкости животных и их продуктивности. Нанотехнологии применяются при упаковке и хранении пищевых продуктов.

При помощи наночастиц серебра, обладающих активных антимикробным действием, можно эффективно дезинфицировать различные виды продуктов. Активно сегодня применяются ДНК-технологии, которые позволяют выявить гены, ассоциированные с хозяйственно-ценными признаками, устойчивости к стрессам, инфекционным болезням, а также гены носители рецессивных мутаций – генетических аномалий. В целом вся молекулярная биология может быть названа нанотехнологией.

За рубежом наноиндустрия стремительно развивается. Например, с конца 90-х годов прошлого столетия с использованием молекулярной биологии ведется анализ племенной ценности животных в США, в Канаде, в странах Европейского союза. По данным агентства "Сьянтифика", зафиксировано 150 случаев применения нанотехнологий в пищевой промышленности по всему миру. Другое аналитическое агентство "Хельмут Кайзер" предсказывает, что вклад нанотехнологий в производство продуктов питания к 2010 году в США составит порядка 20 миллиардов долларов. Так, например, правительство США инвестирует до 1,2 миллиардов долларов в программу внедрения нанотехнологий в сельское хозяйство. Российскими учеными уже сделан большой вклад в развитие нанотехнологий. У нас есть очень серьезные разработки, не только в области АПК, но и в других отраслях экономики.

Обработка семян водной дисперсией с наночастицами серебра повышает жизнестойкость, улучшает всхожесть и повышает урожайность растений и злаков.

Разработка современных нанотехнологий представляет несомненный интерес для АПК России, и прежде всего применительно к зерну как к стратегическому сырью и одному из ключевых факторов продовольственной безопасности страны.

