Явление антагонизма у растений

13.Что такое антагонизм ионов и чем он обусловлен? Приведите примеры антагонизма и синергизма ионов.

Изменение уровня обеспеченности макро- и микроэлементами вызывает многочисленные ответные реакции организма. Так, при избытке одного элемента минерального питания защитная реакция растения проявляется прежде всего в увеличении поглощения других элементов.

Антагонизм ионов, способность ионов, находящихся в растворе и несущих одинаковые по знаку электрические заряды, взаимно подавлять присущее каждому из них действие. Антагонизм ионов особенно ярко проявляется в живых организмах и при коагуляции коллоидных систем. Например, ионы Na + в той концентрации, в которой они находятся в биологических жидкостях, ядовиты для многих простейших организмов и изолированных органов животных; однако при добавлении соответствующих концентраций ионов К + или Ca 2+ ядовитость ионов Na + подавляется. Растворы, в которых вредное действие каких-либо ионов устранено действием ионов-антагонистов, называется физиологически уравновешенными, или эквилибрированными; это — физиологический раствор, морская вода и жидкости, омывающие клетки и ткани живых организмов. Такими растворами являются также питательные смеси для растений. Антагонизм ионов — один из факторов, имевших большое значение в разработке теории питания растений и в обосновании применения удобрений.

Сильными антагонистами являются химические аналоги и гомологи (например, Cs-K, Sr-Ca или Ca-Mg, Na-K, Fe и Са, ,Аl и Na, Fe и Zn, Mn и Zn, Сu и Zn, Zn и Fe, Mn, Сu, Мо), а также элементы, имеющие одинаковую валентность и способные образовывать сходные комплексы (Сd-Zn и др.). Так, транспорт Cd в корневые системы снижается при добавлении в раствор Ca, Zn, или Mn. Известно, что Zn конкурентно ингибирует поступление Cd в клетку, осуществляемое посредством системы переносчиков. Встречаются случаи проявления синергизма при поступлении ионов.

Синергизм ионов— способность ионов дополнять друг друга в своем действии.

Явление синергизма установленно между S и Mn, Zn, Cu и Со, В, Zn, Со, Мо и Mn, Мо и Сu, Сu и Mn, Са и Со. Увеличение поглощения двухвалентных катионов происходит при наличии в растворе одновалентного катиона в высокой концентрации (пример: взаимоотношения пар Cd – Rb и Ca – Na).

Антагонизм либо синергизм при поступлении веществ в клетки проявляется и в случае, когда присутствие определенного элемента или группы элементов в растворе изменяет неспецифическую проницаемость мембран, заряд плазмалеммы или работу переносчиков таким образом, что затрудняет либо увеличивает транспорт других ионов. Ионы Cd изменяют фосфолипидный состав мембран, увеличивают их проницаемость, индуцируют ионный дисбаланс за счет выделения из клеток ионов K+, Ca2+, Mg2+, снижают АТФ-азную активность плазмалеммы.

Концентрация поступившего в растение иона сложным образом зависит от качественного и количественного ионного состава среды.

10: Опишите морфологические и анатомические приспособления листа семенных растений к процессу фотосинтеза.

Лист – главный фотосинтезирующий орган высших растений. Строение и функции листа тесно взаимосвязаны. Для осуществления фотосинтеза клеткам листа необходим постоянный приток двуокиси углерода, воды и лучистой энергии.

Лист состоит из листовой пластинки и черешка. От черешка в лист проходит жилка. Основу жилки листа составляют проводящие ткани, представленные ксилемой и флоэмой, объединенные в проводящие пучки. Сосудисто-волокнистые пучки обеспечивают приток воды и минеральных растворов в ткань листа и отток продуктов фотосинтеза из листа, а также выполняют механическую функцию, создавая опорный скелет листа. Эти пучки образуют в листе непрерывную систему, связанную с проводящей системой стебля.

