Существует автотрофный и симбиотрофный (микотрофный и бактериотрофный) типы питания растений.
У большинства растений преобладает автотрофный тип питания (греч. «троф» – «пища»), т.е. самостоятельное обеспечение азотом и неорганическими элементами почвы и углекислым газом, из которых синтезируются органические вещества самого растения. Кроме зеленых фотосинтезирующих растений к автотрофным организмам относятся некоторые бактерии, осуществляющие углеродное питание путем фотосинтеза или хемосинтеза. Симбиотрофное питание предполагает участие в минеральном питании растений бактерий (бактериотрофное питание) или грибов (микотрофное питание).
При симбиотрофном типе питания наблюдается взаимное использование продуктов обмена веществ для питания. Границы симбиоза не всегда определены, поэтому часто трудно определить пользу, приносимую одним организмом другому. При симбиозе высшего растения с грибами микориза гриба обеспечивает высшее растение водой и растворенными в ней минеральными солями и другими веществами, грибы же используют углеводы и ряд органических соединений, синтезируемых высшим растением. Биологическое значение микоризы заключается также и в увеличении поглощающей поверхности корней высшего растения за счет развития мицелия гриба. В последние годы открыты микоризные грибы, улучшающие питание высших растений фосфором, особенно на почвах с низким содержанием доступных форм этого элемента. Наиболее наглядным примером бактериотрофного типа питания растений является симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями.
Фотосинтез. Через листья осуществляется углеродное питание растений (фотосинтез), т.е. происходит ассимиляция зелеными листьями углекислого газа из атмосферы с помощью солнечной энергии. Поэтому фотосинтез называют еще воздушным питанием растений: 6СО2 + 6Н2О + 674 ккал ->С6Н12О6 + 6О2. Солнечная энергия, поглощаемая в процессе фотосинтеза, расходуется на разложение воды на кислород и водород. Освободившийся кислород частично используется на дыхание растений, а большая часть его выделяется в атмосферу. Что касается водорода, то он дает, по-видимому, начало еще не изученным веществам, которые активно присоединяют углекислый газ без предварительного разложения его на углерод и кислород.
Образовавшиеся в процессе фотосинтеза простые сахара представляют исходный материал для синтеза сложных углеводов: сахарозы C12H22O11, крахмала (C6H10O5)n, клетчатки (C6H10O5)n, а также белков, жиров, органических кислот и др. Прямыми продуктами фотосинтеза могут быть не только углеводы, но и некоторые органические вещества, в частности белки.
Образование углеводов и белков происходит в хлоропластах. Направленность действия фотосинтетического аппарата зависит от видовых особенностей растения, возраста листьев и всего растения, интенсивности и качества света (красный свет – углеводы, синий – белки), уровня азотного питания и др. Существуют два пути синтеза белка: не зависящий от света (связано со сложными процессами вторичного превращения углеводов) и фотосинтетический (протекает только на свету в хлоропластах и не связан с превращением углеводов).Поглощение света хлорофиллом а – наиболее активно при длине волны 400-500 нм и 650-700 нм (синяя и красно-оранжевая части спектра). Образование органических веществ в процессе фотосинтеза происходит с поглощением большого количества солнечной энергии.
Однако лишь небольшая ее часть (2–4%), попадающая на поверхность вегетирующих растений, используется ими на синтез органических веществ. Остальная часть солнечной энергии используется на транспирацию, а также, отражаясь, бесследно теряется в атмосфере. За период вегетации растение испаряет воды в 300–500 раз больше, чем вес его сухого урожая. Растение испаряет воду для охлаждения. Процесс испарения связан с большой затратой тепла. На испарение листьями расходуется не менее 25, а в южных районах до 70–95% энергии солнечных лучей, попадающих на растение. Это приблизи-тельно в 10–45 раз больше, чем запасается в урожае растений. Макроэргические фосфатные связи и макроэргические соединения можно разделить на две основные группы: 1) глицерофосфат, 3-фосфоглицериновая кислота, глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат и некоторые другие соединения (у соединений этой группы величина свободной энергии гидролиза фосфатной связи колеблется от 0,8 до 3,0 ккал на 1 М); 2)аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), аденозиндифосфорная кислота (АДФ), 1,3-дифосфоглицериновая кислота, фосфоэнолпиро-виноградная кислота и некоторые другие вещества (у соединений этой группы величина свободной энергии гидролиза фосфатной связи колеблется в пределах от 6 до 16 ккал на 1 М).
Растение может усваивать через лист:
Серу в форме SO3;
Азот мочевины СО(NH2)2;
Фосфор;
Микроэлементы;
Тяжелые металлы;
Галогены;
Органические соединения.
Корневая система растений. Каждый корень имеет три основные зоны: 1) зону роста и растяжения длиной 1,5 мм – именно за счет деления клеток этой верхушечной меристемы происходит рост корня; 2) зону корневых волосков, или всасывания, характеризу-ющуюся наличием особых выростов – корневых волосков длиной до 1 мм, а длина самой этой зоны 1–2 см; 3) зону боковых корней.
В полевых условиях выращивания основное значение в питании растений принадлежит зоне корневых волосков, так на-зываемой поглощающей зоне. От корня к листьям движется восходящий, или транспирационный, ток водных растворов солей. Ассимиляционный, нисходящий, ток органических веществ направляется от листьев к корням.
Восходящий ток осуществляется почти исключительно по трахеальным элементам ксилемы, а нисходящий – по сотовидным элементам флоэмы.
Скорость передвижения продуктов фотосинтеза из листьев в корни 40–100 см/ч. Еще быстрее поступают через корневую систему растений элементы питания, в том числе и внесенные в почву удобрения. Скорость поглощения питательных веществ существенно изменяется с возрастом корня. Синтетическая функция корней. Корни являются не только органами поглощения минеральных элементов и воды. Они обладают синтетической способностью. В них образуются многие органические соединения: белки, аминокислоты, амиды, алкалоиды, фитогормоны.
