Теоретические основы синтеза биологически активных препаратов из отходов производств и разработка технологий детоксикации почв

Образование и науки | Эта статья также находится в списках: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , | Постоянная ссылка

УДК 504.05:656

КОЛУШПАЕВА АНАР ТОЙГАНБАЕВНА

Теоретические основы синтеза биологически активных препаратов из отходов производств и разработка технологий детоксикации почв

03.00.16 – Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Республика Казахстан

Тараз, 2010

Работа выполнена в Казахской академии транспорта и коммуникаций

им. М. Тынышпаева

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Акбасова А. Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дюсебаев М. К.

доктор технических наук, профессор

Жараспаев М. Т.

доктор технических наук, профессор

Акынбеков Е. К.

Ведущая организация: Южно-Казахстанский государственный

университет им. М. О. Ауэзова

Защита состоится « » _____________ 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 14.13.02 при Таразском государственном университете им. М. Х. Дулати по адресу: 080012, г. Тараз, Толе би, 60

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таразского государственного университета им. М. Х. Дулати

Автореферат разослан «___» ________________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д. т.н., профессор М. Сахы

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы. В последние годы активизировались работы по разработке новых технологий, позволяющие переработать промышленные и бытовые отходы с получением или товарных продуктов, или их трансформированных форм, удобных для применения в качестве сырья для конкретных производственных процессов различных отраслей народного хозяйства, включая сельское.

В XXI веке в республике Казахстан стратегическим направлением дальнейшего развития сельского хозяйства является повышение урожайности сельскохозяйственных культур, позволяющей обеспечить население продовольствием без увеличения посевных площадей. Для получения максимального урожая и длительного поддержания плодородия почвы необходимо внедрение новых эффективных и экологичных технологий. При разумном походе наличие богатых запасов минерального сырья, рациональное и комплексное использование их с продуктами утилизации отходов или полупродуктов производств может позволить решить ряд задач природоохранного характера с поддержанием продуктивности экосистем на достаточно высоком уровне.

Учитывая интенсивное развитие деградационных процессов в почвах, соответственно их негативное влияние на рост и развитие растений, создание и применение новых регуляторов роста в технологии выращивания овощных и зерновых культур, а также разработка способов детоксикации почвенной системы представляет собой актуальную задачу в области оздоровления объектов окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. В связи с этим наше внимание было уделено бентонитовым глинам, продуктам утилизации производственных отходов коксохимической, нефтяной промышленности c целью получения биологически активных соединений, растениям — гипераккумуляторам потенциально опасных экотоксикантов и разработке на их основе новых технологий, позволяющих без увеличения посевных площадей решить проблему повышения урожайности овощных и зерновых культур, являющейся стратегическим направлением в сельском хозяйстве.

Актуальность проблемы. C каждым годом непрерывно повышается уровень антропогенного воздействия на природную среду. Чрезвычайно нежелательным результатом данного воздействия является химическое загрязнение почвы токсическими веществами, приводящее или к деградации, или к образованию техногенных пустынь. Произошедшие и происходящие процессы деградации почвенных экосистем Казахстана делает особо актуальной и необходимой разработку новых экологически безопасных технологий, позволяющих управлять как физико-химическими, биологическими и другими процессами в почве, так и физиолого-биохимическими в растениях.

В последние годы большое внимание исследователей привлекает применение метода фитоэкстракции с использованием растений-гипераккумуляторов для очистки (восстановления) загрязненных тяжелыми металлами и другими экотоксикантами почв. Механизм гипераккумуляции до настоящего времени недостаточно изучен, так как данный процесс находится в тесной взаимосвязи с другими достаточно сложными процессами, происходящими как в почвенной системе и в организме растений, так и в сопредельных с ними объектах. Биодоступность тяжелых металлов в значительной степени определяется характером взаимодействия корней растений с почвой в ризосферном слое.

В зарубежной практике имеется широкий спектр методов очистки загрязненных почв с использованием растений и микроорганизмов. Из анализа мирового опыта свидетельствует, что фиторемедиация является одним из наиболее дешевых, экологичных, быстрых и эффективных с экономической точки зрения методом восстановления загрязненных земель, так как не требует крупных капиталовложений и больших эксплуатационных расходов на ее реализацию. Но однако нет и не может быть единых стандартов и технологий био – и фиторемедиации, которые можно применить для восстановления деградированных в результате загрязнений почв, поскольку выбор растений в каждом конкретном случае зависит от того в какой физико-географической зоне находятся очищаемые почвы. В Казахстане имеются единичные работы, посвященные применению фиторемедиационной технологии. В связи с этим поиск альтернативных методов и технологий восстановления загрязненных токсикантами территорий и замена существующих на практике традиционных методов (землевание, выжигание, вывоз загрязненного слоя и т. д.) на новые биотехнологические является актуальной проблемой.

Данная работа, посвященная сохранению устойчивости природных комплексов и обеспечению экологической безопасности, а именно, разработке технологий синтеза новых биологически активных веществ на основе продуктов утилизации отходов коксохимической и нефтегазовой промышленности и применение их в качестве ростстимулирующих препаратов при выращивании овощных и зерновых культур, а также для ускорения роста и развития горчицы сераптской при фиторемедиационной очистке загрязненных тяжелыми металлами почв является актуальной.

Диссертационная работа является составной частью плановых научных исследований, выполняемой на кафедрах «Экология и безопасность жизнедеятельности», «Химия и физика окружающей среды» КазАТК им. М. Тынышпаева, а также НИИ «Экология» в соответствии с темой: «Сохранение устойчивости природных комплексов и обеспечение экологической безопасности» (2000-2010 гг.).

Цель работы: Разработка теоретических основ синтеза биологически активных препаратов с использованием отходов производств, а также на их базе технологий детоксикации почв от тяжелых металлов фиторемедиацией растениями-гипераккумуляторами.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

- изучить и провести анализ методов и способов синтеза биологически активных соединений пиперидинового ряда, биотехнологии восстановления загрязненных тяжелыми металлами почв и на их основе выявить теоретический уровень изученности характера протекающих процессов в системе «почва-растение»;

- разработать методы синтеза новых производных пиперидина с использованием отходов коксохимического и нефтяной промышленности, изучить их свойства, установить строение и исследовать биологическую активность синтезированных соединений;

- разработать новые составы на базе синтезированных соединений и бентонитовой глины для применения их в качестве ростостимулирующих препаратов при выращивании овощных и зерновых культур;

- установить взаимосвязь между изменением свойств растений и уровнем антропогенного воздействия на почвенные экосистемы для обоснования выбора перспективного растения-аккумулятора тяжелых металлов с целью извлечения их из загрязненных почв и получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции;

- изучить влияние новых синтезированных ростостимуляторов на интенсификацию процесса извлечения свинца, кадмия, меди, цинка и других элементов выбранным растением-гипераккумулятором и на основе полученных результатов разработать природоохранную технологию очистки загрязненных почв от тяжелых металлов;

- на основе производственных испытаний и внедрения в объекты сельского хозяйства новых синтезированных биологически активных веществ дать соответствующую эколого-экономическую оценку.

Поставленные задачи составляют основу выполненной научно-исследовательской работы.

Основная идея работы заключается в установлении возможности синтеза биологически активных соединений из отходов производств и в разработке технологии детоксикации почв от потенциально опасных экотоксикантов фиторемедиацией растениями-гипераккумуляторами, дополнительно ускоряя их рост и развитие новыми синтезированными производными пиперидина.

Методы и объекты исследований. В работе использованы нормативные документы, стандартные методы химического синтеза, количественного и качественного анализа органических соединений, классические методы экологической оценки состояния почв, растений и других объектов с применением современных контрольно-измерительных приборов, а также метод фиторемедиации.

Объектами исследований являлись природные бентонитовые глины и отходы коксохимической, нефтяной промышленности, синтезированные на основе их утилизации органические соединения, являющиеся биологически активными ростстимулирующими веществами, растения гипераккумуляторы тяжелых металлов и различные сельскохозяйственные культуры.

Обработка результатов проведены методами математической статистики, корреляционного анализа.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

·  разработанный метод синтеза новых бигетероциклических азот – и серосодержащих производных пиперидинового ряда – гидрохлорида бензойного эфира оксима 1-метилпиперидин-4-она (Алт-6), 1-(2-метил-пиридин-5-ил)этил-2,5-диметилпиперидин-4-она (Алт-7), 1-метил-4(2-тиопиколинамино)пиперидина (Алт-S), а также результаты изучения их состава, строения, свойств и биологической активности;

·  результаты теоретического обоснования и экспериментального подтверждения целесообразности применения для улучшения развития и качества сельскохозяйственных культур биологически активного препарата «Бентактив-алт-S», представляющий смесь бентонитовой глины и 1-метил-4(2-тиопиколинамино)пиперидина;

·  экспериментально установленные закономерности роста и развития картофеля, свеклы, редьки, моркови, озимой пшеницы, горчицы и других сельскохозяйственных культур при предпосевной обработке семян синтезированными ростстимулирующими препаратами;

·  разработанный на основе теоретических и экспериментальных исследований эффективный технологический способ детоксикации почв от тяжелых металлов, основанный на применении препаратов Алт-6, Алт-7, Алт-S, Бентактив-алт-S в качестве активаторов процесса при их извлечении фитоэкстракцией горчицей сарептской;

Научная новизна работы:

- разработаны методы синтеза из кротонового альдегида (отхода коксохимии) и серы (отхода нефтяной промышленности) новых производных пиперидинового ряда: гидрохлорид бензойного эфира оксима 1-метил-пиперидин-4-она (Алт-6), 1-(2-метил-пиридин-5-ил)этил-2,5-диметилпипе-ридин-4-она (Алт-7), 1-метил-4(2-тиопиколинамино)пиперидин (Алт-S);

- установлены биологически активные свойства, а именно, высокая ростостимулирующая активность препаратов Алт-6, Алт-7, Алт-S по отношению к овощным, зерновым и другим культурам;

- на основе бентонитовой глины и препарата Алт-S предложен новый препарат «Бентактив-алт-S», позволяющий повысить урожайность картофеля и других культур, их устойчивость к неблагоприятным факторам среды;

- разработана новая эффективная и экономически выгодная технология очистки почв от тяжелых металлов на основе фиторемедиации с помощью горчицы и ростостимулирующих биологически активных препаратов Алт-6, Алт-7, Алт-S, Бентактив-алт-S.

Практическая ценность работы. Разработанные новые методы синтеза моно – и бигетероциклических соединений имеют прикладную ценность, могут найти применение в качестве исходного сырья для проведения тонкого органического синтеза гетероциклических соединений.

Скрининговые исследования синтезированных соединений и предложенных составов показали, что разработанные препараты проявляют ростстимулирующую и фунгицидную активности.