Снаружи лист покрыт тонким защитным слоем – эпидермисом, который выделяет воскоподобное вещество – кутин. Эпидермальные клетки – тонкие, прозрачные, с прочными стенками – хорошо приспособлены к тому, чтобы служить защитой для нижележащих слоев клеток, снижать потери воды, но вместе с тем пропускать свет. На поверхности эпидермиса находятся устьица, причем у большинства двудольных растений они сосредоточены на нижней поверхности листа, а у однодольных устьица распределяются одинаково и на верхней, и на нижней поверхности листа. Каждое устьице окружено двумя замыкающими клетками, которые, меняя свою форму, могут изменять величину устьичной щели, регулируя тем самым расход воды и газообмен. Как правило, устьица открываются на свету и закрываются в темноте. Открывание и закрывание устьиц регулируется изменениями тургорного давления в замыкающих клетках.

Под эпидермисом находится основная ассимиляционная ткань – мезофилл, который у большинства растений дифференцирован на палисадную (столбчатую) и губчатую паренхиму. Палисадная паренхима состоит из плотно прилегающих друг к дру­гу клеток, удлиненных в направлении, перпендикулярном поверхности листа. Хлоропласты в клетках этой ткани расположены вдоль вертикальных стенок. Палисадная паренхима содержит примерно ¾ всех хлоропластов листа, поэтому здесь осуществляется основная работа по ассимиляции СО₂. Под столбчатой тканью находится губчатая паренхима с рыхло расположенными клетками неправильной формы и боль­шими межклетниками. Губчатая ткань приспособлена к ассимиляции при слабой осве­щенности; хлоропласты в клетках этой ткани расположены по всей поверхности клеточ­ной стенки. Через межклетники СО₂ , поступающий через устьица, свободно распределяется по всей толще мезофилла, а выделяемый при фотосинтезе кислород по межклетникам поступает к устьицам и через них выделяется в атмосферу.

Процесс фотосинтеза осуществляется в двумембранных органоидах – хлоропластах. В хлоропластах содержится хлорофилл и другие фотосинтетические пигменты, локализованные в системе мембран, которые погружены в основное вещество хлоропласта – строму. Внутренняя мембрана хлоропластов образует утолщенные дисковидные выпячивания — тилакоиды, которые расположны друг над другом и собраны в стопки – граны. На мембранах протекают световые реакции фотосинтеза, в строме – темновые.

Листья обычно бывают широкими и плоскими, такая их форма обеспечивает создание максимальной поверхности для поглощения солнечных лучей и для газообмена. Лист как оптическая система имеет сложную внутреннюю структуру: на уровне тканей (разные слои клеток, межклетники), на уровне клетки (хлоропласты, способные к перемещению и повороту), на уровне хлоропласта (система гран, распределение пигментов в гранах).

Кроме оптических свойств самого листа на количество, поглощаемой им радиации, большое влияние оказывает положение листа в пространстве. Для поглощения солнечной радиации большое значение имеет угол наклона листа, а также ориентация листьев (на юг или на север). Обычно ориентация листьев диффузна, и, таким образом, часть листьев всегда ориентирована к оптимальному потоку радиации в течение части дня. При общем недостатке освещения листья всегда направлены к источнику света, например к окну.

Для обеспечения светом фотосинтезирующих структур растению необходимо, чтобы листья были в достаточной степени освещены. Это достигается многоэтажным расположением листьев на отдельном растении и ярусным расположением растений в сообществе. Листья в верхних слоях растительного покрова расположены почти вертикально, глубже — более наклонно, в нижних слоях листвы, получающих в основном рассеянный свет сверху – горизонтально

Источник

Вопрос 8. Антагонизм ионов, природа и значение в жизни растений. Физиологически уравновешенные растворы и их применение.