Типы поглощения элементов питания корнями. Поглощение элементов минерального питания растениями в зависимости от характера затрачиваемой энергии может быть активным и пассивным. Зона всасывания богата митохондриями – источниками энеогии для активного поглощения элементов питания.Ионы, вошедшие в контакт с корнем, адсорбируются клеточными стенками. Процесс адсорбции ионов корнями носит обменный характер. Высокую интенсивность обмена веществ, значительную скорость поступления и передвижения веществ в растениях можно объяснить адсорбционным обменом между корневой системой растений, с одной стороны, и почвенными коллоидами (твердая фаза), а также почвенным раствором (жидкая фаза) – с другой.
Между корневой системой растений и почвенными коллоидами, а также почвенным раствором существует тесный контакт. Благодаря этому контакту и происходит процесс обменной адсорбции, сущность которого состоит в следующем. Питательные ионы (например, К+, Са 2+ , Mg 2+ , NH4+ , NO3– , H2PO4–, SO42–) поступают в растения через корневую систему в обмен на ионы Н +, НСО3–, расположенные на поверхности корневых волосков. Появившиеся на поверхности корневого волоска питательные катионы и анионы неизбежно входят в соприкосновение с базоидной (основной) и ацидоидной (кислотной) частями плазмы клетки, и здесь они дают начало различным органическим соединениям или пере-двигаются до листьев, где также синтезируются органические вещества.
Питание растений
Re: ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ
Важно учесть, что поглощение питательных элементов корневой системой растений может происходить не только в обмен на ионы Н+ и НСО3–, образующиеся в процессе дыхания, но и на ионы органических и минеральных соединений, выделяемые корнями. Установлено, например, что корни растений выделяют лимонную, яблочную, щавелевую и другие органические кислоты, которые слабо диссоциируют, но все же распадаются на Н+ и органические анионы. Эти ионы находятся на поверхности корневых волосков и могут принимать участие в обменных реакциях на соответствующие катионы и анионы почвенного раствора.
Активное воздействие корневых систем на почву. Растение не является только потребителем уже готовых для него питательных веществ в почве. Корни растений активно воздействуют на почву, находящуюся у их поверхности. Хорошо известна способность корней выделять во внешнюю среду органические и минеральные вещества (сахара, органические кислоты, азотсодержа-щие органические соединения, витамины, ферменты и др.). Выделенные корнями органические вещества служат пищей для микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности способствуют мобилизации питательных веществ почвы, повышая их доступность для растений в участках, непосредственно примыкающих к корням.
Корни некоторых растений (например, фасоли и других двудольных) могут при недостатке некоторых элементов повышать кислотность почвы, в результате чего соединения переходят в растворимое состояние. Растения выделяют в почву фитосидерофоры (мугеиновая и дезоксимугеиновая, овиновая кислоты), повышающие доступность для растений ряда металлов.
Типы поглощение питательных веществ. Метаболическое поглощение и перемещение питательных веществ зависит от: 1)Аэробного дыхания; 2)Температуры воздуха и влажности почвы; 3)Концентрации почвенного раствора. Неметаболическое, или пассивное, поглощение.
В меньшей мере зависит от температуры и других условий жизни растительного организма. Примером неметаболического поглощения является пиноцитоз – захват части питательного раствора, при котором клетками молодых корешков могут поглощаться ионы, молекулы, их агрегаты и капельки раствора. Питательные элементы. Макроэлементы – S, N; P, K, Ca, Mg (зольные эл-ты); Микроэлементы – B, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, I.
Механизмы подачи питательных веществ к поверхности корня.
Корневой перехват. Корни в процессе роста движутся в почве. Соприкасаясь с питательными веществами, они поглощают их.
Массовый поток. Корни растений поглощают из почвы воду, что вызывает движение почвенного раствора через толщу почвы к корням. Так как в почвенном растворе содержатся питательные вещества, то они и переносятся массовым потоком к поверхности корня, становясь доступными для поглощения.
Диффузия. Поглощение корнем питательного вещества сопровождается уменьшением его концентрации у поверхности корня и возникновением градиента концентрации. А это делает возможной диффузию питательного вещества к корню. Скорость диффузии ионов через почву изменяется в зависимости от типа почвы и природы поглощения ионов почвой.
Избирательное поглощение и понятие физиологической кислотности и щелочности солей.Растение поглощает больше тех элементов, в которых нуждается. (NH4+, Cl-), (NH4+, NO3-)– физиологически кислая соль. (Na+, NO3-) – физиологически щелочная соль. Антагонизм ионовКатионы антагонисты: H+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+. Анионы антагонисты: Cl-, NO3-, HCO3-, SO42-, H2PO4-
Антагонизм, синергизм и физиологически уравновешенный раствор
Ионы, имеющие одинаковый заряд, взаимно тормозят друг друга, и чем ближе зарядность, тем сильнее их взаимное торможение. Ионы с противоположными зарядами взаимно ускоряют поступление их в растение. Это явление получило название синергизма. Вредный избыток какого-либо катиона или аниона всегда можно ослабить соответствующим ионом. При необходимости прибавлением противоположного по заряду иона ускоряют поступление полезного иона.
Например, поступление иона NО3– можно ускорить прибавлением катиона Ca2+, вредный избыток Ca2+ в известной степени ослабляет Mg2+, а вредное действие ионов Н+ и Аl3+, которые вызывают кислотность почвы, устраняют прибавлением в раствор Са2+ и Mg2+. Физиологически уравновешенным следует считать такой почвенный раствор, в котором катионы и анионы находятся в оптимальном соотношении, что обеспечивает наиболее эффективное использование растением питательных веществ.
На питание растений оказывает влияние и общая концентрация почвенного раствора. При избыточной концентрации растения завядают и погибают. Верхний предел обычно находится в интервале 2–3 г всех питательных солей на 1 л раствора. Особенно вредна повышенная концентрация микроэлементов. Чувствительность к концентрации у разных растений неодинакова. Наибольшей чувствительностью к повышенной концентрации отличаются лен, люпин, огурцы. Чувствительность одного и того же растения меняется с возрастом. Более чувствительны к повышенной концентрации молодые растения.
Растения, чувствительные к высоким концентрациям почвенного раствора – актинидия, багульник. Периоды в питании растений. Первый период – критический. Он совпадает с начальными фазами роста растений. В этот период растения особо чувствительны как к недостатку, так и к избытку питательных веществ. Второй период - периода максимального потребления питательных веществ. Он характерен для более поздних фаз развития и определяется биологическими особенностями растений.
Связь между воздушным и корневым питанием. Условия минерального питания оказывают на фотосинтез прямое и косвенное воздействие. Азто – синтез аминок-т, косвенно – образование хлорофилла. Фосфор – входит в состав акцептора, связывающего СО2 и промежут продуктов фотосинтеза. АДФ-АТФ. Косвенное – Р входит в состав фосфатидов и фосфопротеидов. Калий косвенно влияет на фотосинтез, активизирует ферменты. Влияние внешней среды на питание растений и эффективность удобрений.
Растения проявляют неодинаковую чувствительность к кислой и щелочной среде – реакции почвенного раствора. Люпин – рН оптимальный – 4-5; Картофель – 5; Овес, рожь, лен, гречиха – 5-6; Клевер – 6-6,5; Горох, кукуруза, пшеница – 6-7; Сахарная свекла – 7; Люцерна – 7-8.
Прямое воздействие рН на питание растений - изменяет количество ионов Н+, НСО3–, ОН– на поверхности корневых волосков.
В зависимости от реакции почвенного раствора нарушается поступление в растения либо катионов, либо анионов. Косвенное - Изменяется растворимость соединений элементов питания. При подкислении южных почв улучшается питание растений фосфором, микроэлементами. Подкисление кислых почв приводит к ухудшению питания растений кальцием, магнием, аммиачным азотом, калием (эффект антагонизма ионов). В почвенном растворе содержание Al3+ и Mn2+ может становиться токсичным. Слабая освещенность и несбалансированность питательного р-ра усугубляют негативное воздействие рН на растения.
+концентрация почвенного раствора, тепло, свет, вода, микроорганизмы
Активное воздействие корневых систем на почву. Растение не является только потребителем уже готовых для него питательных веществ в почве. Корни растений активно воздействуют на почву, находящуюся у их поверхности. Хорошо известна способность корней выделять во внешнюю среду органические и минеральные вещества (сахара, органические кислоты, азотсодержа-щие органические соединения, витамины, ферменты и др.). Выделенные корнями органические вещества служат пищей для микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности способствуют мобилизации питательных веществ почвы, повышая их доступность для растений в участках, непосредственно примыкающих к корням.
Корни некоторых растений (например, фасоли и других двудольных) могут при недостатке некоторых элементов повышать кислотность почвы, в результате чего соединения переходят в растворимое состояние. Растения выделяют в почву фитосидерофоры (мугеиновая и дезоксимугеиновая, овиновая кислоты), повышающие доступность для растений ряда металлов.
Типы поглощение питательных веществ. Метаболическое поглощение и перемещение питательных веществ зависит от: 1)Аэробного дыхания; 2)Температуры воздуха и влажности почвы; 3)Концентрации почвенного раствора. Неметаболическое, или пассивное, поглощение.
В меньшей мере зависит от температуры и других условий жизни растительного организма. Примером неметаболического поглощения является пиноцитоз – захват части питательного раствора, при котором клетками молодых корешков могут поглощаться ионы, молекулы, их агрегаты и капельки раствора. Питательные элементы. Макроэлементы – S, N; P, K, Ca, Mg (зольные эл-ты); Микроэлементы – B, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, I.
Механизмы подачи питательных веществ к поверхности корня.
Корневой перехват. Корни в процессе роста движутся в почве. Соприкасаясь с питательными веществами, они поглощают их.
Массовый поток. Корни растений поглощают из почвы воду, что вызывает движение почвенного раствора через толщу почвы к корням. Так как в почвенном растворе содержатся питательные вещества, то они и переносятся массовым потоком к поверхности корня, становясь доступными для поглощения.
Диффузия. Поглощение корнем питательного вещества сопровождается уменьшением его концентрации у поверхности корня и возникновением градиента концентрации. А это делает возможной диффузию питательного вещества к корню. Скорость диффузии ионов через почву изменяется в зависимости от типа почвы и природы поглощения ионов почвой.
Избирательное поглощение и понятие физиологической кислотности и щелочности солей.Растение поглощает больше тех элементов, в которых нуждается. (NH4+, Cl-), (NH4+, NO3-)– физиологически кислая соль. (Na+, NO3-) – физиологически щелочная соль. Антагонизм ионовКатионы антагонисты: H+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+. Анионы антагонисты: Cl-, NO3-, HCO3-, SO42-, H2PO4-
Антагонизм, синергизм и физиологически уравновешенный раствор
Ионы, имеющие одинаковый заряд, взаимно тормозят друг друга, и чем ближе зарядность, тем сильнее их взаимное торможение. Ионы с противоположными зарядами взаимно ускоряют поступление их в растение. Это явление получило название синергизма. Вредный избыток какого-либо катиона или аниона всегда можно ослабить соответствующим ионом. При необходимости прибавлением противоположного по заряду иона ускоряют поступление полезного иона.
Например, поступление иона NО3– можно ускорить прибавлением катиона Ca2+, вредный избыток Ca2+ в известной степени ослабляет Mg2+, а вредное действие ионов Н+ и Аl3+, которые вызывают кислотность почвы, устраняют прибавлением в раствор Са2+ и Mg2+. Физиологически уравновешенным следует считать такой почвенный раствор, в котором катионы и анионы находятся в оптимальном соотношении, что обеспечивает наиболее эффективное использование растением питательных веществ.
На питание растений оказывает влияние и общая концентрация почвенного раствора. При избыточной концентрации растения завядают и погибают. Верхний предел обычно находится в интервале 2–3 г всех питательных солей на 1 л раствора. Особенно вредна повышенная концентрация микроэлементов. Чувствительность к концентрации у разных растений неодинакова. Наибольшей чувствительностью к повышенной концентрации отличаются лен, люпин, огурцы. Чувствительность одного и того же растения меняется с возрастом. Более чувствительны к повышенной концентрации молодые растения.
Растения, чувствительные к высоким концентрациям почвенного раствора – актинидия, багульник. Периоды в питании растений. Первый период – критический. Он совпадает с начальными фазами роста растений. В этот период растения особо чувствительны как к недостатку, так и к избытку питательных веществ. Второй период - периода максимального потребления питательных веществ. Он характерен для более поздних фаз развития и определяется биологическими особенностями растений.
Связь между воздушным и корневым питанием. Условия минерального питания оказывают на фотосинтез прямое и косвенное воздействие. Азто – синтез аминок-т, косвенно – образование хлорофилла. Фосфор – входит в состав акцептора, связывающего СО2 и промежут продуктов фотосинтеза. АДФ-АТФ. Косвенное – Р входит в состав фосфатидов и фосфопротеидов. Калий косвенно влияет на фотосинтез, активизирует ферменты. Влияние внешней среды на питание растений и эффективность удобрений.
Растения проявляют неодинаковую чувствительность к кислой и щелочной среде – реакции почвенного раствора. Люпин – рН оптимальный – 4-5; Картофель – 5; Овес, рожь, лен, гречиха – 5-6; Клевер – 6-6,5; Горох, кукуруза, пшеница – 6-7; Сахарная свекла – 7; Люцерна – 7-8.
Прямое воздействие рН на питание растений - изменяет количество ионов Н+, НСО3–, ОН– на поверхности корневых волосков.
В зависимости от реакции почвенного раствора нарушается поступление в растения либо катионов, либо анионов. Косвенное - Изменяется растворимость соединений элементов питания. При подкислении южных почв улучшается питание растений фосфором, микроэлементами. Подкисление кислых почв приводит к ухудшению питания растений кальцием, магнием, аммиачным азотом, калием (эффект антагонизма ионов). В почвенном растворе содержание Al3+ и Mn2+ может становиться токсичным. Слабая освещенность и несбалансированность питательного р-ра усугубляют негативное воздействие рН на растения.
+концентрация почвенного раствора, тепло, свет, вода, микроорганизмы
Re: Питание растений
Питание растений – один из важнейших факторов их жизни. В процессе питания происходит обмен веществ между растениями и окружающей средой.
Неорганические вещества почвы, атмосферы и воды поступают в растение, где используются в синтезе сложных органических соединений, а ряд веществ выводится из растительного организма в окружающую среду.
Вся жизнь на Земле обусловлена созидательной работой высших и низших растений.
Зеленые растения земного шара ежегодно образуют в пересчете на глюкозу до 400 млрд т свежих органических веществ, в том числе 115 млрд т на суше. При этом связывается до 170 млрд т СО2 и разлагается при фотолизе в растениях 130 млрд т воды с выделением 115 млрд т свободного кислорода.
Для синтеза органических веществ на земле растения используют до 2 млрд т азота и 6 млрд т зольных элементов.
Неорганические вещества почвы, атмосферы и воды поступают в растение, где используются в синтезе сложных органических соединений, а ряд веществ выводится из растительного организма в окружающую среду.
Вся жизнь на Земле обусловлена созидательной работой высших и низших растений.
Зеленые растения земного шара ежегодно образуют в пересчете на глюкозу до 400 млрд т свежих органических веществ, в том числе 115 млрд т на суше. При этом связывается до 170 млрд т СО2 и разлагается при фотолизе в растениях 130 млрд т воды с выделением 115 млрд т свободного кислорода.
Для синтеза органических веществ на земле растения используют до 2 млрд т азота и 6 млрд т зольных элементов.
Re: Питание растений
Типы организмов по питанию:
Продуценты (растения)
Травоядные
Плотоядные (хищники)
Всеядные (Люди)
Деструкторы (черви, микроорганизмы) -> выделение энергии
Продуценты (растения)
Травоядные
Плотоядные (хищники)
Всеядные (Люди)
Деструкторы (черви, микроорганизмы) -> выделение энергии
Re: Питание растений
Образование АТФ при фотофосфорелировании
Макроэргические фосфатные связи и макроэргические соединения можно разделить на две основные группы:
1) глицерофосфат, 3-фосфоглицериновая кислота, глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат и некоторые другие соединения (у соединений этой группы величина свободной энергии гидролиза фосфатной связи колеблется от 0,8 до 3,0 ккал на 1 М);
2) аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), аденозиндифосфорная кислота (АДФ), 1,3-дифосфоглицериновая кислота, фосфоэнолпиро-виноградная кислота и некоторые другие вещества (у соединений этой группы величина свободной энергии гидролиза фосфатной связи колеблется в пределах от 6 до 16 ккал на 1 М).
Макроэргические фосфатные связи и макроэргические соединения можно разделить на две основные группы:
1) глицерофосфат, 3-фосфоглицериновая кислота, глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат и некоторые другие соединения (у соединений этой группы величина свободной энергии гидролиза фосфатной связи колеблется от 0,8 до 3,0 ккал на 1 М);
2) аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), аденозиндифосфорная кислота (АДФ), 1,3-дифосфоглицериновая кислота, фосфоэнолпиро-виноградная кислота и некоторые другие вещества (у соединений этой группы величина свободной энергии гидролиза фосфатной связи колеблется в пределах от 6 до 16 ккал на 1 М).
Re: Питание растений
Активное воздействие корневых систем на почву
Растение не является только потребителем уже готовых для него питательных веществ в почве. Корни растений активно воздействуют на почву, находящуюся у их поверхности. Хорошо известна способность корней выделять во внешнюю среду органические и минеральные вещества (сахара, органические кислоты, азотсодержа-щие органические соединения, витамины, ферменты и др.).
Выделенные корнями органические вещества служат пищей для микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности способствуют мобилизации питательных веществ почвы, повышая их доступность для растений в участках, непосредственно примыкающих к корням.
Корни некоторых растений (например, фасоли и других двудольных) могут при недостатке некоторых элементов повышать кислотность почвы, в результате чего соединения переходят в растворимое состояние.
Растения выделяют в почву фитосидерофоры (мугеиновая и дезоксимугеиновая, овиновая кислоты), повышающие доступность для растений ряда металлов.
Растение не является только потребителем уже готовых для него питательных веществ в почве. Корни растений активно воздействуют на почву, находящуюся у их поверхности. Хорошо известна способность корней выделять во внешнюю среду органические и минеральные вещества (сахара, органические кислоты, азотсодержа-щие органические соединения, витамины, ферменты и др.).
Выделенные корнями органические вещества служат пищей для микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности способствуют мобилизации питательных веществ почвы, повышая их доступность для растений в участках, непосредственно примыкающих к корням.
Корни некоторых растений (например, фасоли и других двудольных) могут при недостатке некоторых элементов повышать кислотность почвы, в результате чего соединения переходят в растворимое состояние.
Растения выделяют в почву фитосидерофоры (мугеиновая и дезоксимугеиновая, овиновая кислоты), повышающие доступность для растений ряда металлов.
Re: Питание растений
Типы поглощения питательных веществ
Метаболическое поглощение и перемещение питательных веществ зависит от:
Аэробного дыхания
Температуры воздуха
Влажности почвы
Концентрации почвенного раствора
Неметаболическое, или пассивное, поглощение
В меньшей мере зависит от температуры и других условий жизни растительного организма. Примером неметаболического поглощения является пиноцитоз – захват части питательного раствора, при котором клетками молодых корешков могут поглощаться ионы, молекулы, их агрегаты и капельки раствора.
Питательные элементы
В состав растения входят почти все элементы периодической системы Д.И. Менделеева. Однако физиолого-биохимическая роль некоторых из них еще недостаточно изучена. В наибольшем количестве растения поглощают азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу. Эти элементы называют макроэлементами. Их содержание в растениях исчисляется целыми процентами или десятыми долями их.
При сжигании органического вещества все элементы, кроме азота, остаются в золе, поэтому их часто называют зольными элементами.
Растениям необходимы также элементы, потребляемые ими в небольших количествах, но играющие важную роль в различных процессах обмена веществ. Их называют микроэлементами. Это железо, бор, цинк, марганец, медь, молибден, кобальт, йод и др. Их содержание их в растении исчисляется сотыми и тысячными долями процента.
Таким образом,
макроэлементы: N,S + P,K,Ca, Mg (зольные элементы)
микроэлементы: B, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Y
Механизмы подачи питательных веществ к поверхности корня
Корневой перехват. Корни в процессе роста движутся в почве. Соприкасаясь с питательными веществами, они поглощают их .
Массовый поток. Корни растений поглощают из почвы воду, что вызывает движение почвенного раствора через толщу почвы к корням. Так как в почвенном растворе содержатся питательные вещества, то они и переносятся массовым потоком к поверхности корня, становясь доступными для поглощения.
Диффузия. Поглощение корнем питательного вещества сопровождается уменьшением его концентрации у поверхности корня и возникновением градиента концентрации. А это делает возможной диффузию питательного вещества к корню. Скорость диффузии ионов через почву изменяется в зависимости от типа почвы и природы поглощения ионов почвой.
Избирательное поглощение и понятие физиологической кислотности и щелочности солей
Растение поглощает больше тех элементов, в которых нуждается.
Физиологически кислая соль: NH4+ и Cl- / NH4+ и NO3-
Физиологически щелочная соль: Na+ и NO3-
Антагонизм ионов
Катионы антагонисты: H+, K+, NH4+, Ca2+,Mg2+
Анионы антагонисты: Cl-, NO3-,HCO3-,
SO42-, H2PO4-
Между ними — синергизм.
Антагонизм, синергизм и физиологически уравновешенный раствор
Ионы, имеющие одинаковый заряд, взаимно тормозят друг друга, и чем ближе зарядность, тем сильнее их взаимное торможение.
Ионы с противоположными зарядами взаимно ускоряют поступление их в растение. Это явление получило название синергизма.
Вредный избыток какого-либо катиона или аниона всегда можно ослабить соответствующим ионом. При необходимости прибавлением противоположного по заряду иона ускоряют поступление полезного иона.
Например, поступление иона NО3– можно ускорить прибавлением катиона Ca2+, вредный избыток Ca2+ в известной степени ослабляет Mg2+, а вредное действие ионов Н+ и Аl3+, которые вызывают кислотность почвы, устраняют прибавлением в раствор Са2+ и Mg2+.
Физиологически уравновешенным следует считать такой почвенный раствор, в котором катионы и анионы находятся в оптимальном соотношении, что обеспечивает наиболее эффективное использование растением питательных веществ.
На питание растений оказывает влияние и общая концентрация почвенного раствора. При избыточной концентрации растения завядают и погибают. Верхний предел обычно находится в интервале 2–3 г всех питательных солей на 1 л раствора. Особенно вредна повышенная концентрация микроэлементов.
Чувствительность к концентрации у разных растений неодинакова. Наибольшей чувствительностью к повышенной концентрации отличаются лен, люпин, огурцы. Чувствительность одного и того же растения меняется с возрастом. Более чувствительны к повышенной концентрации молодые растения.
Метаболическое поглощение и перемещение питательных веществ зависит от:
Аэробного дыхания
Температуры воздуха
Влажности почвы
Концентрации почвенного раствора
Неметаболическое, или пассивное, поглощение
В меньшей мере зависит от температуры и других условий жизни растительного организма. Примером неметаболического поглощения является пиноцитоз – захват части питательного раствора, при котором клетками молодых корешков могут поглощаться ионы, молекулы, их агрегаты и капельки раствора.
Питательные элементы
В состав растения входят почти все элементы периодической системы Д.И. Менделеева. Однако физиолого-биохимическая роль некоторых из них еще недостаточно изучена. В наибольшем количестве растения поглощают азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу. Эти элементы называют макроэлементами. Их содержание в растениях исчисляется целыми процентами или десятыми долями их.
При сжигании органического вещества все элементы, кроме азота, остаются в золе, поэтому их часто называют зольными элементами.
Растениям необходимы также элементы, потребляемые ими в небольших количествах, но играющие важную роль в различных процессах обмена веществ. Их называют микроэлементами. Это железо, бор, цинк, марганец, медь, молибден, кобальт, йод и др. Их содержание их в растении исчисляется сотыми и тысячными долями процента.
Таким образом,
макроэлементы: N,S + P,K,Ca, Mg (зольные элементы)
микроэлементы: B, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Y
Механизмы подачи питательных веществ к поверхности корня
Корневой перехват. Корни в процессе роста движутся в почве. Соприкасаясь с питательными веществами, они поглощают их .
Массовый поток. Корни растений поглощают из почвы воду, что вызывает движение почвенного раствора через толщу почвы к корням. Так как в почвенном растворе содержатся питательные вещества, то они и переносятся массовым потоком к поверхности корня, становясь доступными для поглощения.
Диффузия. Поглощение корнем питательного вещества сопровождается уменьшением его концентрации у поверхности корня и возникновением градиента концентрации. А это делает возможной диффузию питательного вещества к корню. Скорость диффузии ионов через почву изменяется в зависимости от типа почвы и природы поглощения ионов почвой.
Избирательное поглощение и понятие физиологической кислотности и щелочности солей
Растение поглощает больше тех элементов, в которых нуждается.
Физиологически кислая соль: NH4+ и Cl- / NH4+ и NO3-
Физиологически щелочная соль: Na+ и NO3-
Антагонизм ионов
Катионы антагонисты: H+, K+, NH4+, Ca2+,Mg2+
Анионы антагонисты: Cl-, NO3-,HCO3-,
SO42-, H2PO4-
Между ними — синергизм.
Антагонизм, синергизм и физиологически уравновешенный раствор
Ионы, имеющие одинаковый заряд, взаимно тормозят друг друга, и чем ближе зарядность, тем сильнее их взаимное торможение.
Ионы с противоположными зарядами взаимно ускоряют поступление их в растение. Это явление получило название синергизма.
Вредный избыток какого-либо катиона или аниона всегда можно ослабить соответствующим ионом. При необходимости прибавлением противоположного по заряду иона ускоряют поступление полезного иона.
Например, поступление иона NО3– можно ускорить прибавлением катиона Ca2+, вредный избыток Ca2+ в известной степени ослабляет Mg2+, а вредное действие ионов Н+ и Аl3+, которые вызывают кислотность почвы, устраняют прибавлением в раствор Са2+ и Mg2+.
Физиологически уравновешенным следует считать такой почвенный раствор, в котором катионы и анионы находятся в оптимальном соотношении, что обеспечивает наиболее эффективное использование растением питательных веществ.
На питание растений оказывает влияние и общая концентрация почвенного раствора. При избыточной концентрации растения завядают и погибают. Верхний предел обычно находится в интервале 2–3 г всех питательных солей на 1 л раствора. Особенно вредна повышенная концентрация микроэлементов.
Чувствительность к концентрации у разных растений неодинакова. Наибольшей чувствительностью к повышенной концентрации отличаются лен, люпин, огурцы. Чувствительность одного и того же растения меняется с возрастом. Более чувствительны к повышенной концентрации молодые растения.
Re: Питание растений
Периоды в питании растений
Первый период – критический. Он совпадает с начальными фазами роста растений. В этот период растения особо чувствительны как к недостатку, так и к избытку питательных веществ.
Второй период - периода максимального потребления питательных веществ. Он характерен для более поздних фаз
развития и определяется биологическими особенностями растений.
Отношение овощных культур к кислотности почвы
Тип растения: pH
Спаржа: 6-8
Столовая свекла: 6-7.5
Брокколи: 6-7
Капуста: 6-7.5
Морковь: 5.5-7
Цветная капуста: 5.5-7.5
Сельдерей: 5.8-7
Огурец: 5.5-7
Салат: 6-7
Кабачки: 6-7
Лук: 5.8-7
Картофель: 4.8-6.5
Шпинат: 6-7.5
Томаты: 5.5-7.5
Первый период – критический. Он совпадает с начальными фазами роста растений. В этот период растения особо чувствительны как к недостатку, так и к избытку питательных веществ.
Второй период - периода максимального потребления питательных веществ. Он характерен для более поздних фаз
развития и определяется биологическими особенностями растений.
Отношение овощных культур к кислотности почвы
Тип растения: pH
Спаржа: 6-8
Столовая свекла: 6-7.5
Брокколи: 6-7
Капуста: 6-7.5
Морковь: 5.5-7
Цветная капуста: 5.5-7.5
Сельдерей: 5.8-7
Огурец: 5.5-7
Салат: 6-7
Кабачки: 6-7
Лук: 5.8-7
Картофель: 4.8-6.5
Шпинат: 6-7.5
Томаты: 5.5-7.5
Re: Питание растений
Прямое воздействие реакции среды на питание растений:
Изменяет количество ионов Н+, НСО3–, ОН– на поверхности корневых волосков -> В зависимости от реакции почвенного раствора нарушается поступление в растения либо катионов, либо анионов.
Косвенное воздействие реакции среды на питание растений:
Изменяется растворимость соединений элементов питания. 1) При подкислении южных почв улучшается питание растений фосфором, микроэлементами. 2) Подкисление кислых почв приводит к ухудшению питания растений кальцием, магнием, аммиачным азотом, калием (эффект антагонизма ионов). В почвенном растворе содержание Al3+ и Mn 2+ может становиться токсичным.
Слабая освещенность и несбалансированность питательного раствора.
Усугубляют негативное воздействие реакции среды на растения.
Изменяет количество ионов Н+, НСО3–, ОН– на поверхности корневых волосков -> В зависимости от реакции почвенного раствора нарушается поступление в растения либо катионов, либо анионов.
