Роль каждого элемента в питании растения

Роль каждого элемента в питании растения

За какие процессы отвечает тот или иной элемент в питательном растворе?Различия между почвенными и гидропонными питательными веществами.

За какие процессы отвечает тот или иной элемент в питательном растворе?Различия между почвенными и гидропонными питательными веществами.

Данная статья о роли химических элементов в питании растения при гидропонике. Если вы впервые знакомитесь с гидропоникой, рекомендуем начать со статьи «Что такое гидропоника?», а также «Питательный раствор для гидропоники».

Углерод (С). В виде углеводов способствует аккумулированию в растениях энергии. Формирует у растений, как у всех прочих живых существ, становой хребет.

Водород (Н). Содержится во всех органических молекулах, необходим для образования сахаров. Он задействован во многих реакциях с участием электрических зарядов и при поглощении различных элементов.

Кислород (О2). Используется в клеточном дыхании для преобразования Сахаров в энергию.

Азот (N). Элемент, имеющийся в растениях в самом большом изобилии. Является компонентом хлорофилла, аминокислот и многих прочих важных органических молекул. Важный компонент всех белков. Играет ключевую роль в росте стебля и листьев.

Калий (К). Второй по изобилию элемент. Выполняет функцию кофактора в энзимной реакции и котранспорта, но его главная роль — регулирование движения воды в растениях. Он обеспечивает растениям полноту и пышность, повышает их морозоустойчивость.

Фосфор (Р). Центр энергетических молекул, АТФ (аденозина трифосфат) и АДФ (аденозина дифосфат). Накапливает световую энергию после её преобразования в химическую энергию. Настоящий подвиг! Регулирует активность белков и входит в состав клеточных стенок. Играет важную роль для цветения растений, прорастания семян и роста корней.

Кальций (Са). Входит в состав клеточных стенок. Регулирует (ограничивает) поглощение других элементов.

Сера (S). Молекула вкуса и запаха. Встречается в защитном механизме и в двух аминокислотах. Как элемент входит в состав хлоропластов.

Железо (Fe). Играет важную роль в синтезе хлорофилла (но не входит в его структуру) и является коэнзимом.

Медь (Си). Компонент энзимов, но также используется при построении клеточных стенок. Наибольшая концентрация в корнях.

Цинк (Zn). Активатор энзимов. Также важен при метаболизме углеводов. Играет роль в росте стебля.

Магний (Mg). Занимает центральное положение в молекулах хлорофилла, а также функционирует как коэнзим. Является составным элементом хлорофилла.

Марганец (Мп). Важная составляющая энзимной и антиоксидантной деятельности. Также используется для построения хлоропластов, в дыхании, в метаболизме азота.

Молибден (Мо). Участвует в процессе азотофиксации. Коэнзимный фактор при построении аминокислот.

Бор (В). Один из компонентов клеточных стенок. Он также играет роль в делении клеток и в транспорте сахара.

Хлор (Cl). Участвует в реакциях фотосинтеза. Используется для регулирова­ния осмотического давления и ионного баланса.

Натрий (Na). Может замещать калий (в редких случаях). Выполняет ряд метаболических функций — либо самостоятельно, либо замещает другой элемент.

Никель (Ni). Полезен для поглощения мочевины. Необходим для энзимной уреазы. Также способствует поглощению железа.

Кобальт (Со). Играет важную роль для азотофиксации только для растений семейства бобовых.

Кремний (Si). В качестве компонента клеточных стенок укрепляет стебель и листья. Повышает засухоустойчивость и жароустойчивость растений (что желательно при выращивании растений в помещении в слишком знойной среде).

Растение снабжается большинством элементов в одной форме в виде простого минерала. Заметным исключением является азот, и форма, в которой азот подается, имеет большое влияние на рост растения. Азот может происходить из 3 источников: нитрат NO3, самый распространенный в гидропонных растворах, аммиак NH4 и мочевина СО (NH2)2, органическая форма, что содержится в коровьей моче. В человеческой — не содержится. Будучи самым дешевым источником азота, мочевина широко применяется в полеводстве, но это органический элемент, который должен разложиться, чтобы стать доступным для растений. Следовательно, он малопригоден в гидропонике, если только это не система с замкнутым контуром. Мочевина пользуется плохой славой из-за токсичной примеси — биурета, который иногда в ней встречается.

Аммиак почти незаменимый компонент формулы — единственный элемент, способный понижать рН питательного раствора. Растения безотказно отделяют водород (Н + ). Аммиак способствует стабильности раствора.

Взаимодействия и химические реакции, происходящие в присутствии нитра­та (NO3) или аммиака (NH4), слишком сложны и нет необходимости подробно их разбирать. Достаточно просто знать, что имеется максимальная доля NH4, которая может быть использована. Избыток может приводить к последствиям — от замедления роста до токсичности. Какое должно быть процентное соотношение NH4 к N03 неясно. Конечно, это зависит от культуры. Некоторые растениеводы предпочитают вообще не применять NH4. Опытным путем установлено, что NH4/N03 в соотношении 20/80 дает хорошие результаты. Конечно, общий уровень азота в растворе также важен. Высокое содержание ионов нитрата (NO3 + ) препятствует поглощению железа и в результате вызовет железный хлороз, даже если количество железа в растворе оптимально.

Фосфор — один из элементов, за которым нужен особенный присмотр. Из-за притяжения фосфора к заряженным поверхностям, он частично захватывается субстратом. Это случается очень быстро и приводит к сильному снижению уровня фосфора вскоре после подачи нового питательного вещества. Фосфор реагирует больше всего с элементами из раствора, особенно с кальцием, образуя фосфат кальция. Из него состоит большая часть отложений белого цвета на системах, субстрате или трубах.

Аналогичным образом и цинк (Zn) очень сильно притягивается к заряжен­ным поверхностям. Это притяжение усиливается с рН вплоть до того, что при высоком рН может наблюдаться недостаточность цинка.

Главное затруднение при выработке формулы питательного вещества состоит в том, что макро- и вторичные элементы не вносятся в одиночку, а всегда парами, как любая соль. Когда нужно внедрить какой-нибудь один элемент, то фактически нужно вводить в раствор сразу два элемента. Например, азот в виде нитрата калия, нитрата аммиака, нитрата кальция и т. п. В случае калия можно применять сульфат калия, моно- или дифосфат калия и т. д. Можно вносить некоторые элементы в виде кислот (N, Р), но это действие сразу же ограничит показатель рН.

С микроэлементами дело обстоит иначе. Их можно вносить в виде сульфатов или хелатов. Термин «хелат» происходит от греческого слова «клешня», что наглядно описывает эти молекулы. Это большие искусственные органические молекулы, которые захватывают своими клешнями микроэлементы. Когда запас этого элемента в растворе истощается, клешня разжимается и выпускает его. Хелаты — замечательная штука, потому что они не допускают передозировки микроэлементов в растениях. При выборе питательной смеси важно выбрать смесь с хелатированными микроэлементами. Хелаты — самый дорогостоящий материал в питательном растворе, поэтому многие производители вместо него предпочитают иметь дело с сульфатами. Только с помощью хелатов железа можно какое-то время надежно удерживать в растворе железо, но в случае прочих микроэлементов используются сульфаты. Они привносят элементы, но совершенно лишены буферного свойства, и эту разницу можно почувствовать при употреблении в пищу конечного продукта. Хорошо знакомый металлический привкус происходит из отложений микроэлементов, чаще всего меди.

Необходимо понять, в чем разница между почвенными и гидропонными питательными веществами.