Смягчающее влияние одного катиона на действие другого называют антагонизмом ионов. Антагонизм ионов проявляется как между разными ионами одной валентности, например между ионами натрия и калия, так и между ионами разной валентности, например ионами калия и кальция. Одной из причин антагонизма ионов является их влияние на гидратацию белков цитоплазмы. Двухвалентные катионы (кальций, магний) дегидратируют коллоиды сильнее, чем одновалентные (натрий, калий). Следующей причиной антагонизма ионов является их конкуренция за активные центры ферментов. Так, активность некоторых ферментов дыхания ингибируется ионами натрия, но их действие снимается добавлением ионов калия. Кроме того, ионы могут конкурировать за связывание с переносчиками в процессе поглощения. Действие одного иона может и усиливать влияние другого. Это явление называется синергизмом. Так, под влиянием фосфора повышается положительное действие молибдена. Изучение количественных соотношений необходимых элементов позволило создать сбалансированные питательные смеси, растворы минеральных солей для выращивания растений. Хорошо известны смеси Кнопа, Прянишникова, Гельригеля и др.

Физиологически уравновешенным называется раствор, в котором отдельные питательные вещества находятся в таких соотношениях, при которых происходит наиболее эффективное использование их растением. Раствор, представленный какой-либо одной солью, физиологически неуравновешен.

Одностороннее преобладание (высокая концентрация) в растворе одной соли, особенно избыток какого-либо одновалентного катиона, оказывает вредное действие на растение. Развитие корней происходит лучше в многосолевом растворе. В нем проявляется антагонизм ионов, каждый ион взаимно препятствует избыточному поступлению другого иона в клетки корня. Например, Са 2+ в высоких концентрациях тормозит избыточное поступление K + , Na + или Mg 2+ и наоборот Такие же антагонистические отношения существуют и для ионов K + и Na + , K + и NH₄ + , K + и Mg 2+ , NO₃ — и H₂PO₄, Cl — и H₂PO₄ — и др.

Вопрос 9. Физиологическая роль азота в обеспеченности питания растений нитратными и аммонийными солями.

Азот составляет ок.1,5% сухой массы растения. Физиологическая роль азота очень велика – недаром он относится к элементам-органогенам наряду с углеродом, кислородом и водородом. Азот входит в состав аминокислот в белках, азотистых оснований в нуклеиновых кислотах, а также содержится в некоторых липида, в хлорофилле, в витаминах и т.д. Таким образом, трудно назвать физиологический процесс, в котором бы прямо или косвенно не участвовал азот.

Растение поглощает азот в 2 формах – в виде нитрат-ионов NO3- (азот максимально окислен, заряд +5) и в виде ионов аммония NH4+ (азот максимально восстановлен, заряд -3). Нитратный и аммонийный азот по-разному используются для синтеза органических веществ. Азот в растении содержится в основном в сильно восстановленном состоянии в виде NH2-групп, в которых заряд атома азота равен -3. Поэтому аммонийный азот NH4+ растение может непосредственно использовать для синтеза органических веществ, а нитратный азот NO3- необходимо сначала восстановить от +5 до -3. Процесс восстановления нитратного азота происходит в 2 этапа.

На 1-м этапе нитрат-ионы NO3- восстанавливаются до нитрит-ионов NO2-(заряд азота +3); данная реакция катализируется ферментом нитратредуктазой, содержащей молибден и железо:

На 2-м этапе нитрит-ионы NO2- восстанавливаются до ионов аммония. Эта реакция катализируется железосодержащим ферментом нитритредуктазой:

Т.к. оба этих процесса являются восстановительными, то они требуют затрат энергии: на восстановление 14г нитратов до аммония уходит 15г глюкозы.

Ион аммония весьма токсичен, поэтому он должен сразу же после поглощения растением включаться в состав органических веществ (в клетках коры корня). Поэтому, если в растении не хватает органических веществ (например, из-за плохой освещенности и низкого фотосинтеза), то аммонийный азот просто отравит растение. Нитраты же для растений не токсичны, поэтому при недостатке органических веществ они накапливаются в растительных клетках, а затем, когда органические вещества появятся – восстанавливаются до аммония и включаются в состав органических веществ. Кроме того, эффективность поглощения аммонийного и нитратного азота растением зависит от рН почвы: в нейтральной почве при рН=7 лучше поглощается аммоний, а в кислой почве при рН=5 – нитраты.

Источник