Элементы питания растений
Любое растение – это настоящий живой организм, и для того, чтобы его развитие шло полноценно, требуются жизненно важные условия: свет, воздух, влага и питание. Все они равнозначны и недостаток одного пагубно сказывается на общем состоянии. В этой статье мы поговорим о такой важной составляющей в жизни растений, как минеральное питание.
Особенности процесса питания
Являющаяся основным источником энергии, без которой угасают все жизненные процессы, пища необходима каждому организму. Следовательно, питание – не просто важное, а одно из основных условий для качественного роста растения, и они добывают пищу, пуская в ход все надземные части и корневую систему. Посредством корней они извлекают из грунта воду и нужные минеральные соли, пополняющие необходимый запас веществ, осуществляя почвенное или минеральное питание растений.
Существенная роль в этом процессе отведена корневым волоскам, поэтому подобное питание носит еще одно название – корневое. С помощью этих нитевидных волосков растение вытягивает из земли водные растворы самых разных химических элементов.
Работают они по принципу насоса и располагаются на корне в зоне всасывания. Растворы солей, поступающие в ткани волоска, перемещаются в проводящие клетки — трахеиды и сосуды. По ним вещества попадают в проводные зоны корня, далее по стеблям распространяются по всем надземным частям.
Элементы минерального питания растений
Итак, пищей для представителей растительного царства служат вещества, получаемые из почвы. Питание растений минеральное или почвенное – это единство разных процессов: от поглощения и продвижения до усвоения элементов, находящихся в почве в виде минеральных солей. Исследования золы, оставшейся от растений, показали, как много в ней остается химических элементов и количество их в разных частях и разных представителях флоры не одинаково. Это является свидетельством того, что химические элементы поглощаются и скапливаются в растениях. Подобные опыты привели к следующим выводам: жизненно важными признаны элементы, находящиеся во всех растениях – фосфор, кальций, калий, сера, железо, магний, а также микроэлементы, представленные цинком, медью, бором, марганцем и др.
Несмотря на разное количество этих веществ, имеются они в любом растении, и замена одним элементом другого невозможна ни при каких условиях. Уровень наличия минеральных веществ в почве очень важен, поскольку от этого зависит урожайность сельскохозяйственных культур и декоративность цветущих. В разных почвах различна и степень насыщенности почвы нужными веществами. К примеру, в умеренных широтах России отмечается существенная нехватка азота и фосфора, иногда калия, поэтому обязательным является внесение удобрений – азотных и калийно-фосфорных. Каждому элементу отведена своя роль в жизни растительного организма.
Правильное питание растений (минеральное) стимулирует качественное развитие, которое осуществляется лишь тогда, когда все необходимые вещества в нужном количестве имеются в почве. Если наблюдается нехватка или излишек некоторых из них, растения реагируют изменением окраски листвы. Поэтому одним из важных условий агротехники сельскохозяйственных культур являются разработанные нормы внесения подкормок и удобрений. Отметим, что многие растения лучше недокормить, чем перекормить. Например, для всех ягодных садовых культур и их дикорастущих форм губителен именно избыток питания. Узнаем, как разные вещества взаимодействуют с тканями растения, и на что каждое из них влияет.
Азот
Один из самых необходимых для роста растения элементов – азот. Он присутствует в составе белков и аминокислот. Дефицит азота проявляется в изменении окраски листьев: на первых порах лист мельчает и краснеет. Существенная нехватка вызывает нездоровый желто-зеленый цвет или бронзово-красный налет. Первыми поражаются более старые листья снизу на побегах, затем по всему стеблю. При продолжающемся дефиците прекращается рост ветвей и завязывание плодов.
Излишнее удобрение азотными соединениями ведет к повышенному содержанию азота в почве. При этом наблюдают бурный рост побегов и интенсивное наращивание зеленой массы, что не дает возможности растению заложить цветковые почки. В результате продуктивность растения заметно снижается. Вот почему так важно сбалансированное минеральное почвенное питание растений.
Фосфор
Не менее важен в растительной жизнедеятельности и этот элемент. Он является составляющей частью нуклеиновых кислот, соединение которых с белками образуют нуклеопротеиды, входящие в состав ядра клетки. Фосфор концентрируется в тканях растений, их цветках и семенах. Во многом способность деревьев противостоять природным катаклизмам зависит от наличия фосфора. Он отвечает за морозоустойчивость и комфортное проведение зимовки. Дефицит элемента проявляется в замедлении деления клеток, прекращении роста растения и развития корневой системы, листва приобретает лилово-красный оттенок. Усугубление ситуации грозит растению гибелью.
Калий
В минеральные вещества для питания растений входит калий. Он необходим в наибольших количествах, поскольку стимулирует процесс всасывания, биосинтеза и транспортировки жизненно важных элементов во все части растения. Нормальное обеспечение калием повышает сопротивляемость растительного организма, стимулирует защитные механизмы, засухо- и холодоустойчивость. Цветение и плодообразование с достаточным обеспечением калием более эффективно: цветы и плоды значительно крупнее и ярче окрашены.
При нехватке элемента рост существенно замедляется, а сильный дефицит приводит к истончению и ломкости стеблей, изменению окраски листьев на лилово-бронзовую. Затем листья сохнут и разрушаются.
Кальций
Нормальное почвенное питание растений (минеральное) невозможно без кальция, который присутствует практически во всех клетках растительного организма, стабилизируя их функциональность. Особенно значим этот элемент для качественного роста и работы корневой системы. Недостаток кальция сопровождается задержкой роста корней и неэффективным формированием корневой системы. Проявляется недостаток кальция в покраснении кромки верхних листьев на молодых побегах. Усиливающийся дефицит добавит пурпурной окраски на всей площади листа. Если кальций так и не поступит в растение, то листья у побегов текущего года засыхают вместе с верхушками.
Магний
Процесс минерального питания растений при нормальном развитии невозможен без магния. Входя в состав хлорофилла, он является обязательным элементом процесса фотосинтеза. Активизируя ферменты, принимающие участие в обмене веществ, магний стимулирует закладку ростовых почек, прорастание семян и другую репродуктивную деятельность.
Признаки нехватки магния – появление красноватого оттенка в основании листьев, распространяющегося вдоль центрального проводника и занимающего до двух третей листовой пластины. Сильный дефицит магния приводит к омертвению листа, снижению продуктивности растения и его декоративности.
Железо
Отвечающий за нормальное дыхание растений, этот элемент незаменим в окислительно-восстановительных процессах, поскольку именно он является акцептором молекул кислорода и синтезирует вещества-предшественники хлорофилла. При дефиците железа растение поражает хлороз: листья светлеют и истончаются, приобретая желтовато-зеленую, а затем ярко-желтую окраску с темными ржавыми пятнами. Нарушение дыхание провоцирует замедление роста растений, значительное снижение урожайности.
Марганец
Ничуть не преувеличивая значения необходимых микроэлементов, вспомним о том, как реагируют на них растения и почва. Минеральное питание растений дополняется марганцем, обязательным для продуктивного течения процессов фотосинтеза, а также синтеза белков и др. Нехватка марганца проявляется в слабой молодой поросли, а сильный дефицит делает ее нежизнеспособной – листья на стеблях желтеют, верхушки побегов засыхают.
Цинк
Этот микроэлемент – активный участник в процессе образования ауксина и катализатор роста растения. Являясь обязательным компонентом хлоропластов, цинк присутствует при фотохимическом расщеплении воды. Он необходим при оплодотворении и развитии яйцеклетки. Дефицит цинка становится заметным в конце периода вегетации и во время отдыха – листья приобретают лимонный оттенок.
Медь
Питание растений минеральное или корневое будет неполным без этого микроэлемента. Входящая в состав целого ряда ферментов, медь активизирует такие важные процессы, как дыхание растения, белковый и углеводный обмены. Производные меди – обязательные компоненты фотосинтеза. Недостаток этого элемента проявляется засыханием верхушечных побегов.
Бор
Стимулирующий синтез аминокислот, углеводов и белков, бор присутствует во многих ферментах, регулирующих обмен. Признаком острой нехватки бора является появление пестрых пятен на молодых стеблях и проявляющийся синеватый оттенок листьев у основания побегов. Дальнейший дефицит элемента приводит к разрушению листвы и гибели молодой поросли. Цветение получается слабое и непродуктивное – плоды не завязываются.
Мы перечислили основные химические элементы, необходимые для нормального развития, качественного цветения и плодоношения. Все они, правильно сбалансированные, составляют качественное минеральное питание растений. И значение воды также переоценить сложно, ведь все вещества из почвы поступают в растворенном виде.
Источник: FB.ru
Элементы питания растений относятся к факторам внешней среды и в то же время принципиально отличны от ряда других факторов (температуры, рН и т.д.), так как в процессе поглощения превращаются из внешнего фактора среды во внутренний фактор растительного организма.
