История вопроса

МАКРОЭЛЕМЕНТЫ, ИХ УСВОЯЕМЫЕ ФОРМЫ И РОЛЬ В РАСТЕНИИ

4. МИКРОЭЛЕМЕНТЫ, ИХ УСВОЯЕМЫЕ ФОРМЫ И РОЛЬ в РАСТЕНИИ

5. ДИАГНОСТИКА ДЕФИЦИТА ПИТАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

Питание растений – воздушное (С,О,Н) и корневое(мин. элементы)

Краткая история вопроса - использование на практике золы, навоза, ила как средств, повышающих плодородие почвы, проводилось с давних времён при выращивании с.х. растений (6-5 тыс.лет до н.э.)

Первый физиологический опыт – 1629г.-голландец Я.Б.ван Гельмонт (с ивовой ветвью)на основании результатов – «водная теория»питания

1770 г. – А.Т. Болотов наметил основные принципы минерального питания, его монография «Об удобрении земель»,

1761 – Валериус (шведский химик) выдвинул теорию питании гумусом, а А, Тэер (конец18-начало 19 века)разработал» гумусовую»теорию питания растений.

1804г. –А.Т.Соссюр (Швейцар) систематизировал известные данные и показал роль почвы как источника азота и мин. э.

1837г. – франц.Ж.Б.Буссенго показал, что можно вместо почвы использовать песок с добавлением мин.солей(золу, селитру)

1840г. – нем.химик Ю.Либих обосновал теорию «минерального « питания, отрицал роль орг.в-в, неверно считал источником азота только аммиак воздуха. Сформулировал «закон минимума»

1859г. – опыты И.Кнопа и Ю.Сакса опровергли теорию Либиха, вырастили растения на водном питательном растворе с снесением 7 элементов. Создали основу для вегетационного метода.

1836 г.Буссенго, 1886 г. г.Гельригель показали накопление азота бобовыми.

К. А.Тимирязев в 19 в. Впервые в мире начал читать лекции по агрохимии (земледельческая химия), начало листовой диагностики, роль микроэлементов

ПрянишниковД.Н, Азотный обмен растений. -, первый вегетационный домик

1940г. Д.А.Сабинин – монография «Минеральное питание растений» изучал роль корневой системы в питании растений и др.

2. НЕОБХОДИМЫЕ РАСТЕНИЮ ЭЛЕМЕНТЫ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ и их содержание в растениях

Растения способны поглощать из окружающей среды практически все элементы.

Все ли являются необходимыми?

Критерии необходимости – первоначально – чем больше содержание, тем больше роль.

Однако для нормальной жизнедеятельности растительного организма требуется лишь небольшая группа элементов.

Необходимые элементы – если в их отсутствии растение не завершит свой жизненный цикл, недостаток элемента вызывает специф нарушения жизнедеятельности растений, элемент непосредственно участвует в процессах превращения веществ и энергии, не может быть заменён другим.

Как установить необходимость – чистые опыты с исключением элементов.Необходимость хлора была установлена в 1955 г.

Таблица - Влияние дефицита хлора на урожай культур

Культуры	Урожай без хлора, %
Тыква
Бобы
Кукуруза
Гречиха
Люцерна
Ячмень
Сахарная свёкла
Капуста
Томаты

Точнейшими вегетационными опытами установлено, что к необходимым для высших растений элементам кроме углевода, водорода и кислорода, которые усваиваются в процессе воздушного питания, относятся следующие.

Макроэлементы, содержание которых колеблется от десятков до сотых долей процента: N, Р, К,, S, Ca, Mg.

Микроэлементы, содержание которых колеблется от тысячных до стотысячных долей процента: Fe, Mn, Cu, Zn, В, Мо.

Для нормального роста и развития некоторых растений необходимы также Со, Na, Si, CI., а также оказывают положительное действие Li? Se I Al F Cd Sr Ag Ti. Например, кобальт требуется бобовым культурам для симбиотической фиксации азота. Натрий поглощается в относительно высоких количествах свеклой и необходим растениям, приспособленным к засоленным почвам. Кремний в больших количествах содержится в соломине и необходим зерновым культурам, особенно для риса.

Азот наряду с С., Н, О называют органогенами, их сумма -95 % сухой массы, а 5% - зольные элементы.

Содержание М.Э. непостоянно - определяется видом растений, условиями выращивания, возрастом.

Распределение по органам неравномерное.

Больше золы в листьях (2-15% сухой массы), меньше в стволах древесных (0,4 -1 %).

Для травянистых – в семенах около 3 %, в стеблях и корнях -4-5, листьях 5-15 %.

Содержание отдельных элементов в составе золы значительно различается.Например, в клубнях картофеля – К2О – 60% и СаО - 2,6%

Надземная масса клевера - 32 и 35.Стебли злаков богаты кремнием – до 40 % золы, а в стеблях клевера – 2-3 %, т. Е. различия в 20 раз.

3. МАКРОЭЛЕМЕНТЫ, ИХ УСВОЯЕМЫЕ ФОРМЫ И РОЛЬ В

РАСТЕНИИ.

Роль определятся прежде всего тем, в состав каких соединений входит элемент. Могут быть также в форме ионов. Подвижность различна.Выделяют легко реутилизируемые - азот, фосфор, калий., слабо –сера, магний, и практически нереутилизируем - кальций.

Азот составляет около 1,5 % сухой массы растения. Он входит в состав белков, нуклеиновых кислот, липидных компонентов мембран, хлорофилла, витаминов и других жизненно важных соединений.

В составе белков 15 – 18 %, в среднем 16%

В каких формах азот усваивается растениями?

Основными усвояемыми формами азота являются ионы нитрата (NO₃~) и аммония (NH₄⁺). В составе органических соединений – только в аммиачной форме.

Недостаток азота тормозит рост растений. Это выражается не только в низкорослости и слабом кущении, но и в мелколистности, снижении ветвления корней. Соотношение массы корней и надземной системы может увеличиваться. Это приводит к уменьшению площади фотосинтетического аппарата, снижению содержания хлорофилла(посветление окраски)

Недостаток азота вызывает также серьезные нарушения энергетического обмена. Растения хуже используют световую энергию, так как снижается интенсивность фотосинтеза, раньше наступает световое насыщение. Интенсивность дыхания может возрастать, но уменьшаются сопряженность окисления с фосфорилированием и выработка АТФ. Кроме того, энергетические затраты на поддержание структуры цитоплазмы возрастают. Все это приводит к снижению урожая, но ускорению развития.

Азотное голодание влияет на водный режим растения. Недостаток азота снижает водоудерживающую способность растительных тканей, так как уменьшается количество коллоидносвязанной воды и возрастает водоотдача. Поэтому низкий уровень азотного питания не только снижает урожай, но и уменьшает эффективность использования воды посевом.

.

Фосфор. Содержание его составляет 0,2-1,2% сухой массы растения. В отличие от азота, фосфор поглощается и функционирует только в окислительной форме - в виде остатка ортофосфорной кислоты. Собственно весь фосфорный обмен сводится к присоединению (фосфорилированию) и отщеплению остатка фосфорной кислоты.

Несмотря на простоту фосфорного обмена, значение образующихся при этом фосфорорганических соединений огромно. Фосфор - обязательный компонент таких важных соединений, как нуклеиновые кислоты, фосфопротеиды, фосфолипиды, фосфорные эфиры сахаров, нуклеотиды, принимающие участие в энергетическом обмене (АТФ, НАД, НАДФ, ФАД), витамины. Запас в семенах в форме фитина

Поэтому недостаток фосфора вызывает серьезное нарушение биосинтетических процессов, функционирования мембран, энергетического обмена. При недостатке фосфора задерживаются рост, закладка цветочных органов и создание плодов, созревание урожая

Больше необходим в начале роста и в период созревания

Наиболее чувствительны к недостатку фосфора молодые растения. Симптомом фосфорного голодания является синевато-зеленая окраска, в первую очередь, старых листьев нередко с пурпурным из-за накопления антоцианов или бронзовым оттенком (свидетельство задержки синтеза белка и накопления сахаров). Листья становятся мелкими и более узкими. Приостанавливается рост растений, задерживается созревание урожая.

Сера. Содержание серы в растительных тканях -0,2-1,0% сухой массы. Сера, как и фосфор, поступает в растение в окисленной форме(4~²). Но в органические соединения сера входит только в восстановленном виде в составе сульфгидрильных групп (-SH) и дисульфидных связей (-S-S-). Восстановление сульфата происходит преимущественно в листьях

Сера является компонентом белков, витаминов (тиамина, липоевой кислоты, биотина), фитонцидов лука и чеснока, горчичных масел. Важнейшая функция серы в белках - участие - S-S- связей в стабилизации трехмерной структуры (спираль и глобула) и образовании связей с коферментами.

Недостаточное снабжение растений серой тормозит белковый синтез, снижает фотосинтез и скорость роста, особенно надземной части растения.

Симптомы дефицита серы - побледнение и пожелтение молодых, а затем и старых листьев.

Калий. Содержание калия в растениях составляет около 1 % сухой массы. В растительных тканях его гораздо больше, чем других компонентов, хотя калий не входит ни в одно органическое соединение. Он присутствует в основном в ионной форме (К⁺) и легкоподвижен. Около 80 % в составе вакуолей. Давно уже установлено, что калий вместе с кальцием регулирует вязкость цитоплазмы. Функционирование калия связано с его транспортом: перераспределение калия между замыкающими и сопутствующими клетками лежит в основе устьичных движений, асимметричное распределение калия на мембране обеспечивает генерацию биотоков в растении. Транспорт углеводов и сахаронакопление в свекле и сочных плодах также связаны с перемещением калия. Калий обеспечивает осмотическое поступление воды в клетку, является активатором многих ферментных систем. Он необходим для включения фосфата в органические соединения, синтеза белков и полисахаридов.

Снабжение калием особенно важно для молодых, активно растущих органов и тканей. Недостаток калия снижает продуктивность фотосинтеза, прежде всего за счет уменьшения оттока ассимилятов из листьев.

Кальций. Составляет 0,2% сухой массы растения. Он поступает в растение в виде ионов Са²⁺.В растительных клетках большое количество кальция связано с
пектиновыми веществами клеточной стенки. При недостатке кальция клеточные стенки ослизняются. Важная роль принадлежит ионам кальция в стабилизации структуры мембран, биоэлектрических явлениях. Ограничивая поступление других
ионов в растения, кальций устраняет токсическое действие избыточных
концентраций ионов аммония, алюминия, марганца, железа, повышает устойчивость к засолению, снижает кислотность почвы. Кальций активизирует ряд
ферментных систем клетки, например дегидрогеназ, гидролаз и фосфотаз.

При недостатке кальция в первую очередь страдают меристематические
ткани и корни.

Симптомами дефицита кальция является побеление с последующим почернением кончиков и краев листьев. Листовые пластинки искривляются и скручиваются. На плодах, в запасающих и сосудистых тканях появляются некротические участки.

Прекращается образование боковых корней и корневых волосков, происходят ослизнение и загнивание корней.

Магний. Содержание магния составляет около 0,2% сухой массы. Особенно много магния в молодых растущих частях растения, а также в генеративных органах. Магний поступает в растение в виде ионов М ²⁺ и в отличие от кальция обладает сравнительно высокой подвижностью. Около 10-12% магния входит в состав хлорофилла. Магний является активатором ряда ферментов: РДФ-карбоксилазы, ферментов цикла Кребса, спиртового и молочнокислого брожения, ДНК- и РНК-полимеразы. Магний необходим для формирования рибосом. Магний усиливает образование эфирных масел, каучуков.

Недостаток магния ограничивает синтез хлорофилла, нарушает формирование пластид: граны слипаются. Разрываются ламеллы стромы, просветляется матрикс хлоропластов.

При магниевом голодании между зелеными жилками появляются пятна и полосы светло-зеленого, а затем желтого цвета. Края листовых пластинок приобретают желтый, оранжевый, красный или темно-красный цвет и такая как бы мраморная окраска наряду с хлорозом служит характерным симптомом нехватки магния. Признаки магниевой недостаточности сначала появляются на старых листьях, а затем распространяются на молодые листья. Впоследствии развиваются хлороз и некроз листьев.