Cоединения Алт-6, Алт-7, Алт-S, Бентактив-алт-S прошли производственную проверку на посевах картофеля, свеклы, моркови, горчицы, зерновых культур. Результаты исследований использованы НИИ «Экология» МКТУ им. А. Ясави при составлении рекомендаций по очистке почв, прилегающих к полигонам твердых бытовых отходов, от тяжелых металлов.

Синтезированные ростостимуляторы Алт-6, Алт-7 прошли производственные испытания в научно-исследовательском институте картофельного и овощного хозяйства, приняты к внедрению в крестьянское хозяйство «Александр» Алматинской области препарат Алт-7 при предпосевной обработке семян с экономическим эффектом для картофеля – 166900 тенге/га, сахарной свеклы – 19800 тенге/га, озимой пшеницы – 4000 тенге/га.

Разработанная комплексная фиторемедиационная технология, позволяющая эффективно провести очистку почвенной среды от тяжелых металлов, будут широко использованы в производственной деятельности различных природоохранных организаций и сельскохозяйственных предприятий для обезвреживания земель и сохранения равновесия в биогеоценозах.

Полученный материал может служить информационной основой при составлении экологических проектов. Отдельные положения диссертации внедрены в учебный процесс при проведении лекционных и лабораторных занятий по курсам «Общая экология», «Окружающая среда и сохранение биологического разнообразия», «Новые технологии рационального использования биологических и сырьевых ресурсов», в курсовых и дипломных проектах в МКТУ им. А. Ясави, в Казахской академии транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева и в других вузах РК.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, базируются на корректном использовании современных теоретических и методологических положений по комплексному исследованию рационального природопользования, на законах химических и биологических процессов; обеспечивается использованием апробированных методик и современных измерительных приборов, сходимостью расчетных и экспериментальных результатов, полученных в лабораторных и производственных условиях; подтверждается результатами эффективных испытаний синтезированных веществ в сельскохозяйственном производстве и актами внедрения.

Личный вклад автора заключается в:

- формулировке цели, задач, выборе путей и способов решения проблемы;

- выполнении теоретической и экспериментальной части работы, обработке, обсуждении, обобщении полученных результатов и оформлении их в виде научных публикаций;

- синтезе и подготовке соединений для скрининговых исследований;

- разработке технологий по применению биологически активных веществ в качестве ростостимулирующих для выращивания культур;

- организации производственных испытаний и внедрении результатов.

Все основные результаты, выводы и научная новизна, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: 1-ой международной научно-практической конференции

«Транспорт Евразии: взгляд в ХХI век» (Алматы, 2000); международных научно-практических конференциях: «Актуальные проблемы науки и образования в области химии и биологии» (Алматы, 2005); «Экономические ориентиры на пути к ускоренной модернизации» (Алматы, 2005); «Бизнес и образование: вектор развития» (Алматы, 2008); «Тенденция развития Казахстанского общества на современном этапе» (Алматы, 2008); «Актуальные направления развития научных исследований по картофелеводству и овощеводству» (Алматы, 2008); «VEDA AVZNIK- 2008/2009 (Прага, 2009); “Современные проблемы инновационных технологий в образовании и науке» (Шымкент, 2009); «VI Дулатовские чтения”, посвященной 510-летию М. Х. Дулати (Тараз, 2009); 3-ей «Молодежь и наука: реальность и будущее» (Невинномысск, 2010); 3-ей «Проблемы инновационного развития нефтегазовой индустрии» (Алматы, 2010); «Обеспечение экологической безопасности-путь к устойчивому развитию Казахстана» (Тараз, 2010); «Экономика, право, культура в эпоху общественных преобразований» (СпБ, 2010); «Инновационное развитие экономики России: роль университетов» (Москва, 2010); республиканская научная конференция «Перспективы развития промышленности и аграрного сектора РК: наука, инновация, социально-экономические аспекты» (Кызылорда, 2010).

Публикации. По результатам исследований, включенных в диссертацию, опубликовано 47 работ, в том числе 26 статей в журналах, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК, 16 работ в сборниках международных конференций, получены 1 авторское свидетельство, 1 предпатент Республики Казахстан.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных литературы из 312 наименований и изложена на 230 страницах компьютерного текста, включая 47 таблиц, 35 рисунков и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана оценка современного состояния решаемой научной проблемы, содержит обоснование актуальности темы исследования, определение цели и задач работы, приведена научная новизна и практическая ценность полученных результатов, сформулированы основные положения выносимые на защиту.

1 Анализ и оценка технологий очистки почв от экотоксикантов

В этом разделе представлен обзор публикаций отечественных и зарубежных авторов об основных закономерностях трансформации свойств и плодородия почв под влиянием различных видов загрязнения, приведены факторы, определяющие экологические последствия и возможные пути их восстановления. Рассмотрены важнейшие агротехнологические и биологические приемы их реабилитации. Дана оценка роли растительности и почвенной микробиоты в ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами и другими экотоксикантами, а также роль биологически активных веществ в росте и развитии растений. Описана суть метода фиторемедиации, рассмотрены ее разновидности, механизмы трансформации и транслокации тяжелых металлов в системе «почва-растение», биохимические механизмы защиты растений, возникающие в стрессовых ситуациях. На основе анализа мирового опыта показано, что фиторемедиация является одним из наиболее действенных, экологичных, быстрых и эффективных с экономической точки зрения методом восстановления загрязненных земель.

2 Характеристика объектов и методов исследований

Исследования по синтезу новых биологически активных веществ, являющихся производными пиперидина, изучению их структуры и свойств, включая их антимикробную активность, токсичность, а также изучение фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами, проводились в лабораторных, вегетационных и полевых условиях в 2000-2010 гг. Экспериментальные данные, полученные при проведении полевых и вегетационных исследований на опытных участках НИИ картофельного и овощного хозяйства (темно-каштановая, суглинистая почва), НИИ «Экология» МКТУ им. Х. А. Ясави (сероземная почва), и результаты бактерицидной активности и токсичности препаратов в ДГП «НИВИ», подтверждены соответствующими заключениями. Теоретические работы, лабораторные по синтезу новых веществ и изучению их свойств, структуры, аналитические по контролю качества исследуемых объектов велись в лабораториях кафедр КазАТК им. М. Тынышпаева, являющейся основным место выполнения диссертационной работы.

Обоснован выбор и дана характеристика растения горчицы, являющейся гипераккумулятором тяжелых металлов. Кратко изложено описание процессов отбора, подготовки и исследования состава и свойств почв, методики проведения экспериментов в лабораторных и естественно-полевых условиях. Приведена методика оценки погрешности экспериментальных данных.

3 «Технологические способы синтеза новых биологически активных соединений пиперидинового ряда»

В условиях техногенного загрязнения использование на практике сельского хозяйства экологически чистых технологий, а именно применение бактериальных и других биоудобрений, а также регуляторов роста для повышения продуктивности, качества и устойчивости культурных растений к климатическим, водным, солевым, осмотическим, температурным стрессам относится к приоритетным направлениям современного растениеводства.

Над созданием эффективно действующих малотоксичных препаратов работают многие научные коллективы. В этой области науки необходимо отметить работы зарубежных – Макэльвейна С., Прилла Е., Кука А., Морша К., Хаутона Д., Дикмана Д. и ученых СНГ и Казахстана – Назарова И. Н., Петренко Д. С., Азербаева Е. Н., Шарифканова А. Ш., Жубанова Б. А., Бутина Б. М., Мурзагуловой К. Б., Алимжановой С. К., Суербаева Х. А., Музыченко Г. Ф., Медведева А. И. и многих других. Среди многообразия органических соединений особое место в этом плане занимают гетероциклические, азот – и серосодержащие вещества, применение которых даст возможность целенаправленно регулировать важнейшие процессы в растительном организме, полнее реализовать потенциальные возможности сорта, заложенные в геноме природой и селекцией.

. Анализируя литературные данные можно отметить, что синтез органических соединений в основном проводился на базе дорогостоящих и дефицитных химических реагентов. В связи с этим особый научно-практический интерес представляет использование в качестве сырья для синтеза стимуляторов роста растений различных производственных отходов и природных материалов. С одной стороны такой подход позволяет снизить экологическую нагрузку на природную среду, с другой стороны – обеспечить более рациональное использование невозобновляемых природных ресурсов, заменяя первичное сырье на вторичное.

Нами показана возможность утилизации шламообразного отхода, образующегося на предприятии АО «Алаш» (бывшее АО «Карбид», г. Темиртау) при производстве ацетальдегида из карбида кальция. Согласно технологической схеме, предлагаемой нами, из отхода данного производства методом экстракции бензолом извлекается кротоновый альдегид, который затем в присутствии аммиака с использованием хлорида цинка в качестве катализатора подвергается циклизации, не выделяя промежуточные продукты из системы, с получением пиперидинов (рисунок 1). Далее пиперидин служил основой для разработки промышленно доступных способов синтеза ряда его новых производных, обладающих биологической активностью – гидрохлорид бензойного эфира оксима 1-метилпиперидин-4-он (условное название Алт-6) и 1-(2-метилпиридин-5-ил)этил-2,5-диметилпиперидин-4-он (условное название Алт-7).

Способ получения препарата Алт-6. К смеси гидрохлорида оксима 1-метилпиперидин-4-она и пиридина, прикапывая вводят свежеперегнанный хлористый бензоил (соотношение соединений в молях равно 1:1:3) .

Отход, содержащий кротоновый альдегид

 

 

Рисунок 1– Технологическая схема переработки отхода, содержащий кротоновый альдегид с получением пиперидина

Процесс осуществляется в реакторе при постоянном перемешивании при Т=85-90 0С (4 часа). Затем смесь охлаждают и высаживают продукт сухим эфиром и перекристаллизовывают из сухого ацетона. Выход продукта 75,6 % от теоретического. Температура плавления Алт-6 228-229 0С, Rf=0,38 (бензол : бутанол=3:1), растворим в воде. На основе расчетного метода и микроанализа установлена следующая эмпирическая формула С13Н17N2O2Cl.

 

В ИК – спектре исчезают полосы характерные для карбонил группы С=О, появляются полосы поглощения в области 1650, 1640 см-1, которые свойственны для связи С=N, а также наблюдаются полосы поглощения валентных колебаний С–Н фенильного кольца в области 3570. 3550 см-1, полосы поглощения валентных С–С связей ароматического кольца при 1565, 1515, 1445 и 1435 см-1. Наблюдаемое на ИК – спектре полосы поглощения при 1135 см-1 нами отнесены к валентному колебанию С–О связи, 3080 см-1 к =СН, а полоса при 1735 см-1 к валентным колебаниям группы С=О.

