Содержание к диссертации
список сокращений
ВВЕДЕНИЕ
І.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 4 5 12
Глава 1.1. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ИХ РОЛЬ В ОРГАНИЗМЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Глава 1.2. БИОГЕОХИМИЯ ТИТАНА 27
Глава 1.3. РОЛЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРОЦЕССАХ 40
АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА К ВОЗДЕЙСТВИЯМ НЕБЛАГОПРИ ЯТНЫХ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Глава 1.4. ФОСФОРСОДЕРЖАЩИЕ КОМПЛЕКСОНЫ И КОМ ПЛЕКСОНАТЫ МЕТАЛЛОВ - ПРОСТАЯ МОДЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ СОЕДИНЕНИЙ ТИТАНА И ЭФ ФЕКТИВНАЯ ФОРМА ПРЕВРАЩЕНИЯ МИКРО- И МАКРОЭЛЕ МЕНТОВ В БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОЕ СОСТОЯНИЕ
Глава 1.5. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ ПРОБЛЕМ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ НЕ БЛАГОПРИЯТНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЮЖНОГО УРАЛА
2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 78
Глава 2.1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДО ВАНИЙ
Глава 2.2. СИНТЕЗ, СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И ФИЗИКО ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ КОМ- ПЛЕКСОНАТОВ ТИТАНА НА ОСНОВЕ НИТРИЛТРИМЕТИЛЕН- ФОСФОНОВОЙ И ГИДРОКСИЭТИЛИДЕНДИФОСФОНОВОИ КИ СЛОТ
Глава 2.3. ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ТИТАН ХРОМ- И АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ ПО СТРОЕНИЮ ГИДРАТИРОВ АННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ИХ ЧАСТИЦ И В ХРОНИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ НА МЫШАХ
Глава 2.4. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ФОСФОРСОДЕРЖА ЩИХ КОМПЛЕКСОНАТОВ ТИТАНА В РАЗНЫЕ ПЕРИОДЫ ВЕ ГЕТАЦИИ КАРТОФЕЛЯ
Глава 2.5. ВЛИЯНИЕ РАЗНОЛИГАНДНОГО ПЕРОКСИДСОДЕР ЖАЩЕГО гаДРОКСИЭТИЛИДЕНДИФОСФОНАТА ТИТАНА ФКТ -З НА ПРОДУКТИВНОСТЬ СВИНОМАТОК, РОСТ И СОХРАН НОСТЬ ПОРОСЯТ
Глава 2.6. ВЛИЯНИЕ РАЗНОЛИГАНДНОГО СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО ГИДРОКСИЭТИЛИДЕНДИФОСФОНАТА ТИТАНА ФКТ-4 НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦЫПЛЯТ-БРОЙЛЕРОВ
Глава 2.7. ВЛИЯНИЕ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ КОМПЛЕКСОНА ТОВ ТИТАНА И ДРУГИХ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ БАД ЛЮ ЦЭВИТА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦЫПЛЯТ- БРОЙЛЕРОВ
Глава 2.8. ВЛИЯНИЕ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ КОМПЛЕКСОНА ТОВ МЕТАЛЛОВ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ И АНТИОКСИДАНТНЫЙ ГОМЕОСТАЗ И ИХ БИОРЕГУЛЯТОРНЫЕ СВОЙСТВА
Глава 2.9. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ФОСФОРСОДЕРЖА ЩИХ КОМПЛЕКСОНАТОЯ ТИТАНА В ФУНКЦИИ ДОЗЫ И СОСТАВА
Глава 2.10. РЕГЕНЕРАЦИЯ И УТИЛИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ И СОЛИ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ С ПОМОЩЬЮ НИТРИЛТРИ- МЕТИЛЕНФОСФОНОВОЙ КИСЛОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 288
ВЫВОДЫ
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ 336
Введение к работе
Актуальность диссертационной темы. Антропогенное загрязнение окружающей среды оказывает существенное влияние на рост и развитие организма. (И.М. Донник, 1997; И.А. Шкуратова, 2000; А.Р. Таирова, 2001, Ю.М. Захаров, 2003).
Биологические системы Урала подвергаются агрессивному техногенному загрязнению окружающей среды. На Урале имеются биогеохимические аномалии разнородных металлогенных поясов обогащающих почвы кадмием, никелем и др. переходными элементами (В.И. Георгиевский, В.Т Анненков, В.Т. Самохин, 1979). В биогеохимических зонах Урала особо актуальны вопросы сбалансированности рационов по микро- и макроэлементам (Ю.М. Захаров, 2003). На Южном Урале загрязнено тяжёлыми металлами 56% почв сельскохозяйственных угодий. В питьевой воде наблюдается значительное снижение содержания ионов кальция и магния (СИ. Плитман, 1990). Исследования почвы, воды, растений на содержание тяжёлых металлов указывают на тенденцию накопления их в организме и снижения их биологической доступности (Ю.В. Алексеев, 1987; Aikawa J.K., 1991).