Существуют два типа питания живых организмов: автотрофный — усвоение минеральных солей, воды и диоксида углерода и синтез из них органического вещества, и гетеротрофный — использование организмами готовых органических веществ. Животные и большинство микроорганизмов относятся к гетеротрофам. Растения — автотрофные организмы.
Благодаря процессу питания (воздушному и корневому) растение создает свои структурные элементы и при хорошо сбалансированном питании быстро наращивает массу.
В основе жизни растительного организма лежит многообразие реакций обмена как с внешней средой, так и внутри клетки и между клетками или различными органами. При этом сбалансированное поступление отдельных химических элементов обеспечивает последовательность и сопряженность всех биологических реакций и физиологических функций организма.
Основным процессом, в результате которого создаются органические вещества в растениях, является фотосинтез, хотя растения в небольших количествах могут усваивать из окружающей среды аминокислоты, ростовые вещества, витамины, антибиотики, а также СО2 в процессе темновой фиксации. Интенсивность усвоения элементов минерального питания зависит не только от биологических особенностей данного растения и условий внешней среды (наличие элементов в доступной форме и в достаточном количестве в почвенном растворе, необходимая температура, аэрация почвы и т.д.), но и от количества энергии и органических веществ, образованных им в процессе фотосинтеза.
Поступление минеральных веществ в растение лимитируют многие факторы. Растение через листья получает 95 % и более диоксида углерода и может усваивать путем некорневого питания из водных растворов также зольные элементы, серу и азот. Однако основное количество азота, воды и зольных элементов поступает в растение из почвы через корневую систему.
В зависимости от биологических особенностей и условий выращивания растения развивают корневую систему различной мощности. На бедных почвах и в засушливых районах в поисках пищи и воды они создают относительно большую массу корней.
Применение удобрений, как правило, несколько уменьшает соотношение массы корней и надземной массы растения, но повышает абсолютную величину этого показателя и глубину распространения корневой системы. Таким образом, удобрение сельскохозяйственных культур не только увеличивает надземную массу, но и положительно действует на развитие корневой системы.
Теория минерального питания получила подтверждение в 1858 г., когда в искусственной питательной среде (водная культура) впервые удалось довести растение до полного созревания. Позднее была предложена полная питательная смесь для выращивания растений в песчаных культурах.
О природе поглощения веществ живой клеткой определенные высказывания сделал еще Дютроше (1837), который считал, что проникновение в клетку воды и растворенных в ней веществ происходит путем диффузии через пористые цитоплазматические мембраны.
Сакс отмечал «накопляющую диффузию», так как химические процессы, происходящие в клетке, постоянно нарушают равенство концентраций веществ внутри клеток и в окружающем их растворе.
Сторонниками диффузионно-осмотической теории были Пфеффер, Де Фриз, Майер и другие ученые. Согласно этой теории через корневую систему в растения вместе с водой засасываются питательные вещества, а вода постоянно испаряется. Таким образом, поступление питательных веществ находится в прямой зависимости от интенсивности транспирации растений. Однако имевшиеся данные о закономерностях поступления веществ в растения не укладывались в рамки представлений диффузионно-осмотической теории.
Отсутствие определенной зависимости между поступлением воды и питательных веществ в растения отмечал еще К.А. Тимирязев, который писал, что для питания растения не нуждаются в тех громадных количествах воды, которые они испаряют. Это же положение было развито в работах Д.А. Сабинина. Им было показано, что при небольших количествах веществ в питательном растворе они значительно концентрируются в пасоке растений.
В конце XIX в. Овертоном была выдвинута липоидная теория, согласно которой проникновение веществ в клетку происходит в результате их растворения в липидных компонентах цитоплазменных мембран. Им наблюдалась корреляция между скоростью проникновения основных анилиновых красок в клетки растения с их растворимостью в липидах.
Траубе и Руланд, авторы ультрафильтрационной теории, считали, что проникновение питательных веществ через цитоплазменную оболочку зависит от величины ее пор и размера молекул. Дравет наблюдал зависимость проникновения изучаемых кислых красок от размеров их молекул. Однако такие факты, как поглощение растениями аминокислот, фитина и других органических веществ с большим размером молекул, не укладываются в рамки данной теории.
В начале XX в. Дево установил возможность быстрого связывания катионов из сильно разбавленных растворов растительными клетками. Это положение способствовало возникновению и развитию адсорбционной теории. Было показано, что связанные катионы на основе взаимного эквивалентного обмена могут вытесняться обратно из тканей другими катионами. Таким образом, поглощение одних ионов сопровождается вытеснением других, причем интенсивность процесса зависит от концентрации и времени.