Способ получения препарата Алт-7. К раствору 2,5-диметилпипери-дин-4-она в метаноле при перемешивании прикапывая вводят 2-метил-5-ви-нилпиридин (соотношение соединений в молях 1:1) и добавляют уксусную кислоту до рН=4. Смесь в течение 14 часов при Т=70-75 0С нагревается в водяной бане. Затем после завершения реакции перегоняют метанол и смесь нейтрализуют содовым раствором. Водный слой перегоняют до 1/3 части, смесь очищают методом колоночной хроматографии, в качестве сорбента используют оксид алюминия. Выход продукта 77,0 % от теоретического. Rf=0,75 (ацетон : толуол=1:4),растворим в воде. На основе расчетного метода и микроанализа установлена следующая эмпирическая формула С15Н22N2O.

В ИК-спектрах Алт-7 наблюдаются полосы поглощения, характерные для колебаний пиридинового кольца при 1465-1600 см-1, для С-N при 720 см-1, валентные колебания карбонильной группы С=О при 1720 см-1 .

Способ получения препарата Алт-S. В синтезе применена разновидность реакции Вильгеродта-Киндлера и осуществлено превращение метильной группы азотистого гетероцикла в ß -пиколине в результате взаимодействия с серой в тиоамидную группу. Для проведения данной реакции использована элементная сера, образующаяся в нефтяной промышленности в качестве отхода, а также 1-метил-4-аминопиперидин, полученный из кротональсодержащего отхода (рисунки 2-3).

1-метилпиперидин – 4 – он (1 моль)

Солянокислый гидро-ксиламин (1моль)

Пиридин

(3 моля)

Полученную смесь нагревают в течение 3-х часов при Т=85-90оС

 

 

Гидрохлорид оксима 1 – метилпиперидин – 4 – она

Насыщенный раствор Na2CO3

Отфильтровывают, перекристаллизуют абсолютным спиртом

Основание 1 – метилпиперидин – 4 – она

Этанол+натрий металлический

Смесь кипятят в течения 4-х часов, охлаждают до комнатной температуры

спирт

 

 

1 – метил – 4 – аминопиперидин

 

 

Хлороформ

 

Смесь, экстракция 3-х кратная

Хлороформ после

отгонки

 

Вода дистил – лированная

Сушка прокаленным Na2SO4

 


Товарный продукт 1 – метил – 4 – аминопиперидин

Рисунок 2 – Технологическая схема получения 1-метил-4-аминопиперидина

На основе ИК-спектроскопии установлено наличие связей С=S, C-N, N-C=S в 1-метил-4-(2-тиопиколинамино) пиперидине. Выход окончательного продукта при синтезе составляет 75,5% от теоретического. Полученное тиосоединение Алт-S имеет светложелтую окраску, хорошо растворимо в воде, температура плавления 115-117 0С. На основе ИК-спектроскопии доазано наличие связей C=S, C-N, N-C=S в 1-метил-4-(2-тиопиколинамино) пиперидине. Реакция, лежащая в основе синтеза Алт-S:

1-метил-4-амино – сера ß─пиколин 1-метил-4-(2-тиопиколинамино)-

- пиперидин пиперидин

 

Кротональсодержащий отход коксохимии

 

.

 

Рисунок 3 – Технологическая схема получения препарата Алт-S

Далее исследовано антибактериальная активность и токсичность синтезированных соединений при внутрибрюшном введении в организм животных (таблица 1).

Таблица 1 – Токсичность препаратов

Препарат

ЛД50 для мышей, мг/кг

(М±m)

ЛД50 для крыс, мг/кг

(М±m)

Алт-S

225,3±18,62

125,3±14,6

Алт-6

219,4±21,48

119,7±11,9

Алт-7

217,8±16,22

120,4±12,3

Ципрофлоксацин

176,2±9,21

98,3±8,6

Как видно из данных таблицы 1, токсичность всех синтезированных нами производных пиперидина (Алт-6, Алт-7 и Алт-S) приблизительно в 1,2 раза ниже по сравнению с токсичностью ципрофлоксацина (эталон), широко применяемого на практике. А на основе экспериментальных данных, полученных при действии на штаммы микроорганизмов Е. coli, Salm. typhimurium, Salmonella choleraesuis, их можно отнести к веществам, обладающим антибактериальной активностью в разведении 1:100. Таким образом синтезированные препараты можно отнести к веществам, обладающим антибактериальной активностью и не обладающим выраженной токсичностью.

4 Биологическая активность новых синтезированных производных пиперидина и их применение в сельском хозяйстве

Синтезированные соединения прошли испытания на различные виды биологической активности в ряде учреждений медико-биологического профиля, а также в течение 3 лет испытывалось в лабораторных и полевых условиях. Лабораторные исследования проведены в НИИ картофельного и овощного хозяйства на предгорной равнине северного склона Заилийского Алатау, а также в опытных участках НИИ «Экология» МКТУ им. А. Ясави.

Почвы опытных участков соответственно темно-каштановая, среднесуглинистая и сероземная.

В качестве объектов исследования выбраны овощные культуры – картофель, редька, морковь, столовая свекла, горчица, из зерновых – пшеница озимая.

Влияние стимуляторов на рост, развитие и качество картофеля. В нашей республике посевные площади картофеля (около 170 тысяч га) в основном сосредоточены в Северо–Казахстанской, Восточно-Казахстанской, Алматинской и Акмолинской областях. За последние годы резко сократился валовый сбор данной культуры, урожайность сократилось с 139 ц/га до 134 ц/га. В связи с этим вопросам повышения урожайности, улучшения его качества в экологическом плане уделяется особое внимание. Одним из резервов повышения урожайности картофеля является применение биологически активных веществ, обладающих ростстимулирующими, иммуномоделирующими и другими полезными свойствами. С этой целью испытаны растворы различной концентрации (от 0,0001 до 0,1 %) синтезированных нами новых препаратов на пробуждение почек путем замачивания клубней картофеля перед посевом. Для сравнения качества контроля взяты клубни, замоченные в воде, в качестве эталона клубни, замоченные в растворах янтарной кислоты (0,002%) и фосфинола (0,0001%).

Как показали результаты лабораторных исследований при обработке клубней картофеля синтезированными препаратами в концентрациях 0,001 и 0,0001% увеличивается прорастание почек по сравнению с контролем, например, на 54,0 и 24,0% при применении препарата Алт–S, на 37,5 и 26,0 %, соответственно, при – Алт-6. Причем увеличение пробуждения почек имеет место за счет пробуждения почек боковых и пуповинных частей клубней. При обработке более высокими концентрациями (0,1 и 0,01%) наоборот задерживается рост почек (рисунок 4). Наиболее оптимальной концентрацией, влияющей на пробуждение почек клубней картофеля является 0,001 %-ные растворы препаратов, при концентрациях более 0,1% установлено торможение процесса прорастания.

Концентрация препаратов, %

Рисунок 4 – Энергия прорастания семенных клубней картофеля при обработке растворами Алт-6, Алт-7, Алт-S различной концентрации

На протяжении всего вегетационного периода наблюдалось лучший рост и развитие картофеля, обработанные препаратами. Стимуляторы роста Алт-6, Алт-7, Алт-S оказались фактором, воздействующим на рост ассимиляционной поверхности, на количество формирующихся клубней, а в итоге и на повышение продуктивности картофеля (таблица 2).

Таблица 2 – Влияние предпосадочной обработки клубней стимуляторами роста (0,001% раствор) на урожайность картофеля (2006 г.)

Варианты опыта

Урожайность

Фракционный состав, т/га

всего, т/га

прибавка,

т/га (%)

товарный

семенной

не товарный

Контроль (вода)

17,8

-

8,4

7,9

1,5

Алт-6

21,2

3,4(16,0)

9,5

10,7

1,0

Алт-7

23,0

5,2(22,6)

12,6

9,8

0,6

Алт-S

22,7

5,3(23,3)

12,5

10,0

0,4

Фосфинол, 10-4%

19,8

2,0(10,1)

9,7

8,9

1,2

С точки зрения пищевой ценности качество картофеля оценивается по содержанию углеводов, белков, витаминов и других ценных продуктов. Накопление их, в первую очередь сухих веществ, зависит от многих факторов, например, от природно-климатических условий, от сорта выращиваемой культуры, от техники возделывания и применения удобрений и стимуляторов роста. Как показали результаты наших исследований (рисунок 5), значительных изменений в качественном составе картофеля не происходит при предпосевной обработке семенного материала синтезированными соединениями.

1 – контроль; 2 – Алт-6; 3 – Алт-7; 4 – Алт-S; 5 – фоспинол

Рисунок 5 – Действие стимуляторов роста на качество картофеля при предпосевной обработке клубней (2007г.)

Опираясь на известные положительные свойства бентонитовой глины, нами был разработан препарат Бентактив-алт-S, представляющий собой суспензию, состоящую на 10% из бентонитовой глины и на 90% из раствора препарата Алт-S (0,001%). Наиболее положительное влияние на урожай картофеля из всех препаратов оказывает «Бентактив-алт-S», что можно объяснить регулированием важнейших физиологических процессов при наличии достаточного количества серы. Сера входит в органические образования, т. е. в состав многих растительных белков и масел, снижает деревянистость листьев, стеблей. Кроме того благодаря наличию в составе препарата бентонитовой глины дополнительно идет пополнение минеральными питательными элементами, что способствует увеличению урожайности. В присутствии данного препарата урожай повысился на 9,6 т/га, т. е. 1,36 раз по сравнению с контролем и на 5,9 т/га, т. е. в 1,13 раз по сравнению с фоспинолом.

Производные пиперидина Алт-6, Алт-7, Алт-S – новые стимуляторы роста и стресспротекторы озимой пшеницы. В условиях техногенного загрязнения использование регуляторов роста для повышения устойчивости и продуктивности культурных растений относится к приоритетным направлениям современного растениеводства. Изучение влияния Алт-6, Алт-7 и Алт-S на устойчивость озимой пшеницы к обезвоживанию проведено путем создания условий водного дефицита с помощью 10 и 15%-ных водных растворов полиэтиленгликоля, соответствующие значениям осмотического потенциала равным -0,039 и -0,059 МПа, соответственно. Показателем анти-стрессовой активности препаратов служило изменение скорости роста длины корней. Проростки, выращенные в условиях водного дефицита без обработки препаратов, использовались в качестве контроля (таблица 3).

