Значение макро и микро элементов в жизни растения

Элементы, количество которых в растениях составляет про­центы или десятые доли процента, называют макроэлементами. К ним относят азот, фосфор, серу и катионы — калий, магний и кальций; железо занимает промежуточное положение между макро- и микроэлементами.

Азот. 

Азот хорошо усваивается растением из солей азотной кислоты и аммония. Он является одним из главнейших элементов корневого ‘питания, так как входит в состав белков всех живых клеток. Сложная молекула белка, из которого построена прото­плазма, содержит от 16 до 18% азота. Протоплазма представ­ляет собой живое вещество, в ней совершается главнейший фи­зиологический процесс — дыхательный обмен. Лишь вследствие деятельности протоплазмы в растении происходит сложный син­тез органических веществ. Азот является составной частью нуклеиновых кислот, входящих в состав ядра и являющихся но­сителями наследственности. Значение азота для растительной клетки определяется еще тем, что он является неотъемлемой частью хлорофилла — зеленого пигмента растений, от присут­ствия которого зависит фотосинтез; он входит в состав фермен­тов, которые регулируют реакции обмена веществ, и ряда вита­минов. Очень небольшое количество азота встречается в расте­нии в неорганической форме. При избытке азотного питания или при недостатке света в клеточном соке накапливаются нитраты.

Все формы азота в растении превращаются в аммиачные соединения, которые, вступая в реакцию с- органическими кисло­тами, образуют аминокислоты и амиды — аспарагин и глютамин. Аммиачный азот обычно не скапливается в растении в значи­тельных количествах. Это наблюдается только при недостатке углеводов; в этих условиях растение не может его переработать в безвредные органические вещества — аспарагин и глютамин. Избыток аммиака в тканях зачастую приводит к их поврежде­нию. Особенно с этим обстоятельством следует считаться при выращивании растений в теплице в зимнее время. Чрезмерная доза аммиачного азота в питательном растворе и недостаточ­ность освещения, которая снижает интенсивность фотосинтеза, могут привести к повреждению листовой паренхимы из-за скоп­ления аммиака.

Азот необходим овощным растениям в течение всей вегета­ции, так как они постоянно строят новые органы. Если растение испытывает недостаток в азоте, то это прежде всего сказывается на темпе роста. Новые побеги почти не образуются, размеры листьев уменьшаются. При отсутствии азота в старых листьях хлорофилл разрушается, вследствие -чего листья принимают бледно-зеленую окраску, а затем желтеют и отмирают. При сильном голодании начинают желтеть листья средних ярусов,а верхние листья принимают бледно-зеленую окраску. Бороться с этим явлением при выращивании растений без почвы довольно легко. Достаточно прибавить к питательному раствору азотно­кислую соль, чтобы дней через 5—6 листья приняли темно-зеле­ную окраску и растение начало образовывать новые побеги.

Сера.

Сера усваивается растениями только в окисленной форме—в виде аниона SO4". В растении основная масса аниона сульфата восстанавливается до —SH и —S—S— групп. В виде таких группировок сера входит в состав некоторых аминокислот и белков. Сера входит также в состав ряда ферментов, в том числе ферментов, участвующих в процессе дыхания. Таким об­разом, соединения серы играют важную роль в процессах обме­на веществ и энергии.

Часть серы находится в клеточном соке в виде иона сульфата. При распаде серосодержащих соединений в ‘присутствии кисло­рода происходит окисление восстановленной серы до сульфата. При отмирании корня в условиях, когда ему не хватает кислоро­да, серосодержащие соединения распадаются с образованием сероводорода, который ядовит для корня. Это одна из причин быстрой гибели корневой системы при затоплении ее и недостат­ке кислорода. Недостаток серы в питательном растворе наблю­дается редко. При недостатке серы, так же как и при недостатке азота, начинается разрушение хлорофилла, но первыми испыты­вают недостаток серы верхние листья.

Фосфор.

Фосфор усваивается растениями в окисленной форме в виде солей фосфорной кислоты. Фосфор входит в состав сложных белков — нуклеопротеидов, важнейших веществ ядра и плазмы. Фосфор входит также в состав фосфатидов и жироподобных веществ, играющих большую роль в образовании поверх­ностных мембран клетки, в состав ряда ферментов, многих фи­зиологически активных соединений. Он играет огромную роль в процессах гликолиза и аэробного дыхания. Освобождающаяся в этих процессах энергия накапливается в виде богатых энергией фесфатных связей; эта энергия затем используется для синтеза самых различных веществ.

Фосфор принимает участие и в таком важном процессе жиз­недеятельности растений, как фотосинтез. Фосфорная кислота в растении не восстанавливается, а связывается с органическими веществами, образуя фосфорные эфиры. Если фосфор в окру­жающей среде содержится в изобилии, то он накапливается в клеточном соке в виде минеральных солей, которые являются за­пасным фондом фосфора. Благодаря буферным свойствам соли фосфорной кислоты регулируют также кислотность содержимого клетки, поддерживая ее на благоприятном уровне. Фосфор осо­бенно необходим в ранние периоды жизни растений. При отсут­ствии фосфора в начале жизни и при последующей подкормке растения фосфорными солями листья растений некоторое время страдают из-за усиленного поступления фосфора и нарушенного

в связи с этим азотного обмена. Вот почему особенно необхо­димо с первых дней жизни обеспечить растению хорошее усло­вие фосфорного питания.

Катионы

Калий, кальций и магний усваиваются из любых раствори­мых солей, анионы которых не обладают токсическим действием. Доступными они являются и находясь в ‘поглощенном состоянии, т. е. связанные с каким-нибудь нерастворимым веществом, обла­дающим ясно отраженными кислотными свойствами. Попав в растения, калий и кальций в своей массе не претерпевают ника­ких химических превращений, но они необходимы для питания. Их нельзя заменить другими элементами, как нельзя ничем за­менить азот, фосфор и серу.

Основная физиологическая роль калия, кальция и магния, вернее их ионов, состоит в том. что, адсорбируясь на поверхности коллоидных частиц протоплазмы, они создают вокруг них опре­деленные электростатические силы. Эти силы играют немало­важную роль в создании структуры живого вещества, без кото­рой не могут происходить ни согласованная деятельность фер­ментов, ни синтез клеточных веществ. Ионы удерживают вокруг себя различное количество молекул воды, в результате чего объем иона является неодинаковым. Неодинаковы и силы, удер­живающие ион на поверхности коллоидной частицы. Ион каль­ция имеет наименьший объем — он с большей силой удержи­вается на поверхности коллоидов. Ион калия имеет наибольший объем, в силу чего образует менее стойкие адсорбционные связи и может быть вытеснен ионом кальция. Ион магния занимает промежуточное положение.

Поскольку, адсорбируясь, ионы стремятся удержать свою во­дяную оболочку, то они определяют оводненность и водоудерживающую силу коллоидов. При наличии калия водоудерживающая способность ткани увеличивается, при наличии кальция — понижается. Таким образом, решающим в создании определен­ных внутренних структур является соотношение катионов, а не только их абсолютное содержание.

Калий.

Калий в растениях содержится в больших количе­ствах, чем любой другой катион, особенно в их вегетативных частях. Основная масса калия сосредоточена в клеточном соке. В молодых клетках, богатых протоплазмой, значительная часть калия находится в адсорбированном состоянии. Калий оказывает большое влияние на коллоиды плазмы, он ‘повышает их гидро-фильность («разжижает» плазму). Калий является также ката­лизатором ряда синтетических процессов: как правило, он ката­лизирует синтезы высокомолекулярных веществ из более про­стых, способствует синтезу сахарозы, крахмала, жиров, белков. При недостатке калия процессы синтеза нарушаются, и в расте­нии скапливаются глюкоза, аминокислоты и продукты распададругих высокомолекулярных соединений. При недостатке калия на нижних листьях появляется краевой запал — края листовой, пластинки отмирают, листья приобретают характерную куполо­образную форму, на листьях появляются коричневые пятна. Об­разование коричневых пятен (некрозов) связано с нарушением азотного обмена и образованием в тканях трупного яда — путресцина.

Кальций.

Кальций поступает в растение в течение всей его> жизни. Часть кальция находится в клеточном соке. Этот кальций не принимает активного участия в процессах обмена веществ, он главным образом обеспечивает нейтрализацию избыточно обра­зующихся органических кислот. Часть кальция сосредоточена в. плазме — здесь кальций играет роль антагониста калия, он ока­зывает на коллоиды плазмы действие, противоположное калию, а именно — понижает гидрофильность плазменных коллоидов,, повышает их вязкость. Для нормального хода жизненных про­цессов очень важно оптимальное соотношение калия и кальция в плазме, так как именно это соотношение обусловливает опре­деленные коллоидные свойства плазмы. Кальций входит в состав ядерного вещества, а потому играет большую роль в процессах деления клетки. Велика роль кальция и в образовании клеточ­ных оболочек, особенно в формировании стенок корневых воло­сков, куда он входит в виде пектата. При отсутствии кальция в питательном растворе очень быстро поражаются точки роста надземных частей и корня, так как кальций не передвигается из старых частей растения к молодым. Корни ослизняются, рост их почти прекращается или идет ненормально. В искусственной культуре на водопроводной воде обычно симптомы недостатка кальция не проявляются.

Магний.

Магний поступает в растения в меньших количест­вах, чем калий и кальций. Тем не менее роль его в растении исключительна, так как магний входит в состав хлорофилла (Ую часть магния клетки входит в состав хлорофилла). Магний необходим также всем бесхлорофильным организмам, и его-роль не исчерпывается значением для процесса фотосинтеза. Магний является чрезвычайно важным и для дыхательного об­мена, он катализирует целый ряд реакций образования богатых энергией фосфатных связей и их переноса. Так как богатые энергией фосфатные связи участвуют в самых различных синте­зах, то без магния эти процессы не идут. При недостатке маг­ния разрушается молекула хлорофилла, ‘причем жилки листьев остаются зелеными, а участки тканей, расположенные между жилками, бледнеют. Это явление называется пятнистым хлоро­зом и очень характерно для недостатка магния.

Железо.

Железо поглощается из раствора как в виде растворенных солей, так и в виде комплексных и органических соединений. Содержание его в растениях невелико, обычно оно составляет сотые доли процента. В растительных тканях железо-

частично переходит в органические соединения. Ион железа спо­собен легко переходить из окисной формы в закисную, и обратно. В силу этого, находясь в составе ферментов, он прини­мает активное участие в окислительно-восстановительных про­цессах. Железо, в частности, входит в состав дыхательных фер­ментов (цитохрома, цитохромоксидазьв, каталазы и пероксидазы).

В состав молекулы хлорофилла железо не входит, но прини­мает деятельное участие в его образовании. При недостатке же­леза развивается хлороз — хлорофилл не образуется, листья при­нимают характерную желтую окраску. Поскольку подвижность железа в растительных тканях очень мала, железо, находящееся в старых листьях, не может быть использовано молодыми листьями. Этим объясняется, ‘почему хлороз всегда начинается с молодых листьев.

При недостатке железа изменяется не только окраска моло­дых листьев, но и фотосинтез; рост растений замедляется. Необ­ходимо поэтому при появлении первых ‘признаков хлороза при­нимать меры к его устранению. Если прибавить железо в пита­тельный раствор не позднее чем через пять дней после начала заболевания, то окраска листьев восстанавливается. Более позд­ние меры не приносят желаемого эффекта.

Микроэлементы

Кроме основных элементов, для роста растений необходим целый ряд так называемых микроэлементов. Они находятся в растении в ничтожных количествах, составляя тысячные доли процента его сырого веса. Микроэлементы усваиваются только при низких концентрациях соответствующих солей. При увеличе­нии дозы они становятся уже ядовитыми для растения. С этим обстоятельством приходится особенно считаться при выращива­нии растений без почвы. Микроэлементы не играют роли в осмо­тических свойствах клеточного сока, не могут участвовать в структурообразовании протоплазмы. Их количество слишком ничтожно для выполнения подобных функций. Роль их в жизни растений, подобно витаминам, связана с деятельностью фер­ментов.

Бор.

Из микроэлементов особо важен бор. Для того- чтобы растение нормально развивалось, его необходимо постоянно снабжать бором, так как он слабо ‘передвигается по растению. При отсутствии бора приостанавливается рост корней и назем­ной части. Точки роста отмирают, так как клетки молодой расту­щей ткани — меристемы перестают делиться. Внешние признаки недостатка бора схожи с недостатком кальция, так как метабо­лизм этого элемента тесно связан с бором. Бор принимает уча-спи1 п процессе прорастания пыльцы и росте завязи, поэтому при недостатке его резко снижается семенная продукция растений.Бор играет большую роль в передвижении сахаров; ряд борорга­нических соединений является активаторами роста.

Медь. Значительная доля меди сосредоточена в хлоропластах. По-видимому, медь катализирует какие-то реакции в фото­синтезе. При недостатке меди хлоропласты оказываются недол­говечными, медь, видимо, препятствует разрушению хлорофил­ла. Медь входит в состав ряда окислительных ферментов (полифенолксидаза, тирозиназа и др.). Медь играет большую роль и в белковом обмене.

Цинк.

Цинк входит в состав важного фермента — карбоангидразы. Кроме того, цинк участвует в синтезе аминокислоты триптофана, являющегося предшественником ростовых веществ (ауксинов) в растении.

Марганец.

Он очень важен для растения, так как катали­зирует реакции карбоксилирования и играет важную роль в фо­тосинтезе и дыхании. Органические и неорганические соединения марганца встречаются во всех частях растения. Преимуществен­но он скапливается в листьях и в точках роста — в молодой ра­стущей ткани, где наблюдается наибольшая физиологическая активность. Хотя марганец не входит в молекулу окислительных ферментов, его наличие способствует окислительным превра­щениям.

Присутствие марганца в питательном растворе повышает дыхание корней, при этом заметно увеличивается усвоение ни­тратного азота. Особенно характерным свойством марганца является его способность окислять соединения железа. При не­достатке марганца железо накапливается в закисной форме и, являясь ядовитым, отравляет растительную ткань. Наоборот, при большом количестве марганца все железо превращается в окисную форму. Из этого следует, что железо и марганец долж­ны находиться в питательном растворе в определенном соотно­шении, а именно: железа дается в четыре раза больше, чем мар­ганца. Такое соотношение является наиболее выгодным для растения.

Молибден.

Молибден необходим растениям в чрезвычайно малых количествах. Он катализирует процессы восстановления нитратов и синтеза белковых веществ.