4.Воздушное питание растений и пути его регулирования.
Фотосинтез является основным процессом, приводящим к образованию органических веществ в растениях. При фотосинтезе солнечная энергия в зеленых частях растений, содержащих хлорофилл, превращается в химическую энергию, которая используется на синтез углеводов из углекислого газа и воды. На световой стадии процесса фотосинтеза происходит реакция разложения воды с выделением кислорода и образованием богатого энергией соединения (АТФ) и восстановленных продуктов. Эти соединения участвуют на следующей темновой стадии в синтезе углеводов и других органических соединений из СО2. Путем дальнейших превращений из простых углеводов в растениях образуются более сложные углеводы, а также другие безазотистые органические соединения. Синтез аминокислот, белка и других органических азотсодержащих соединений в растениях осуществляется за счет минеральных соединений азота (а также фосфора и серы) и промежуточных продуктов обмена — синтеза и разложения — углеводов. На образование разнообразных сложных органических веществ, входящих в состав растений, затрачивается энергия, аккумулированная в виде макроэргических фосфатных связей АТФ (и других макроэргических соединений) при фотосинтезе и выделяемая при окислении — в процессе дыхания — ранее образованных органических соединений. Интенсивность фотосинтеза и накопление сухого вещества зависят от освещения, содержания углекислого газа в воздухе, обеспеченности растений водой и элементами минерального питания. При фотосинтезе растения усваивают углекислоту, поступившую через листья из атмосферы. Лишь небольшая часть СО2. (до 5% общего потребления) может поглощаться растениями через корни. Через листья растения могут усваивать серу в виде SО2. из атмосферы, а также азот и зольные элементы из водных растворов при некорневых подкормках растений. Однако в естественных условиях через листья осуществляется главным образом углеродное питание, а основным путем поступления в растения воды, азота и зольных эле
ментов является корневое питание.
5. Корневое питание. Современные представления о поступлении питательных веществ.
Питание растений — процесс поглощения и усвоения из окружающей среды химических элементов, необходимых для их жизни. Одни питательные элементы растения поглощают из воздуха в форме углекислого газа и молекулярного кислорода, другие — из почвы в форме воды и ионов минеральных солей. Соответственно различают воздушное (фотосинтез) и почвенное (корневое) питание. Усложнение растений, увеличение их размеров сопровождалось появлением различных органов и тканей, выполняющих функцию поглощения и передвижения веществ. Большинство растений поглощает воду и минеральные вещества из почвы корнями. Корень называют нижним концевым двигателем веществ у растений Почвенное питание у папоротников и семенных растений осуществляется с помощью корня. Строение корня приспособлено к поглощению воды и элементов питания из почвы. В этом процессе участвует зона поглощения (всасывания), которая имеет корневые волоски. На 1 мм2 поверхности корня может располагаться от 200 до 400 корневых волосков. Клетка корневого волоска поглощает воду благодаря тому, что содержащиеся в ней неорганические и органические вещества создают высокую концентрацию раствора, превышающую концентрацию почвенного раствора, окружающего корневой волосок. Вода (по законам осмоса) передвигается из менее концентрированного почвенного раствора в более концентрированный раствор, который находится в корневом волоске. В засуху концентрация почвенного раствора возрастает, и поглощение воды корневыми волосками затрудняется. Большое значение в поглощении элементов питания играют корневые выделения, которые растворяют труднодоступные минеральные вещества. Растворяющим действием обладает выделяемая корнями углекислота. Некоторые растения выделяют органические кислоты (яблочную, щавелевую и др.), которые обладают большой растворяющей способностью. За зоной всасывания расположена проводящая зона корня. В нее из зоны всасывания поступают поглощенные корневыми волосками вода и минеральные вещества. По проводящей ткани они передвигаются вверх по растению. Всасывание воды корнем и ее передвижение можно обнаружить по «плачу» растений и гуттации. «Плачем» растений называют выделение сока (пасоки) из перерезанного стебля. Особенно интенсивно выделяется пасока весной. Гуттация — это выделение капелек воды неповрежденным растением по краям листа у окончания листовых жилок. Гуттацию можно увидеть рано утром у многих растений, например, у садовой земляники, манжетки, розы и др. «Плач» и гуттация свидетельствуют о том, что вода поступает из корня в стебель под давлением. Это корневое давление. Вместе с водой в растение из почвы поступают растворенные в ней минеральные соли. В период интенсивного роста здоровые, с хорошо развитыми корнями растения нуждаются в усиленном питании для формирования зеленых побегов, цветков и плодов. Поглощение элементов питания корнями является сложным физиологическим процессом, связанным с обменом веществ.