Косвенное воздействие реакции среды на питание растений:
Изменяется растворимость соединений элементов питания. 1) При подкислении южных почв улучшается питание растений фосфором, микроэлементами. 2) Подкисление кислых почв приводит к ухудшению питания растений кальцием, магнием, аммиачным азотом, калием (эффект антагонизма ионов). В почвенном растворе содержание Al3+ и Mn 2+ может становиться токсичным.
Слабая освещенность и несбалансированность питательного раствора.
Усугубляют негативное воздействие реакции среды на растения.
Re: Питание растений
Связь между углеродным (воздушным) и минеральным (корневым) питанием растений
В процессе фотосинтеза растения, используя солнечную энергию, из углекислого газа, поступающего из атмосферы через листья, воды и минеральных солей, поглощаемых корнями, синтезируют сложнейшие органические вещества.
Поглощение воды и питательных веществ через корни, т. е. корневое питание, тесно связано с углеродным питанием растений через листья. Фотосинтез успешно протекать он может только при оптимальных условиях корневого питания.
Наиболее важный из этих факторов – водообеспеченность. Человек может ее регулировать (орошения). Остальные факторы (соотношение элементов минерального питания, осмотическое давление почвенного раствора, недостаток СО2) хотя в какой-то мере и уменьшают положительное влияние удобрений, но не являются решающими.
Регулирование процесса фотосинтеза и изыскание приемов, направленных на значительное повышение коэффициента использования солнечной энергии, – важный путь резкого повышения продуктивности земледелия и, следовательно, увеличения количества сельскохозяйственных продуктов.
КПД использования ФАР (фотосинтетической активности радиации) достаточно низок: всего 0,5-2%. Поэтому важной задачей в аграрном производстве является повышение коэффициента использования солнечной энергии. Согласно теории фотосинтетической продуктивности, имеется несколько способов интенсификации продукционных процессов, одним из которых является обеспечение продуктивности процесса основными ресурсами – углекислотой, водой, азотом и необходимыми элементами минерального питания.
Элементы минерального питания могут влиять на интенсивность фотосинтеза прямо или косвенно, через обмен веществ и рост. Прямое действие на фотосинтез связано с тем, что минеральные вещества входят в состав ферментов и пигментов или непосредственно участвуют в процессе фотосинтеза в качестве активаторов. Например, калий имеет отношение к переносу протонов через мембраны тилакоидов, фосфат содержатся — в нуклеотидах Недостаток минеральных веществ или нарушенное соотношение между поглощаемыми элементами может повлиять на содержание хлорофилла и на число, размеры и ультраструктуру хлоропластов, даже если данные элементы не входят в состав молекулы хлорофилла.
Особое занимает азот. До 65 % белка находится в хлоропластах, в том числе около 50 % в РДФ-карбоксилазе-ключевом (рибулезодифосфат(РДФ)-карбоксилазу )ферменте усвоения углекислого газа. При улучшении условий азотного питания увеличиваются количество этого фермента и его активность, что усиливает первичное связывание углерода с помощью РДФ-карбоксилазы. Однако усиление интенсивности усвоения СО2 при повышении уровня азотного питания происходит лишь до определенного предела.
N влияет на размеры и ультраструктуру хлоропластов, усиливая их гранальность; N - непосредственное участие в синтезе аминокислот – продуктов фотосинтеза, а косвенно он участвует в образовании зеленых пигментов в растении (хлорофилла) и в синтезе белков – элементов структуры хлоропластов, а также ферментов, ответствен-ных за различные реакции фотосинтеза.
Условия азотного питания оказывают влияние не только на интенсивность фотосинтеза, но и на интенсивность потока ассимилятов в аттрагирующие центры (точки роста, развивающиеся репродуктивные органы). Недостаток азота, фосфора или калия уменьшает их отток из листьев.
Повышение продуктивности фотосинтеза растения при усилении азотного питания происходит в основном в результате увеличения площади ассимиляционной поверхности и продолжительности жизнедеятельности листьев и других фотосинтезирующих органов. Однако увеличение площади листовой поверхности благоприятно отражается на урожае лишь до определенного предела (обычно 4–5 м2 площади листьев на 1 м2 посева). Затем происходят сильное самозатенение листьев, ухудшение освещенности внутри посевов, отмирание нижних листьев.
Фосфор необходим для процессов фотофосфорилирования, следовательно, он влияет на ход световой и темновой фаз фотосинтеза.
Прямое действие фосфора - остатки фосфорной кислоты входят в состав акцептора – соединения, связы-вающего СО2, и промежуточных продуктов фотосинтеза. Кроме того, с помощью световой энергии из неорганического фосфора и аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) синтезируется аденозинтри-фосфорная кислота (АТФ), участвующая в реакциях восстановления СО2. АТФ принимает участие в процессах фотосинтеза, дыхания, в биосинтезе белков, жиров, крахмала, сахарозы, аминокислот и многих других соединений Косвенное действие фосфора состоит в том, что фосфаты входят в состав фосфатидов и фосфопротеидов, а также нуклеиновых кислот.
Калий оказывает на фотосинтез, по-видимому, лишь косвенное действие, влияя на структуру фотосинтетического аппарата и активизируя ряд ферментов.
Ускорение потока энергии происходит благодаря активации калием ферментативных реакций, которые катализируют перенос богатых энергией фосфорных связей. Зеленые листья, в которых содержится достаточное количество калия, способны ассимилировать диоксид углерода в два раза больше, чем листья с низким содержанием калия. Калий способствует лучшему использованию железа при синтезе хлорофилла. Это особенно заметно при недостатке усвояемого железа в почве или в питательной среде
Для нормального процесса фотосинтеза необходим и ряд других элементов (Mg, Mn, Fe, В, Мо и т.д.).
Деятельность корней, поглощающих минеральные вещества, и фотосинтезирующих листьев тесно скоординирована. Поглощение азота корнями и его усвоение тесно связаны с фотосинтезом. Все синтетические превращения азота как в корнях, так и в надземных органах происходят с использованием энергии углеродных цепей, образованных в процессе фотосинтеза. Многие реакции непосредственно сочетаются с фото-синтезом и зависят от интенсив-ности света и концентрации СО2. Так, в хлоропластах совершается светозависимое восстановление значительной части нитратов, по-ступающих в растение.
В процессе фотосинтеза растения, используя солнечную энергию, из углекислого газа, поступающего из атмосферы через листья, воды и минеральных солей, поглощаемых корнями, синтезируют сложнейшие органические вещества.
Поглощение воды и питательных веществ через корни, т. е. корневое питание, тесно связано с углеродным питанием растений через листья. Фотосинтез успешно протекать он может только при оптимальных условиях корневого питания.
Наиболее важный из этих факторов – водообеспеченность. Человек может ее регулировать (орошения). Остальные факторы (соотношение элементов минерального питания, осмотическое давление почвенного раствора, недостаток СО2) хотя в какой-то мере и уменьшают положительное влияние удобрений, но не являются решающими.
Регулирование процесса фотосинтеза и изыскание приемов, направленных на значительное повышение коэффициента использования солнечной энергии, – важный путь резкого повышения продуктивности земледелия и, следовательно, увеличения количества сельскохозяйственных продуктов.
КПД использования ФАР (фотосинтетической активности радиации) достаточно низок: всего 0,5-2%. Поэтому важной задачей в аграрном производстве является повышение коэффициента использования солнечной энергии. Согласно теории фотосинтетической продуктивности, имеется несколько способов интенсификации продукционных процессов, одним из которых является обеспечение продуктивности процесса основными ресурсами – углекислотой, водой, азотом и необходимыми элементами минерального питания.
Элементы минерального питания могут влиять на интенсивность фотосинтеза прямо или косвенно, через обмен веществ и рост. Прямое действие на фотосинтез связано с тем, что минеральные вещества входят в состав ферментов и пигментов или непосредственно участвуют в процессе фотосинтеза в качестве активаторов. Например, калий имеет отношение к переносу протонов через мембраны тилакоидов, фосфат содержатся — в нуклеотидах Недостаток минеральных веществ или нарушенное соотношение между поглощаемыми элементами может повлиять на содержание хлорофилла и на число, размеры и ультраструктуру хлоропластов, даже если данные элементы не входят в состав молекулы хлорофилла.
Особое занимает азот. До 65 % белка находится в хлоропластах, в том числе около 50 % в РДФ-карбоксилазе-ключевом (рибулезодифосфат(РДФ)-карбоксилазу )ферменте усвоения углекислого газа. При улучшении условий азотного питания увеличиваются количество этого фермента и его активность, что усиливает первичное связывание углерода с помощью РДФ-карбоксилазы. Однако усиление интенсивности усвоения СО2 при повышении уровня азотного питания происходит лишь до определенного предела.
N влияет на размеры и ультраструктуру хлоропластов, усиливая их гранальность; N - непосредственное участие в синтезе аминокислот – продуктов фотосинтеза, а косвенно он участвует в образовании зеленых пигментов в растении (хлорофилла) и в синтезе белков – элементов структуры хлоропластов, а также ферментов, ответствен-ных за различные реакции фотосинтеза.
Условия азотного питания оказывают влияние не только на интенсивность фотосинтеза, но и на интенсивность потока ассимилятов в аттрагирующие центры (точки роста, развивающиеся репродуктивные органы). Недостаток азота, фосфора или калия уменьшает их отток из листьев.
Повышение продуктивности фотосинтеза растения при усилении азотного питания происходит в основном в результате увеличения площади ассимиляционной поверхности и продолжительности жизнедеятельности листьев и других фотосинтезирующих органов. Однако увеличение площади листовой поверхности благоприятно отражается на урожае лишь до определенного предела (обычно 4–5 м2 площади листьев на 1 м2 посева). Затем происходят сильное самозатенение листьев, ухудшение освещенности внутри посевов, отмирание нижних листьев.
Фосфор необходим для процессов фотофосфорилирования, следовательно, он влияет на ход световой и темновой фаз фотосинтеза.
Прямое действие фосфора - остатки фосфорной кислоты входят в состав акцептора – соединения, связы-вающего СО2, и промежуточных продуктов фотосинтеза. Кроме того, с помощью световой энергии из неорганического фосфора и аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) синтезируется аденозинтри-фосфорная кислота (АТФ), участвующая в реакциях восстановления СО2. АТФ принимает участие в процессах фотосинтеза, дыхания, в биосинтезе белков, жиров, крахмала, сахарозы, аминокислот и многих других соединений Косвенное действие фосфора состоит в том, что фосфаты входят в состав фосфатидов и фосфопротеидов, а также нуклеиновых кислот.
Калий оказывает на фотосинтез, по-видимому, лишь косвенное действие, влияя на структуру фотосинтетического аппарата и активизируя ряд ферментов.
Ускорение потока энергии происходит благодаря активации калием ферментативных реакций, которые катализируют перенос богатых энергией фосфорных связей. Зеленые листья, в которых содержится достаточное количество калия, способны ассимилировать диоксид углерода в два раза больше, чем листья с низким содержанием калия. Калий способствует лучшему использованию железа при синтезе хлорофилла. Это особенно заметно при недостатке усвояемого железа в почве или в питательной среде
Для нормального процесса фотосинтеза необходим и ряд других элементов (Mg, Mn, Fe, В, Мо и т.д.).
Деятельность корней, поглощающих минеральные вещества, и фотосинтезирующих листьев тесно скоординирована. Поглощение азота корнями и его усвоение тесно связаны с фотосинтезом. Все синтетические превращения азота как в корнях, так и в надземных органах происходят с использованием энергии углеродных цепей, образованных в процессе фотосинтеза. Многие реакции непосредственно сочетаются с фото-синтезом и зависят от интенсив-ности света и концентрации СО2. Так, в хлоропластах совершается светозависимое восстановление значительной части нитратов, по-ступающих в растение.