Как видно из диаграммы, почвенное питательное вещество не охватывает все потребности растений. Когда производитель составляет формулу почвенного питательного вещества, он принимает во внимание вещества, уже находящиеся в почве, и вносит элементы в дополнение к ним. Гидропонное питательное вещество позволяет выращивать растения в воде. Очевидно, что должны быть удовлетворены все потребности растений. Формула должна быть всеобъемлющей и хорошо сбалансированной. Почвенные питательные вещества для гидропоники не годятся. Зато можно вполне использовать гидропонные питательные вещества в почве, где они дают даже лучшие результаты, чем почвенные питательные вещества. Это объясняется тем, что даже при наличии микроэлементов они плохо растворяются, зачастую блокируясь различными механизмами, вызывая у растений недостаточности.

Определившись с тем, какое питательное вещество задать растениям — минеральное или органическое, еще предстоит решить, какое из них окупит понесенные затраты. Выбрать марку питательного вещества поможет этикетка на товаре, хотя в случае с гидропоникой, некоторые этикетки выглядят весьма замысловато! Важно знать, на что следует обращать внимание и чего остерегаться.

Физиологическая роль отдельных элементов в питании растений

Несмотря на резкие различия в количественной потребности, функции каждого необходимого макро- и микроэлемента в растениях строго специфичны, ни один элемент не может быть заменен другим. Недостаток любого макро- или микроэлемента приводит к нарушению обмена веществ и физиологических процессов у растений, ухудшению их -роста и развития, снижению урожая и его качества. При остром дефиците элементов питания у растений появляются – характерные признаки голодания.

Вода. Растение представляет собой единую водопроводящую систему. Все растение – от корней, находящихся в почве, до листьев – построено из клеток, которые содержат студенистые вещества (коллоиды) тончайшей структуры. Эти вещества обладают большой силой притяжения воды, благо даря чему вода продвигается по растению; почти 99% содержимого клеток составляет вода, извлеченная из почвы, где она обычно содержится в количестве лишь 15-20%.

По проводящей системе растений вместе с водой движутся питательные вещества – от корней вверх к листьям и от листьев вниз – к тем частям расте­ния, где образуются такие питательные вещества, как сахара и аминокислоты. Аминокислоты являются строительным материалом для белков. Сахар превращаются в целлюлозу и другие соединения, образующие клеточную структуру растения.

Нормальное функционирование растительной клетки зависит от поступления соответствующего количества воды, необходимого для поддержан ее тургора и деления. Поскольку вода непрерывно испаряется из растения через устьица, тургор клеток растительных тканей зависит от точного равновесия между количеством воды, поступающей в растение через корни, и количеством воды, испаряемой листьями.

Внутриклеточное давление регулируется содержанием различных солей в клеточном соке. Вода поступает из почвы – зоны низкой концентрации солей – в растение, клетки тканей которого содержат раствор солей более высокой концентрации. Этот процесс называется осмосом. Чрезмерно высокая концентрация солей в почве вблизи корней растения, образующаяся в результате локализации избыточного количества удобрения, может нарушить процесс поглощения воды растением и привести даже к отдаче растением воды почве, что вызывает падение тургора клеток и последующее увядание растения.

Малейшее падение тургора нарушает внутреннюю организацию листа вследствие чего могут появиться симптомы, напоминающие недостаточное азота, калия или какого-либо другого элемента. И действительно, при почвенной засухе, в силу которой растение испытывает недостаток в воде, мозг наступить голодание растения, так как засуха влияет на усвояемость питательных веществ и их доступность корням. Питательные вещества в почве передвигаются вместе с почвенной влагой; уменьшение количества послед ней приводит к замедлению движения веществ.

Кислородтак же необходим растениям, как и человеку. Около 50% сухого вещества растения приходится на долю кислорода, который входит состав различных органических и минеральных соединений.

В процессе жизнедеятельности здорового растения кислород вступает в реакцию с другими элементами, из которых строятся растительные ткани. Если кислород присоединяется к различным элементам и веществам, то это процесс называется окислением, если же происходит отнятие ранее присоединенного кислорода, то процесс называется восстановлением. Некоторые соединения в восстановленной форме ядовиты для растений. К таким соединениям относятся широко распространенные нитриты и сульфиты. Присоединяя кислород, т. е. окисляясь, они соответственно превращаются в нитрат и сульфаты, которые уже не являются токсичными.

Процессы восстановления и окисления в равной степени необходимы для здоровых растений. Любое нарушение равновесия процессов в результате расстройства питания растения приводит к появлению симптомов болезни.

Углеродв растениях входит в состав клетчатки, из которой построены клеточные стенки; сахара являются частицей ароматических соединений соков растений и участвуют в построении пигментов. Фактически углерод – основа всех органических веществ. Под воздействием солнечной энергии из углерода углекислого газа воздуха в зеленых зернах хлорофилла клеток листа образуются различные вещества сложной структуры.

Если растение не в состоянии усваивать углерод вследствие недостатка некоторых элементов, необходимых для данного процесса или вследствие их излишка, приводящего к нарушению равновесия, то могут появиться симптомы ненормального функционирования растений.

Азотодин из основных элементов, необходимых для растений. Он входит в состав всех простых и сложных белков, являющихся составной частью цитоплазмы растительных клеток и в состав нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), играющих важную роль в процессе обмена веществ в организме. Он содержится в хлорофилле, фосфатидах, ферментах и других органических веществах растительной клетки.

Главным источником азота для растений служат соли азотной кислоты и соли аммония. Поступившие в растения минеральные формы азота проходят сложный цикл превращений, конечным этапом которых является включение их в состав белковых молекул.

Уровень азотного питания определяет размеры и интенсивность синтеза белка и других азотистых органических соединений в растениях и, следовательно, ростовые процессы. Недостаток азота особенно резко сказывается на росте вегетативных органов. Слабое формирование фотосинтезирующего листового и стеблевого аппарата вследствие дефицита азота, в свою очередь, ограничивает образование органов плодоношения и ведет к снижению урожая и уменьшению количества белка в продукции.

Фосфор также является обязательной составной частью живых клеток растения – он входит в состав сложных белков в виде нуклеопротеидов, в состав фосфатидов (жироподобные органические соединения), многих ферментов, фитина, образует эфиры с сахарами.

Фосфор принимает непосредственное участие в процессах дыхания и брожения, играет важную роль в фотосинтезе, имеет исключительное значение для обмена азотистых веществ в растениях. Следует указать на роль фосфора в энергетике живой клетки, которая определяется его способностью к образованию соединений (АТФ, АДФ), несущих большой запас энергии. Фосфор повышает зимостойкость растений, ускоряет их развитие и созревание.

Значительная часть фосфора в растениях находится и в минеральной форме, являясь запасным веществом для синтеза фосфорсодержащих органических соединений. Общее содержание фосфора в растениях колеблется в пределах 0,3-2% и составляет около 1/3 от содержания в них азота. Особенно богаты им молодые части растения и семена.

Поступает фосфор из почвы в течение всего периода жизни растений. Но особое значение фосфор имеет при начальном росте растения и недостаток его в этот период не может быть компенсирован в последующем. Умеренная обеспеченность фосфором способствует более быстрому появлению новых листьев, лучшему развитию корневой системы, более раннему и быстрому цветению, оказывает положительное влияние на процессы форм ния репродуктивных органов.

