Химики: Городские растения могут быть источником токсичных газов
Челябинские ученые запатентовали прибор, который улавливает химические реакции от взаимодействия выхлопных газов и «дыхания» растений.
Речь идет о низких концентрациях формальдегида, тропосферного озона, а также частиц PM10 и PM2.5. Токсичные компоненты появляются в воздухе в результате химических реакций, начинающихся с «невинных» веществ, выделяемых городскими деревьями, кустарниками и растениями на клумбах. В прибор встроен «холодильник» и камера со змеевиком, реакция проходит исключительно при низких температурах. Аппарат забирает насосом пробы воздуха, в которых потенциально может содержаться формальдегид. Затем исследователи запускают реакцию Ганча — простыми словами, в колбе идет конденсация, и прибор видит подсвеченное светодиодом люминесцирующее вещество, которое выделяется в результате реакции. Если длина волны достаточно интенсивна, по ней определяется концентрация формальдегида.
«Городской парк или сквер с обильной растительностью может выделять органические вещества — изопрен, терпены. Они вступают в химическую реакцию с выбросами машин, автобусов и другими токсикантами, что и создает новую опасность: в воздухе образуется тропосферный озон и канцерогенный формальдегид», — описала процесс Татьяна Крупнова, старший научный сотрудник лаборатории экологических проблем постиндустриальной агломерации ЮУрГУ, кандидат химических наук.
По ее словам, в китайских мегаполисах до 30-40 процентов формальдегида, который витает в воздухе, образуется именно из изопрена, который вырабатывается зелеными зонами и насаждениями. Автор изобретения уточнили, как именно идет сам процесс: изопрен — углеводород C5H8, формальдегид — СН2О. Одно вещество из другого получается окислением.
Дело в том, что «коварные» токсиканты в низких концентрациях не так просто определить. Для измерений нужны дорогие приборы, поэтому уральские изобретатели решили создать свой собственный.
«Формальдегид состоит из атома углерода, кислорода и двух атомов водорода, а озон — и вовсе трехатомная молекула кислорода. Нужен надежный газоанализатор, ведь допустимая среднесуточная концентрация формальдегида всего 0.01 мг на метр кубический воздуха. В ЮУрГУ на базе передвижной лаборатории, закупленной по программе «Приоритет 2030″, разрабатывается методика идентификации источников формальдегида и тропосферного озона в крупных городах. Новая техника поможет заменить зарубежные приборы из Финляндии и США», — уточнила Крупнова.
С этим прибором эксперты смогут выехать в любой город и определить источники загрязнения, а также дать рекомендации по улучшению качества воздуха. Вероятнее всего, что для многих уральских городов вторичные загрязнители — тропосферный озон и формальдегид — окажутся сюрпризом, ведь они не выбрасываются непосредственно предприятиями и транспортом, а образуются в ходе химических реакций.
Источник
Роль в жизни растений
Биоэлемент, является структурной единицей органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (витамины, гормоны, ферменты, белки, жиры, углеводы). На долю водорода на Земле, включая воду и воздух, приходится около 1% по массе.
Водород в соединении с кислородом образует воду.
Водород составляет 6,3% от массы растения, входя в состав всех его клеток и тканей.
Растения на 70–80% состоят из воды. Совокупность процессов поглощения, усвоения и выделения воды растением называется водным режимом растения. Вода является средой для биохимических реакций, участвует в фотосинтезе, обеспечивает структуру коллоидов цитоплазмы, определяет конформацию и функциональную активность ферментов и структурных белков клеточных мембран и органоидов. Насыщенность клеток водой (тургор) определяет их рост растяжением, придает тканям упругость и ориентирует органы растения в пространстве.