Согласно современным представлениям процесс поглощения происходит не просто путем пассивного всасывания корнями почвенного раствора вместе с содержащимися в нем солями, но и является активным процессом. Часть элементов питания может поступать с током воды и активно через обменный фонд(катионы водорода, кальция и анионы угольной кислоты). Активный перенос также обусловлен двойственной природой белков. Если рассмотреть схематично процесс поступления пит.веществ в растение то его можно представить: 1)высвобождение элементов питания из твердых в почвенный раствор.2)передвижение ионов к поверхности поля, за счет корневого перехвата и за счет диффузии. Поглощение пит.веществ приводит к уменьшению концентрации и поверхности корня, следственно разность концентраций. В дальнейшем идет поступление ионов пассивно и активно.
Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:
Источник
Воздушное питание растений (фотосинтез)
Воздушное питание растений (фотосинтез) — процесс образования безазотистых органических веществ (углеводов) растениями из углекислого газа атмосферы и воды под действием солнечного света:
- Питание растений
- Химический состав растений
- Воздушное питание растений (фотосинтез) (EnglishEspañol)
- Минеральное (корневое) питание растений
- Азот в жизни растений
- Фосфор в жизни растений
- Калий в жизни растений
- Диагностика питания растений
Навигация
- Питание растений
- Химический состав растений
- Воздушное питание растений (фотосинтез) (EnglishEspañol)
- Минеральное (корневое) питание растений
- Азот в жизни растений
- Фосфор в жизни растений
- Калий в жизни растений
- Диагностика питания растений
Растения, произрастающие на суше, ежегодно поглощают из атмосферы примерно 20 млрд т углерода в форме углекислого газа или в среднем 1300 кг на 1 га, вся совокупность растений, включая морские водоросли, — около 150 млрд т. Наземные растения перерабатывают 4217 кДж космической солнечной энергии в продукты ассимиляции ежегодно.
Однако коэффициенты использования фотосинтетически активной радиации (ФАР), то есть солнечного света с длиной волны от 380 до 720 нм, на создание органического вещества составляет 47-49% интегральной солнечной радиации. В посевах коэффициенты использования ФАР не превышают 0,5-3%. Максимально возможным для фотосинтеза считается КПД ФАР 28%. Наиболее интенсивное накопление биомассы — до 700 кг/га в сутки — происходит при хороших условиях освещенности, температуры и водоснабжения, высоком уровне обеспеченности питательными веществами и составляет до 14% от общего поступления ФАР за день.
Образующиеся в процессе фотосинтеза простые углеводы служат исходным материалом для синтеза сложных углеводов: сахарозы C12H22O11, крахмала (C6H10O5)n, клетчатки (C6H10O5)n.
Фотосинтетическая деятельность зависит от видовых особенностей растения, возраста отдельных листьев и всего растения, интенсивности и длины волны света, уровня азотного питания.
Только 2-4% солнечной энергии, попадающей на поверхность вегетирующих растений, используется для синтеза органических веществ. Остальная часть расходуется на транспирацию и отражение. Растение испаряет воду для охлаждения. Сам процесс испарения связан с большой затратой энергии. На испарение листьями расходуется более 25% солнечной энергии, в южных районах — до 70-95%, что примерно в 10-45 раз больше, чем запасается в урожае.