Калий в растениях в виде сложных органических соединений не обнаружен. Большая часть его находится в клеточном соке, а меньшая – адсорбированная коллоидами и незначительная – необменная – удерживается митохондриями в протоплазме растений. Калий принимает участие в обмене веществ. В его присутствии поступление азота в растения и процессы с азотистых веществ усиливаются, повышается активность ферментов, участвующих в углеводном обмене. Калий влияет на свойства протоплазмы клеток удерживать воду, уменьшает испарение воды растением, увеличивать тургор. Для калия характерно его многократное использование (реутилизация) внутри растения. Калий находится в основном, в вегетативных органах (соломе, ботве, листьях).

Сера является важным элементом питания растений, и они часто содежат ее больше, чем фосфора, кальция или магния. Сера, поступающая в растения, частично расходуется на построение аминокислоты цистеин, входящей в состав белков.

Кальций в растениях входит в состав стенки клеток, образуя нечто вроде защитного «сита» для просачивающихся через клетки растворов питательных веществ. Кальций в межклетниках действует так же, как цементирующее вещество, связывая клетки между собой.

В растениях в процессе жизнедеятельности клеток образуются некоторые побочные продукты, в том числе органические кислоты, накопление которых могло бы представить опасность для растений, если бы не проявлялось нейтрализующее действие кальция. Так, например, щавелевая кислота, вступая в реакцию с кальцием, превращается в безвредный для растений оксалат кальция, который нерастворим в воде. Кальций в растениях находится в равновесии с магнием, калием, а возможно, и бором. Любое нарушение равновесия вследствие избытка или недостатка какого-либо из этих элементов приводит к ненормальным явлениям в жизнедеятельности растения.

Внешнее проявление избытка кальция в растении фактически может начать недостаток одного или более из указанных элементов, и положение может быть выправлено дополнительным введением недостающих элементов, а не уменьшением количества кальция. Точно так же кажущийся избыток калия, магния или бора может обусловливаться недостаточностью кальция.

Магний является основным элементом молекулы хлорофилла – зеленого пигмента растений, поглощающего солнечную энергию и способствующего жизнедеятельности растительного организма.

Большинство сельскохозяйственных растений обычно содержит магния меньше, чем кальция. Различие определяется особенностями культуры составом почвы.

Магний соединяется с фосфатами, делая возможным их перемещение в растении в форме фосфата магния.

Железо, несмотря на то, что необходимо растениям в очень незначительном количестве, является исключительно важным элементом. Хлороз, развивающийся у растений от недостатка железа, сопровождается потерей способности растений к образованию хлорофилла, в состав которого, хотя не входит. Железо участвует в окислительно-восстановительных процессах в растениях, входит в состав некоторых дыхательных ферментов.

Бор в растениях содержится в пределах 0,0001% ил 0,1 мг на 1 кг биомассы. Наиболее нуждаются в нем двудольные растения. Обнаружено большое содержание бора в цветках, рыльцах и столбиках. В растительных клетках большая часть бора находится в клеточных стенках. Бор усиливает рост пыльцевых трубок, прорастание пыльцы, увеличивает количество плодов. Без бора нарушается процесс созревания семян. Он снижает активность окислительных ферментов, оказывает влияние на синтез и передвижение стимуляторов роста. В растениях бор имеет функциональную связь с кальцием. Если в растениях нарушается соотношение между этими элементами вследствие недостатка бора, то прекращается нормальное развитие верхушечных частей растений.

Молибден в большом количестве содержится в бобовых – от 0,5 до 20 мг Мо на 1 кг массы. Он входит в состав и активизирует фермент нитратредуктазу и нитритредуктазу, при участии которых идет процесс восстановления нитратов до аммиака. При его недостатке в растениях накапливаются нитраты. Он входит в состав ферментов (нитрогеназы) катализирующих процессы восстановления молекулярного азота азотфиксирующими свободноживущими аэробными, а также клубеньковыми бактериями. Высокая потребность бобовых культур в молибдене определяется его участием в фиксации молекулярного азота в симбиозе растений и клубеньковых бактерий – в клубеньках усиливается активность дегидрогеназ – ферментов, обеспечивающих непрерывный приток водорода, необходимый для связывания азота атмосферы.

Цинк влияет на многие процессы в растениях – углеводный обмен, фосфорный и белковый обмен, что определяется его присутствием во многих ферментативных системах. Цинк влияет на утилизацию фосфора растениями. При недостатке цинка увеличивается поступление фосфора в растения, однако утилизация его нарушается, при этом увеличивается доля неорганического фосфора, то есть недостаток цинка вызывает замедление превращения неорганических фосфатов в органические формы.

Он образует комплексы с различными органическими соединениями, преимущественно физиологически активными – белками, нуклеиновыми кислотами, витаминами.Цинк входит в состав многих ферментов – дыхательных, участвующих в процессе фотосинтеза.

Медь входит в состав ферментов и белков, катализирующих окисление фенолов: ортофенолоксидазы, полифенолоксидазы, тирозиназы. Медь также входит в состав нитритредуктазы, гипонитритредуктазы и редуктаз окиси азота, в присутствии меди усиливается процесс связывания молекулярного азота атмосферы и усвоение азота из почвы и удобрения.

Медь снижает ингибирующее действие на растения высоких доз ростовых веществ. Черный пигмент меланин, образуется за счет окисления аминокислоты тирозина, осуществляемого ферментом тирозиназой, в состав которой входит в медь. Отсутствие данного фермента вызывает альбинизм, темнение битых картофелин и яблок также вызывается тирозиназой.

Марганец входит в состав окислительных ферментов, регулирующих окислительно-восстановительные процессы, марганец участвует в синтезе аскорбиновой кислоты в растениях. Участвует в системе выделения кислорода при фотосинтезе и в восстановительных реакциях фотосинтеза. Увеличивает содержание сахаров, хлорофилла, прочность его связи с белком, улучшает отток сахаров, усиливает интенсивность дыхания. Входит в состав фермента гидроксиламинредуктазы, осуществляющую реакцию восстановления гидроксиламина до аммиака.

Методические указания: использовать раздаточный материал, рекомендуемую литературу

Литература:

1 Минеев В.Г. Экологическая агрохимия. – М., 2000

2 Церлинг В.В. Агрохимические основы диагностики минерального питания с/х культур. М, 1978.

3 Церлинг В.В. Диагностика питания с/х культур. Москва, 1990.

Роль макро- и микроэлементов в питании растений

В составе растений обнаружены почти все элементы периодической системы Д.И. Менделеева, но роль многих из них еще недостаточно изучена.

В наибольшем количестве растения поглощают азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу. Эти элементы называют макроэлементами, их содержание в растениях исчисляется целыми процентами или десятыми долями.

Азот (N) входит в состав всех белков, нуклеиновых кислот, аминокислот, хлорофилла, ферментов, многих витаминов, липоидов и других органических соединений, образующихся в растениях. Недостаток азота вызывает прекращение роста и пожелтение листьев из-за нарушения образования хлорофилла.

Азот – очень подвижный элемент, при недостатке он перемещается из старых листьев в новые, более молодые. Появляются признаки азотного голодания – сначала в пожелтении самых нижних листьев, а затем, если процесс не остановить, в отмирании листьев выше.

Избыток азота ведет к неестественно быстрому росту, формированию рыхлых тканей, что делает их более подверженными различным заболеваниям. Удлиняется вегетационный период и задерживается начало цветения, у некоторых растений передозировка азотных удобрений может так сдвинуть внутренние процессы, что приведет к полному отказу от цветения. Избыток азота также задерживает усвоение растением калия.

Фосфор (Р) играет исключительно важную роль в жизни растений. Большинство процессов обмена веществ осуществляется только при его участии. Он обеспечивает здоровье корней, закладку бутонов, вызревание плодов и семян, увеличивает зимостойкость.

При недостатке фосфора задерживается цветение и созревание, образуются дефектные плоды, листья приобретают красно-коричневый оттенок. В первую очередь поражаются старые нижние листья, затем процесс распространяется выше.

Избыток фосфора замедляет обмен веществ, делает растение менее устойчивым к недостатку воды, ухудшает усвоение железа, калия и цинка, что приводит к общему пожелтению, хлорозу, появлению ярких некротических пятен, опадению листьев. Развитие растения ускоряется, оно быстро стареет.

Некоторые растения особенно негативно реагируют на внесение больших доз фосфорных удобрений. Это относится, в первую очередь, к выходцам из Австралии, где почвы бедны фосфором. Не любят подкормок фосфором хвойные растения. Особую осторожность при внесении этого элемента требуют и гибискусы, для которых не рекомендуется использовать богатые фосфором удобрения для цветущих растений.

Калий (К) играет важнейшую физиологическую роль в углеводном и белковом обмене растений, в процессах фотосинтеза и водного обмена, повышает устойчивость к увяданию и преждевременному обезвоживанию, укрепляет ткани растения и делает их более устойчивыми к болезням и вредителям.

Он легко передвигается из старых тканей растения, где был уже использован, в молодые. Недостаток калия, так же как и его избыток, отрицательно сказывается на количестве и качестве урожая. При избытке калия задерживается поступление азота в растение, наступает торможение роста, деформации и хлороз листьев, в первую очередь старых. На более поздних стадиях появляются мозаичные пятна, листья вянут и опадают. Избыток калия также ухудшает усвоение магния или кальция.

Магний (Mg) входит в состав хлорофилла и непосредственно участвует в фотосинтезе. А еще необходим для образования запасного вещества фитина, содержащегося в семенах растений, и пектиновых веществ.

Магний активизирует деятельность многих ферментов, участвующих в образовании и превращении углеводов, белков, органических кислот, жиров; влияет на передвижение и превращение фосфорных соединений, плодоношение и качество семян. Максимальное содержание магния в вегетативных органах растений отмечается в период цветения. После цветения в растении резко снижается количество хлорофилла и происходит отток магния из листьев и стеблей в семена, где образуются фитин и фосфат магния.

Недостаток магния проявляется в пожелтении листьев, хлорозе.

Кальций (Ca) участвует в углеводном и белковом обмене растений, образовании и росте хлоропластов. Он необходим для нормального усвоения растением аммиачного азота, затрудняет восстановление в растениях нитратов до аммиака. От кальция в высокой степени зависит построение нормальных клеточных оболочек.

В отличие от азота, фосфора и калия, находящихся обычно в молодых тканях, кальций содержится в значительных количествах в старых тканях; при этом его больше в листьях и стеблях, чем в семенах.

Сера (S) входит в состав аминокислот цистина и метионина, является составной частью белков и некоторых витаминов, влияет на образование хлорофилла. Недостаток серы ведет к хлорозу, в первую очередь молодых листьев.

Не менее важны и другие элементы питания – железо, медь, марганец, молибден, цинк, кобальт, бор и др., которые принято называть микроэлементами. Они потребляются растениями в небольших количествах, но недостаток их ведет к серьезным дефектам развития растений. Содержание микроэлементов в растении исчисляется сотыми и тысячными долями процента.

  • Железо (Fe) входит в состав ферментов, участвующих в построении хлорофилла, хотя непосредственно в него этот элемент не входит. Железо участвует в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в растениях, оно является составной частью дыхательных ферментов. Недостаток железа ведет к распаду ростовых веществ (ауксинов), синтезируемых растениями, при этом листья становятся бледно-желтыми. Чаще всего он наблюдается при избытке карбонатов и в сильно известкованных субстратах. Железо не может передвигаться из старых тканей в молодые.
  • Медь (Cu) входит в состав медьсодержащих белков, ферментов, она также принимает участие в процессе фотосинтеза, углеводного и белкового обмена.
  • Марганец (Mn) входит в состав окислительно-восстановительных ферментов и принимает участие в фотосинтезе, углеводном и азотном обмене.
  • Молибден (Mo) играет большую роль в азотном питании. Он локализуется в молодых растущих органах и меньше – в стеблях, корнях. При недостатке молибдена задерживается развитие клубеньков на корнях бобовых растений и фиксация азота. Внесение в почву молибдена способствует усвоению азотных удобрений растениями, но высокое содержание молибдена весьма токсично для растений.
  • Цинк (Zn) оказывает влияние на обмен энергии и веществ в растении. При недостатке цинка уменьшается содержание сахарозы и крахмала, повышается накопление органических кислот, снижается содержание ауксина, нарушается синтез белка, характерна задержка роста.
  • Кобальт (Co) участвует в биологической фиксации молекулярного азота.
  • Бор (B) участвует в реакциях углеводного, белкового, нуклеинового обмена и других процессах. Он необходим растениям в течение всего периода жизни. От его недостатка страдают прежде всего молодые листья и точки роста. Избыток бора вызывает ожог нижних листьев, они желтеют и опадают.

Дефицит какого-то элемента питания не замедлит сказаться на развитии растения, но зачастую бывает очень сложно определить истинную причину нарушения роста. Избыток одного элемента может ингибировать усвоение другого, поэтому внося излишек одного вещества, мы можем вызвать голодание по другому. Важно не только внести все необходимые элементы питания, но и правильно подобрать их соотношение.

Физиологическая роль отдельных элементов в питании растений

Несмотря на резкие различия в количественной потребности, функции каждого необходимого макро- и микроэлемента в растениях строго специфичны, ни один элемент не может быть заменен другим. Недостаток любого макро- или микроэлемента приводит к нарушению обмена веществ и физиологических процессов у растений, ухудшению их -роста и развития, снижению урожая и его качества. При остром дефиците элементов питания у растений появляются – характерные признаки голодания.

Вода. Растение представляет собой единую водопроводящую систему. Все растение – от корней, находящихся в почве, до листьев – построено из клеток, которые содержат студенистые вещества (коллоиды) тончайшей структуры. Эти вещества обладают большой силой притяжения воды, благо даря чему вода продвигается по растению; почти 99% содержимого клеток составляет вода, извлеченная из почвы, где она обычно содержится в количестве лишь 15-20%.

По проводящей системе растений вместе с водой движутся питательные вещества – от корней вверх к листьям и от листьев вниз – к тем частям расте­ния, где образуются такие питательные вещества, как сахара и аминокислоты. Аминокислоты являются строительным материалом для белков. Сахар превращаются в целлюлозу и другие соединения, образующие клеточную структуру растения.

Нормальное функционирование растительной клетки зависит от поступления соответствующего количества воды, необходимого для поддержан ее тургора и деления. Поскольку вода непрерывно испаряется из растения через устьица, тургор клеток растительных тканей зависит от точного равновесия между количеством воды, поступающей в растение через корни, и количеством воды, испаряемой листьями.

Внутриклеточное давление регулируется содержанием различных солей в клеточном соке. Вода поступает из почвы – зоны низкой концентрации солей – в растение, клетки тканей которого содержат раствор солей более высокой концентрации. Этот процесс называется осмосом. Чрезмерно высокая концентрация солей в почве вблизи корней растения, образующаяся в результате локализации избыточного количества удобрения, может нарушить процесс поглощения воды растением и привести даже к отдаче растением воды почве, что вызывает падение тургора клеток и последующее увядание растения.

Малейшее падение тургора нарушает внутреннюю организацию листа вследствие чего могут появиться симптомы, напоминающие недостаточное азота, калия или какого-либо другого элемента. И действительно, при почвенной засухе, в силу которой растение испытывает недостаток в воде, мозг наступить голодание растения, так как засуха влияет на усвояемость питательных веществ и их доступность корням. Питательные вещества в почве передвигаются вместе с почвенной влагой; уменьшение количества послед ней приводит к замедлению движения веществ.

Кислородтак же необходим растениям, как и человеку. Около 50% сухого вещества растения приходится на долю кислорода, который входит состав различных органических и минеральных соединений.

В процессе жизнедеятельности здорового растения кислород вступает в реакцию с другими элементами, из которых строятся растительные ткани. Если кислород присоединяется к различным элементам и веществам, то это процесс называется окислением, если же происходит отнятие ранее присоединенного кислорода, то процесс называется восстановлением. Некоторые соединения в восстановленной форме ядовиты для растений. К таким соединениям относятся широко распространенные нитриты и сульфиты. Присоединяя кислород, т. е. окисляясь, они соответственно превращаются в нитрат и сульфаты, которые уже не являются токсичными.

Процессы восстановления и окисления в равной степени необходимы для здоровых растений. Любое нарушение равновесия процессов в результате расстройства питания растения приводит к появлению симптомов болезни.

Углеродв растениях входит в состав клетчатки, из которой построены клеточные стенки; сахара являются частицей ароматических соединений соков растений и участвуют в построении пигментов. Фактически углерод – основа всех органических веществ. Под воздействием солнечной энергии из углерода углекислого газа воздуха в зеленых зернах хлорофилла клеток листа образуются различные вещества сложной структуры.

Если растение не в состоянии усваивать углерод вследствие недостатка некоторых элементов, необходимых для данного процесса или вследствие их излишка, приводящего к нарушению равновесия, то могут появиться симптомы ненормального функционирования растений.

Азотодин из основных элементов, необходимых для растений. Он входит в состав всех простых и сложных белков, являющихся составной частью цитоплазмы растительных клеток и в состав нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), играющих важную роль в процессе обмена веществ в организме. Он содержится в хлорофилле, фосфатидах, ферментах и других органических веществах растительной клетки.

Главным источником азота для растений служат соли азотной кислоты и соли аммония. Поступившие в растения минеральные формы азота проходят сложный цикл превращений, конечным этапом которых является включение их в состав белковых молекул.

Уровень азотного питания определяет размеры и интенсивность синтеза белка и других азотистых органических соединений в растениях и, следовательно, ростовые процессы. Недостаток азота особенно резко сказывается на росте вегетативных органов. Слабое формирование фотосинтезирующего листового и стеблевого аппарата вследствие дефицита азота, в свою очередь, ограничивает образование органов плодоношения и ведет к снижению урожая и уменьшению количества белка в продукции.

Фосфор также является обязательной составной частью живых клеток растения – он входит в состав сложных белков в виде нуклеопротеидов, в состав фосфатидов (жироподобные органические соединения), многих ферментов, фитина, образует эфиры с сахарами.

Фосфор принимает непосредственное участие в процессах дыхания и брожения, играет важную роль в фотосинтезе, имеет исключительное значение для обмена азотистых веществ в растениях. Следует указать на роль фосфора в энергетике живой клетки, которая определяется его способностью к образованию соединений (АТФ, АДФ), несущих большой запас энергии. Фосфор повышает зимостойкость растений, ускоряет их развитие и созревание.

Значительная часть фосфора в растениях находится и в минеральной форме, являясь запасным веществом для синтеза фосфорсодержащих органических соединений. Общее содержание фосфора в растениях колеблется в пределах 0,3-2% и составляет около 1/3 от содержания в них азота. Особенно богаты им молодые части растения и семена.

Поступает фосфор из почвы в течение всего периода жизни растений. Но особое значение фосфор имеет при начальном росте растения и недостаток его в этот период не может быть компенсирован в последующем. Умеренная обеспеченность фосфором способствует более быстрому появлению новых листьев, лучшему развитию корневой системы, более раннему и быстрому цветению, оказывает положительное влияние на процессы форм ния репродуктивных органов.

Калий в растениях в виде сложных органических соединений не обнаружен. Большая часть его находится в клеточном соке, а меньшая – адсорбированная коллоидами и незначительная – необменная – удерживается митохондриями в протоплазме растений. Калий принимает участие в обмене веществ. В его присутствии поступление азота в растения и процессы с азотистых веществ усиливаются, повышается активность ферментов, участвующих в углеводном обмене. Калий влияет на свойства протоплазмы клеток удерживать воду, уменьшает испарение воды растением, увеличивать тургор. Для калия характерно его многократное использование (реутилизация) внутри растения. Калий находится в основном, в вегетативных органах (соломе, ботве, листьях).

Сера является важным элементом питания растений, и они часто содежат ее больше, чем фосфора, кальция или магния. Сера, поступающая в растения, частично расходуется на построение аминокислоты цистеин, входящей в состав белков.

Кальций в растениях входит в состав стенки клеток, образуя нечто вроде защитного «сита» для просачивающихся через клетки растворов питательных веществ. Кальций в межклетниках действует так же, как цементирующее вещество, связывая клетки между собой.

В растениях в процессе жизнедеятельности клеток образуются некоторые побочные продукты, в том числе органические кислоты, накопление которых могло бы представить опасность для растений, если бы не проявлялось нейтрализующее действие кальция. Так, например, щавелевая кислота, вступая в реакцию с кальцием, превращается в безвредный для растений оксалат кальция, который нерастворим в воде. Кальций в растениях находится в равновесии с магнием, калием, а возможно, и бором. Любое нарушение равновесия вследствие избытка или недостатка какого-либо из этих элементов приводит к ненормальным явлениям в жизнедеятельности растения.

Внешнее проявление избытка кальция в растении фактически может начать недостаток одного или более из указанных элементов, и положение может быть выправлено дополнительным введением недостающих элементов, а не уменьшением количества кальция. Точно так же кажущийся избыток калия, магния или бора может обусловливаться недостаточностью кальция.

Магний является основным элементом молекулы хлорофилла – зеленого пигмента растений, поглощающего солнечную энергию и способствующего жизнедеятельности растительного организма.

Большинство сельскохозяйственных растений обычно содержит магния меньше, чем кальция. Различие определяется особенностями культуры составом почвы.

Магний соединяется с фосфатами, делая возможным их перемещение в растении в форме фосфата магния.

Железо, несмотря на то, что необходимо растениям в очень незначительном количестве, является исключительно важным элементом. Хлороз, развивающийся у растений от недостатка железа, сопровождается потерей способности растений к образованию хлорофилла, в состав которого, хотя не входит. Железо участвует в окислительно-восстановительных процессах в растениях, входит в состав некоторых дыхательных ферментов.

Бор в растениях содержится в пределах 0,0001% ил 0,1 мг на 1 кг биомассы. Наиболее нуждаются в нем двудольные растения. Обнаружено большое содержание бора в цветках, рыльцах и столбиках. В растительных клетках большая часть бора находится в клеточных стенках. Бор усиливает рост пыльцевых трубок, прорастание пыльцы, увеличивает количество плодов. Без бора нарушается процесс созревания семян. Он снижает активность окислительных ферментов, оказывает влияние на синтез и передвижение стимуляторов роста. В растениях бор имеет функциональную связь с кальцием. Если в растениях нарушается соотношение между этими элементами вследствие недостатка бора, то прекращается нормальное развитие верхушечных частей растений.

Молибден в большом количестве содержится в бобовых – от 0,5 до 20 мг Мо на 1 кг массы. Он входит в состав и активизирует фермент нитратредуктазу и нитритредуктазу, при участии которых идет процесс восстановления нитратов до аммиака. При его недостатке в растениях накапливаются нитраты. Он входит в состав ферментов (нитрогеназы) катализирующих процессы восстановления молекулярного азота азотфиксирующими свободноживущими аэробными, а также клубеньковыми бактериями. Высокая потребность бобовых культур в молибдене определяется его участием в фиксации молекулярного азота в симбиозе растений и клубеньковых бактерий – в клубеньках усиливается активность дегидрогеназ – ферментов, обеспечивающих непрерывный приток водорода, необходимый для связывания азота атмосферы.

Цинк влияет на многие процессы в растениях – углеводный обмен, фосфорный и белковый обмен, что определяется его присутствием во многих ферментативных системах. Цинк влияет на утилизацию фосфора растениями. При недостатке цинка увеличивается поступление фосфора в растения, однако утилизация его нарушается, при этом увеличивается доля неорганического фосфора, то есть недостаток цинка вызывает замедление превращения неорганических фосфатов в органические формы.

Он образует комплексы с различными органическими соединениями, преимущественно физиологически активными – белками, нуклеиновыми кислотами, витаминами.Цинк входит в состав многих ферментов – дыхательных, участвующих в процессе фотосинтеза.

Медь входит в состав ферментов и белков, катализирующих окисление фенолов: ортофенолоксидазы, полифенолоксидазы, тирозиназы. Медь также входит в состав нитритредуктазы, гипонитритредуктазы и редуктаз окиси азота, в присутствии меди усиливается процесс связывания молекулярного азота атмосферы и усвоение азота из почвы и удобрения.

Медь снижает ингибирующее действие на растения высоких доз ростовых веществ. Черный пигмент меланин, образуется за счет окисления аминокислоты тирозина, осуществляемого ферментом тирозиназой, в состав которой входит в медь. Отсутствие данного фермента вызывает альбинизм, темнение битых картофелин и яблок также вызывается тирозиназой.

Марганец входит в состав окислительных ферментов, регулирующих окислительно-восстановительные процессы, марганец участвует в синтезе аскорбиновой кислоты в растениях. Участвует в системе выделения кислорода при фотосинтезе и в восстановительных реакциях фотосинтеза. Увеличивает содержание сахаров, хлорофилла, прочность его связи с белком, улучшает отток сахаров, усиливает интенсивность дыхания. Входит в состав фермента гидроксиламинредуктазы, осуществляющую реакцию восстановления гидроксиламина до аммиака.

Методические указания: использовать раздаточный материал, рекомендуемую литературу

Литература:

1 Минеев В.Г. Экологическая агрохимия. – М., 2000

2 Церлинг В.В. Агрохимические основы диагностики минерального питания с/х культур. М, 1978.

3 Церлинг В.В. Диагностика питания с/х культур. Москва, 1990.

Роль макроэлементов в питании растений

Можно бесконечно долго игнорировать тему удобрений и не вникать в их роль в развитии растений, но без этого знания о выдающихся результатах в комнатном цветоводстве и садоводстве нечего и думать.

В химическом составе растений почти вся таблица Менделеева, о влиянии некоторых веществ данных пока нет, но самые ответственные «рычаги» управления обменными процессами изучены. Наибольшую важность в корневых подкормках представляют следующие макроэлементы:

Один из важнейших элементов для питания растений и формирования хлорофилла. Участвует в регуляции роста зеленой массы и влияет на продолжительность цветения.

При недостатке

  • Замедляется рост
  • Листья желтеют из-за недостаточной выработки хлорофилла: сначала снизу, т.к. элемент в первую очередь накапливается в молодых тканях, но постепенно начинает страдать вся зеленая масса

При избытке

  • Слишком быстрый рост с формированием более рыхлых тканей
  • Снижение иммунитета к заболеваниям
  • Цветение откладывается или вовсе не происходит
  • Ухудшается усвоение калия
  • Накапливаются нитраты как результат чрезмерного внесения удобрений с азотом

Фосфор

Он необходим в большинстве обменных процессов, участвует в закладке бутонов и плодоношении, влияет на здоровье корневой системы и зимостойкость растения.

При недостатке

  • Задерживается цветение
  • Замедляется созревание плодов и семян
  • Формируются дефектные плоды и семена
  • Листья неестественно темнеют, становятся синеватыми или красно-коричневыми — процесс идет от нижних к более молодым
  • Листья загибаются кверху

При избытке

  • Замедляется развитие
  • Снижается устойчивость к недостатку воды
  • Ухудшается усвоение калия, цинка, железа
  • Листья желтеют из-за нарушений выработки хлорофилла и покрываются выраженными некротическими пятнами, после чего опадают
  • Растение быстро стареет

Калий

Участвует в процессах углеводного, белкового, водного обмена, фотосинтеза. Влияет на способность растения сохранять влагу, укрепляет ткани и повышает сопротивляемость заболеваниям и вредителям.

При недостатке

  • Листья приобретают скрученную, сморщенную форму, заворачиваются книзу
  • Появляются ожоги и бурая пятнистость по краям листовой пластины
  • Листья становятся голубоватыми, тусклыми, с бронзовым оттенком
  • Стебель становится тонким, рыхлым
  • Замедляются развитие растения и формирование бутонов
  • Повышается подверженность грибковым заболеваниям
  • Размер цветков уменьшается
  • Растение сбрасывает завязи
  • Страдают качество и количество урожая

При избытке

  • Замедляется рост
  • Растение вытягивается
  • Листья деформируются и желтеют — процесс идет снизу вверх; покрываются мозаичными пятнами, вянут и опадают
  • Новые листья формируются мелкими
  • Ухудшается усвоение азота, магния, кальция, цинка
  • Укорачиваются цветоносы
  • Снижается сопротивляемость грибковым заболеваниям и неблагоприятным погодным условиям

Магний

Это один из компонентов хлорофилла, поэтому без него процесс фотосинтеза невозможен. Элемент активизирует многие ферменты и участвует в синтезе углеводов, белков, жиров и органических кислот. Также магний задействован в образовании фитина — это вещество содержится в семенах растений, оно необходимо для обменных процессов при прорастании.

При недостатке

  • Замедляется рост
  • Задерживается цветение
  • Жилки и края листьев желтеют, становятся красноватыми или фиолетовыми, крупные жилки остаются зелеными
  • Листья приобретают куполообразную форму с загнутыми книзу кончиками и краями, края постепенно сморщиваются и отмирают
  • Плоды не вызревают

При избытке

  • Отмирают корни
  • Ухудшается усвоение кальция, железа, калия
  • Листья темнеют, незначительно уменьшаются
  • Молодые листья сморщиваются

Кальций

Участвует в формировании клеточных оболочек, углеводном и белковом обменах, синтезе и росте хлоропластов. Кальций требуется для усвоения аммиачного азота и препятствует выделению аммиака из нитратов.

При недостатке

  • Рост прекращается
  • Угнетается развитие корневой системы, прекращается образование корневых волосков, кончики повреждаются и приобретают бурую окраску
  • Деформируется и отмирает точка роста
  • Края листьев приобретают неправильную форму и окрашиваются в бурый оттенок
  • Листья желтеют, скручиваются или становятся волнистыми, после чего отмирают
  • Опадают бутоны, цветки и завязи
  • На плодах появляются некротические пятна
  • Ухудшается усвоение других элементов питания

При избытке

  • Листья желтеют между жилками и покрываются светлыми некротическими пятнами, быстро опадают
  • Ухудшается усвоение калия, магния, азота и других элементов
  • Растение быстро стареет

Участвует в синтезе белков, некоторых витаминов и аминокислот, хлорофилла. Стимулирует образование азотфиксирующих клубеньков у бобовых культур.

При недостатке

  • Замедляется развитие
  • Растение вытягивается
  • Новые листья формируются мелкими
  • Листья бледнеют, но, в отличие от дефицита азота, почти не опадают; изменение окраски происходит от макушки к корням

При избытке

  • Снижается урожайность у крестоцветных и злаковых
  • Листья мельчают, становятся грубее, приобретают тусклый зеленый оттенок и постепенно отмирают
  • Края листьев заворачиваются внутрь и коричневеют, после чего окраска сменяется бледно-желтой или сиренево-бурой

Железо

Необходимо для синтеза хлорофилла, белков и других процессов.

При недостатке

  • Замедляется развитие
  • Листья бледнеют между жилками, постепенно становятся белыми полностью — процесс идет от макушки к корням
  • Соцветия травянистых растений формируются мелкими и слабыми
  • У плодовых деревьев усыхают кончики ветвей и побегов
  • Снижается урожайность

При избытке

  • Прекращается развитие корневой системы и надземной части растения
  • Молодые листья желтеют между жилками, постепенно становятся полностью бледными, некротические пятна не появляются
  • При особенно сильной концентрации железа листья отмирают и осыпаются без изменения окраски или формы
  • Ухудшается усвоение фосфора, марганца и других элементов

Поскольку дефицит или избыток одного элемента может отражаться на способности растения усваивать другие, правильно определить причину болезненного состояния и корректировать ее не всегда просто. При внесении удобрений рекомендуется строго следовать указаниям производителя: восполнить недостаток всегда можно, а нейтрализовать избыточную дозу уже не получится.

Роль элементов минерального питания

Корневое питание растений. Физиологическая роль элементов минерального питания.

  1. Способы контроля минерального питания растений.
  2. Роль отдельных элементов в растительном организме (макроэлементы, микроэлементы).
  3. Почва как источник питательных веществ для растений.
  4. Физиологические основы применения удобрений.

Способы контроля минерального питания растений.

Развил учение о минеральном питании растений в 1629 году голландский ученый Я. Б. ван Гельмонт. Он посадил в глиняный сосуд содержащий 91 кг сухой почвы, ивовую ветвь массой 2,25 кг и регулярно поливал дождевой водой. Через 5 лет растение и почва были взвешены отдельно. Оказалось, что ива весила 77 кг (прибавка около 75 кг), а масса почвы уменьшилась всего на 56,5 кг. Он сделал вывод, что вся растительная масса за счет воды. Опыт послужил для водной теории питания растений.

В конце 18 века немецкий агроном А. Тэер разработал «гумусовую теорию» питания растений. Подмечая что темный цвет почвы зависит от содержания в ней различных органических остатков или гумуса. Согласно его теории, растения питаются водой и гумусом.

Немецкий ученый Ю. Либих возражая против гумусовой теории в 1840 г. опубликовал книгу «Химия в приложении к земледелию и физиологии», где обосновал теорию минерального питания растений. Он утверждал, что основой плодородия являются минеральные вещества почвы. Либих считал, что перегной нужен для образования СО2, и предлагал применять в качестве удобрения чистые минеральные вещества. Недостатком теории является отрицание роли органических веществ для развития растений. Либих сформировал «закон минимума», согласно которого внесение любого количества минеральных веществ не дает прироста урожая, пока не будет ликвидирован недостаток веществ, содержащихся в минимальном количестве, а также «закон возврата», указывающий на необходимость возврата в почву питательных веществ, поглощенных растениями.

Способы контроля минерального питания растений.

Сакс и Кнопп (1860) – метод водных культур. Был определенный набор элементов минерального питания. Готовятся питательные растворы, каждый из которых не имеет определенного элемента. Последний вариант имеет все элементы это контроль. Опыт проводится в вегетационных сосудах (банки 3 литра), которые оборачивают сначала темной, а затем светлой бумагой для того чтобы не поселились водоросли. Ежедневно продувается сосуды воздухом для аэрации. Метод водных культур дает возможность определить влияние микроэлементов на рост и развитие растений. Затем опыт проводят в полевых условиях для подтверждения данных.

Метод гравийных культур. Определяется влияние макроэлементов. Используют гравий, который определенным образом готовят, его прокаливают высокой температурой, затем обрабатывают 1% раствором HCl , промывают дисцилированной водой, доводят рН до 7, затем гравий погружают в глиняный вазон с отверстиями. Этот вазон помещает во второй сосуд в котором находится питательный раствор с исключением какого-либо элемента. Контроль – все элементы. В эксперимент берутся культуры, которые высеваются в гравий. Гравий предохраняет корневую систему от высыхания, обеспечивает благоприятные условия аэрации. Отверстия в сосуде позволяют корням быть в контакте с питательным раствором. Гравий закрепляет и удерживает корни растений.

Метод песчаных культур. Песок готовится аналогичным способом и загружается в вегетационные сосуды. Эти сосуды поливаются растворами без определенного элемента. Контроль – все элементы. Раствор собирается в поддонах и затем подвергается анализу.

Перечисленные методы позволяют выращивать растения без почвы на водных растворах. Такие методы выращивания растений называются гидропоникой.

Метод почвенных культур. Определяются элементы питания, а так же питательные достоинства почвы. В сосуд помещают 5-7 кг почвы (дезинфицируют), поливают с исключением определенного элемента.

Метод меченых атомов. Используются в подкормку растений соли меченых по тому или иному иону. Метод позволяет проследить судьбу меченого иона в организме растения. Радиоактивный фосфор передвигается от корней по стеблю, через ксилему. Радий концентрируется в горохе в 15 раз выше, чем в окружающей среде. Актиний концентрируется в горохе в 100 раз выше, чем в окружающей среде.

Роль отдельных элементов в растительном организме (макроэлементы, микроэлементы).

При сжигании растений определенные элементы улетучиваются азот, кислород, водород, углерод – на их долю приходится углерод 45%, кислород 42%, водород 6,5%, азот 1,5%. Остальные элементы входят в состав золы от 4 до 15% (магний, фосфор, железо, калий, кальций, медь, марганец, цинк, бром, хлор и др.).

По Вернадскому, если содержание элементов в организме не падает ниже 0,01% – это макроэлементы. Если содержание элементов в организме от 0,01 до 0,00001% – это микроэлементы.

Макроэлементы – это металлы и неметаллы азот, фосфор, сера, калий, кальций, магний, железо эти элементы не заменимы и при их выпаде растение не может развиваться. Микроэлементы – это бор, марганец, цинк, молибден, медь. Субмикроэлементы – фтор, йод, натрий, никель, хлор.

Были разработаны питательные смеси для водных культур соответствующие следующим требованиям:

– содержащие питательные элементы должны быть доступны для растений,

– рН должен быть близкий к нейтральному, и значение его не должно сдвигаться при росте растений,

– общая концентрация солей не должна превышать определенный уровень.

Фосфор (Р) содержится в растении от сухой массы 0,2-1,3 %, входит в состав органических соединений – белков, нуклеиновых кислот, витаминов. Для Р характерна способность образовывать связи с низко- и высокоэнергетическим потенциалом, которые позволяют позволять энергию для биохимических и физиологических процессов. Р кислота поступает в растение быстро включается в состав нуклеотидов. Далее образуется в результате фосфорелирования АТФ. АТФ используется в синтезе нуклеиновых кислот, активации сахаров аминокислот.

Радиальное движение Р в зоне поглощения корня до ксилемы происходит по симпласту. Концентрация Р в корне в сотни раз превышает концентрацию Р в почвенных растворах. Транспорт по ксилеме осуществляется в форме неорганического фосфата, в таком виде он достигает листьев и зон роста. Из клеток листьев он поступает в ситовидные трубки и по флоэме в другие части, особенно в конусы нарастания, плоды. Аналогичный отток Р происходит и из стареющих листьев.

Симптом Р голодания – синевато-зеленая окраска листьев с пурпурным или бронзовым оттенками. Листья становятся мелкими и узкими. Приостанавливается рост, задерживается созревание урожая. При дефиците Р снижается скорость поглощения кислорода, изменяется активность ферментов, активизируются процессы распада фосфорорганических соединений и полисахаридов, тормозится синтез белков и свободных нуклеотидов. Наиболее чувствительны в недостатку Р являются молодые растения. Нормальное фосфорное питание ускоряет развитие растений, они хорошо переносят засуху и заморозки.

Сера ( S ) содержание в растении от 0,2 до 1% в расчете на сухую массу, входит в состав аминокислот (цистеина, метионина). В белках и полипептидах SH -группы образовывают ковалентные связи, которые поддерживают трехмерную структуру белка. В растении S поддерживает окислительно-восстановительный потенциал клетки, входит в состав биологических соединений коэнзима А и витаминов (липоевой кислоты, биотина, тиамина).

Недостаток S тормозит синтез серосодержащих аминокислот и белков, снижает фотосинтез и скорость роста растений. При дефиците серы наблюдается побледнение и пожелтение сначала молодых затем старых листьев.

Калий (К) 0,5-1,2% от сухой массы растения. Содержание К в клетках в 100-1000 раз выше, чем в окружающей среде. Наилучшим источником К являются растворимые соли калия. В растениях К в наибольшем количестве концентрируется в молодых растущих тканях отличающихся высоким уровнем метаболизма (меристемах, камбии, молодых листьях, побегах, почках). В клетках основная масса (80%) К содержится в вакуолях. К играет огромную роль в водном обмене, открывании и закрывании устьиц, повышает содержание крахмала и моносахаридов. Достаточное содержание К делает растение устойчивым к заболеваниям, особенно необходимо это в период нарастания вегетативной массы (огурцы, томаты, капуста).

При недостатке К наблюдается пожелтение листьев снизу вверх, пожелтение начинается с краев, иногда появляются ржавые пятна. Дефицит К приводит к отмиранию верхушки нарастания, снижению фотосинтеза, наблюдается эффект кущения.

Кальций (Са) – 5-30 мг на 1 гр сухой массы. Са накапливается в старых органах и тканях, так как транспорт осуществляется по ксилеме, вывод затруднителен. У культурных растений накапливается в вегетативных органах. Са оказывает влияние на структуру клеточных мембран, ионные потоки через них и биоэлектрические явления, на перестройки цитоскелета. Са необходим для процессов секреции у растений с участием аппарата Гольджи. СА активирует ряд ферментных систем клетки. Избыток Са приводит к угнетению окислительного фосфорелирования и фотофосфорелирования.

При недостатке Са страдает корневая система и молодые меристематические ткани, недостаток Са приводит к набуханию пектиновых веществ, происходит ослизнение, загнивание и отмирание клеток. Края листьев белеют, затем чернеют, листовые пластинки закручиваются. На плодах появляются некротические пятна.

Магний ( Mg ) содержание 0,02 – 3 % на сухую массу. Накапливается в молодых тканях, передвигается в растении по ксилеме и флоэме. До 12 % входит в состав хлорофилла. В хлорофилле он не заменим. Mg является кофактором почти всех ферментов, катализирующих перенос фосфатных групп (фосфокиназ, фосфотрансфераз и др.). необходим для гликолиза и цикла Кребса, усиливает синтез каучука, витамина А, С, эфирных масел.

При недостатке магния нарушается синтез пластид и между зелеными жилками появляются пятна, края листа желтеют, краснеют и лист становится мраморным. На поздней стадии беловатые полоски наблюдаются и на молодых листьях, затем развивается хлороз и некроз.

Железо ( Fe ) – 0,02-0,08 % на сухую массу. Вместе с молибденом участвует в восстановлении нитратов и фиксации молекулярного азота клубеньковыми бактериями, входя в состав нитратредуктазы и нитрогеназы. Катализирует начальные этапы синтеза хлорофилла.

При недостатке снижается интенсивность дыхания и фотосинтеза. Хлороз и быстрое опадение.

Микроэлементы входят в состав активных групп ферментов, витаминов. Быстро вступают в метаболизм.

Кремний( Si ) присутствует у всех растений. Особенно много его в клеточных стенках, он придает прочность стеблям растений.

Недостаток вызывает задержку роста, снижает количество семян злаков, нарушаются структуры клеточных органелл.

Алюминий ( Al ) особое значение имеет в метаболизме у гигрофитов. Недостаток его приводит к хлорозу, а в высоких дозах алюминий связывается с фосфором, это приводит к фосфорному голоданию.

Марганец ( Mn ) способствует повышению содержания сахаров, играет большую роль в росте клеток. При исключении марганца нарушается соотношение основных элементов минерального питания. При голодании появляется точечный хлороз листьев, между жилками с последующим некрозом.

Молибден ( Md ) сосредоточен в листовых пластинках, хлоропластах. Участвует в восстановлении нитратов, входя в состав нитратредуктазы. Оказывает влияние на накопление аскорбиновой кислоты. При недостатке Мо в тканях накапливается большое количество нитратов, не развиваются клубеньки на корнях бобовых, тормозится рост, наблюдается деформация листовых пластинок, листья бледнеют. Высокая концентрация молибдена токсична для растений. Большое количество Мо в с/х продукции вредно для животных и человека.

Кобальт ( Co ) необходим бобовым растениям для обеспечения нормального размножение клубеньковых бактерий. Наряду с магнием и марганцем кобальт активирует ферменты гликолиза и гидролиза. Признаки недостатка сходны с азотным голоданием.

Медь ( Cu )около 70% находится в листьях, входит в состав медьсодержащих белков и ферментов. Повышает устойчивость растений к полеганию, повышает засухо- и морозоустойчивость.

Недостаток меди задерживает рост и цветение, наблюдается хлороз, потеря тургора с последующим завяданием. У злаков наблюдается недоразвитие колоска, у плодовых появляются засохшие верхушки.

Цинк ( Zn ) участвует в синтезе аминокислоты триптофана, способствует синтезу фитогормона ауксина, тем самым активирует рост растений.

При недостатке наблюдается снижение содержания сахарозы и крахмала, в 2-3 раза подавляется скорость деления клеток, задерживается рост междоузлий, развивается хлороз.

Бор ( B ) значительное количество содержится в цветках, в пестиках, в клетках концентрация бора происходит в клеточной стенке. Бор усиливает рост пыльцевых трубок, прорастание пыльцы, увеличивает количество цветков и плодов.

При недостатке бора нарушается синтез, превращение и транспорт углеводов, формирование репродуктивных органов, оплодотворение и плодоношение. При борном голодании происходит отмирание конуса нарастания.

Ссылка на основную публикацию