Поступление элементов питания в растение

На данном этапе развития научных знаний 20 элементов относят к необходимым элементам питания и 12 элементов считают условно необходимыми (условно необходимые элементы даны в скобках):

I. Н, (Li), Na, К, Си, (Ag).

II. Mg, Са, Zn, (Sr, Cd).

III. В, (Al).

IV. C, (Si), (Ti, Pb).

V. N, P, V.

VI. O, S, Mo, (Cr, Se).

VII. Cl, I, Mn, (F).

VIII. Fe, Co, (Ni).

К необходимым относят элементы, без которых растения не могут полностью закончить цикл развития и которые нельзя заменить другими элементами. По 12 условно необходимым элементам в ряде опытов имеются сведения об их положительном действии.

Элементы, содержащиеся в растительном организме в значительных количествах (от сотых долей до целых процентов), называют макроэлементами. Элементы, содержание которых в растениях выражается тысячными и стотысячными долями процентов, относят к микроэлементам, а элементы, находящиеся в еще меньших количествах, – к ультрамикроэлементам. Такое деление весьма условно. Например, железо по количественному содержанию следует относить к макроэлементам, а по выполняемым функциям – к микроэлементам.

Рис 3. Вещества, поступающие в растения

Содержание микроэлементов в различных органах растений имеет определенные закономерности. Например, марганец и молибден, как правило, в больших количествах содержатся в листьях, а цинк, бор, кобальт, медь при достаточной обеспеченности этими элементами накапливаются как в вегетативных, так и в генеративных органах. Для зерновых культур характерно относительно более высокое содержание бора в зерне, а для большинства бобовых растений – в вегетативных органах.

Разные биологические группы растений существенно различаются по своим требованиям к оптимальным концентрациям отдельных микроэлементов. Например, кукуруза и табак нуждаются в больших количествах цинка, зерновые культуры отзывчивы на дополнительное обеспечение марганцем и молибденом.

Особенности содержания и распределения в растениях элементов минерального питания определяют различия в требованиях отдельных сельскохозяйственных культур к элементам питания.

Элементы питания растений относятся к факторам внешней среды и в то же время принципиально отличны от ряда других факторов (температуры, рН и т. д.), так как в процессе поглощения превращаются из внешнего фактора среды во внутренний фактор растительного организма.

Существуют два типа питания живых организмов: автотрофный – усвоение минеральных солей, воды и углекислого газа и синтез из них органического вещества – и гетеротрофный – использование организмами готовых органических веществ. Животные и большинство микроорганизмов относятся к гетеротрофам. Растения – автотрофные организмы.

Благодаря процессу питания (воздушному и корневому) растение создает свои структурные элементы и при хорошо сбалансированном питании быстро наращивает массу.

В основе жизни растительного организма лежит многообразие реакций обмена как с внешней средой, так и внутри клетки и между клетками или различными органами. При этом сбалансированное поступление отдельных химических элементов обеспечивает последовательность и сопряженность всех биологических реакций и физиологических функций организма.

Основным процессом, в результате которого создаются органические вещества в растениях, является фотосинтез, хотя растения в небольших количествах могут усваивать из окружающей среды аминокислоты, ростовые вещества, витамины, антибиотики, а также СО₂ в процессе темновой фиксации. Интенсивность усвоения элементов минерального питания зависит не только от биологических особенностей данного растения и условий внешней среды (наличие элементов в доступной форме и в достаточном количестве в почвенном растворе, необходимая температура, аэрация почвы и т. д.), но и от количества энергии и органических веществ, образованных им в процессе фотосинтеза. Поступление минеральных веществ в растение лимитируют многие факторы. Растение через листья получает 95 % и более углекислого газа и может усваивать путем некорневого питания из водных растворов также зольные элементы, серу и азот. Однако основное количество азота, воды и зольных элементов поступает в растение из почвы через корневую систему.

Корневая система растений поглощает из почвы как воду, так и питательные вещества. Оба эти процесса взаимосвязаны, но осуществляются на основе разных механизмов. Из очень разбавленных растворов соли поглощаются быстрее, чем вода, и раствор становится еще более слабым. Наоборот, из концентрированных растворов растение берет больше воды, чем солей, и раствор становится еще более концентрированным.

Растения поглощают вещества избирательно, в результате соотношение поглощенных веществ обычно оказывается иным, чем в питательном растворе. Функционально поглотительной тканью корня является ризодермис, главным образом, корневые волоски, а первая ассимиляция ионов питательных солей происходит в коре корня. Обеспеченность растения питательными веществами зависит от размера их корневой системы и притока этих веществ к поверхности корней.