Одна из задач современной науки — изыскание способов повышения коэффициента использования солнечной энергии.
«Если последствия хищнического хозяйства, непроизвольно удаляющего из почвы питательные вещества, и поправимы тем или иным способом, путем удобрения земли, то окончательно непоправимо только расточительное, неумелое пользование главным источником народного богатства — солнечным светом».
К.А. Тимирязев
Для образования сложных органических веществ из первичных продуктов фотосинтеза затрачивается энергия, образующаяся в растении в результате дыхательных процессов, то есть окисление углеводов кислородом. Этот процесс противоположен фотосинтезу:
Выделяющаяся при дыхании энергия используется на:
- синтез других органических соединений;
- поглощение корнями солей и воды из почвы и передвижение их по частям растения;
- совершение корнями работы в почве при их росте.
Энергия дыхания используется и для преодоления ростками сопротивления почвы при прорастании.
Энергия, выделяемая в процессе дыхательного окисления веществ переходит в специфическую форму накопления энергии — макроэргические фосфатные связи аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).
Макроэргические соединения можно разделить на две группы:
- глицерофосфат, 3-фосфоглицериновая кислота, глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат. Соединения этой группы накапливают от 0,8 до 3,0 ккал на 1 моль вещества;
- аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), аденозиндифосфорная кислота (АДФ), 1,3-дифосфоглицериновая кислота, фосфоэнолпировиноградная кислота. Соединения этой группы накапливают от 6 до 16 ккал на 1 моль.
Во всех реакциях обмена веществ энергия используется в сопряженных процессах освобождения и использования энергии, а передача энергии от одной реакции к другой может быть только, когда две реакции идут последовательно и имеют общие промежуточные продукты. Так, образование сахарозы может протекать сопряжённо с гидролизом АТФ:
АТФ + глюкоза → глюкозофосфат + АДФ (ΔF = -7000);
глюкозофосфат + фруктоза → сахароза + H3PO4.
АТФ + глюкоза + фруктоза → сахароза + АДФ + H3PO4 (ΔF = -7000).
Аналогично протекают процессы образования крахмала из глюкозы, белков из аминокислот.
В сухие жаркие годы с суховеями фотосинтез у растений возможен только в ранние утренние и вечерние часы. В остальное время происходит потеря пластических веществ и энергии на сопротивление и защитные реакции неблагоприятным условиям среды (дефициту влаги и повышенной температуре). При этом нарушается баланс между образованием и расходованием макроэргических фосфорных соединений, снижается энергетический потенциал, повышается окислительный потенциал в клетке, что приводит к окислительному разрушению углеводов, белков, в связи с чем в тканях растительного организма накапливается аммиак и наступает их отравление.
Было отмечено положительное влияние фосфора и калия на обводненность коллоидов протоплазмы, что приводит к снижению расхода влаги на транспирацию. Ткани растений, обеспеченные фосфором, характеризуются большой водоудерживающей способностью. У таких растений более устойчивый водообмен, обусловленный увеличением содержания осмотически- и коллоидно-связанной воды, повышенной гидратацией компонентов протоплазмы. Особенно действие фосфора проявляется в условиях недостаточного водообеспеченности в ранние периоды развития растений.
На современной стадии развития сельскохозяйственной науки, возможности регулирования процессов фотосинтеза ограничены. Ассимиляционная поверхность листьев в посевах может меняться от 5-6 до 40-50 тыс. м 2 на 1 га. Изреженные посевы поглощают только 20-25% падающей на них ФАР и используют на фотосинтез только 1-2% от поглощенной. При достаточной плотности посевов за вегетационный период растения могут поглощать 50-60% падающей ФАР и накапливать в органических веществах урожая до 2-3% от поглощенной энергии. Теоретически этот показатель может быть повышен до 20-25%. Если коэффициент использования поглощенной энергии на фотосинтез повысить до 6-8%, это приведет к сокращению расхода воды на создание 1 т сухого вещества с 400-500 до 75-100 т.
Источник