тически не задействованы в процессе интенсивного производства. Выделение отдельных элементов из общей биохимической структуры, как было показано выше, имеет внешне-видимый эффект и открытую деструкцию экологической системы.
Подтверждением этого вывода является повышение урожайности овощных культур (внешний эффект) и высокое, выше предельно-допустимого уровня, содержание нитратов (скрытый критический баланс по избытку) на фоне высоких норм азотных удобрений. Такое одностороннее решение разрушает систему, делая произведенный продукт непригодным к потреблению. Из этого следует вывод, что излишнее количество азота, сформировавшееся в виде радикальных нитратов, должно быть погашено элементами, нормализующими процесс обмена веществ. Это, в первую очередь, может быть достигнуто нормированным использованием всех органогенов (углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера). Необходимость решения проблемы очевидна и осуществить её можно при соответствующем методическом обеспечении.
Разработка методик нормированного питания должна быть комплексной: элементы, формирующие основу живых систем – органогены, должны рационально сочетаться с макроэлементами (главная функция – построение тканей, поддержание осмотического, водно-электролитного, кислотно-основного, окислительно-восстановительного и металло-лигандного гомеостаза (II)) и микроэлементами (составная часть ферментов, гормонов, витаминов и других биологически-активных соединений (II)). Это позволит решить одновременно рост продуктивности растений и животных при высоком уровне полноценности производимого продукта.
Реализация теоретических основ построения полноценных систем осуществлена нами на примере создания полноценной кормовой базы для лактирующих коров молочного направления.
Принципиально по-новому решены вопросы составления алгоритмов производственных моделей:
а) организация зеленого конвейера;
б) рациональное использование природных кормовых угодий;
в) организация пастбищного хозяйства;
г) формирование кормовой базы в системе севооборотов;
д) рациональное сочетание кормов полевого и промышленного секторов АПК.
3. Биогенные особенности питательных веществ
и химических элементов
Химический состав живых организмов и окружающей их среды по набору элементов идентичен. Существенным различием является их структура в расчете на единицу объема питательной среды и конечного продукта жизнедеятельности. Тесная взаимосвязь химического состава питательной среды и живых организмов осуществляется в процессе всего эволюционного периода, но если на первом этапе она влияла больше на формирование видового разнообразия, то с наступлением периода сознательного управления природными процессами более актуальными стали проблемы совершенствования видов в плане реконструкции их хозяйственно-полезных признаков.
Все элементы, участвующие в построении и жизнедеятельности организма, биогенны.
Перечислить в настоящее время потребное количество многих элементов невозможно из-за трудности определения очень низких концентраций. Однако биогенность многих определена с большой достоверностью и использование этих знаний позволяет совершенствовать сельскохозяйственную деятельность, улучшая количественные, качественные, экономические, экологические и другие параметры.
В процессе эволюционных преобразований в основу живых систем вышли элементы, получившие название органогены: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Общая массовая доля их в организме составляет более 97%. Наряду с органогенами активное участие в обмене веществ принимают следующие 10 элементов: калий, натрий, кальций, магний, марганец, железо, кобальт, медь, цинк, молибден – получившие название металлы жизни (II).
Биогенность таких элементов, как фтор, хлор, бром, иод, кремний, селен, мышьяк, литий, барий, стронций, олово, титан, ванадий, хром, не вызывают сомнений несмотря на то, что потребляемое количество их чрезмерно мало (10-6 – 10-4 %).
Элементы, содержание которых в организме больше 10-3 %, называют макроэлементами. Главная функция их состоит в построении тканей, поддержании осмотического, водно-электролитного, кислотно-основного, окислительно-восстановительного и металло-лигандного гомеостаза.
Элементы, содержание которых в организме находится в пределах 10-6 – 10-3 %, называют микроэлементами. Они входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других биологически активных веществ. Микроэлементы неравномерно распределяются между тканями и органами. Поскольку большинство из них в максимальных концентрациях содержатся в печени, её называют – депо микроэлементов.
Отдельные же микроэлементы являются специфичными для определенных органов. Повышенное содержание иода в щитовидной железе, фтора – в эмали зубов, цинка – в поджелудочной железе, молибдена – в почках, стронция – в костях, марганца, брома и хрома – в гипофизе, бария – в сетчатке глаза (II).
Приведенные сведения о макро- и микроэлементах являются доказательством важности и необходимости их для функциональной деятельности организма.
Для управления процессами, обеспечивающими полноценность питания, содержание элементов должно быть не только в наличии, но и в строго определенном количестве. Количество это определяется не произвольно, а строго в соответствии с физиологической потребностью организма. И даже те элементы, потребность которых определяется мизерными количествами, но функциональная значимость неоспорима, заслуживает не менее пристального внимания, так как нарушение их физиологической нормы существенно влияет на жизнедеятельность организма. Такие элементы, как бериллий, барий, мышьяк, свинец, кадмий, ртуть, титан, потому отнесены к токсикантам, что современными методами не установлена их физиологическая норма и тем более нет методик, дозирующих их количество.
Для нормального физиологического процесса в организме должен поддерживаться оптимальный уровень насыщения тканей микроэлементами, т.е. микроэлементный гомеостаз.
Физиологические процессы в организме регулируются с помощью активаторов и ингибиторов. Активаторы ускоряют химические реакции, ингибиторы тормозят действие ферментов. Активаторами ферментов часто бывают катионы магния, марганца, цинка, кобальта, калия, иногда анионы хлора, ингибиторами – ртуть, свинец, кадмий, мышьяк. Бывают ингибиторы и белковой природы.
Активность фермента зависит не только от химического состава реагирующих компонентов, но и их концентрации. При соответствующей норме концентрации элементов активность фермента достигает максимальных значений, а скорость реакции обеспечивает устойчивость физиологических функций. Следовательно, не только при наличии, но и достаточном количестве элемента (не исключая оптимальные условия среды) обеспечивается устойчивость физиологических функций.
В организме одновременно протекает множество химических реакций и находящиеся в системе вещества являются реагентами или продуктами не одной, а нескольких реакций, каждая из которых проходит только при условии протекания другой – сопряжённой. В результате взаимодействия реагирующих компонентов образуется общий конечный или промежуточный продукт. Количество и полноценность их находится в прямой зависимости от обеспеченности тем или иным элементом. Недостаточное количество любого из них нарушит последовательность и интенсивность продукционного процесса. Промежуточный продукт сопряженных реакций может играть роль катализатора или ингибитора, важность которых для жизнедеятельности организма равнозначна, так как они обеспечивают незатухаемость биохимических автоколебательных систем. Циклические изменения концентраций промежуточных соединений будут влиять на скорость образования конечного продукта, концентрация которого в системе также будет изменяться периодически во времени: то нарастать, то падать. Такой кинетический режим называется автоколебательным. Автоколебательный режим будет устойчив во времени при постоянном, требуемом уровне концентрации исходного вещества. Незатухающие автоколебания биохимического процесса являются условием самоорганизации и поддержания жизни в организме. Их следует рассматривать как результат эволюции живого, как наиболее оптимальную и экономичную форму жизнедеятельности. На всех уровнях организации живого – от молекулярного до популяционного – происходят незатухающие автоколебания какого-либо параметра во времени: ферментативная активность, концентрация метаболитов, гликолиз, биохимия сердечной мышцы, численность популяции и т.п. Необеспеченность биохимического процесса в сердечной мышце полностью нарушает её автоколебательный режим, что приводит с серьёзной патологии вплоть до летального исхода.
Не менее важны биохимические процессы, обеспечивающие и другие физиологические функции организма. Нарушение такого важного процесса как катаболизм глюкозы (гликолиз), обусловленного недостатком фосфора, приведет к энергетическому голоду клеток и нарушению всех обменных процессов, протекающих на определенном энергетическом уровне. При оптимальном режиме гликолиза на каждую вступившую в реакцию молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Это соединение выполняет функцию аккумулятора энергии, которая выделяется при гидролизе АТФ. Аденозинтрифосфат функционирует в клетках как промежуточный продукт, обеспечивающий протекание жизненно важных
