Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Упрочнение частей растений
Хотя отложение кремнезема в виде фитолитов и не обязательно приносит пользу самому растению, тем не менее кремнезем, который распределяется определенным образом по структуре растения, в особенности в стеблях, играет необходимую роль по приданию прочности и жесткости растению: Такой эффект обычен для многих тканей растений, включая стебли трав и хлебных злаков, скорлупу или оболочки определенных разновидностей орехов, бамбука, определенных типов древесины, а также колючек и жгучих волосков некоторых растений, например крапивы. Затвердевшие за счет кремнезема кончики волосков или колючек у некоторых растений обеспечивают им защиту от травоядных животных [936].
Хвощи
Хвощи (Equisetum genus) содержат настолько много кремнезема, что их применяли в домашнем хозяйстве в качестве «мочалки» для чистки посуды. Они также использовались для чистки зубов. Согласно данным Фризона [94], эти растения веками применялись как абразивные материалы, причем один тип употреблялся для шлифования дерева, а другой — для отделки домашних инструментов.
Кремнезем в хвоще Е. arvense осаждается в виде длинных волокон в эпидермисе, а также выступает наружу в виде червеобразных выростков до тех пор, пока вся поверхность не покрывается опаловым кремнеземом [95]. По данным Виховера и Пруски [96], кремнезем, вероятно, встречается в эпидермисе растений как органическое соединение с целлюлозным веществом стенок клеток. Это заключение было сделано на основании того факта, что эпидермальная ткань, остающаяся после растворения целлюлозы в медно-аммиачном растворе, состояла из соединения кремнезема с органическим веществом. После обработки кислотой HF она становилась мягкой и давала положительную реакцию на целлюлозу. Кроме того, ткань проявляла значительную сопротивляемость микробам, способным разрушать целлюлозу. Кауфман и др. [97а—д] подробно описали осаждение и распределение кремнезема, а также представили обзор литературы [976] по кремнезему в хвощах (Equisetum). Было обнаружено, что кремнезем осаждается внезапно на опре-
Кремнезем в биосфере
1023
деленной стадии клеточной дифференциации. Распределение кремнезема в многолетнем хвоще (Equisetum hyemale var affine) исследовалось с помощью сканирующего электронного микроскопа с одновременным применением электронного микрозонда, что позволило определить концентрацию кремния в каждой точке структуры. Кремнезем осаждается только после того, как стенка клетки полностью растянулась, но не в тех участках стебля, которые еще продолжают расти. Это справедливо также и для овса и риса.
Упоминавшийся выше микроволокнистый кремнезем в Equisetum arvense может формироваться тем же самым способом, как и силикагель, выделяющийся внутри клеток с внутренней поверхности оболочек в Avena sativa [95]. Как было показано на электронно-микроскопических снимках Кауфманом и др. [97в], кремнезем, по-видимому, в виде волокон диаметром ~ 120 А; находящихся на расстоянии 120 А друг от друга, вытесняется со стороны внутренней поверхности стенок специальных «кремнеземных клеток». По мере того как параллельные волокна вырастают и удаляются в сторону от поверхности оболочки, вероятно, они испытывают синерезис, как и большинство свежеобразованных гелей кремнезема. Однако благодаря наличию ориентированной структуры усадка материала происходит только по двум направлениям, и волокна вытягиваются вместе в виде параллельных пучков или палочек диаметром примерно 600 А. На микроснимках видно, что такой высушенный кремнезем разрушается, но внутри живой клетки кремнезем образует выпрямленные линии, по которым кремнеземные палочки направлены от поверхности, подобно ворсу на ковре.
Такой кремнезем, сформированный посредством полимеризации при комнатной температуре, вероятно, состоит из плотно упакованных первичных частиц Si02 с поверхностными группами SiOH, а также молекулами воды, прочно удерживаемыми в микропорах между этими небольшими частицами, точно так же, как это имеет место в микропорах силикагелей, полученных в лабораторных условиях. Если провести высушивание при подходящих условиях, то такой волокнистый силикагель должен был бы иметь значение удельной поверхности более 400—600 м2/г.
Волокна могут образоваться в результате биохимического концентрирования и выделения Si(OH)4 на внешней стороне оболочки клетки. Молекулы Si (ОН) 4 могут затем продиффун-дировать через близко расположенные, как в сите, отверстия диаметром 120 А в оболочке и подвергнуться полимеризации вблизи каждого отверстия с внутренней стороны поверхности оболочки клетки.
Кауфман [97г] предположил, что подобная полимеризация кремнезема затормаживается в областях, где гормон гибберел-
1024
Глава 7
линовой кислоты вызывает понижение величины рН от 6,5 до 5,0 и даже ниже, как это отмечалось в вытянутых клетках [97д]. Такой эффект может оказаться настолько существенным, что падение значения рН должно привести к стабилизированию хелатных соединений кремния типа трополона и, таким образом, замедлить выделение мономерного кремнезема (см. работу Вейсса в [127]).