Безопасность пищевых продуктов и кормов на зерновой основе означает отсутствие токсического, канцерогенного, мутагенного и другого негативного воздействия на организм человека и животных. Техногенные причины, нарушение культуры земледелия, хранения и переработки зерна увеличили зараженность зерна микотоксинами. Их известно более 120. Микотоксины в силу широкой распространенности и токсичности представляют реальную опасность для здоровья человека и сельскохозяйственных животных и наносят значительный экономический ущерб. 
Применительно к АПК, например, Новосибирской области, производящей 3,0–3,5 млн. т зерна в год, из-за нарушения технологии обработки и хранения зерна потери от патогенных микроорганизмов достигают не менее 15%. Это сопоставимо с объемами зерна пшеницы (300 тыс. т), необходимыми для обеспечения хлебом населения Новосибирской области. Поэтому даже частичное сокращение потерь зерна как в физических объемах, так и в сохранении его качества гарантирует для АПК Новосибирской области существенную экономическую выгоду.
Одним из значимых резервов повышения урожайности и качества зерна яровой пшеницы является фитосанитарная оптимизация технологии ее возделывания, важнейшим элементом которой является обеззараживание семенного материала от возбудителей болезней, которые в массе передаются с посадочным материалом. Так, через семенной и посадочный материал у однолетних культур передается около 75% возбудителей грибковой природы и более 88% бактериальной. 
Наше внимание привлекли серебро и висмут, обладающие широким спектром антибактериального и противовирусного действия, которые нашли широкое применение в медицине при создании фармацевтических препаратов, таких, например, как «Де-Нол» и др. При этом в исследованиях выявлено, что биологическая активность серебра и висмута в виде наночастиц значительно превосходит ее антимикробное действие в ионной форме. В частности, было установлено эффективное действие нанопрепаратов серебра и висмута на картофельную палочку, синегнойную бактерию, а также на кишечную палочку и золотистый стафилококк. 
Сибирский филиал ГНУ ВНИИЗ совместно с Сиб. ГНУ НИИРС Россельхозакадемии, СибУПК и ИХТТМ СО РАН проводят комплексное научное исследование с целью изучения влияния нанопрепаратов серебра и висмута на фитосанитарное состояние, посевные качества и урожайность семян яровой пшеницы. Результаты исследований, проведенных в лабораторных и полевых условиях, выявили положительное влияние нанопрепаратов серебра и висмута на семенные показатели зерна (всхожесть и энергию прорастания) по сравнению с контролем и химическим протравителем «Раксилом». При этом рост проростков и корней семян яровой пшеницы превосходил контроль в 1,2–1,4 раза. Пораженность семян фитопатогенными грибами на фоне обработки нанопрепаратом висмута снижалась в 2,3–2,8 раза, и он превосходил по этому показателю нанопрепарат серебра.
Урожай зерна яровой пшеницы «Новосибирская 29» на опытных делянках с нанопрепаратами серебра и висмута составил соответственно 49,6 ц/га и 49,0 ц/га против 43,4 ц/га на контрольной делянке, т.е. был на 14,5% выше.
Одним из приоритетных направлений исследований для АПК России является рецептура добавок для комбикормов с использованием наночастиц серебра для лечебного и профилактического кормления различных групп сельскохозяйственных животных и птицы. Известно, что на долю желудочно-кишечных заболеваний приходится до 70% причин гибели сельскохозяйственных животных.
По хоздоговору с Сибирским филиалом ГНУ ВНИИЗ в Сибирском ГНУ НИИЖ Россельхозакадемии успешно проведены научные исследования по теме: «Изучение влияния антимикробной активности нанобиокомпозита серебра на основе цеолита на состояние здоровья и продуктивность поросят-сосунов». Применялся серебряный нанокомпозит с содержанием серебра 0,0015%, разработанный в ИХТТМ СО РАН. В опытной группе не допускалось применение антибиотиков при возможных диарейных явлениях, в контрольных группах антибиотики использовались по необходимости. 
В НГАУ проведены аналогичные научно-хозяйственные опыты с применением серебряного нанокомпозита на цеолите при откорме цыплят-бройлеров и утят мускусной утки. Для оценки эффективности нанокомпозита серебра в профилактике микотоксикозов и желудочно-кишечных болезней применение лекарственных препаратов в исследованиях было также только в контрольных группах.
В проведенных исследованиях отмечено, что наносеребро в минимальной дозировке при выращивании подсосных поросят способствует повышению их среднесуточных приростов на 42% и увеличению конверсии корма на 30,5%. Наблюдалось также увеличение валовой массы цыплят-бройлеров на 7%, а утят – на 12,4% в сравнении с контролем. При этом нанокомпозит серебра проявил высокие лечебные профилактические свойства в борьбе с диарейными явлениями.
В результате комплексного исследования влияния нанопрепаратов серебра и висмута на фитосанитарное состояние семян пшеницы и на продуктивные показатели сельскохозяйственных животных и птицы установлено:
1. Современным направлением обеззараживания семян может стать применение нанопрепаратов на основе серебра и висмута, которые обладают многофункциональным действием, в частности, способностью подавлять возбудителей болезней, стимулировать рост и повышать устойчивость растений к стрессовым факторам.
2. Перспективным является также применение нанопрепаратов на основе серебра в качестве лечебно-профилактических препаратов в борьбе с желудочно-кишечными заболеваниями сельскохозяйственных животных и птицы и возможность полностью отказаться от применения антибиотиков.
Однако успешное развитие современных нанотехнологий для АПК накануне вступления России в ВТО и стремительного развития «глобальной технологической конкуренции» без государственной поддержки будет проблематично.

О роли Si в роли растений накоплено не мало сведений. Он оказывает стимулирующее влияние на развитие корней системы, площадь листьев, скорость роста, конечную сухую массу растений. Данные о влиянии соединений Si на качество урожая противоречивы : встречаются факты положительного действия, так и его отсутствия. Отмечено участие Si в процессах энергетического, углеводного и водного обменов. Физиологические опыты с рисом подтвердили важную роль Si в функционировании нуклеиновых кислот. При исключении Si в диатомовых водорослях блокируется синтез белков, хлорофилла, ДНК,РНК, ксантофилла, липидов, а такаже замедляется процесс фотосинтеза.

Механизм участия Si метаболизме растений

До конца пока не раскрыт. Однако предполагается его связь с изменением активности ферментов, возможно, что Si ингнбирует в растениях ри­са инвертазу и кислую фосфатазу.

