Химический состав растений.
В тканях растущих вегетативных органов растений содержание воды колеблется от 70 до 95%,а в запасающих тканях семян и в клетках механических тканей – от 5 до 15%.
В состав растений входят вода и так называемое сухое вещество, представленное органическими и минеральными соединениями. Соотношение между количеством воды и сухого вещества в растениях, их органах и тканях изменяется в широких пределах.
Функции воды в растениях обусловлены присущими ей физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой удельной теплоемкостью и благодаря способности испаряться при любой температуре предохраняет растения от перегрева. Вода прекрасный растворитель для многих соединений. Высокое поверхностное натяжение воды определяет ее роль в процессах поглощения и передвижения минеральных и органических соединений. Обводненность клеток растительных тканей обуславливает их тургор, интенсивность и направленность разнообразных физиологических и биохимических процессов.
Особое значение вода имеет в энергетических преобразованиях в растениях, прежде всего в аккумуляции солнечной энергии в виде химических соединений при фотосинтезе.
Влагообеспеченность наряду с другими факторами внешней среды оказывает значительное влияние на величину и качество урожая с.-х. культур, а также на эффективность удобрений.
В растениях 90-95% сухого вещества представлено органическими соединениями-белками и другими азотистыми веществами углеводами (сахарами, крахмалом, клетчаткой, пектиновыми веществами),жирами, содержание которых определяет качество урожая.
Сбор сухого вещества с товарной частью урожая основных с.-Х. культур может колебаться в очень широких пределах — от 1,5 до 1 О т и более с 1 га.
Белки- основа жизни организмов -играют решающую роль во всех процессах обмена веществ. Белки выполняют структурные и каталитические функции, служат также одним из основных запасных веществ растений.
Белки имеют следующий довольно стабильный элементный состав (в %): углерод – 51 — 55, кислород – 21 — 24,азот – 15 — 18,водород – 6,5 — 7,сера – 0,3 — 1,5. Растительные белки построены из 20 аминокислот и двух амидов. Особое значение имеет содержание в белках растений так называемых незаменимых аминокислот (валина, лейцина, изолейцина, треанина, метионина, гистидина, лизина, триптофана и фенилаланина), которые не могут синтезироваться в организме человека и животных. Эти аминокислоты люди и животные получают только с растительными пищевыми продуктами и кормами.
Для оценки качества растениеводческой продукции часто пользуются показателем «сырой протеин», которым выражают сумму всех азотистых соединений. Качество зерна пшеницы оценивают по содержанию сырой клейковины, количества и свойства которой определяют хлебопекарные свойства муки.
Углеводы представлены в растениях сахарами (моносахаридами, олигосахаридами) и полисахаридами (крахмалом, клетчаткой, пектиновыми веществами).
Сахара содержаться в небольших количествах во всех с.-х. растениях. Преобладающие моносахариды в большинстве растений — глюкоза и фруктоза, а олигосахариды — сахароза.
Крахмал в незначительном количестве содержится во всех зеленых органах растений. Крахмал — легко усваиваемый организмом человека и животных углевод.
Клетчатка, или целлюлоза- основной компонент клеточных стенок(в растениях она связана с лигнином, пектиновыми веществами и другими соединениями).Клетчатка -высокомолекулярный полисахарид из неразветвленной цепи глюкозных остатков. Ее усваиваемость значительно хуже, чем крахмала, хотя при полном гидролизе клетчатки также образуется глюкоза.
Пектиновые вещества высокомолекулярные полисахариды, содержащиеся в плодах и растительных волокнах. Свойство пектиновых веществ в присутствии кислот и сахаров образовывать желе и студни. Жиры и жироподобные вещества (липиды) служат структурными компонентами цитоплазмы растительных клеток. Количество структурных липидов обычно небольшое – 0,5-1 % сырой массы растений, но они выполняют в растительных клетках важные функции, в том числе по регуляции проницаемости мембран. По химическому составу жиры представляют собой смесь сложных эфиров трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Жиры — наиболее энергетически выгодные запасные вещества.
Качество продукции с.-х. культур может зависеть и от содержания в них других органических соединений — витаминов, алкалоидов, органических кислот и пектиновых веществ, эфирных и горчичных масел.
Сухое вещество растений имеет более 70 химических элементов. Около 20 элементов считаются, безусловно, необходимыми для растений. Без них невозможны нормальный ход жизненных процессов и завершение полного цикла развития растений. Азот, фосфор, сера, калий, кальций, магний, натрий, хлор и железо содержатся в растениях в относительно больших количествах и называются макроэлементами.
Влияние удобрений на урожайность и
химический состав агрофитоценоза.
Источник
5. Биохимические основы формирования качества
Способность растений к синтезу и накоплению определённых химичес-ких веществ обусловлена у них специфическим типом обмена веществ, кото-рый зависит от особенностей генотипа. Значительные сдвиги процессов син-теза веществ в растительных организмах вызывают факторы генетической изменчивости (мутации, гибридизация, перенос генов), которые приводят к возникновению высокопродуктивных генотипов с улучшенным химическим составом вегетативных и репродуктивных органов. Эти факторы используют-ся в селекции растений для создания новых генотипов с направленным изменением их метаболизма в сторону большего накопления ценных хими-ческих веществ, повышающих качество урожая. И поэтому основной путь улучшения химического состава растений – это создание высокоурожайных сортов и гибридов с наследственно закреплёнными интенсивными системами синтеза веществ, определяющих качество растительной продукции.
