Влияние элементов питания на растения

Раздел 8. Минеральное питание растений

Растения являются автотрофными организмами, способными синтезировать все необходимые им органические вещества из неорганических, которые они поглощают из почвы в виде ионов в процессе минерального питания. При сжигании растительных тканей элементы минерального питания остаются в золе. Зола составляет около 5 % сухой массы растений. В состав золы входят почти все известные элементы. Точными вегетационными опытами установлено, что для нормальной жизнедеятельности растительного организма требуется лишь 19 эле­ментов, которые называют питательными. В зависимости от содержания в растениях элементы минерального питания делят на макроэлементы (N, Р, S, К, Са, Mg, Na, Si, Cl), содержание которых колеблется от целых до сотых долей процента и микроэлементы (Fe, Мn, Сu, Zn, В, Мо Со и другие), содержание которых колеблется от тысячных до стотысячных долей процента. Около 95 % сухой массы растений составляют четыре элемента (С, Н, О, N), которые называют органогенами.

Физиологическая роль элементов минерального питания определяется ролью веществ, в состав которых они входят, или обусловлена их влиянием на физико-химические свойства протоплазмы (работа 28). Так, азот входит в состав белков, хлорофилла, ДНК, РНК, АТФ, ферментов, витаминов, фитогормонов и других веществ. Фосфор входит в состав фосфопротеидов, фосфолипидов, фосфорных эфиров сахаров, нуклеиновых кислот, нуклеотидов (АТФ, НАД, ФАД), витаминов. Роль калия определяется его влиянием на вязкость цитоплазмы, водоудерживающую спо­собность биоколлоидов, мембранный потенциал, активность ферментов, транспорт углеводов, устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды.

Микроэлементы принимают участие главным образом в регуля­торных сис­темах клетки. Они входят в состав ферментов или являются их активаторами, принимают участие в окислительно-восстановитель­ных реакциях, азотном и углеводном обменах, повышают устойчи­вость растений к болезням и неблагоприятным условиям среды. Не­достаток микроэлементов приводит к снижению качества продукции, а нередко и накоплению токсичных для человека и животных веществ.

Корни поглощают элементы минерального питания, как из поч­венного раствора, так и почвенно-поглощающего комплекса. В основе поглощения минеральных веществ лежит механизм обменной адсорб­ции – ионы, содержащиеся в клеточной стенке (H + , HCO 3- , органиче­ских кислот) обмениваются на ионы окружающей среды (К + , NH₄ + , PO₄ 3- и другие) Поглощение ионов происходит не только избирательно, но и против градиента концентрации. Активные механизмы поглоще­ния функционируют за счет энергии, выделяемой при дыхании клеток корневой системы. Поэтому поглотительная способность корней зави­сит от многих факторов – обеспеченности корневой системы органи­ческими веществами, мощности её развития, общей и рабочей адсор­бирующей поверхности (работа 29), температуры, аэрации, кислотно­сти, концентрации солей (работа 30), соотношения ионов в питатель­ном растворе (работа 31).

Работа 28. Влияние отдельных элементов минерального питания на рост и развитие растений

Диагностику питания растений подразделяют на почвенную и растительную. Почвенная диагностика проводится путем агрохимического анализа почвы и сопоставления полученных данных с установленными нормативами. Растительная диагностика является более объективной, так как индикатором являются сами растения. Различают несколько видов растительной диагностики.

Визуальная диагностика основана на выявлении видимых признаков недостатка элементов питания – изменении окраски, появлении на листьях и стеблях пятен, полос, некрозов и т.д.

Химическая диагностика основана на определении содержания в растительных тканях определенных элементов.

Метод инъекций или опрыскивания основан на введении в ткани какого-либо элемента путем инъекций либо опрыскивания и наблюдении за внешними признаками растений.

Морфобиометрическая диагностика основана на определении прироста массы, изменении числа и размеров органов, величины и структуры урожая.

В физиологических исследованиях для изучения роли элементов минерального питания используют вегетационный метод – растения выращивают в водных питательных растворах, не содержащих каких-либо элементов. В течение опыта наблюдают за растениями, отмечая особенности их роста и развития.

Цель работы. Изучить влияние на рост и развитие растений недостатка азота, фосфора, калия, кальция, магния, железа.

Выявить характерные внешние признаки недостатка перечисленных выше элементов.

Ход работы. 1. Подготовка опыта. Отбирают хорошо выполненные и одинаковые по величине семена опытных растений, помещают их на влажную фильтровальную бумагу и проращивают при температуре 20…25 °С. Когда корешки достигнут длины 1,5…2 см, здоровые проростки переносят для дальнейшего роста на разбавленный вдвое питательный раствор Кнопа или дистиллированную воду (в опытах с микроэлементами), налитые в специально смонтированные для водных культур стеклянные банки емкостью 0,5 л. Растения помещают на пропарафинированную и продырявленную марлю. Банки заполняют так, чтобы корешки были погружены в раствор.

Когда проростки достигнут фазы второго или третьего листа, производят их окончательный отбор. Одинаковые и здоровые проростки используют для постановки опыта.

2. Постановка опыта. Опыт ставят по схеме, приведенной в таблице 35. В качестве контроля используют смесь Кнопа, имеющую следующий состав: Са(NО₃)₂ – 1,00 г, КН₂РО₄ – 0,25 г, МgSО₄2Н₂О – 0,25 г, КСl – 0,125 г, FeCl₃ – 0,025 г, вода – 1 л.

Кроме смеси Кнопа в качестве контроля можно использовать питательную смесь Д.Н.Прянишникова, имеющую состав: NH₄NO₃ – 0,24 г, СаНРО₄2Н₂О – 0,172 г, МgSO₄ – 0,06 г, СаSО₄2Н₂О – 0,334 г, Fe₂Cl₆ – 0,025 г, вода – 1 л.

При составлении питательных смесей с исключением отдельных элементов минерального питания следует придерживаться следующих принципов:

1. При исключении из питательной смеси какого-либо элемента соотношение всех остальных элементов должно оставаться неизменным.
2. Если исключаемый элемент входит одновременно в состав аниона и катиона одной соли, такую соль исключают, а все остальные вносят в прежнем количестве.
3. Если исключаемый элемент входит только в состав одного из ионов соли (аниона или катиона), ее заменяют другой солью, содержащей элемент с близкими физико-химическими свойствами.

1. Определяют количество серы в 0,25 г MgSО₄2Н₂О, вносимых по рецепту, исходя из содержания этого элемента в грамм-молекуле (156,36 г):

Источник

5.4 Роль микроэлементов в питании растений

К микроэлементам относят химические элементы, присутствующие в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Термин микроэлементы применяется и для обозначения некоторых химических элементов, содержащихся в почвах, горных породах, минералах, водах. Точные количественные критерии для различения микроэлементов от макроэлементов не установлены. Некоторые макроэлементы почв и горных пород (Al, Fe и др.) являются микроэлементами для большинства животных, растений, человека.

В живых организмах отдельные микроэлементы были обнаружены ещё в начале 19 в., но их физиологическое значение оставалось неизвестным. В. И. Вернадский установил, что микроэлементы не случайные компоненты живых организмов и что их распределение в биосфере определяется рядом закономерностей. По современным данным, более 30 микроэлементов. считаются необходимыми для жизнедеятельности растений и животных. Большинство микроэлементов — металлы (Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Со и другие), некоторые — неметаллы (I, Se, Br, F, As).

В организме микроэлементы входят в состав разнообразных биологически активных соединений: ферментов (например, Zn — в карбоангидразу, Cu — в полифенолоксидазу, Mn — в аргиназу, Mo — в ксантиноксидазу; всего известно около 200 металлоферментов), витаминов (Со — в состав витамина B₁₂), гормонов (I — в тироксин, Zn и Со — в инсулин), дыхательных пигментов (Fe — в гемоглобин и другие железосодержащие пигменты, Cu — в гемоцианин). Действие микроэлементов, входящих в состав указанных соединений или влияющих на их функции, проявляется главным образом в изменении активности процессов обмена веществ в организмах.

Некоторые микроэлементы влияют на рост (Mn, Zn, I — у животных; В, Mn, Zn, Cu — у растений), размножение (Mn, Zn — у животных; Mn, Cu, Mo — у растений), кроветворение (Fe, Cu, Со), на процессы тканевого дыхания (Cu, Zn), внутриклеточного обмена и т. д. Для ряда обнаруженных в организмах микроэлементов (Sc, Zr, Nb, Au, La и некоторых других) неизвестно их количественное распределение в тканях и органах и не выяснена биологическая роль.

Микроэлементы в почвах входят в состав различных соединений, значительная часть которых представлена нерастворимыми или трудно растворимыми формами и лишь небольшая — подвижными формами, которые могут усваиваться растениями. На подвижность микроэлементов и их доступность растениям большое влияние оказывают кислотность почвы, влажность, содержание органического вещества и другие условия, а также активность микроорганизмов.

Содержание микроэлементов в почвах различных типов неодинаково. Например, подвижными формами В и Cu богаты чернозёмы (0,4-1,5 и 4-30 мг в 1 кг почвы) и бедны дерново-подзолистые (0,02-0,6 и 0,1-6,7 мг в 1 кг), недостаток Mo ощущается в лёгких, Со — в кислых дерново-подзолистых почвах, Mn — в чернозёмах, Zn — в бурых и каштановых почвах. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к дефициту или избытку их в растительном и животном организме. При этом происходят изменения характера накопления, ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, перестройка процессов межуточного обмена, выработка новых адаптаций или развиваются расстройства, ведущие к так называемым эндемическим заболеваниям человека и животных.

Например, эндемическая атаксия у животных вызывается недостатком Cu, некоторым избытком Mo и сульфатов, возможно, также Pb; эндемический зоб у человека и животных — недостатком I; акобальтозы — нехваткой Со в почве; борные энтериты, осложнённые пневмониями (у овец), — избытком В. В различных биогеохимических провинциях эндемическими заболеваниями поражаются обычно 5-20 % поголовья с.-х. животных или популяции того или иного вида. Для растений также вреден недостаток или избыток микроэлементов.

Так, при недостатке Mo подавляется образование цветков у цветной капусты и у некоторых бобовых; при недостатке Cu — нарушается плодообразование у злаков, цитрусовых и других растений; при недостатке В — недоразвито цветоложе, отсутствует цветение (арахис), отмирают бутоны (яблоня, груша), засыхают соцветия (виноград) и плоды (арахис, капуста); при избытке В растения поражаются гнилью корневой шейки, заболевают хлорозом, массовое распространение получает образование галлов. В провинциях, где концентрация отдельных микроэлементов не достигает нижних пороговых границ, эндемические болезни удаётся предупреждать и излечивать добавлением в корм животных соответствующих микроэлементов, для растений применяют микроудобрения.

Микроэлементы распределяются в организме неравномерно. Повышенное их накопление в том или ином органе в значительной мере связано с физиологической ролью элемента и специфической деятельностью органа (например, преимущественное накопление Zn в половых железах и его влияние на воспроизводительную функцию); в других случаях микроэлементы воздействует на органы и функции, не связанные с местом его накопления в организме.

Источник