Таблица 3 – Влияние препарата Алт-7 на устойчивость проростков пшеницы к водному дефициту

Концентрация препарата, %

Длина корня мм / % к контролю при МПа

-0,059

-0,039

Контроль

6,0/73

5,9/72

0,00001

6,7/81

6,3/77

0,0001

7,2/87

6,8/84

0,001

8,1/98

7,7/95

0,01

8,4/102

8,1/100

0,1

8,6/105

8,3/104

При концентрации 0,001 и 0,01% препараты увеличивали массу проростков на 13,4 и 12,9% (Алт-7), на 20,9 и 11,1% (Алт-6), на 41,4 и 26,2% (Алт-S), соответственно.

Результаты опытов показали, что семена, обработанные препаратами Алт-6, Алт-7 и Алт-S, имели большую энергию прорастания, а проростки – более развитую корневую систему по сравнению с семенами (необработанными) контрольного опыта. Энергия прорастания семян составляла при оптимальных концентрациях препаратов (0,001%) не менее 98%.

Наблюдения в полевых условиях показали, что семена, обработанные препаратами Алт-6, Алт-7 и Алт-S, меньше повреждены плесени по сравнению с необработанными. Если количество пораженных плесенью обработанных семян не превышало 3-5%, то количество поврежденных среди необработанных семян составило 11,5-14,0%. Под влиянием данных препаратов происходило снижение нитратов на 3,8-5,7 мг/кг сухого вещества. Существенных изменений в биохимических показателях качества зерна не наблюдается, незначительно увеличивается содержание белка (0,6-1,3%). Увеличение содержания белка при обработке ростостимулирующими препаратами именно связана в основном с повышением содержания глобулинов и глютамина. Содержание клейковины в зерне выше в вариантах обработки препаратом Алт – S по сравнению с контролем. Исходя из этих данных, можно говорить об улучшении хлебопекарных качеств муки, получаемых из этих зерен.

Исходя из полученных экспериментальных данных, препараты Алт-6, Алт-7 и Алт-S можно рекомендовать в качестве регуляторов роста и стресспротекторов при возделывании озимой пшеницы в зонах рискованного земледелия.

Влияние препаратов Алт-6, Алт-7 и Алт-S на рост и развитие редьки. Для расширения возможности применения новых препаратов возникла необходимость проведения исследований с редькой, обладающей не только питательными, но и лечебно-профилактическими свойствами, обусловленными содержанием витаминов, гормонов, ферментов, ряда полезных минеральных и пряных веществ.

Влияние препаратов Алт-6, Алт-7 и Алт-S на рост и развитие редьки изучено тремья способами обработки: предпосевная, опрыскивание в фазу линьки корня и комплексная. При всех способах обработки установлено увеличение количеств листьев, наибольшее влияние наблюдается при комплексной обработке, т. е. при проведении предпосевного намачивания семян (в течение 1 сутки) и опрыскивании вегетирующих растений в фазу линьки корня – начала образования корнеплода. Положительное влияние комплексной обработки характерно для двух препаратов – Алт-7 и Алт-S, количество листьев увеличивается на 82,1 и 72,6 %, соответственно, по сравнению с контрольным опытом. Лучшие результаты получены при препосевной обработке семян препаратом Алт-S, количество образуемых листьев выше на 43,5% по сравнению с контролем. При опрыскивании в фазу линьки корня действие препаратов Алт-7 и Алт-S близки, количество листьев увеличивается на 62,9 и 61,3% по сравнению с контролем.

Масса корнеплода увеличилась при предпосевной обработке Алт-6, Алт-7 и Алт-S в среднем 1,2 раза, при опрыскивании до начала образования корнеплодов Алт-6, Алт-7 в 1,1 и Алт-S в 1,2 раза, при комплексной обработке в 1,2 раза по сравнению с контролем. В результате возрастания массы корнеплода установлено повышение урожайности растений редьки при различных способах обработки. Наибольшее влияние на урожайность растений редьки установлено при предпосевной обработке семян препаратом Алт-7 и при комплексной обработке препаратом Алт-S. Урожайность повышается в 1,5 раза. Данные препараты также оказали действие на показатели качества редьки. Повысилось содержание сухого вещества, β-каротина, аскорбиновой кислоты.

Влияние препаратов Алт-6, Алт-7 и Алт-S на рост и развитие свеклы и моркови. Научно-практический интерес представляло изучение воздействия вышеуказанных препаратов на широкопотребляемые культуры – сахарную свеклу и морковь. В связи с тем, что стимуляторы оказывают значительные влияние на рост и развитие растений в самом начальном этапе, в случае свеклы и моркови нами была проведена предпосевная обработка семян.

Как известно, огромную роль для дальнейшего развития любого представителя биоты играет глубокие изменения, имеющие место внутри зародыша семян, что приводит в конечном итоге к изменению течения биологических процессов на клеточном уровне. При этом усиливается активность ферментов, ускоряется процесс фотосинтеза, повышается содержание углеводов в листьях и активизируется продуцирующая способность. Ускорение всхожести семян дает возможность в некоторой степени избежать угнетающее действие сорняков.

Предпосевное намачивание семян в растворах препаратов Алт-6, Алт-7 и Алт-S в течение 2 суток повышает энергию прорастания. При оптимальной концентрации препаратов равной 10-3 % обеспечивается густота стояния растений в пределах 360-370 тысяч штук свеклы /га и 1025-1030 тысяч штук моркови /га. Установлено благоприятное влияние комплексной обработки семян и растений 0,001 % растворами препаратов Алт-6, Алт-7 и Алт – S на биохимические показатели свеклы и моркови. Содержание сухих веществ при комплексной обработке в листьях свеклы составило 13,3 % (Алт-6), 13,0% (Алт-7), 12,9 % (Алт-S), сахаров, соответственно, 2,8, 2,7 и 2,9 % и хлорофилла 34,3, 33,9 и 33,7%. У моркови также наблюдается повышение содержания сухих веществ, сахаров и хлорофилла при комплексной обработке растений.

Растения, выросшие из семян, обработанные препаратами Алт-6, Алт-7, Алт – S, лучше растут и развиваются, раньше вступают в фазу линьки корня, раньше наступает пучковая и хозяйственная спелость. Эти растения отличались большим развитием листьев, что видно из результатов динамики нарастания ассимиляционной поверхности листьев на примере столовой свеклы (рисунок 6). Более интенсивный прирост ботвы и ассимиляционной поверхности листьев оказал положительное влияние на образование корнеплодов, что согласуется с литературными данными.

TextText

а) б)

1-10 июля; 2-10 августа; 3-10 сентября

Рисунок 6 – Влияние препаратов Алт-6, Алт-7, Алт-S на динамику нарастания ассимиляционной поверхности листьев и нарастания массы корнеплодов сахарной свеклы

5 Влияние биологически активных веществ Алт-6, Алт-7, Алт-S, Бентактив-алт – S на транслокацию тяжелых металлов

Хозяйственная деятельность человека стала основным фактором значительного качественно-количественного изменения миграции химических элементов в биосфере в целом и в ее составляющих. В связи с этим необходимо особое внимание уделить получению информационно-научных материалов, характеризующие реальный масштаб перемещения тяжелых металлов в одном из звеньев биогеохимического круговорота, а именно, в системе почва-сельскохозяйственная культура.

В данной работе рассмотрены вопросы поступления тяжелых металлов, относящихся к группе приоритетных антропогенных загрязнителей, в растения из незагрязненных и загрязненных почв, распределения их по органам растений, формирования массопотока ТМ в системе почва-сельскохозяйственная культура, вынос ТМ с основной продукцией, а также выяснения возможности очистки от ТМ почв с помощью растений, обладающих высокой аккумулирующей способностью их в своих органах.

Как следует из результатов многочисленных исследований, проведенных учеными Института почвоведения и агрохимии СО РАН, МГУ им. Ломоносова, многими другими научными коллективами России, Казахстана и других стран (Ильин В. Б., Степанова М. Д., Лукин С. В., Зырин Н. Г., Минеев В. Г., Орлов Д. С., Садовникова Л. К., Ягодин Б. А., Панин М. С., Акбасова А. Д. и др.), при увеличении уровня загрязненности почвенной системы токсикантами, включая ТМ, снижается общая биологическая активность почвы, что резко отражается на росте и развитии растений. В таких условиях особенно остро стоит проблема снижения загрязнения растительной продукции свинцом и другими ТМ. Видимые симптомы, вызванные их повышенным содержанием в растениях, – это задержка роста, повреждение корневой системы, хлороз листьев, торможение процесса фотосинтеза, нарушение транспирации, фиксации CO2, изменение проницаемости клеточных мембран.

Создание эффективных методов повышения продуктивности выращиваемых культур на основе применения биологически активных веществ позволить решить в определенной степени данную актуальную проблему. Это связано возможностью регулирования ими механизмов физиолого-биохимических процессов в растениях, т. е. биологически активные вещества могут оказать влияние на поглощение и распределение тяжелых металлов в организме растений.

Нами изучено влияние регуляторов роста Алт-6, Алт-7, Алт-S, Бентактив-алт-S на накопление ТМ (Pb, Cd, Zn, Cu, As) в картофеле, сахарной свекле, моркови, редьке, горчице, озимой пшенице.

Влияние регуляторов роста Алт-6, Алт-7, Алт-S и Бентактив-алт-S на развитие картофеля в загрязненной тяжелыми металлами почве. Исследования проведены на экспериментальном участке хозяйства «Майдантал» НИИ «Экология» (ЮКО, Туркестанский район) путем постановки мелкоделяночных опытов. Почва участка сероземная со следующими агрохимическими характеристиками: рНKСl – 6,2-6,4; гумус –1,9%, сумма поглощенных оснований – 4,9 мг-экв/100 г почвы; содержание P2O5 – 19, К2О – 10,3 мг/100 г почвы. Почвы искусственно загрязнены свинцом в количестве 200 и 500 мг Pb/кг, Cd – 10 мг/кг, Zn – 300 мг/кг, Cu – 200 мг/кг почвы, многократно превышающем ПДК.

На основе экспериментальных исследований установлено ингибирующее действие препаратов Алт-6, Алт-7, Алт-S, Бентактив-алт-S на транслокацию ТМ при различных фенофазах. Наибольший эффект действия получен в вариантах, при котором с растворами препаратов проводилась обработка клубней перед посевом и опрыскивании стеблей в фазе начала бутонизации (таблица 4).

Таблица 4 – Влияние предпосевной обработки семенного материала 0,001% Алт-S и Бентактив-алт-S на содержание ТМ в продуктивной части картофеля

Вариант

Содержание металлов в почве/растении, мг/кг

свинец

цинк

кадмий

медь

Контроль (вода)

200±7,8

10,5±0,5

300±8,0

30,0±0,7

10±0,5

1,5±0,1

200±5,6

11,1±0,5

Алт-S

200±7,8

9,5±0,5

300±7,6

22,5±0,8

10± 0,3

0,3±0,01

200±6,1

8,0±0,4

Бентактив-алт-S

200±7,9

9,3±0,4

300±6,6

19,4±0,6

10±0,3

0,2±0,01

200±5,9

7,8±0,4

ПДК, мг/кг сухой массы

0,4

10,0

0,03

5,0

По сравнению с контролем в случае применения для предпосевной обработки клубня картофеля Алт-S и Бентактив-алт-S содержание свинца снижается в товарном продукте, соответственно, на 9,5 и 11,4%, цинка – на 25,0 и 35,3%, кадмия – на 80,0 и 86,6%, меди – на 27,9 и 29,9%.

Влияние регуляторов роста Алт-6, Алт-7 и Алт-S на транслокацию мышьяка, кадмия и свинца в системе «почва-редька». Из всех ТМ все больше внимание привлекает кадмий, мышьяк и свинец в связи с недостаточностью данных о необходимости их в жизни растений, а также мало изученностью процессов, имеющих место в организме человека и животных. Соединения мышьяка, кадмия и свинца относятся к веществам, обладающим канцерогенным, мутагенным и тератогенным свойствами и высокой способностью аккумулироваться в организмах биот, вызывая необратимые изменения в процессах, протекающих на клеточном уровне.

В растениях основной причиной токсичности кадмия, мышьяка и других тяжелых металлов заключается в нарушении в их присутствии энзиматической активности, то есть наблюдается задержка роста, повреждение корневой системы, хлороз листьев, снижение фиксации углекислого газа, соответственно, ингибирование фотосинтетических процессов на ранних этапах развития, нарушение транспирации, проницаемости клеточных мембран.

Как известно, транслокация ТМ из почвы в растения является начальным и наиболее значимым звеном их миграции по пищевым цепям. Задача уменьшения поступления химических токсикантов в урожай сельскохозяйственных культур является одной из важных задач в получении экологической чистой продукции. В этой связи большое значение приобретает подбор биологически активных веществ, обладающих ферментативной активностью. Такой подход не только повысит урожайность сельскохозяйственных культур, но и может повлиять на миграцию опасных канцерогенных, мутагенных элементов в системе «почва-растение».

В таблице 5 приведены данные, полученные при изучении влияния Алт-7 на рост и развитие редьки, полученные в течение вегетационного периода на незагрязненной (контроль) и загрязненной Pb, Cd, As сероземной почве.

Таблица 5 – Результаты влияния препарата Алт-7 на урожайность и структуру корнеплода редьки на фоне ТМ ( числитель – без обработки, знаменатель – с проведением предпосевной обработки семян)

Внесено в почву ТМ, мг/кг

Характеристика корнеплода

Уро-жай,

кг/м2

Содержание ТМ в корнеплоде, мг/кг

длина,

см

диаметр

см

масса,

г

Cd

As

Pb

Контроль

14,2/18,7

5,3/6,5

290/358

3,8/5,7

-

-

-

As: 2

20

15,3/19,5

17,0/19,7

4,8/6,4

5,0/6,6

301/329

304/364

3,7/6,1

4,2/6,0

-

-

0,3/0,1

1,0/0,7

-

-

Cd: 2

20

13,3/17,0

12,8/17,2

3,8/5,9

4,4/5,5

275/348

284/319

3,2/5,2

3,5/5,4

0,1/0,02

0,6/0,3

-

-

-

-

-

Pb: 30

100

13,6/16,3

13,0/15,6

3,5/5,2

3,6/5,1

273/338

279/320

3,1/5,3

2,9/5,3

-

-

-

-

0,8/0,3

4,9/4,2

Как видно из экспериментальных данных, приведенных в таблице 42, в присутствии кадмия в почвенной системе наблюдается торможение развития растения в токсических концентрациях, а при наличии мышьяка, наоборот, некоторое ускорение в развитии и повышение урожайности. Обработка Алт-7 способствует изменению накопления как кадмия, так и мышьяка в хозяйственно-полезной части исследуемого растения. При их малых концентрациях (2 мг/кг почвы) содержание как мышьяка (ПДК-0,2 мг/кг), так и кадмия (ПДК-0,05 мг/кг) в растении ниже уровня ПДК. При малых концентрациях свинца в почве (менее 30 мг/кг) содержание данного тяжелого металла в растении также ниже нормативного уровня (ПДК – 0,4 мг/кг).

Таким образом, результаты вегетационных опытов, свидетельствующие о снижении фитотоксического эффекта канцерогенных элементов, показали перспективность применения регулятора роста и развития растений Алт-7 для выращивания редьки на загрязненных кадмием и мышьяком почвах.

6 Влияние ростостимулирующих препаратов на рост и развитие горчицы сарептской

Наблюдения за ростом и развитием горчицы сарептской и по влиянию биологически активных препаратов Алт-6, Алт-7, Алт-S, Бентактив-алт – S проведены в динамике от самого начала обработки семян и до фазы полного цветения.

Масса корней горчицы, семена которой обработаны биологически активными препаратами (БАП) более двух раз превышают массу корней горчицы контрольного варианта (рисунок 7).

5,6

8

7

4

3

2

1

 

1,2 – контроль (вода); 3,4 – Алт-6; 5,6 – Алт-7; 7,8 – Алт-S

Рисунок 7 – Влияние БАП на накопление сухого вещества корневой системы (сплошные линии – данные 2008г., пунктирные – за 2009 г.)

Положительное влияние БАП проявлялось также в увеличении массы листьев по отношению к массе всего растения. Причем наибольшая облиственность была характерна для весенних посевов по сравнению с летним и летне-осенним. К фазе цветения за счет увеличения длины и диаметра междоузлий, а также отмирания нижних листьев происходило сокращение облиственности растений. Наибольший урожай надземной части горчицы при всех посевах получен по сравнению с контролем при использовании БАП. При обработке семян Алт-6, Алт-7 и Алт–S увеличивается накопления сухого вещества растениями горчицы сераптской, соответственно, при весеннем (2008 г.) посеве на 12,2, 16,5, 24,6%; при летнем (2009 г.) – 13,6, 60,4, 56,7%; при летнее-осеннем (2009 г.) – 25,0, 35,5, 27,1%.

Рост биомассы надземной части, в частности листьев, можно объяснить с ускорением поступления питательных веществ. То есть чем больше листьев растений, тем больше они испаряют влагу, при этом выполняя функцию насоса, выкачивающего из почвы при помощи корней воду с растворенными в ней веществами. Тем самым колебания биомассы надземной части горчицы в разные годы (2008 и 2009 гг.) и в разное время посевов можно считать связанным с изменениями природно-климатических условий (осадки, интенсивность солцесияния и т. д.).

Очистка почв от тяжелых металлов индийской горчицей

Одним из методов охраны и улучшения почв является метод фиторемедиации. Загрязнители извлекаются из почвенной системы с помощью растений и удаляются с биомассой. На поступление их в растения влияет множество причин. К примеру, при очистке почв растениями от тяжелых металлов играют решающую роль следующие факторы: формы нахождения ТМ в почве, антагонизм и синергизм ионов, свойства почвы, биологические особенности растений, природно-климатические условия и др. В первую очередь необходимо изучить миграционную способность тяжелых металлов и создать условия для ее улучшения.

В работе в качестве оценочных критериев аккумуляционной, а также детоксикационной способности горчицы использовали: количество тяжелых металлов в надземной и подземной частях растений; процент снижения тяжелых металлов в ризосферной зоне после эксперимента относительно исходной загрязненности; процент фитоэкстракции, т. е. накопление тяжелых металлов в вегетативных органах горчицы относительно исходной загрязненности; процент детоксикации ТМ в исходной почве относительно исходной загрязненности.

Проведенный анализ литературных данных и результатов наших экспериментальных исследований позволил остановиться на горчице сизой для очистки загрязненных земель от ТМ.

Эффективность фитоэкстракции устанавливают по общему количеству тяжелых металлов, ежегодно удаляемых из загрязненного участка, который представляет собой функцию концентрации ТМ в растении в пересчете на сухое вещество. Ремедиация растением повторяется многократно вплоть до достижения соответствующих ПДК или ОДК металлов. Об экономической эффективности и целесообразности применения технологии фиторемедиации в основном судять по времени, за которое достигается очистка загрязненных земель. В связи с простотой и экономичностью фиторемедиационного метода целесообразно было проведение исследований применительно к почвенной системе, загрязненной различными концентрациями тяжелых металлов.

Были поставлены вегетационные опыты на обыкновенном сероземе Южно-Казахстанской области. Эксперименты проведены в вегетационных сосудах вместимостью 5 кг почвы в 3-х кратной повторности. Свинец в исследуемую почву вносили в виде нитрата от 100 до 2000 мг/кг, в качестве растения использована горчица сарептская.

Подготовленные к опытам почвы инкубировали в течение 2 недель при его влажности около 60 %. После инкубирования в почву высаживали одинаковое количество семян. В каждом сосуде после появления всходов оставляли 5 растений. Проростки убирали на 50-й день после появления всходов. Затем пробы горчицы подвергали сухому озолению и растворяли полученную золу в 0,5М растворе азотной кислоты.

Для установления форм соединений Pb в почвах были использованы в качестве экстрагирующего агента воду, 0,5 М раствор Са(NO3)2 (обменная) и 1М буферный раствор СН3СООNН4 (рН=4,8) (таблица 6).

Таблица 6 – Состояние Pb в системе почва-горчица без (числитель) и при предпосевной обработке семян (знаменатель) 0,001% раствором БАП

Pb в поч-ве, мг/кг

Содержание различных форм свинца в вытяжках почвы и в горчице

 

H2O

Ca(NO3)2

CH3COONH4

мг/кг в сухой массе горчицы при внесении

мг/кг

%

мг/кг

%

мг/кг

%

Алт-6

Алт-7

Алт-S

0

0,05

-

0,4

-

0,9

-

0,3/0,3

0,2/0,2

0,3/0,3

 

100

0,13

0,13

20,1

20,1

35,1

35,1

60,0/61,2

60,3/61,8

60,2/61,9

 

200

0,20

0,10

32,9

16,4

60,4

30,2

64,2/65,5

64,4/66,9

64,1/67,0

 

300

0,36

0,12

44,1

14,7

70,2

23,4

93,3/90,6

95,5/100,3

95,0/101,1

 

500

0,61

0,12

56,2

11,2

128,3

25,6

105,1/133,9

102,9/140,4

99,9/135,4

 

1000

1,59

0,16

234,6

23,5

225,5

22,6

218,7/220,4

222,0/216,9

220/250,5

 

2000

3,7

0,19

490,0

24,5

440,3

22,0

410,4/411,8

407,7/429,8

407/428,4

 

Результаты исследований показали, что при предпосевной обработке семенного материала ростостимулирующими препаратами Алт-6, Алт-7, Алт-S незначительно повышается содержание свинца в горчице (таблица 7).

Таблица 7 – Влияние биологически активных препаратов на транслокацию металлов в горчицу (почва темно-каштановая; уровень загрязнения : Cd – 100, Pb – 200, Cu – 300 мг/кг) (2009 г.)

Варианты

Тяжелые металлы

Концентрация, мг/кг в пересчете на сухую массу

зерно

стебель

корень

листья

суммарная

мг/кг

± к кон-тролю, %

Контроль (вода)

Pb

Cd

Cu

10,22

10,71

17,14

12,01

10,93

64,20

35,42

17,33

57,89

8,78

12,45

96,52

66,43

51,42

235,75

Алт-6, 0,001%

Pb

Cd

Cu

10,03

9,65

16,22

13,14

11,33

59,70

36,98

17,03

59,32

9,44

11,61

89,17

60,15

54,20

236,13

-9,5

-3,5

-4,8

Алт-7, 0,001%

Pb

Cd

Cu

10,05

10,54

15,23

10,98

11,73

63,70

34,14

18,82

60,18

10,30

13,11

97,02

65,47

54,20

236,13

-1,5

+10,5

+0,1

Алт-S, 0,001%

Pb

Cd

Cu

9,82

11,03

18,44

12,98

12,03

65,52

38,30

19,02

60,43

10,66

14,41

90,30

71,76

56,51

234,69

+8,0

+9,9

-0,2

Бентактив-алт-S, 0,001%

Pb

Cd

Cu

8,22

9,13

13,24

10,41

8,23

52,76

38,92

20,13

63,22

7,05

10,51

85,33

64,60

48,01

214,55

-2,8

-6,7

-9,0

Эти результаты можно связать с увеличением массы наземной и корневой части горчицы при применении данных препаратов, т. е. с ускорением миграционных потоков вместе с питательными веществами и экотоксикантов (таблица 7).

Как видно из экспериментальных данных (таблица 7) накопление ТМ в различных вегетативных органах протекает по-разному. Главным образом, наибольшие аккумулирование Рb и Сd наблюдается в корнях, а меди в листьях.

 

Наименьшие накопление всех исследованных ТМ (Cu, Cd, Pb) осуществляется в зернах. Содержание кадмия в зернах, стеблях и листьях было приблизительно одинаковым. Концентрация меди в листьях превышают более 3 раз содержание ее в зернах и 1,5 раза, чем в стеблях и корнях. Полученные данные свидетельствуют о довольно высокой транслокации Pb, Cd, Cu в системе почва-горчица.

Препарат Алт-6, Алт-7, Бентактив-алт-S незначительно ингибируют процесс транслокации Pb в горчицу (таблица 7). По сравнению с контролем переход свинца в горчицу в присутствии Алт-S повышается на 8,0%.

Транслокация Cd ускоряется при применении Алт-7 и Алт-S для предпосевной обработки семенного материала, в остальных случаях установлено, наоборот, ингибирование процесса миграции в растение. При обработке семян ростостимуляторами Алт-7, Алт-6, Алт-S резкое изменение в процессе транслокации ТМ не установлено. Торможение на уровне 9% наблюдается только при применении препарата Бентактив-алт-S, что видимо, связано с адсорбционными свойствами бентонита, входящего в состав данного препарата.

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности очистки почв методом фиторемедиации с горчицей. Кроме того, с помощью Алт-6, Алт-7, Алт-S, можно ускорить рост и развитие данного гипераккумулятора горчицы и тем самым ускорить процесс детоксикации загрязненных почв. Как показали исследования ряда авторов и результаты наших работ, метод фиторемедиации является наиболее эффективным из всех известных методов очистки почв от ТМ и других загрязнителей. Экологический эффект обусловлен низкой себестоимостью фиторемедиации и сохранением плодородия почв, то есть данная технология является экологически безопасной и экономически выгодной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. В развитие химии гетероциклических соединений разработаны основы синтеза 1-метил-4-аминопиперидина, являющегося полупродуктом для получения биологически активных соединений пиперидинового ряда ряда – гидрохлорида бензойного эфира оксима 1-метилпиперидин-4-она (Алт-6), 1-(2-метил-пиридин-5-ил)этил-2,5-диметилпиперидин-4-она (Алт-7), 1-метил-4-(2-тиопиколин-амино)-пиперидина (Алт-S) (Авторское свидетельство № 52495. Астана, зарегистрировано 20.07.2006, Предпатент РК № 18669. Бюллетень № 8, 15.08.2007).

2. Разработаны новые технологические способы получения биологически активных препаратов Алт-6, Алт-7, Алт-S на основе продуктов утилизации отходов производств нефтегазовой и коксохимической промышленностях. Установлено их антибактериальная активность и токсичность.

3. Установлено стимулирование листообразовательного процесса, формирование ассимиляционной поверхности листьев, улучшение структуры корнеплодов и увеличение урожая растений при предпосевной обработке семян биологически активными препаратами Алт-6, Алт-7, Алт-S, а также их положительное влияние на качество картофеля, моркови, свеклы и других культур.

4. Впервые показана целесообразность применения бентонитовой глины совместно с биологически активными производными пиперидина для предпосевной обработки семенного материала сельскохозяйственных культур. На основе Алт-S и бентонитовой глины получен препарат «Бентактив-алт-S», обладающий широким спектром биологической и физиологической активностями и перспективный для применения в сельском хозяйстве. При совместном использовании бентонита и препарата Алт – S для предпосевной обработки семян отмечен синергетический эффект на урожайность картофеля и других культур.

5. С применением экологически малоопасных новых препаратов защитно-стимулирующего действия – Алт-6, Алт-7, Алт-S, Бентактив-алт-S предложена технология возделывания сельскохозяйственных культур, дающая возможность для максимальной реализации потенциальной продуктивности растений и получения чистой продукции при высокой рентабельности производства.

6. Установлены закономерности распределения свинца, кадмия, меди в различных частях организма растений (картофеля, редьки, горчицы) с учетом раздельного или совместного присутствия тяжелых металлов в почве. Наименьшие накопление всех исследованных ТМ (Cu, Cd, Pb) осуществляется в зернах горчицы, содержание кадмия в зернах, стеблях и листьях было приблизительно одинаковым, концентрация меди в листьях превышают более 3 раз содержания ее в зернах и 1,5 раза, чем в стеблях и корнях.

7. Выявлено стимулирующее действие биологически активных препаратов – Алт–S, Алт-6, Алт-7 на прорастание семян, усиление роста и минеральное питание горчицы сарептской. Показано увеличение накопления сухого вещества горчицы в полевых опытах при предпосевной обработке семян, при поливе под корень, при опрыскивании по листу.

8. Установлено повышение толерантности горчицы сарептской при применении препаратов Алт–S, Алт-6, Алт-7, Бентактив – алт–S к высоким концентрациям тяжелых металлов, ее способность поглощать и аккумулировать несколько ТМ одновременно в достаточно высоких концентрациях, эффективно их трансформировать из корневой системы в надземную биомассу, сохраняя при этом высокую скорость роста и глубоко разрастающуюся корневую систему, сопротивляемость к болезням.

9. Предложена экологически безопасная и экономически выгодная технология детоксикации загрязненных тяжелыми металлами почв, основанная на фиторемедиационном методе очистки с помощью горчицы сарептской, рост и развитие которой стимулируется биологически активными производными пиперидина. Применение данного способа фиторемедиации имеет большие перспективы в промышленно развитых регионах, является наиболее эффективным по себестоимости из всех известных методов обезвреживания почвенной системы от загрязнителей.

10. Основные научные и практические результаты диссертационной работы приняты для внедрения в НИИ «Экология» МКТУ им. Х. А. Ясави, в крестьянское хозяйство «Александр» Алматинской области препарат Алт-7 при предпосевной обработке семян с экономическим эффектом для картофеля – 166900 тенге/га, сахарной свеклы – 19800 тенге/га, озимой пшеницы – 4000 тенге/га, в ОАО «Астра» село Коксу Абайского района Карагандинской области препарат Алт-6 на посевах картофеля – 280900 тн/га, отдельные результаты используются в учебном процессе КазАТК им. М. Тынышпаева и в других вузах РК.

Оценка полноты решений поставленных задач. Поставленная цель работы достигнута, задачи исследования полностью решены. Результаты исследований приняты для внедрения в производство и учебный процесс, что подтверждает достоверность основных положений и выводов.

Разработка рекомендаций и исходные данные по конкретному использованию результатов. Технологические схемы синтеза биологически активных веществ – производных пиперидина на основе кротональсодержащих и серных отходов могут быть использованы как в химической промышленности, так и в других областях промышленности. Способ детоксикации почв от тяжелых металлов с применением фиторемедиации горчицой сарептской может быть широко использован в сельском хозяйстве для получения экологически чистой продукции на загрязненных экотоксикантами почвах.

Исходными данными по конкретному использованию результатов работы в различных отраслях народного хозяйства являются экологическое состояние объектов окружающей среды, свойства почв, объем и физико-химические параметры производственных отходов, а также природно-климатические условия.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. С экономической точки зрения фиторемедиация имеет преимущества перед «химическими» и «механическими» методами восстановления почв, так как ее внедрение не предполагает крупных капиталовложений, эксплуатационные расходы на реализацию данной технологии также невелики. При методе фиторемедиации наряду с исключением вредных химических и механических воздействий происходит улучшение физико-химических, биологических и других свойств почвенной системы. Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Проведенный обзор и сравнительный анализ литературы, а также опубликованные материалы, авторское свидетельство на изобретение и предпатент РК по теме диссертации подтверждают, что выполненная работа соответствует современному научно-техническому уровню. В ней показана возможность решения вопроса синтеза новых соединений в химической промышленности и экологических проблем в сельском хозяйстве с использованием минерального сырья и продуктов утилизации отходов коксохимической и нефтегазовой промышленности. Внедрение технологических способов синтеза новых производных пиперидина, обладающих ростостимулирующей активностью, детоксикации загрязненных тяжелыми металлами почв с использованием метода фиторемедиации на основе гипераккумулятора горчицы позволяют значительно снизить экологический ущерб, причиняемый различными объектами на окружающую среду, а также рационально использовать природные ресурсы.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Колушпаева А. Т., Алимжанова С. К., Шарифканов А. Ш., Мухаметкалиев Т. М. Синтез и строение 2,7-диметил и 2,6,9 – триметил-7-оксазадекалин-4онов //Вестник КазГУ, серия хим., 1999, № 4. – С. 13-17.

2. Колушпаева А. Т. Повышение устойчивости плодов при хранении и

транспортировке//Материалы 1-ой международной научно-практической конференции «Транспорт Евразии: взгляд в XXI век». – Алматы, 2000. – С.168-169.

3. Самыратов С. Т., Бегалиева Ж. У., Колушпаева А. Т. Химия курсы. – Алматы: Бастау, 2002. – 373 с.

4. Колушпаева А. Т. Органикалық химиядан зертханалық жұмыстар. – Алматы: Бастау, 2003. – 122 с.

5. Колушпаева А. Т., Құлжабаева А., Құрманқұлов Н., Пралиев С. Ж., Бутин Б. Б Ержанов Қ. п-нитрофенокси және оксазааспироундецен топтары бар жаңа фосфондар синтезі //Научный журнал «Поиск», серия естественных и технических наук. 2004, №3 – С.7-10.

6. Колушпаева А. Т., Киргабакова Ж. Н., Халилова С. Ф., Ержанов К. Б. Синтез непредельных и несимметричных N, N- ди(аллилхалькогенидов)N-(арил)аминов // Известия МОН-АН РК, серия хим., 2004. – №2(344).– С.74-77.

7. Колушпаева А. Т. Ауыл шаруашылық өсімдіктерін зиянды ағзалардан қорғауға қажетті химиялық препараттар және олардың қоршаған ортаға әсері //Материалы международной научно-практической конференции. – Алматы, 2005. – С. 93-98.

8. Колушпаева А. Т., Әлімжанова С. К., Жұмабекова А. К., Абдрахманова М. Н. 1-(2-метилпиридин-5-ил)этил-2,5-диметилпиперидин-4-онның (олдың) синтезі және оның жаңа туындылары //Вестник КазНУ, серия хим. – 2005, № 5. – С. 10-14.

9. Колушпаева А. Т., Әлімжанова С. К., Жұмабекова А. К., Абдрахманова М. Н. әөоксипиридинді алу жағдайын жетілдіру және пиридин туындысын синтездеу //Вестник КазНУ, серия хим. – 2005, № 5. – С. 7-10.

10. Байназарова Г. М., Колушпаева А. Т. Возможные направления разработки научных основ преподавания химии в вузах. // Труды межд. Научн. Конф. «Актуальные проблемы науки и образования в области химии и биологии. – Алматы, 2005. – С. 43-47.

11. Колушпаева А. Т. Адам ағзасының құрамындағы ластағыш заттар бойынша атмосфералық ауаның сапасын бағалау//Промышленный транспорт Казахстана, 2005, № 1(3). – С. 58-59.

12. Колушпаева А. Т. 2,5-диметилпиперидин-4-онды пиридилмен этилдеу реакциясы //Жаршы, 2006, № 12. – С. 23-25.

13. Колушпаева А. Т. Май қышқылы. Қазақ энциклопедиясы. – Алматы, 2006, 6 том, Б.

14. Колушпаева А. Т. Меркаптандар. Қазақ энциклопедиясы. – Алматы, 2006, 6 том, Б.

15. Колушпаева А. Т. Көмірсутектер. Қазақ энциклопедиясы. – Алматы, 2006, 6 том, Б.

16. Колушпаева А. Т., Акбасова А. Д. Использование альдегидсодержащих отходов в качестве вторичного сырья //Вестник КазНТУ, 2007, №2. – С. 99-103.

17. Ақбасова А. Ж., Жамалбеков Е. У., Қалыбеков Т.Қ., Қолышпаева А. Т., Рысбеков Қ., Саинова Г.Ә., Сандыбеков М. Экологиялық энциклопедия. Алматы: Бастау, 2007.- 302 б.

18. Колушпаева А. Т. Кредиттік оқу жүйедегі жаңа оқу әдісі. // Ученые записки АЭП, 2007, № 1 (12). – С. 72-73.

19. Предпатент РК № 18669. Стимулятор роста растений / Колушпаева А. Т. , Акбасова А. Д., Тлеубаева А. А. – Бюллетень № 8, 15.08.2007.

20. Авт. свид-во № 52495. Стимулятор роста растений / Колушпаева А. Т. , Акбасова А. Д., Тлеубаева А. А. А. С. – 2006.

21. Колушпаева А. Т. Влияние стимулятора роста Алт-6 на урожай и качество картофеля //Сборник трудов междунар. Научно-практ. Конф. «Актуальные направления развития научных исследований по картофелеводству и овощеводству». – Алматы, 2008. – С.167-171.

22. Колушпаева А. Т. Қазақстан республикасының қауіпсіздігінің жай-күйі мен мәселелері //Записки ученых АЭП, 2008. – С. 77-79.

23. Колушпаева А. Т. Влияние промышленности на окружающую среду // Труды межд. Научно-практ. Конф. «Бизнес и образование: вектор развития. – Алматы, 2008. – С. 165-166.

24. Колушпаева А. Т. Применение стимулятора роста Алт-6 на картофеле //Сборник трудов междунар. Научно-практ. Конф., Прага, 2009. – С. 73-75.

25. Колушпаева А. Т. Өндірістік қалдық кротон альдегидінен пиперидин туындысын алу әдісі //Вестник АТУ, 2009. – С.31-32.

26. Колушпаева А. Т., Акбасова А. Д., Сунакбаева Д. К., Султанова Г. Е. Исследование биологической активности смеси бентонитовой глины и 1-метил-4- (2-тиопиколинамино)пиперидина //Труды международной научно-практической конференции «Современные проблемы инновационных технологий в образовании и науке. – Шымкент, 2009. – С.99-103.

27. Колушпаева А. Т. Антибактериальная активность и токсичность 1-метил -4-(2-тиопиколинамино)пиперидина //Труды международной научно-практической конференции «Современные проблемы инновационных технологий в образовании и науке. – Шымкент, 2009. – С.132-135.

28. Колушпаева А. Т., Акбасова А. Д., Сунакбаева Д. К. Синтез биологически активных соединений из серосодержащих отходов нефтяной промышленности// А. Ясауи университетінің хабаршысы, №1, Наурыз-сәуір, 2009 ж. – С.81-83.

29. Колушпаева А. Т., Акбасова А. Д., Уйсимбаева Ж. Т., Адайбаев А. Влияние регулятора роста Алт-7 на поглощение мышьяка и кадмия свеклой // А. Ясауи университетінің хабаршысы, № 2, Шілде-тамыз, 2009 . – С. 127-129.

30. Колушпаева А. Т. Производное пиперидина Алт-7 – новый стимулятор роста и стресспротектор пшеницы //Новости науки Казахстана, 2009, № 4. – С. 106-110.

31. Колушпаева А. Т., Ақбасова А. Ж., Адайбаев А. Қыша өсімдігінің ауыр металдарды (Pb, Cu, Cd) жинақтау қабілеттілігін зерттеу //География және табиғат, 2009. № 5 (41). – С.20-21.

32. Cунакбаева Д. К., Колушпаева А. Т., Ақбасова А. Д., Алиев Д. Б. Обеззараживание объектов загрязненных возбудителями инфекционных болезней //Материалы межд. Научно-практ. Конференции «VI Дулатовские чтения”, посвященной 510-летию М. Х. Дулати, 2009, 3-я часть. – С. 48-49

33. Колушпаева А. Т. Влияние регуляторов роста Алт-6 на развитие картофеля и накопление в них свинца // Вестник Киргизского аграрного университета, 2009. № 3 (14). – С. 13-15.

34. Колушпаева А. Т. Антибактериальная активность и токсичность 1-(2-метилпиридин-5-ил)этил -2,5-диметилпиперидин-4-она // Вестник АТУ, 2010. – С. 49-53.

35. Колушпаева А. Т. Оценка современного состояния экологических проблем, связанных с загрязнением почвенной системы //Труды межд. Научно-практ. Конф. «Экономика, право, культура в эпоху общественных преобразований». – Спб, 2010. – С. 186-188.

36. Колушпаева А. Т., Акбасова А. Д., Саинова Г. А., Турлыбеков У. Синтез и исследование свойств нового биологически активного тиосоединения пиперидинового ряда // Мат-лы 111 Межд. Научно-практ. Конф. «Молодежь и наука: реальность и будущее», Невинномысск, 2010. – С.

37. Колушпаева А. Т. Тұрақты даму мүддесінде білім беру. // Мат-лы V Республ. Учебно-методич. Конф. «Непрерывное экономическое образование: модернизация обучения и методического обеспечения». – Алматы. – С. 126-129.

38. Колушпаева А. Т., Акбасова А. Д. Влияние регуляторов роста Алт-6, Алт-7 и Алт-S на транслокацию мышьяка и кадмия в системе почва-редька. // Вестник сельскохозяйственных наук, 2010. № 3. – С. 78-83.

39. Колушпаева А. Т. Перспективы использования метода фиторемедиации для очистки почв. //Труды 3-й Межд. Научн. Конф. «Инновационное развитие экономики России: роль университетов». – М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 2010. – С. 155-158.

40. А. Ж. Ақбасова, А. Т. Колушпаева, Г.Ә.Саинова, Д. К. Сунақбаева. Мұнай-газ өндірісінің күкірт қалдықтарын өңдеу арқылы биологиялық активті препараттар алу //Мат-лы третьей межд. научн. практ. конф. «Проблемы инновационного развития нефтегазовой индустрии». – Алматы: КБТУ, 2010. – С.

41. Қолушпаева А. Т., Үйсимбаева Ж. Т. Мышьякпен ластанған топырақты залалсыздандыру. //Мат-лы межд. научно-практ. конф. «Обеспечение экологической безопасности-путь к устойчивому развитию Казахстана». – Тараз:ТарГУ, 2010. – С. 282-284.

42. Колушпаева А. Т. Влияние ростостимулирующих препаратов на рост и развитие горчицы сарептской. // Вестник сельскохозяйственных наук, 2010. № 4. – С. 85-88.

43. Бегалиева Ж. У., Колушпаева А. Т. Химия пәні бойынша есептер мен жаттығулар жинағы. Алматы: Бастау, 2010. – 236 б.

44. Гурьянов А. К., Колушпаева А. Т. К проблеме устойчивого развития и экологической безопасности // Ученые записки АЭП, 2010, № 2. – С. 77-80.

45. Акбасова А. Д., Уйсимбаева Ж., Саинова Г. А., Турлыбеков У., Колушпаева А. Т. Синтез новых биологически активных соединений пиперидинового ряда с использованием отходов коксохимической промышленности.//Материалы респ. научно-прак. конф.«Перспективы развития промышленного и аграрного секторов: наука, инновация, социально-экономические аспекты». – Кызылорда, 2010.- С. 210-213.

46. Колушпаева А. Т., Акбасова А. Д. Очистка почв от тяжелых металлов методом фиторемедиации // Промышленный транспорт Казахстана, 2010, № 2. – С. 102-105.

47. Колушпаева А. Т. Влияние регуляторов роста Алт-6, Алт-7, Алт-S на развитие картофеля в загрязненной тяжелыми металлами почве. // Промышленный транспорт Казахстана, 2010, № 2. – С. 54-57.

ТҰЖЫРЫМ

Қолышпаева Анар Тойганбайқызы

«Биологиялық активті препараттарды өндіріс қалдықтарынан синтездеу әдісінің теориялық негізі мен топырақты залалсыздандыру технологиясы»

Техника ғылымдарының докторы ғылыми дәрежесін іздену диссертациясы

03.00.16 – экология

Жұмыстың мақсаты – Өндіріс қалдықтарынан биологиялық активті препараттарды синтездеу әдісінің теориялық негізі мен топырақты ауыр металдардан залалсыздандыруға гипераккумулятор өсімдікпен қатар оларды пайдалануға негізделген фиторемедиация технологиясын жасау

Жұмыстың идеясы – Өндіріс қалдықтарынан биологиялық активті қосылыстарды алу мүмкіндігін айқындау және қауіпті экотоксиканттардан топырақты залалсыздандыру технологиясын жасауға қолданылатын фиторемедиация әдісінде пайдаланылатын гипераккумулятор өсімдіктердің өсуі мен дамуын жаңадан синтезделген пиперидин туындыларымен жоғарлату.

Зерттеу нысаны – коксохимия мен мұнай өнеркәсіптерінің қалдықтарынан биологиялық активті заттектер алу технологиялары, бентонит сазы мен биологиялық активті пиперидин туындыларынан алынған препараттар, ауыл шаруашылық өсімдіктері, фиторемедиация әдісінде гипераккумулятор ретінде қышаны қолдануға негізделген топырақты залалсыздандыруға бағытталған биотехнология әдісі.

Зерттеу әдістері – топырақ пен өсімдіктердің ластануына үлес қосатын экотоксиканттардың зияндығына және олардың құрамына әсерін тигізетін әртүрлі факторларға теориялық зерттеу, жүйелік талдау және қоршаған ортаның экологиялық жағдайын жақсартуға бағытталған амалдарға сараптау жүргізуге, сонымен қатар қалдықтардан биологиялық активті препараттар алу технологияларын жасауда әртүрлі физикалық, физикалық- химиялық, химиялық, биологиялық және басқада кешенді әдістер кеңінен қолданылды.

Жұмыстағы нәтижелер:

·  мұнай мен коксохимия қалдықтарын өңдеу негізінде пиперидин қатарына жататын билогиялық активті қосылыстарды: 1-метилпиперидин-4-он оксимінің бензой эфирі хлориді (Алт-6), 1-(2-метил-пиридин-5-ил)этил-2,5-диметилпиперидин-4-она (Алт-7), 1-метил-4-(2-тиопиколинамино)-пиперидин (Алт-S) синтездеу технологиясы жасалды;

·  биологиялық активті препараттармен – Алт-6, Алт-7, Алт-S өсімдіктердің тұқымын егу алдында өңдеген жағдайда жапырақ жайылу үрдісінің жылдамдауы, олардың ассимиляциялық бет көлемінің құрылуы, өнімділігінің жоғарлауы дәлелденді, сонымен қатар картоптың, сәбіздің, қызылшаның және де басқа өсімдіктердің сапа көрсеткіштерінің жақсаратыны айқындалды;

·  Алт-S және бентонит сазы негізінде алынған жаңа «Бентактив – алт-S» препаратының биологиялық және физиологиялық активтілігі жоғары екені тәжрибелік түрде дәлелденіп, ауышаруашылығында пайдаланылуы ұтымды болатыны көрсетілді;

·  қышаның көмегімен фиторемедиация әдісі арқылы ауыр металдармен ластанған топырақты тазалау технологиясы ұсынылды;

Енгізу дәрежесі мен қолдану саласы – Зерттеу кезінде алынған теориялық және тәжрибелік маңызы бар нәтижелер халық шаруашылық салаларында, атап айтқанда, биологиялық активті препараттар картоп және де басқа көкөніс егетін шаруашылықтарда, табиғат ресурстарын тиімді пайдалану мен табиғатты қорғау мәселелерімен айналысатын ғылыми зерттеу институттарында, жоғары оқу орындарында қолданыстарын таба бастады. Құрамында кротон альдегиді бар қалдықты және күкірт қалдығын өңдеу арқылы пиперидин туындыларына жататын биологиялық активті заттектерді алуға негізделген технологияларды химия өнеркәсібімен қатар басқада өндіріс салаларында пайдалануға болады. Топырақты ауыр металдардан тазалау үшін қышаны пайдалануға негізделген фиторемедиация әдісін экологиялық таза өнім алуға ауылшаруашылығында кеңінен пайдалануға болады. Сонымен қатар, ауылшаруашылығында өсімдіктердің өнімділігін және қолайсыз табиғи жағдайларға олардың төзімділігін жоғарлату мақсатында синтездеу арқылы алынған жаңа биологиялық активті препараттар кеңінен қолдануға жарамды.

Орындалған жұмыстың осы саладағы алдыңғы қатарлы жетістіктермен салыстыру арқылы ғылыми деңгейін бағалау – Әдебиеттерді қарастыру және салыстырмалы талдау, сонымен қатар диссертацияның тақырыбында жарияланған материалдар, авторлық куәлік пен ҚР алдын-ала патентті, осы орындалған жұмыстың қазіргі кезеңдегі ғылым деңгейіне сәйкестілігін растайды. Мұнда, ауылшаруашылығында орын алатын біраз мәселелерді шешуге, қолдануға тұратын биологиялық активтілігі жоғары қосылыстарды синтездеу үшін химия өндірісінде шикізат ретінде коксохимия және мұнайгаз өнеркәсібінің қалдықтарын пайдалануға мүмкіндік бар екені көрсетілді. Өсімдіктердің өсіп дамуын жоғарлататын пиперидиннің жаңа туындыларын алу технологияларын, топырақты ауыр металдардан қыша өсімдігінің көмегімен фиторемедиациялау әдісі арқылы залалсыздандыру технологияларын енгізу ластаушы көздердің қоршаған ортаға тигізген экологиялық тұрғыдан қолайсыз зардабын төмендету мен қатар табиғи ресурстарды тиімді пайдалану мәселелерін шешуге жол ашады.

Белгілі әдістермен салыстырғанда бұл жетістіктердің экологиялық, техникалық-экономикалық көрсеткіштері жоғары деңгейде екені дәлелденген.

The resume

Kolushpaeva Anar Tojganbaevna

Theoretical basis of the synthesis of biologically active compounds from the waste production and technology detoxicating soil



The dissertation is submitted to conferment of Doctor of the technical sciences

03.00.16 – Ecology



The Purpose of the work – Development of theoretical foundations of the synthesis of biologically active compounds by using industrial wastes as well as their base technologies detoxicating soil from heavy metals phytoremediation plant- hyperaccumulators.

The basic idea – is to establish the possibility of synthesis of biologically active compounds from the waste industry and in technology development detoxicating soil from the potentially dangerous of eco toxicants phytoremediation plant- hyperaccumulators, further accelerating their growth and development of new synthesized derivatives of pyperdine.

Methods of carrying out of the work – the technology of biologically active substances using waste coxochemical and oil industries; preparations obtained from the bentonite clay and biologically active derivatives of pyperdine, agricultural plants, biotechnological method based on the method of phytoremediation using as hyperaccumulators mustards.

Methods of research – theoretical study of the various factors that determine the level of the toxicity and exposure routes of eco toxicants on the state of soil systems and plants used in regulatory documents that standard methods of chemical synthesis, quantitative and qualitative analysis of organic compounds, the classical methods of environmental assessment of soils, plants and other facilities with modern instrumentation, and method of phytoremediation.

Results:

• development of new technological methods of synthesis of biologically active compounds piperidine series – benzoic ester hydrochloride, 1-oxime metilpiperidin-4-one (Alt-6), 1 – (2-methyl-pyridine-5-yl) ethyl-2 ,5-dimetilpiperidin – 4-one (Alt-7), 1-methyl-4-(2-tiopikolin-amino)-of pyperdine (Alt-S) on the basis of products recycling industry and the oil and gas coxochemical industries. Found their antibacterial activity and toxicity.

• set listoobrazovatelnogo stimulation, the formation of assimilational leaf surfaces, improving the structure of root crops and increase crop plants at pre-sowing treatment with biologically active agents Alt 6 Alt 7 Alt-S, as well as their positive impact on quality of potatoes, carrots, beets and other cultures.

• based on the Alt-S and bentonite clays obtained preparations “Bentaktiv-alt-S», and having a wide spectrum of biological and physiological activity and shows promise of its application in agriculture for environmentally friendly products.

• The technology of cleaning the soil from heavy metals on the basis of the method of phytoremediation using mustards.

The degree of implementation, and applications – The results have theoretical and practical significance have been applied in various sectors of the economy, namely, biologically active agents in the future will be widely used by enterprises of agriculture in growing potatoes and vegetable crops, research institutes and organizations in higher educational institutions concerned with efficient use of natural resources and environmental protection, formulation of regulatory environmental projects. The proposed technology of synthesis of refined products krotonalsoderzhaschego and sulfur-containing wastes biologically active substances can be used in the chemical and other industries. The method of phytoremediation, based on the use of mustards for cleaning soil from heavy metals can be applied in agriculture in order to obtain ecologically clean food. Along with this new synthesized biologically active substances can be used to increase yield and stability of crops to adverse natural factors.

Assessment of the scientific level of work performed in comparison with the best achievements in this field. A review and comparative analysis of literature, as well as published materials, certificate of authorship for an invention and predpatent RK on thesis confirm that the work performed consistent with modern scientific and technical level. It shows the possibility of solving the problem of synthesis of new compounds in the chemical industry and environmental problems in agriculture with the use of mineral raw materials and product recycling coxochemical and gas industry. The introduction of technological methods for the synthesis of new derivatives of pyperdine, with growth-stimulating activity, detoxicating heavy metals polluted soils using the method of phytoremediation on hyperaccumulatoral mustards can significantly reduce the environmental damage caused by various objects in the environment and rational use of natural resources

КОЛУШПАЕВА АНАР ТОЙГАНБАЕВНА

Теоретические основы синтеза биологически активных

препаратов из отходов производств и разработка технологий детоксикации почв

Подписано в печать 24.04.2010 г.

Формат 64х80. 1/16.Объем 2,3 усл. печ. л.

Тираж 120. Заказ № 855.

Издательство «Тараз университеті»

ТарГУ им. М. Х. Дулати

0800012, г. Тараз, ул. Толе би, 60



Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника