Аннотация:В работе разработана методология исследования клеточной стенки корней растений
без использования методов физической и химической деструкции. Применение этой
методологии позволило определить комплекс физико-химических параметров, которые
характеризуют клеточные стенки высших растений как трехмерный слабосшитый
природный ионообменник, обладающий в основном катионообменными свойствами.
Установлено, что качественный состав ионогенных групп в клеточных стенках всех
исследованных нами растений одинаков и представлен четырьмя типами групп:
карбоксильными группами полигалактуроновой (ПГК) и гидроксикоричных кислот (ГКК),
фенольными ОН-группами и аминогруппами. Но количество ионогенных групп каждого
типа у разных видов растений, в разных тканях, при изменении условий минерального
питания различно. Впервые установлено, что клеточные стенки содержат два типа
карбоксильных групп, которые отличаются по значениям рКа. Существование
карбоксильной группы ПГК в составе пектинов КС известно было давно. Исследователи
полагают, что сорбционные свойства клеточных стенок обусловлены наличием именно
этой группы. Чтобы определить, принимают ли участие в связывании ионов меди и никеля
выявленные нами карбоксильные группы ГКК, проведен сравнительный анализ
сорбционных свойств клеточных стенок бобовых и злаковых растений, которые
характеризуются разными количествами карбоксильных групп ПГК и ГКК в трехмерной
структуре полимерного матрикса. Методом потенциометрического титрования определено,
что бобовые растения имеют в 2–3 раза больше карбоксильных групп ПГК (SПГК), чем
злаковые, а злаковые имеют в 22,5 раза больше карбоксильных групп ГКК (SГГК),
по сравнению с бобовыми растениями. Оценку сорбционной способности проводили при
рН 3.5; 5 (ацетатный буфер) и 6.5 (аммиачный буфер), используя хлоридные соли Ni2+ или
Cu2+ при их концентрации в растворе 1 мМ. Для всех растений сорбционная способность клеточных стенок в отношении Ni2+ (SNi) или Cu2+ (SCu) увеличивалась с рН, но величина SCu была значительно больше,
чем SNi. Также, как и при сорбции Ni2+ и Cu2+ синтетическими карбоксильными
катионитами, клеточные стенки растений (природные карбоксильные катиониты)
связывают ионы металлов по ионообменному механизму. Поэтому, сопоставляя количество карбоксильных групп в трехмерном матриксе клеточных стенок с количеством связанного металла, можно судить о включении в связывание металла той или иной группы. У растений с высоким содержанием пектинов
(бобовые растения) за связывание Ni2+ были ответственны только карбоксильные группы
ПГК во всем исследуемом интервале рН, так как значение SNi было меньше или равно
удвоенному количеству карбоксильных групп ПГК. У злаков при рН ≥ 5 в связывание Ni2+,
помимо карбоксильных групп ПГК, включались также карбоксильные группы ГКК
в составе полимерного матрикса, так как отношение SNi:2SПГК было много больше 1. У всех
исследованных растений в связывании Cu2+ принимали участие оба типа карбоксильных
групп. Однако у злаковых растений карбоксильные группы ГГК клеточной стенки
включались в сорбционный процесс при рН ≥ 5, а у бобовых – при рН 6.5. Результаты исследования четко показывают, что в растительной клеточной стенке существует не одна, а две карбоксильные группы, способные связывать ионы меди и никеля в водном растворе.