Кремний в жизни растений
Кремний выполняет удивительно большое количество функций в жизни растений, и особенно важен в стрессовых условиях. Роль кремния можно сравнить с ролью вторичных органических метаболитов, выполняющих в растениях защитные функции. Видя все многообразие ролей, которые кремний играет в растениях против различных стрессов, сегодня мировые ученые признают, что еще далеки от разработки «единой теории» кремния в биологии и сельском хозяйстве.
Функции кремния в растении
Кремний оказывает существенное влияние на рост и развитие растений, повышает урожайность и улучшает качество продукции. При этом положительный эффект кремния особенно заметен у растений в стрессовых условиях.Кремний предает растениям механическую прочность, укрепляет стенки клеток, обеспечивая жесткость различных органов растения.
Кремний в оптимальных дозах способствует лучшему обмену в тканях азота и фосфора, повышает потребление бора и ряда других элементов; обеспечивает снижение токсичности избыточных количеств тяжелых металлов. Оптимизация кремниевого питания растений приводит к увеличению площади листьев. В таких условиях у растений формируются более прочные клеточные стенки, в результате чего снижается опасность полегания посевов, а также поражения их болезнями и вредителями.
Одной из важных функций активных форм кремния является стимуляция развития корневой системы. Исследования на злаковых, цитрусовых, овощных культурах и кормовых травах показали, что при улучшении кремниевого питания растений увеличивается количество вторичных и третичных корешков на 20–100% и более. Дефицит кремниевого питания служит одним из лимитирующих факторов развития корневой системы растений. Установлено, что оптимизация кремниевого питания повышает эффективность фотосинтеза и активность корневой системы.
Особенности элемента
Необходимо выделитьнекоторые закономерности, которые выделяют кремний из ряда других элементов в жизнедеятельности растений.
Первое, что стоит заметить, что почти все растения (за редким исключением) могут быть выращены без кремния в питательной среде. Даже кремниефильные растения, такие как рис и пшеница.
Другой особенностью является то, что кремний накапливается в растениях в большихколичествах, которые часто превышают величину поглощения основных макроэлементов (азот, фосфор и калий).Диапазон концентраций кремния в растениях значительно шире, чем других питательных элементов. Так, содержание кремния колеблется в пределах 0,1–10% от сухой массы, в то время как, например, для азота этот разброс составляет 0,5-6%, для калия: 0,8-8%, фосфора: 0,15-0,5%. Т.е разброс концентрации кремния на порядокбольше, чем у других элементов.
Очень важно заметить, что при выращивании в искусственных благоприятных условиях растения практически не нуждаются в кремнии.
Выделяют три группы растений по содержанию кремния в сухом веществе:
- содержание кремнияболее 5% (рис, тростник и др.);
- содержание кремнияболее 1% (ячмень, рожь и др.);
- содержание кремнияменее 1% (например, двудольные – огурец, подсолнечник и др.).
Форма кремния в тканях растений
В тканях растений кремний находится в виде водорастворимых соединений типа ортокремниевой кислоты (H4SiO4), ортокремниевых эфиров, а также в форме нерастворимых минеральных полимеров и кристаллических примесей. В составе органического вещества растительных тканей Si образует ортокремниевые эфиры оксиаминокислот, оксикарбоновых кислот, полифенолов, углеводов, стеринов, а также производные аминокислот, аминосахаров и пептидов. Наиболее важными растворимыми формами кремния в растениях и системе почва-растение являются монокремниевая и поликремниевые кислоты. Эти неорганические соединения всегда присутствуют в природных водных растворах. Причем между ними существует тесная взаимосвязь.
Источники
Источник
Микроэлементы. Кремний
31.01.2017
Физиологическая роль микроэлемента. Кремний (Si) выполняет множество функций в жизни растений, но основная из них – это придание прочности опорному скелету. Этот микроэлемент присутствует в волокнах механических тканей всех растений и обеспечивает прочность стебля, устойчивость культур к полеганию, силу их цветения, а также энергию плодоношения. Необходимо отметить также эффективность кремния в борьбе растений с грибковыми и бактериальными заболеваниями. Этот элемент незаменим для повышения устойчивости растений к стрессовым условиям (засуха, экстремальный температурный режим, ветровая нагрузка, жизнеспособность растений в условиях заболоченности и засоленности). В оптимальных дозах кремний улучшает азотный и фосфорный обмен в тканях растений, повышает потребление бора и других элементов, обеспечивает снижение токсичности избыточных количеств тяжелых металлов.
Кроме того, кремний значительно улучшает структурированность почв, предотвращая их деградацию. Внесение кремнийсодержащих удобрений позволяет снизить норму применяемых пестицидов на 30 – 50%.
Содержание в растениях. В среднем количество кремния в растениях составляет 0,02 – 0,15%. Он накапливается в эпидермальных тканях и коронарных клетках, обеспечивая их механическую прочность и жесткость. В тканях растений кремний находится в виде водорастворимых соединений (ортокремниевая кислота, ортокремниевые эфиры), а также в форме нерастворимых минеральных полимеров (поликремниевые кислоты, аморфный кремнезем) и кристаллических примесей.
Корневая система растений содержит большее количество кремния, чем надземная часть. Но и в зеленой массе он распределен неравномерно. Так, в транспирационных органах, например в тканях листьев, наблюдается концентрация кремния в периферийной зоне, обладающей наиболее высокой способностью к влагоиспарению. Этот микроэлемент образует там двойной кутикулярно-кремниевый слой, защищающий орган от чрезмерных потерь воды и от проникновения гифов гриба.
Присутствие кремния в различных растениях неодинаково: однодольные культуры содержат значительно большее количество этого элемента, чем двудольные. В тканях зерновых культур двуокись кремния составляет более половины остальных микроэлементов, поглощаемых ими из почвы. Содержание этого микроэлемента в их листьях достигает 2%, а у бобовых растений – 0,25% (они поглощают кремния в 10 – 20 раз меньше, чем злаки). В течение вегетационного периода количество кремния возрастает, достигая максимума в период его завершения.
Содержание в почвах. Наибольшее количество кремния содержится в растениях степной, полупустынной, пустынной зоны, а также горных районов. Миграция и аккумуляция кремния в составе песчано-пылевых и илистых фракций возможна лишь в форме растворимой кремнекислоты. Содержание этого микроэлемента в почвенном растворе составляет 1 – 200 мг/л. Но если дикорастущие растения способны усваивать этот содержащийся в песке элемент благодаря солнечной энергии и корневым выделениям самих растений, то сельскохозяйственные культуры нуждаются в более доступных его формах.
Недостаток кремния для растений возможен на кислых, сильно выщелоченных и ферраллитных почвах. Культуры также испытывают дефицит кремния в доступной форме на большинстве целинных почв (исключая целинные черноземы, некоторые вулканические и аллювиальные грунты). К тому же длительная эксплуатация площадей для выращивания сельскохозяйственных культур приводит к обеднению плодородных слоев почв подвижным кремнием. Наибольшее количество этого микроэлемента выносится такими злаковыми культурами как пшеница, ячмень, рис, кукуруза (до 250 кг/га). Во всех этих случаях растения нуждаются в дополнительном кремниевом питании.
Доступные соединения кремния. Не смотря на то, что кремний занимает второе место по содержанию в земной коре (после кислорода), основная часть его входит в состав наименее подвижных и наиболее устойчивых к разрушению минералов (в основном это кварц или кремнезем, его гидротированные формы, а также соли кремниевых кислот – силикаты, алюмосиликаты и пр.). Содержание наиболее подвижных и водорастворимых его форм (аморфные оксиды и рентгеноаморфные алюмосиликаты) составляет всего лишь не более 1 – 3% общего количества элемента. Для питания растений наиболее оптимальны водорастворимые соединения кремния.
Значение кремния в питании растений. Кремний принято считать условно необходимым микроэлементом для растений. И внешних признаков его дефицита нельзя обнаружить. Но в то же время практические наблюдения доказывают, что его присутствие вызывает интенсивный рост (формируется более мощная корневая система, увеличивается площадь листьев), улучшает развитие (увеличивается количество и качество скелетируемых побегов, ускоряется и усиливается цветение, возрастает количество семян, содержание сахаров и других полезных компонентов в плодах, а также продлевается срок их хранения), повышает сопротивляемость неблагоприятным факторам, что способствует росту урожайности сельскохозяйственных культур.
Сегодня применение кремнийсодержащих соединений, являющихся экологически чистой альтернативой пестицидам, используется как способ восстановить и улучшить почвенное плодородие. Это перспективное направление в технологии выращивания экологически чистых продуктов, базирующееся на применении природных нетоксичных материалов, которые могли бы удовлетворить как фермера (производителя продуктов питания), так и потребителя.
Источник