Кремний на 2-2.5 нед. ускоряет созревание кукурузы и прорастание семян ячменя и риса, увели­чивает корневую массу ячменя. усиливает фотосинтез и рост растении риса, ускоряет его со­зревание, воздействует на азотный, фосфорный и калийный обмен. Он способствует повыше­нию засухоустойчивости растений, устой­чивости растений к поражению грибковыми за­болеваниями. насекомыми-вредителями, полега­нию, низким температурам. Защитные свойства кремния, как считает Yoshi-da, Объясняются тем. что он способствует укреплению стенок эпидермальных клеток рас­тений, создавая барьер на пути внедрения парази­та, предотвращая полегание и способствуя более экономному расходованию воды. На основании гистохимических исследований растений риса он пришел к выводу, что в корнях Si распределен равномерно во всем слое ткани. тогда как Ма и Takahashi считают, что он концентрируется в эпидермальных тканях и коронарных клетках. В транспирационных органах, таких как лист. Si локализуется в эпидермальных тканях, образуя двойной кутикулярно-кремниевый слой, предохраняющий растения от чрезмерного испарения и от проникновения гифов гриба. Айлер также отмечает, что ткани растений с наибольшей способностью к испарению воды оказываются на­иболее окремненными (края листьев пшеницы, ржи), однако он утверждает , что различия в содержании кремнезема нельзя объяснить только разными количествами испаряемой воды.

Особо следует отметить агроэкологический аспект применения соединений кремния в защите растений – это снижение пестицидной нагрузки в агроценозах, ограничесние поступления ксенобиотиков в объекты окружающей среды, повышение устойчивости растений к мутациям, что авторы объясняют более прочной связью Si-O-C, чем Р-О-С в ДНК и РНК.

Важнейшим звеном биогеохимического круговорота кремния является поступление и накопление его в растениях, взаимосвязь этого процесса с питанием другими биофильными элементами. Содержание кремния в растениях сопоставимо с содержанием основных макроэлементов. В сухой массе растений содержится 1-2% Si, в их золе от 20 до 91%, причем чем на более высокой ступени эволюционного развития находится растение , тем меньше его содержание. Так, если в одноклеточных водорослях он среди остальных элементов занимает третье место, в папоротни­ках - седьмое, то в покрытосемянных - четырнад­цатое.

Растения, интенсивно ассимилирующие Si из почвы, называют кремниефилами. Содержание Si в их листьях в среднем составляет около 2%. тогда как у растений, не накапливающих его -0.25%. Из культурных растений к кремниефилам относят прежде всего злаки (рис, пшеницу, ячмень, овес, просо, кукурузу). Двуокись кремния составляет более половины минеральных ве­ществ, которые зерновые усваивают из почвы. Как правило, однодольные растения содержат кремния гораздо больше, чем двудольные. Злаки поглощают его в 10-20 раз больше, чем бобовые, рожь ассимилирует его интенсивнее подсолнеч­ника, рис - интенсивнее томатов, пшеница - боль­ше хлопчатника. В различных сельскохозяйственных культурах при внесении кремниевых удобрений отмечается повышение содержания Si. причем оно больше выражено в корнях и меньше - в ростках и листь­ях, что указывает на наличие в растениях меха­низма по распределению кремния. В целом определение Si в растении можно выразить сме­ющим рядом: лист > стебель > корень, т.е. накопление кремния в листьях является харак­терной чертой всех растений. Особенно много Si в листьях риса - 8-21%. Содержание Si в рас­тениях достигает максимума к концу вегетации.

Сильнейшими концентраторами этого эле­мента являются так называемые кремниевые организмы, принадлежащие к низшим классам и обитающие в морской воде (например, диатомовые водоросли, радиолярии, губки). Содержание Si в них составляет более 10%. Диатомовые водоросли способны поглощать растворимый кремнезем из воды при чрезвычанно низких его концентрациях - 0.0002-0.0014%.

В споровых растениях обнаружены ферменты (силиказы), ответственные за ассимиляцию и метаболизм кремния.

Известно, что Si находится в растительных тканях в виде кремниевых эфиров углеводов, протеинов, а также кремнезема, кремниевых кислот, силикатов. Биогенные формы кремния (фитолиты) повышают устойчивость растительных тканей к неблагоприятным условиям. Вместе с тем, при экстремально высоком содержании фитолитов в кормовых культурах кормовая ценность последних снижается, так как они вызывают истирание зубов скота, ухудшают перевариваемость корма и способствует развитию мочекаменной болезни. Описаны случаи смерти телят при скармливании им травы, богатой Si (>2%) из за образования кремнеземных камней в мочевом тракте. Чтобы этого не происходило, необходимо к их рациону добавлять соль, способствующую большему потреблению животными воды.

Особенно много кремния усваивает рис. В исследованнях Алешина с сотрудниками установле­но, что в расчете на 1 т зерна риса из почвы выносится 98-182 кг кремния, 17—34 кг калия, 15-23 кг азота. По выносу урожаем этой культуры основ­ные элементы можно расположить в следующем порядке: Si>K>N>P>Mg>Ca>Fe>Сu. Повы­шение содержания Si в растворе с 0.75 до 162 мг/л приводило к увеличению усвоения его рисом в 11.4 раза (с 10.9 до 124 г/кг сухой массы).

В исследованиях с кремнесодержащими удобрениями установлено повышение со­держания Si в соломе ячменя на 5-15%, пшеницы на 5-20, бикоовсяной смеси на 25-40%. Эти удоб­рения обладали длительным последействием и за­метно повышали содержание в зерне пшеницы и зеленой массе горохоовсяной смеси проламина и глютеина. Вынос кремнекислоты урожаем яч­меня составил 400-600, пшеницы - 100-170, викоовсяной смеси - 50-90 кг/га.

В целом на Земле в биологический круговорот ежегодно вовлекается 4.6 х I08 т Si. Вместе с урожаями с каждого гектара ежегодно выносится от 50 до 500 кг Si, особенно много - зерновыми культурами. Суммарный вынос кремния урожая­ми составляет 2.75 х 107т, фосфора - 1.8 х 107 т/год , что свидетельствует о масштабности биогеохимического круговорота Si.

До сих пор нет единого мнения о формах соеди­нений кремния, способных поглощаться растения­ми. Одни авторы считают, что это только мономе­ры кремниевой кислоты, другие - низкомолекулярные формы коллоидной кремнекислоты и ее эфира.

При внесении кремниевых удобрении в опре­деленной степени изменяется химический состав растений, хотя данные по этому вопросу неоднозначны. Например, есть сведения о снижении на 40% потребности растений риса в фосфоре при достаточной обеспеченности их кремнием, что авторы объясняют ускорением в этих условиях превращения неорганических фосфатов в органические. С другой стороны, есть данные об увеличении содержания фосфора (у ячменя - на 29, кормовых бобов – на 38) с перераспределением его по фракциям. Зафиксировано снижение на 13-52% концентрации Zn, Cu, Mg, Mn и Р в соломе яровых зерновых (ячмень, овес) на торфяной почве при внесении кремния и увеличении потребления азота. Особенно заметные изменения содержания азота под действием кремния обнаружены в зерне. Исследованиями установлено, что кремнезем устраняет токсическое действие железа, алюминия, марганца, меди, мышьяка, стронция-90 и фенолов за счет подавления поглощения их растениями. Он стимулирует поступление в растения других биофильных элементов – азота, калия, кальция, магния. СО2, устраняет вредное влияние засо­ленности почвы.

При недостатке кремния резко увеличивается накопление в растениях железа и марганца. При бескремниевом питании зерновых растет по­глощение и содержание в них фосфора.

Существует определенная взаимосвязь между содержащем в растениях фосфора и кремния между запасами растворимого кремнезема в почве и поглощением фосфора растениями. Повы­шенное внесение фосфорных удобрений, а также очень низкая обеспеченность почвы фосфором ослабляют действие кремнезема. В свою очередь. кремнезем ингибирует поглощение фосфора при очень высоком его содержании в почве.

По-видимому, от уровня кислотности, содержа­ния подвижных форм алюминия, железа, марган­ца, обеспеченности почвы подвижным фосфором, степени его подвижности, а также содержания в почве активных форм кремнезема в значительной степени будет зависеть эффективность кремние­вых соединений.

Наши исследования на дерново-подзолистой почве с высоким содержанием подвижных фосфа­тов (>200 мг/кг по Кирсанову) и высокой степенью их подвижности (0.4 мг/л и выше) показали, что эффект от кремния может быть низким или вообще отсутствовать. На обедненных фосфором поч­вах использование соединений кремния отдельной совместно с фосфорными удобрениями позволило улучшить условия питания растений основными элементами, в том числе фосфором, за счет чего происходило существенное повышение урожая, сохранение и даже повышение его качества.

В литературе встречаются предположения о способности Si частично или даже полностью заме­нять фосфор в питании растений, т.е выполнять функции фосфора. В других работах это отрицается. Учитывая принцип равноценности и незаменимости питательных элементов, по-видимому, следует согласиться с мнением Гладковой о маловероятности физиологической взаимозаменяемости Si и Р в растениях. Во всяком случае убедительных доказательств такой спобности пока не получено и вопрос требует дальнейшего изучения.


4.Состояние и перспективы нанотехнологий в АПК.

Возможности использования нанотехнологий в АПК (применение нанотехнологий и наноматериалов в АПК,2008г) 2007г ознаменовался тем, что президентом РФ была провозглашена стратегическая линия на создании отечественной наноиндустрии.

Нанотехнологии могут явиться благом для человечества за счет создания принципиально новой материальной базы, большого количества пищи, энергии, доступных водных ресурсов, новых возможностей в медицине.

Вместе с тем их потенциал способен изменить мировую энергосистему, осуществить переворот в экономике, политике, вооруженных силах государств.

В Концепции указано, что применение нанотехнологий в сельском хозяйстве обеспечит существенное увеличение производства всех продовольственных и технических культур, повышении их устойчивости к неблагоприятным погод­ным условиям за счет использования препаратов стероидного ряда.

В МГАУ им. В. П. Горячкина и других научных коллективах выявлено и обосно­вано более 100 энергосберегающих наноэлектро технологий (рисунок 2), в том числе с использованием электромагнитных полей сверхвысокой частоты, оптических и ультразвуковых излучений, электрических зарядов и импульсов, электроаэрозолей и ионов.

В растениеводстве:

▼ диэлектрическое сепарирование зерна в электромагнитном поле про­мышленной частоты для отбора «живых и сильных» семян из общей массы се­менного вороха;

▼ предпосевная обработка семян ЭМП (СВЧ) взамен использования эколо­гически опасных и дорогостоящих хими­катов;

▼ стимулирование всхожести семян, энергии прорастания и силы роста расте­ний с помощью импульсных и низкоэнер­гетических электромагнитных полей;

▼ облучение почвы электромагнитной энергией СВЧ взамен химических герби­цидов и пестицидов при борьбе с сорня­ками и болезнетворными микроорганиз­мами;

▼ использование электромагнитных полей СВЧ для борьбы с насекомыми вредителями и болезнями в период рос­та растений и созревания зерна, а также в качестве физических регуляторов рос­та растений для повышения урожайнос­ти и сокращения сроков созревания;

▼ снижение энергоемкости сушки се­мян в возбужденном их состоянии путем использования ионно-озонированного воздуха, что важно при низкотемпера­турной сушке семян с целью повышения их посевных способностей и сроков хранения;

▼ обработка зерна в электромагнитном поле СВЧ с целью уничтожения вредителей и микроорганизмов в зерновой массе при хранении.

▼ электроимпульсная искровая предуборочная обработка растений подсолнечника и табака.

рис.3 Классификация применения электротехнологий в сельском хозяйстве.


В РГСХА имени П.А.Костычева проводятся исследования с ультродисперсными порошками (нанокристаллические системы) с 1997г. При участии института металлургии и металловедения имени А.А.Байкова. Это предназначено для повышения урожайности кормовых и лекарственных растений. Нанокристаллические металлы- биопрепараты нового поколения обладают уникальными свойствами, они экологически чистые, экономически выгодные, способствуют более эффективному повышению продуктивности сх растений. Новые препараты нашли применение в растениеводстве что позволило повысить урожайность сх в среднем на 20-32%.
Вывод.

Любая инновация имеет свой путь развития, свою цепочку становления. В настоящее время трудно оценить выгоды от внедрения нанотехнологий в АПК, однако можно с уверенностью сказать, что это внедрение позволит интенсифицировать сельское хозяйство и повысить конкурентоспособность животноводческой продукции. 
Литература:






Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации