Минеральное питание растений. Макро- и микроэлементы и их физиологическая роль. Особенности поступления элементов минерального питания в растение

Питательные элементы имеют следующее значение1) входят в состав биологически важных органических веществ; 2) участвуют в создании определенной ионной концентрации, стабилизации макромолекул и коллоидных частиц (электрохимическая роль); 3) участвуют в каталитических реакциях, входя в состав или активируя отдельные ферменты. Во многих случаях один и тот же элемент может играть разную роль. Некоторые элементы выполняют все три функции.

Для нормальной жизнедеятельности растений необходимы 19 элементов.

Углерод, водород и кислород поступают в растение преимущественно в виде СО₂, О₂ и Н₂О. Эти элементы, а также азот называют органогенами. Все вместе органогенные вещества составляют 95% сухой массы тканей, а 5% приходится на зольные вещества. О минеральном составе растений судят по анализу золы, остающейся после сжигания органического вещества. Перечисленные вещества золы относят к макроэлементам. Элементы, которые присутствуют в тканях в концентрациях от 0,001% и ниже (на сухую массу тканей), называют микроэлементами (Мп, Си, Zn, Со, Мо, В, С1, Вr и др.). Содержание элементов в тканях растений непостоянно и может изменяться под влиянием факторов внешней среды.

Макроэлементы:

1. Фосфор В свободном состоянии, возможно, регулирует в клетке кислотную и щелочную среду.

2. Сера поглощается растением в виде солей серной кислоты, входит в состав белков и эфирных масел.

3. Калий сосредоточен в молодых органах, богатых плазмой, а также в органах накопления запасных веществ – семенах, клубнях, вероятно, играет роль нейтрализатора кислой реакции клеточного сока и участвует в тургоре.

4. Магний содержится в растении там же, где и калий, и, кроме того, входит в состав хлорофилла.

5. Кальций накапливается во взрослых органах, особенно в листьях, служит нейтрализатором вредной для растения щавелевой кислоты и защищает его от токсического действия различных солей, участвует в образовании механических оболочек.

6. Железо находится в растении в малых количествах, но входит в состав протопластов, и при его недостатке развивающиеся листья не зеленеют, а остаются белыми (явление хлороза).

7. Азот. Азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот и многих жизненно важных органических соединений. Для растений азот - дефицитный элемент. При его недостатке происходят торможение роста растений, ослабление синтеза хлорофилла и его полное разрушение, что приводит к более раннему созреванию семян.

Микроэлементы:

1. Марганец. Он необходим для нормального протекания фото­синтеза, играет роль в поддержании структуры хлоропластов. Марганец активирует ферменты, участвующие в окислении важнейшего фитогормона — ауксина.

2. Медь входит непосредственно в состав ряда ферментных систем. Большая часть меди (75% от всего содержания меди в листьях) концентриру­ется в хлоропластах. В хлоропластах сосредоточен и медьсодержащий белок си­него цвета — пластоцианин.

3. Цинк.. Он входит в состав более 30 фер­ментов, в т. ч. фосфатазы, карбоангидразы, алкогольдегидрогеназа, РНК-полимераза и др. Карбоангидраза катализирует разложение гидрата окиси углерода на воду и углекислый газ. Эта реакция важна для процесса фотосинтеза. Цинк играет важную роль при образовании фитогормона ауксина. При дефиците цинка возрастает проницаемость мембран, что свиде­тельствует о роли этого элемента в структуре мембран, в поддержании их инте­грации.

4. Молибден. Молибден входит в состав более 20 ферментов, выполняя при этом не только каталитическую, но и структурную функцию. При недостатке молибдена происходят заметные изменения в азотном обме­не растений — наблюдается уменьшение синтеза белка при одновременном паде­нии содержания аминокислот и амидов. Нарушения в азотном обмене особен­но проявляются на фоне питания растений нитратами. Это связано с тем, что молибден входит в активный центр фермента, восстанавливающего нитраты до нитритов,— нитратредуктазу.

5. Бор не входит в состав ни одного фер­мента и не является активатором ферментов. Бор влияет на скорость ферментативных реакций через субстраты, на которые действуют ферменты. У растений, испытывающих недостаток бора, на­блюдается быстрая потеря эластичности клеточных оболочек, что, в свою очередь, связано с более жесткой ориентацией мицелл целлюлозы. Бор играет роль в поддержании структуры мембран.

6. Кобальт. Особенно кобальт необходим бобовым растениям, поскольку участвует в фик­сации атмосферного азота. Кобальт входит в состав кобаламина (витамин В₁₂ и его производные), который синтезируется бактериями в клубеньках бобовых растений, а также в состав ферментов у азотфиксирующих организмов, участ­вующих в синтезе метионина, ДНК и делении клеток бактерий.

7. Хлор. Хлор необходим для работы ФС II на этапе фотосинтетического разложения воды и выделения кислорода. Показано влияние хлоридов на работу Н⁺-АТФаз тонопласта, участие в делении клетки. Имеются сведения о влиянии хлора на азотный обмен. Так, хлориды стимули­руют активность аспарагинсинтетазы, которая участвует в переносе аминогруппы на аспарагин. Концентрируясь в растении в вакуолях, хлориды могут выполнять осморегулирующую функцию. Недостаток хлора проявляется редко и наблюда­ется только на очень щелочных почвах.

8. Никель. У высших растений никель входит в состав фермента уреазы, который осуществляет реакцию разложения мочевины. Показано, что в расте­ниях, обеспеченных никелем, активность уреазы выше и соответственно ниже содержание мочевины по сравнению с необеспеченными. Никель активирует ряд ферментов, в т. ч. нитратредуктазу и другие, оказывает стабилизирующее влияние на структуру рибосом. Имеются еще и такие элементы, которые усиливают рост лишь определен­ных групп растений.

9. Для роста диатомовых водорослей необходим кремний. Он улучшает рост не­которых злаков, таких, как рис и кукуруза. Кремний повышает устойчивость растений против полегания, так как входит в состав клеточных стенок. Хвощи нуждаются в кремнии для прохождения жизненного цикла.