Различают следующие механизмы поступления питательных веществ:

1) Корневой перехват питательных веществ: корни в процессе роста вступают в контакт с новым объемом почвы и поглощают содержащиеся в ней питательные вещества;

2) Массовый поток ионов к поверхности корней с потоком воды при поглощении её корнями растения: это основной путь, зависит от содержания воды в почве, концентрации ионов в почвенном растворе, скорости их поглощения корнями и размера корневой системы;

3) Диффузионный поток ионов к корню: поглощение того или иного питательного вещества сопровождается уменьшением его концентрации у поверхности корня и возникновения перпендикулярного к его поверхности градиента концентрации, в направлении которой ионы будут диффундировать к корню из ризосферы.

Процесс поглощения веществ делят на два этапа:

- поступление ионов в свободное пространство корня;

- транспорт их в протопласты клеток.

При помещении корней растений на раствор катионного красителя, например метиленового синего, можно наблюдать, что в первые 3 минуты из раствора поглощается примерно половина того количества, которое поглотится за длительное время. Дальнейшее поглощение будет идти очень медленно (часами). Действие на корневую систему дыхательных ядов или пониженной температуры полностью снимает последующее медленное поглощение вещества из раствора.

При переносе корней в воду или раствор соли наблюдается обратная картина: быстрое выделение красителя в первые несколько минут и последующий медленный его выход из ткани. Причем количественно выход красителя в раствор превышает выход в воду. Первоначальное быстрое поглощение веществ осуществляется в клеточных стенках и является адсорбцией, а быстрое выделение – десорбцией.

Катионы и анионы поступают в клеточные стенки ризодермы как непосредственно из почвенного раствора, так и благодаря контактному обмену с частицами почвенного поглощающего комплекса. Оба эти процесса связаны с обменом катионов Н+ на катионы окружающей среды и НСО₃ или анионов органических кислот на анионы минеральных веществ. Способность к обменной адсорбции определяется обменной емкостью корня.

Мембранное строение клеток обеспечивает избирательность поглощения веществ растением. Поддержание структуры мембран, их обновление и функционирование активных механизмов транспорта ионов являются энергозависимыми процессами. Поэтому существует тесная связь поглотительной деятельности корня с дыханием.

При действии дыхательных ядов и низких температур происходит только первая фаза поглощения веществ – их проникновение в кажущееся свободное пространство, дальнейшее поступление веществ в протоплазму не наблюдается из-за ограниченности энергетических ресурсов клетки. Наиболее активно поглощают вещества клетки зоны растяжения и корневых волосков. Корневой волосок интенсивно поглощает ионы, пока он растет. Наличие большого количества точек роста в корневой системе обеспечивает ее высокую поглотительную активность.

Существует два типа питания живых организмов:

Автотрофный – усвоение минеральных солей, воды и диоксида углерода и синтез из них органического вещества.

Гетеротрофный – использование организмами готовых органических веществ. Животные и большинство микроорганизмов относятся к гетеротрофам.

Растения – автотрофный организм. Благодаря процессу питания (воздушному и корневому) растение создает свои структурные элементы и при хорошо сбалансированном питании быстро наращивает массу. Поступление минеральных веществ в растение лимитируют многие факторы. Растения через листья получают 95 % и более диоксида углерода и может усваивать путем некорневого питания из водных растворов также зольные элементы, серу и азот. Однако основное количество азота, воды и зольных элементов поступают в растение из почвы через корневую систему. В зависимости от условий выращивания растения развивают корневую систему различной мощности. На бедных и в засушливых районах – большая масса корней. Применение удобрений несколько уменьшает соотношение массы корней и надземной массы растений.

Диффузионно-осмотическая теория питания растений – через корневую систему в растения вместе с водой всасываются питательные вещества, а вода постоянно испаряется, поступление зависит от испарения.

Липоидная – проникновение веществ в клетку происходит за счет их растворения в липидных компонентах цитоплазменных мембран.

Ультрафильтрационная – проникновение питательных веществ через цитоплазменную оболочку зависит от величины ее пор и размера молекул (поглощение белков, аммиака).

Адсорбционная – поглощение одних ионов сопровождается вытеснением других, причем интенсивность процесса зависит от концентрации и времени.

Все эти теории по существу правильно, хотя и упрощенно, отражают различные стороны поступления элементов минерального питания.

Дата добавления: 2020-02-05; просмотров: 765;