Поглощение и передвижение воды в растении происходит под действием присасывающей силы транспирации (испарения) и нагнетающей силы корневого давления в системе почва–растение–атмосфера. Вода, поглощаемая корнями (главным образом в зоне корневых волосков), поступает в сосуды центрального цилиндра и далее в побеги. С током воды транспортируются и растворенные в ней питательные вещества, поглощаемые (ионы минеральных солей) или синтезируемые (аминокислоты, цитокинины и др.) в корнях. Достигнув листовой поверхности, меньшая часть воды расходуется на рост и метаболизм листовых клеток, а большая (до 90%) – выделяется в атмосферу при транспирации и гуттации (выделение листьями растений через водяные устьица – гидатоды, расположенные на краях и кончиках листьев, капелек жидкости под воздействием корневого давления при избытке воды в растении). Некоторое количество воды образуется самим растением в процессе дыхания. Вода, заполняющая сосуды проводящей системы, представляет единую гидростатическую систему и, обладая большой силой сцепления молекул, может подниматься на высоту более 10 м. Скорость передвижения воды в растениях зависит от внешних факторов (температуры и влажности воздуха, освещенности, влажности и засоленности почвы и т.д.), а также от особенностей самого растения (величины листовой поверхности, протяженности корневой системы). У хвойных она может достигать 0,5–1 см/ч, а у лиственных – более 40 см/ч. В течение суток эти величины меняются, увеличиваясь днем.
Масштабы потребления и расходования воды растениями очень велики. Так, одно растение кукурузы за сутки испаряет 0,800 л воды, капуста – 1 л, а береза – больше 60 л. За вегетационный период одно растение кукурузы испаряет 200 л воды, 1 га посевов пшеницы – 2–3 тыс. л, 35-летняя яблоня – до 26 тыс. л.
В процессе эволюции растения приспособились к регуляции водного режима в конкретных условиях обитания. По этим признакам их относят к разным экологическим группам.
1. Гидатофиты (от греч. гидатос – вода, фитон – растение) – водные растения (элодея, кувшинки, лотос и др.). Гидатофиты полностью погружены в воду. Стебли почти не имеют механических тканей и поддерживаются водой. В тканях растений имеется много крупных межклетников, заполненных воздухом.
2. Гидрофиты (от греч. гидрос – водный) – растения, частично погруженные в воду (стрелолист, камыш, тростник, рогоз и др.). Обычно обитают по берегам сырых водоемов, на сырых лугах.
3. Гигрофиты (от греч. гигра – влага) – растения влажных мест обитания (калужница, осоки, ситник).
4. Мезофиты (от греч. мезос – средний) – растения, живущие в условиях умеренного увлажнения и хорошего минерального питания (сурепка, нивяник, ландыш, земляника, яблоня, ель, дуб и др.). Растут в лесах, на лугах, в поле. Большинство сельскохозяйственных растений – мезофиты. Они лучше развиваются при дополнительном поливе.
5. Ксерофиты (от греч. ксерос – сухой) – растения сухих местообитаний, где воды в почве мало, а воздух сухой (алоэ, кактусы, саксаул и др.). Среди ксерофитов различают сухие и сочные. Сочные ксерофиты запасают воду в мясистых листьях (алоэ, толстянки и др.) или стеблях (кактусы – опунция, маммиллярия) и называются суккулентами. Сухие ксерофиты – склерофиты (от греч. склерос – жесткий) приспособлены к жесткой экономии воды, к уменьшению испарения (ковыль, саксаул, кермек, верблюжья колючка и др.).
Многие бактерии обитают во влажной среде. В почве широко распространены водородные бактерии, которые в процессе хемосинтеза окисляют водород, постоянно образующийся при анаэробном (бескислородном) разложении различных органических остатков микроорганизмами почвы:
Источник
Водород в жизни растений
Водород в жизни растенийВодород, образующийся при тех же процессах, восстанавливает нитраты до аммиака с последующими превращениями в полезные органические соединения. В этом состоит положительная роль водорода для растений.Но в основном его действия являются негативными. Избыток ионов водорода создает повышенную кислотность различных почв. К ней отрицательно относится подавляющее большинство овощных культур. Повышенная кислотность почвенного раствора ухудшает рост и ветвление корней, вредит физико-химическому состоянию содержимого клеток, препятствует нормальному поглощению из почвы необходимых растению питательных солей и вносимых в нее удобрений. Большинство овощей проявляют наибольшую чувствительность к почвенной кислотности в начальный период жизни, сразу же после прорастания. В кислых почвах может прекращаться фиксация азота воздуха корнями бобовых культур, замедляется минерализация органических веществ, ухудшаются условия азотного и фосфорного питания, а также доступность молибдена для растений. Кальций не только снижает свое поглощение, но и ранее поступивший выделяется корнями, обедняя растение. То же происходит и с магнием. Проникая в надземные части растений, водород подкисляет клеточный сок, препятствует нормальному протеканию биохимических реакций и обмену веществ. Отрицательное воздействие повышенной кислотности почвы усиливается увеличением растворимости в ней солей алюминия и марганца. Эти элементы угнетают рост и развитие растений сильнее, чем избыток ионов водорода. Э. Феофилов, засл. агроном России
Источник
Углерод, водород, кислород и азот в жизни растений
Углерод входит в состав всех органических соединений в растениях: белка, углеводов, жира, органических кислот, витаминов и др. Углерод поступает в растение из воздуха в виде углекислого газа С02, проникая через устьица листьев. В зеленых листьях в процессе фотосинтеза из угольной кислоты и воды образуются углеводы, а также другие органические вещества, белки, органические кислоты в зависимости от условий, при которых происходит фотосинтез. Количество углекислого газа в воздухе в среднем составляет около 0,03% (по объему). В метровом слое воздуха над поверхностью земли на площади в один гектар его содержится около 5—6 кг.
Увеличить количество углекислого газа можно путем применения органических удобрении (25 % от веса органических удобрений приходится на образующийся из них углекислый газ). Из 20-30 т/га навоза получается 5-7 тыс. кг углекислого газа. С повышением содержания углекислого газа в воздухе (до 0,04-0,05%) значительно усиливается его ассимиляция растениями. При содержании углекислого газа в воздухе ниже 0,01 фотосинтез прекращается.
Применение «меченого» (радиоактивного) углерода показало, что небольшое количество (1-5% от общего количества ассимилированного растением углерода) составляет углерод, поступивший через корни из почвенных карбонатов. Количество углекислого газа в воздухе пахотного слоя достигает 0,3%, а с углублением увеличивается до 1,5 %.
Водород и кислород поступают в растение в виде воды. Кроме того, растение получает кислород из воздуха в процессе дыхания. Кислород и водород, содержащиеся в растении, участвуют в его окислительно-восстановительных процессах.
Азот в растениях входит в состав белков, хлорофилла, аминокислот, амидов, алкалоидов и других веществ. Поступает азот в растение главным образом в виде минеральных соединений: нитратов и аммонийных солеи (аниона N03 и катиона NH4). В небольшом количестве азот может поступать в растение в виде солеи азотистой кислоты — нитритов (аниона N02), а также растворимых в воде простейших амидов и аминокислот. Потребность в азоте у растений особенно велика в период учтенного развития листовой поверхности, т. е. в первый период роста растений. Нормальное азотное питание обеспечивает высокую ассимиляционную способность растения, что важно для образования необходимых функций роста растений.
Источник
Зачем растениям нужен водород?
Растениям не нужен чистый водород для выживания, но им нужны молекулы водорода и кислорода вместе в форме воды, которая является жизненно важным ингредиентом в процессе фотосинтеза. В этом процессе используется вода, углекислый газ и энергия солнечного света для создания химической энергии.
Когда углекислый газ и вода возбуждаются солнцем, происходит химический процесс, в результате которого образуется глюкоза, вода и кислород. Глюкоза используется растением для получения энергии, необходимой для выживания. Вода обычно поглощается растениями через корни в земле и транспортируется к листьям через сосудистые системы. Углекислый газ поглощается через поры в листьях, называемые стомой, а солнечный свет поглощается хлорофиллом в клетках растений, завершая уравнение фотосинтеза.
Источник