Маститый немецкий химик писал:
«Русский ученый Воронков совершил чудо. Он оживил кремний!»
Открытие специфической биологической активности силатранов, в 1963 году породило начало широким исследованиям этого класса соединений. Эти соединения, названные М.Г. Воронковым силатранами, по биологическому действию охватывают практически весь спектр активности природных препаратов.
Сибирские ученые доказали, что «король неживой Природы», кремний, способен образовывать биологически активные соединения (силатраны), проникающие в живой организм и регулирующие жизненно важные процессы. Открытие произвело настоящий фурор в науке и полностью опрокинуло устоявшиеся представления о биологической инертности кремния.
В 1977 году в Швеции был организован Нобелевский симпозиум «Биохимия кремния и родственные проблемы», основным результатом которого, явилось официальное признание кремния элементом жизни.
Силатраны это подкласс кремнийорганических атранов, внутрикомплексных трициклических соединений, содержащих в своей структуре силатрановый скелет N(CH2CH2O)3SiH.
Силатраны – внутрикомплексные трициклические кремниевые эфиры триэтаноламина и их производные, являются наиболее исследованными представителями направления биокремнийорганической химии.
Некоторые из них обладают настолько широким спектром биологической активности, что нашли применение одновременно в медицине, косметологии, животноводстве, птицеводстве, практической энтомологии и растениеводстве.
Силатраны, являющиеся клеточным образованием и содержащие кремний, оказывают физиологическое действие на живые организмы на всех этапах эволюционного развития от микроорганизмов до человека.
Применение кремнеорганических биостимуляторов в овощеводстве позволяет повысить холодостойкость, выносливость к жаре и засухе, помогает благополучно выйти из стрессовых погодных ситуаций (возвратные заморозки, резкие перепады температуры и т. д.), усиливает защитные функции растений к болезням и вредителям.
В народной медицине отвары из кремниефильных растений используются при нарушениях свертываемости крови. Полученные из хвоща препараты применяются при лечении заболеваний верхних дыхательных путей, туберкулеза и рекомендуются также для активирования процессов жизнедеятельности кожи. В настоящее время получены синтетические биологически активные органические соединения кремния.
Силатраны – внутрикомплексные трициклические кремниевые эфиры триэтаноламина (рисунок) и их производные являются наиболее исследованными представителями кремнийорганической химии.
Анализ литературы по синтетическим кремнийорганическим соединениям позволяет сделать вывод, что яркие представителя класса силатранов 1- хлорметилсилатран и 1-этоксисилатран обладают широким спектром выявленной биологической активности на различных биологических системах in vitro и in vivo и малотоксичны для многих организмов.
Однако принятая исследователями парадигма, что проявление биологической активности связана только со спецификой структуры силатранов, на наш взгляд, упрощает возможный механизм проявления биоактивности этих соединений.
Отметим только свою точку зрения, что альтернативой вышеприведенной парадигме может быть свойство водорастворимых силатранов гидролизоваться и образовывать наноразмерный кремнезем в водных средах.
По данным научной литературы наиболее исследованы медико-биологические свойства двух соединений из класса силатранов – мивал и мигуген и их производных, приоритет по синтезу которых принадлежит советским и российским ученым.
Указанные соединения обладают широким спектром биологического действия и наиболее исследованный в этом плане –1-хлорметилсилатран (Мивал).
Мивал-Агро — комплексный препарат, в состав которого, кроме кремнийсодержащего соединения мивал, отмеченного Государственной Премией Правительства Российской Федерации, входит аналог фитогормонов из группы ауксинов – крезацин, один из первых отечественных адаптогенов и антиоксидантов, прошедших всесторонние лабораторные, полевые и производственные испытания и хорошо зарекомендовавший себя в сельскохозяйственной практике.
Широкие исследования силатранов при их использовании в составе препаратов для пчеловодства показали высокую эффективность при лечении пчел от варроатоза, повышение жизнеспособности пчелиных семей при зимовке, стимуляцию репродуктивной функции маток и, что особенно важно, повышение медосбора на 20–70% в зависимости от сезона.
Приведенный выше анализ свойств природных кремнийсодержащих материалов и синтетических кремнийорганических соединений показывает возможности проявления ими широкого спектра биологически активного действия на живые организмы, что уже используется на практике в различных областях, включая и медицину.
Роль кремния в формировании стрессоустойчивости. Почему, несмотря на то, что до сих пор кремний не отнесен к жизненно необходимым элементам (хотя в ближайшее время это должно измениться в связи с предложенной Э. Эпштейном новой формулировкой самого понятия «жизненно-необходимый элемент», практика сельского хозяйства многих стран в последнее время показывает значительную эффективность кремниевых удобрений и рост их потребления на 20-30% ежегодно?
Какую же роль эволюция отвела этому элементу?
Ответ: Роль кремния в растениях, прежде всего в защите от неблагоприятных воздействий окружающей среды – как биотических, так и абиотических (Эпштейн, 2009).
При выращивании в искусственных благоприятных условиях растения практически не нуждаются в кремнии. Но выход в реальный мир резко меняет среду обитания растения: вредители, патогенные грибки, засуха и жара – вот только некоторые опасности окружающие растения в полевых условиях.
Учитывая это, необходимо делать существенное разграничение при рассмотрении роли кремния для растений в благоприятных условиях и тех же растений, находящихся под действием различных стрессов (т.е. в реальных полевых условиях)
Кремний выполняет свои функции двумя способами: путем полимеризации кремниевой кислоты, что приводит к образованию аморфного гидратированного кремнезема, и играя важную роль в образовании органических защитных соединений (Эпштейн, 2009)
Растения, хорошо накапливающие кремний, находятся в лучшем положении, поскольку этот элемент повышает устойчивость к стрессам.
Если мы хотим повысить стессоустойчивость растения, необходимо обеспечить растения кремнием, независимо от того, являются ли эти растения однодольными или двудольными.
Многочисленные исследования показали, что кремний является эффективным в борьбе с заболеваниями грибковой и бактериальной природы у различных видов растений. Например, Si увеличивает устойчивость риса к широкому спектру возбудителей грибковых болезней (фузариоз и пр.) и уменьшает заболеваемость мучнистой росой у огурца, ячменя и пшеницы (Ma, 2006).
Первые признаки развития болезни наблюдались на контрольных растениях (Si-) через 5 дней после заражения мучнистой росой.
Болезнь быстро прогрессировала и после 5 недель контрольные растения были сильно инфицированы (балл инфекции = 3,71). С другой стороны, для Si+ растений степень заражения была очень мала даже после 5 недель – средний балл инфекции составлял 0,41.
Результаты этого исследования убедительно доказывают, что кремний обеспечивает эффективную защиту пшеницы от мучнистой росы, что подтверждает многочисленные наблюдения положительной роли кремния в противостоянии грибковым инфекциям у однодольных.
Функции кремния в растении.
В растительной клетке кремний образует гидрофильные силикатно-галактозные комплексы, связывающие свободную воду и тем самым повышающие водоудерживающую способность клетки и растения в целом. Это снижает порог образования кристаллов воды в клетке при низких температурах и испарение при высоких, вследствие чего повышается устойчивость растений к жаре и засухе, холоду и заморозкам, резким перепадам температуры.
Доказано, что кремний в оптимальных дозах способствует лучшему обмену в тканях азота и фосфора, повышает потребление бора и ряда других элементов; обеспечивает снижение токсичности избыточных количеств тяжелых металлов. Оптимизация кремниевого питания растений приводит к увеличению площади листьев и создает благоприятные условия для биосинтеза пластидных пигментов. В таких условиях у растений формируются более прочные клеточные стенки, в результате чего снижается опасность полегания посевов, а также поражения их болезнями и вредителями. (Кемечева М.Х., 2003)
Одной из важных функций активных форм кремния является стимуляция развития корневой системы (Кудинова, 1975; Adatia, Besford, 1986; Матыченков, 2008).
Исследования на злаковых, цитрусовых, овощных культурах и кормовых травах показали, что при улучшении кремниевого питания растений увеличивается количество вторичных и третичных корешков на 20–100% и более.
Дефицит кремниевого питания служит одним из лимитирующих факторов развития корневой системы растений. Установлено, что оптимизация кремниевого питания повышает эффективность фотосинтеза и активность корневой системы.
Значительный рост числа фундаментальных и прикладных исследований в области кремния в последнее время свидетельствует о том, что многие механизмы действия кремния еще не изучены или не доказаны.
Учитывая, что кремний особую важность приобретает для растений в условиях стресса (а засуха, жара и т.д. являются для нашей страны рядовым явлением), актуальность применения кремния по нашему мнению будет постоянно расти, а отечественная наука внесет весомый вклад в его дальнейшее изучение.
Наши уникальные препараты содержащие биологически активные соединения:
кремнеорганический биостимулятор (Силатраны) и аналог фитогормонов из группы Ауксинов:
- Новый кремнеорганический стимулятор роста растений Элис&Тор 3.4 ВРП для ЛПХ
- Аминокислотный активатор ускоренного корнеобразования Элис&Тор №3.7
- Гель-Укоренитель ионитный Элис&Тор №3.8 PRO
Источники:
Медико-биологические аспекты (обзор литературы) https://raen.info/upload/000/vestnik/2016/2/3-12.pdf
Кремний и защита растений от стресса: теория, практика, перспективы.
https://agrosil.ru/