В связи с этим, актуальны исследования механизмов адаптации организма к изменениям окружающей среды. Эколого-адаптивный принцип с использованием адаптогенов мягкого действия, антиоксидантов, иммунотропных средств, улучшающих состояние функциональных систем, занятых биотрансформацией элементов, детоксикацией организма является перспективным направлением ветеринарии. Значительную долю болезней птиц занимают микро-элементозы: паракератоз, анемия, гипокобальтоз (А.А. Кабыш, 1986; В.Т. Самохин, 1997; Siegel Н., 1986). Повсеместно уменьшается содержание микроэлементов в системе почва - растение - животное (В.В. Ковальский, 1967; В.Т. Самохин, 1992). В таких случаях эффективно и актуально использовать добавки микроэлементов в виде комплексов (Х.Щ. Казаков, 1986; А.А. Овчинников, 1998; Allan, 1993; Amigo P., 1979; Gillard R. D., 1967; Schubert J., 1981).
В основе живого лежит химический элемент. По мнению В.И. Вернадского (1937), А.П. Виноградова (1949) все имеющиеся в природе элементы необхо . димы для существования живого вещества. Экологическое неблагополучие биосферы и особенности строения ионов титана и фосфорсодержащих ком-плексонатов титана (ФКТ) указывают на актуальность проведения системных работ по синтезу, изучению состава, строения и биологических эффектов фосфорсодержащих комплексонатов, их применения для коррекции дисбаланса микро- и макроэлементов.
В условиях экологического неблагополучия биосферы, достигает всё большей актуальности изучение, а также разработка технологии регенерации и утилизации промышленных отходов для обеспечения устойчивого развития . биосферы. Эти предпосылки определили цель исследований.
Цель и задачи исследования. Определить влияние фосфорсодержащих комплексонатов титана на биологические особенности животных и растений в последовательности: состав, строение, физико-химические свойства, биологическая активность ФКТ в зависимости от природы, концентрации, строения гидратированной поверхности комплекса, взаимовлияния их составных компонентов. Разработать и внедрить системы научно-обоснованных мероприятий, направленных на коррекцию биохимических процессов в звеньях трофических и биогеохимических цепей в условиях экологического неблагополучия биосфе . ры.
Для достижения указанной цели были определены следующие задачи:
- синтезировать ФКТ и разработать методы получения фосфорсодержащих комплексов, установить их состав, строение, физико-химические, биогенные, адаптогенные и антиоксидантные свойства;
- в неблагоприятных условиях Урала определить особенности биоэффектов ФКТ на рост и развитие животных (свиноматок, поросят, цыплят, мышей), адаптогенные, дезинтоксикационные свойства, антиоксидантный гомеостаз, защитные реакции организма и на растения в разные периоды их вегетации (картофель, ячмень) и возможность коррекции биологических процессов;
- определить влияние фосфорсодержащих комплексонатов металлов (ФКМ) на макроэлементный гомеостаз, на взаимодействие между микро- и макроэлементами на их взаимодействие с органической составляющей комплекса и определить их роль в биологическом действии ФКМ, а так же возможность профилактики и коррекции гипо- и гипермикро- и макроэлементозов животных и растений, повышении гомеостатической ёмкости биогенных элементов, сбалансированности минерального питания;
- оценить возможности ФКМ по нейтрализации и элиминации токсичных элементов;
- определить влияние дозы и природы (ФКТ) на направленность и интенсивность биологического действия в хроническом эксперименте на животных и растениях;
- разработать систему обоснованных технологических решений способствующих устойчивому развитию производства животноводческой и растительной продукции в экологически неблагоприятных условиях Урала на основе применения фосфорсодержащих комплексов в рамках биогеохимического круговорота химических элементов;
- разработать методы и средства профилактики техногенных воздействий на организм сельскохозяйственных животных (свиноматок, поросят и птиц) на основе применения ФКМ в рамках биогеохимического круговорота химических элементов;
- разработать систему профилактики возникновения биохимических аномалий путем разработки и внедрения малоотходных технологий регенерации и утилизации токсигенных промышленных отходов.
Научная новизна работы. Впервые синтезировано 17 фосфорсодержащих комплексов металлов (ФКМ). У девяти из них изучено влияние на биологические особенности животных и растений.
Впервые у 5 препаратов установлено биостимулирующее действие; 4 препарата - комплексонаты калия (ФКК) проявляют ингибирующие свойства, разработаны методы их получения и применения, раскрыты физико-химические основы биорегуляторных свойств ФКМ и роль их основных компонентов. Выявлена роль фосфоновых групп ФКМ в формировании антиокси-дантных свойств препаратов.
Впервые изучены возрастные особенности животных на фоне применения препаратов и их влияние на снижение напряженности метаболических процессов, обусловленных негативным воздействием экологических факторов, вследствие выраженных адгезионных, гепатопротекторных и антиоксидантных свойств препаратов. Установлено нейтрализующее и элиминирующее действие токсичных элементов комплексонатами титана.
Впервые изучено влияние дозы и природы ФКМ на направленность и интенсивность их биологического действия в хроническом эксперименте на рас-тениях и животных в интервале концентраций от 10 до 10 моль Ті/кг живой массы, перемежающий характер. Доза оказывает влияние на интенсивность и направленность биологического действия. ФКТ обладают высокой гомеостати-ческой емкостью, малотоксичны и не обладают кумулирующим действием.
Впервые проведено системное изучение влияния ФКТ на некоторые виды сельскохозяйственных животных и растений, что позволило отнести титан к биогенным элементам. Показателем этого являются более 10 биоэффектов, которые указывают на активное включение препаратов в метаболические процессы, протекающие в организме животных и в растениях.
Новизна проведенных исследований подтверждена 6-ю авторскими свидетельствами и патентами.
Практическая значимость и реализация результатов исследования. Синтезировано 5 комплексонатов титана, проявляющих биостимулирующее действие на животных и растениях и 4 комплексонатов s-элементов (ФКК), обладающих ингибирующим действием. Разработаны технологии их синтеза и применения при выращивании проявления комплексного воздействия ФКТ на биологические особенности животных, растений и отмечено активное включение их в метаболические процессы.
Разработана научно-обоснованная система мероприятий, обеспечивающая коррекцию нарушений обменных процессов, повышение уровня естественной резистентности организма животных и растений, что позволяет снизить негативное воздействие неблагоприятных техногенных факторов внешней среды.
Разработаны технологии регенерации и утилизации промышленных отходов (способ регенерации отработанной серной кислоты — А.С. № 1148900 и способ регенерации производственных растворов — А.С. № 1341245).
Результаты исследований внедрены в учебный процесс Чел. ГМА и УГАВМ в виде учебного пособия «Общая химия. Химия комплексных соединений. Окислительно-восстановительные реакции и процессы. Биогенные элементы».
Апробация работы. Материалы работы доложены и обсуждены на XV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии посвященной 250-летию Отечественной химической науки (Минск 1993); XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (С-П, 1998); III Российской биогеохимической школе «Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов био- сферы». (Новосибирск, 2000); IV Российской биогеохимической школе «Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы» (Москва, 2003); Втором Всесоюзном совещании по химии и применению комплексов и комплексонатов металлов (Москва, 1983); XII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 1981); XV Всесоюзном Чугаевском совещании по химии комплексных соединений (Киев, 1985); третьем Всесоюзном совещании по химии и применению комплексонов и комплексонатов металлов (Челябинск, 1988); пяти конференциях ЧелГМА и 6 региональных конференциях; Всероссийской конференции «Экологические проблемы сельского хозяй- ства и производства качественной продукции» (Челябинск 1999); Четвёртой Российской биохимической школе «Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы» (Москва, 2003); пятой биогеохимической школе «Проблемы биогеохимии геохимической экологии» (Москва, 2004); международной научно-практическая конференции «Состояние и перспективы увеличения производства продукции животноводства и птицеводства (Оренбург, 2003).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 73 опубликованных научных работах, в том числе в 6 патентах РФ и авторских свидетельствах, 2 монографиях.
Объём и структура диссертации.
Работа изложена на 36$ страницах текста. Содержит f-g таблиц- , Ж ри-сун :ок, включает в себя: актуальность проблемы, обзор литературы, методическую главу, собственные исследования, заключение, выводы, практические рекомендации. Список литературы включает 40if источников, из которых 3 5" отечественных и §ti зарубежных.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
- Состав и физико-химические свойства фосфорсодержащих комплексо-натов металлов (ФКМ): ФКТ-1, ФКТ-2, ФКТ-3, ФКТ-4, БАД люцэвита, ФКК-0, ФКК-1, ФКК-3, ФКК-5, методы получения препаратов и рекомендации по их применению;
- Биогенные свойства соединений титана и уїх токсичность;
- Влияние ФКТ на биологические особенности животных и растений в экологически неблагополучных территориях Урала.
- Биологическая активность препаратов, вносимых в качестве добавки в корм, проявляется оптимизацией метаболических процессов в организме, увеличением прироста живой массы, продуктивности животных, сохранности поголовья, повышением антиоксидантных, адаптогенных свойств, нейтрализации и элиминации тяжелых металлов в организме животных в обеспечении макро и микроэлементного гомеостаза в повышении урожайности и качества продукции;
- Физико-химические основы биорегуляторных свойств ФКМ;
- Система научно обоснованных рекомендаций по профилактике возникновения биогеохимических аномалий в условиях техногенеза.