Но вместе с тем установлено, что для реализации потенциальных воз-можностей растительного организма, заложенных в генотипе, необходим подбор оптимальных сочетаний и последовательности действия факторов внешней среды, обеспечивающих его рост и развитие в соответствии с характерной для данного вида растений генетической программой. К таким факторам относятся интенсивность и качество света, температура окружа-ющей среды, обеспеченность влагой и питательными веществами, режим аэрации, состав фитоценоза и почвенной микрофлоры, предшествующая культура, различные агротехнические приёмы и др.
Выяснение действия факторов внешней среды на количественную и качественную изменчивость химического состава растений, а также изучение закономерностей синтеза и накопления в них различных химических веществ позволяет установить оптимальное сочетание внешних условий для полу-чения высоких урожаев сельскохозяйственных культур с наибольшим выхо-дом ценных химических веществ.
5.1. Формирование качества зерна злаковых культур
Основную часть зерна злаковых растений по массе составляет эндо-сперм – это внутренняя часть зерновки, содержащая питательные вещества для питания зародыша. Периферический слой клеток эндосперма, непосред-ственно прилегающий к семенной оболочке, называют алейроновым слоем. Его клетки имеют крупные размеры, утолщённые стенки, они содержат мно-го белков (особенно глобулинов), зольных веществ, жира и витаминов. Внут-ренняя часть эндосперма включает крупные тонкостенные клетки, содержа-щие крахмальные зёрна, пространство между которыми заполнено запасны-ми белками (проламины и глютелины). В эндосперме находится весь крах-мал, запасные белки, но понижено содержание клетчатки, липидов, мине-ральных веществ. Эндосперм составляет 75–85 % от массы зерновок, заро-дыш – 1,5–4 %, плодовые и семенные оболочки – 5–15 %, алейроновый слой – 5–10 %.
5.1.1. Накопление в зерне белков
Поскольку зерновые культуры являются важными источниками пище-вого и кормового белка, при их выращивании первостепенное значение уде-ляется созданию необходимых условий для накопления в зерне белков, содержание и состав которых в первую очередь определяют качественные показатели зерна.
Наиболее высокобелковой злаковой культурой является пшеница, в её зерновках содержание белков колеблется в пределах 9–18 %, в зерне других злаковых культур – 8–16 %. В зерне ржи концентрация белков составляет 9–15 % , в ячмене –10–14 %, овсе – 8–13 %, просе – 9–13 %, кукурузе – 8–11 %, рисе – 6–9 %, сорго – 9–14 %, в зерне тритикале – 10–16 %. Однако очень часто в полевых условиях содержание белков в зерновках злаковых растений находится на низком уровне (8–12 %) и для того, чтобы повысить их накоп-ление хотя бы на 1–2 %, применяют специальные приёмы и технологии выращивания зерновых культур.
Использование для кормления сельскохозяйственных животных низко-белковистого зерна влечёт за собой повышенный расход кормов на создание единицы животноводческой продукции: по нормам кормления в расчёте на каждую кормовую единицу должно содержаться не менее 100 г перевари-мого белка, или 8–15 г полноценного белка в расчёте на 1 МДж обменной энергии. Учитывая, что переваримость белков зерна в среднем составляет 70–90 %, для устранения дефицита кормового белка в зерне должно содер-жаться 14–15 % белковых веществ. Ценность продовольственного зерна также зависит от содержания в нём белков.
Состав и биологическая ценность белков. Белковый комплекс зерна злаковых растений включает разные по растворимости фракции белков – альбумины, глобулины, проламины и глютелины. Запасные белки – пролами-ны (спирторастворимые) и глютелины (щелочерастворимые) – откладывают-ся в эндосперме в виде белковых гранул, имеющих форму глобул разного диаметра – 1–15 мкм. В мучнистом эндосперме белковые гранулы обычно мельче, чем в субалейроновом слое. В зрелом зерне пшеницы белковые гра-нулы образуют сплошной слой запасного белка, заполняющего пространство между крахмальными зернами.
Основная часть белков альбумино-глобулинового типа, содержащихся в зерне, локализована в зародыше, щитке зародыша и алейроновом слое. Ткани зародыша и щитка зародыша богаты альбуминами (до 40 % сухой массы), которые в этих тканях не образуют упорядоченных структур. В клет-ках алейронового слоя преимущественно откладываются белки глобулино-вого типа в виде алейроновых зерен размерами 0,1–25 мкм, представляющих собой структуры, окружённые липопротеиновой мембраной. Кроме белков, в них также содержится небольшое количество углеводов и липидов, кото-рые образуют комплексы с белками. Из белков алейроновых зерен в процессе прорастания зерна образуются ферменты, участвующие в гидролизе запас-ных веществ эндосперма.
Концентрация альбуминов в зерне большинства злаковых культур обычно составляет 8–15 % от общего количества белков, а у ржи может достигать 25–30 % (табл. 5.1). У пшеницы, кукурузы, ячменя, риса и проса в составе белкового комплекса зерна содержится 10–15 % глобулинов, а у ржи и овса – 15–25 %. Значительную долю в составе белков зерна составляют проламины: у ржи – 15–20 %, овса – 20–30 %, пшеницы – 25–35 %, ячменя – 30–40 %, кукурузы и проса – 35–55 %. Однако в зерновках риса этих белков накапливается значительно меньше – 5–10 % от общего количества белковых веществ зерна.
В зерне пшеницы, ячменя, овса и ржи на долю глютелинов приходится 25–35 % от общего количества белковых веществ, в зерновках кукурузы и проса – 10–20 %. Особенно много этих белков накапливается в зерновках риса – 60–70 % от общего количества белков зерна. Кроме альбуминов, гло-булинов, проламинов и глютелинов в зерновках злаковых культур содер-жатся структурные белки, которые не экстрагируются указанными выше растворителями, их количество обычно составляет 8–15 % от общей массы белков зерна.
Источник