Во многих исследованиях Д.А. Сабинина и других ученых прослеживается связь поглощения веществ с уровнем жизнедеятельности клеток, показана активная роль корневой системы в процессе поглощения веществ. Содержание веществ в пасоке зависит от обеспеченности растений элементами питания, а также от видовых особенностей и возраста растений. Разная физиологическая активность клеток и тканей определяет их различный химический состав, неодинаковые электрические свойства.
Уровень метаболизма тканей определяет и уровень поглощения веществ. Стюардом, Лундегордом, Бюрстремом и другими учеными была установлена тесная связь дыхания тканей с процессом поглощения ионов минеральных солей. В работах Хогланда и Бройера показано, что увеличение поглощения веществ клетками и тканями растений наблюдается при лучшей аэрации питательного раствора, внесении глюкозы, повышении температуры и других условиях, вызывающих активизацию дыхания.
Д.А. Сабининым была доказана связь питания растений с образованием и развитием отдельных органов.
В приведенном кратком изложении исследований по минеральному питанию растений обсуждаются следующие теории: диффузионно-осмотическая, липоидная, ультрафильтрационная, адсорбционная.
Перечисленные теории имеют определенное значение в развитии взглядов на процесс поступления веществ в растения. Они, по существу, правильно, хотя и упрощенно, отражают различные стороны поступления элементов минерального питания.
В последние десятилетия теория поступления элементов минерального питания растений значительно эволюционировала, но и в современном виде включает ряд основных понятий из ранее выдвинутых теорий.
Корень — специализированная часть растения, закрепляющая его в почве и выполняющая функции поглощения, первичного усвоения, включения в метаболизм, распределения и транспорта воды и минеральных веществ. Он является органом, в котором осуществляются многочисленные биосинтетические процессы и выполняется ряд специальных функций.
Мощность и характер развития корневой системы в значительной мере определяют способность растений к усвоению питательных веществ. Общим является то, что основную массу питательных веществ поглощают молодые, растущие участки корня.
Зоны роста растущей части корня представлены зоной деления (меристемой), в которой клетки еще не дифференцированы на ткани, зоной растяжения и зоной корневых волосков, имеющей развитые элементы ксилемы и флоэмы и эпидермис с корневыми волосками (рис.). Клетки зоны корневых волосков наиболее интенсивно поглощают элементы минерального питания по сравнению с зоной деления и зоной растяжения.
Корневая система полевых культур представляет собой огромную поглощающую поверхность. Наибольшего развития поверхность корней, в том числе и деятельная, достигает, как правило, в период цветения (таблица).
Источник: universityagro.ru
Фосфор
Томат, баклажан, перец, лук, салат, редис плохо усваивают питательный элемент фосфор.
А для свеклы, огурца, капусты, арбуза, дыни, тыквы фосфор является необходимым питательным элементом.
Фосфор необходим растениям в начале вегетации для усиления их роста. Во второй период вегетации фосфор способствует повышению устойчивости растений к болезням, ускорению развития растений, закладке и росту генеративных органов, плодов и семян), а также запасающих органов (корнеплодов, луковиц, клубней), ускоряет их созревание, улучшает качество продукции и ее сохраняемость.
Особенно отзывчивы на фосфор плодовые овощные культуры: томат, баклажан, арбуз, дыня, тыква.
Азот
Этот элемент необходим растениям для синтеза белков и аминокислот, способствует росту вегетативных органов (стеблей, листьев), поэтому он особенно нужен листовым культурам.
Однако, избыточное внесение азотных удобрений приводит к чрезмерному росту вегетативной массы, задержке формирования и созревания генеративных органов, что ведет к более позднему поступлению урожая, снижению урожайности и ухудшению качества продукции.
Кроме того, под влиянием избыточного и несвоевременного внесения азотных удобрений ослабляется способность растения противостоять заморозкам и болезням, ухудшается лежкость полученной продукции.
Избыточное несбалансированное питание растений азотом способствует накоплению в овощах вредных для здоровья нитратов и нитритов.
Калий
Калий участвует в биосинтезе белков и углеводов, входит в состав золы, повышает прочность стеблей, способствует удержанию воды в клетках, передвижению веществ из вегетативных органов в генеративные, усвоению азота и фосфора.
Он повышает устойчивость растений к болезням, ускоряет созревание плодов и формирование запасающих органов, повышает их качество и лежкоспособность.
Источник: azbukaogorodnika.ru
