Для определения влияния минерального вещества на рост растений. Влияние минеральных удобрений на рост и развитие растений

Детский сад № 4 "Золотая рыбка"

город Карпинск Свердловской области

 

Влияние минеральных веществ на рост и развитие растений. Для определения влияния минерального вещества на рост растений


Влияние минеральных веществ на растения

Название вещества

Какую роль играет

Признаки недостатка вещества

Где вещество содержится

Азот

Участвует в питании корней

Замедляется рост растения, меняется окраска листьев

Аммиачная и кальцевая селитры, а также мочевина

Бор

Стимулирует дыхание корневой системы

Растение реже цветет, его корни постепенно отмирают, рост молодых побегов прекращается

Содержится в борной кислоте

Железо

Стимулирует образование хлорофилла

Рост растения замедляется, листья его становятся светло-желтого цвета

Источник содержания – сульфат и хлорид железа

Калий

Регулирует испарение влаги листьями цветка

У растения засыхают кончики листьев, а на самих листьях появляются коричневые пятна

Калийная соль и хлористый калий

Кальций

Способствует развитию сильной корневой системы и укреплению иммунитета ко многим болезням

Прекращают расти корни и молодые побеги

Кальций сернокислый и кальций азотнокислый

Марганец

Принимает участие в процессе фотосинтеза и дыхания растения

Растение накапливает железо, и фотосинтез постепенно прекращается

Сульфат марганца

Магний

Также участвует в процессе дыхания растения и фотосинтезе

Хлорофилл в листьях разрушается и появляется эффект их прозрачности

Сульфат магния

Медь

Стимулирует обмен белков и углеводов

Растение поражается грибковыми заболеваниями

Сульфат меди

Молибден

Способствует водообмену и азотному обмену растений

Листья растения тускнеют

Молибдат аммония

Фосфор

Участвует в процессе дыхания растения, фотосинтезе и развитии корневой системы растения

Рост и цветение растения прекращается, также прекращается образование корней

Фосфорнокислый калий и удобрение суперфосфат

Цинк

Стимулирует образование хлорофилла и необходимых для роста растения веществ

Листья растения становятся мелкими, на них появляются прозрачные пятна

Сульфат цинка

www.adviceskilled.ru

Влияние минеральных веществ на рост растений — курсовая работа

Магний входит в состав хлорофилла. Так же является активатором многих ферментов.

 

 

1.3 Недостаток и переизбыток минеральных веществ при росте растения

 

 

У растений есть болезни, вызываемые болезнетворными агентами, в частности  вирусами, которые проникают в  растения и убивают их. Однако наиболее распространенными заболеваниями  являются дефициты минерального питания. Дефициты или недостаточность минерального питания возникают, когда растения не получают, или получают в избыточном количестве необходимые им элементы питания. Почва не может производить больше, чем позволяет ей наиболее лимитирующий фактор, независимо от того, какой именно элемент питания является лимитирующим. Не имеет значения, сколько необходимых элементов питания не хватает в почве, все дефициты можно устранить без потери урожая или снижения его качества. Дефициты следует распознавать на ранних стадиях роста растений и необходимо немедленно проводить соответствующую корректирующую обработку. По этой причине очень важны точный диагноз и правильная коррекция дефицитов минерального питания. К счастью, недостаточность минерального питания у растений легко устранима, если характер недостаточности правильно диагностирован. Когда растения страдают от дефицитов минерального питания, это очень хорошо видно по таким признакам, как изменение окраски листьев, в частности пожелтение, появление различных пятен и побуревших, как бы «обожженных» краев, появление пустот в серединах стеблей или расщепление вершин. Даже если хорошие семена были посеяны в идеальную почву, у растений, тем не менее, могут появиться дефициты питания. Чтобы развиваться и созревать, растения нуждаются в постоянном поступлении минеральных веществ и воды.

Интенсивный фосфорный обмен в растении начинается сразу же при  прорастании семени. При набухании семени усиливается деятельность ферментов. Под их действием сложные безазотистые вещества — крахмал и дисахариды — превращаются в простые соединения, которые и используются зародышем для развития. Протеолитические ферменты расщепляют белковые вещества семени до амидного азота и аминокислот, которые интенсивно расходуются на синтез белков и других сложных органических соединений в процессе роста молодого растения.

Во всех этих процессах фосфорная  кислота не только источник энергии, но и необходимый элемент в  углеводном обмене, накоплении сахарофосфатов, нуклеиновых кислот, в синтезе нуклеопротеидов и других сложных органических соединений, неблагоприятных для ростовых процессов.  Поэтому все растения чувствительны к фосфатному голоданию в самом раннем возрасте, когда усваивающая способность их неразвитой корневой системы весьма слабая. Фосфорное голодание растений в ранний период роста настолько нарушает метаболизм, что его невозможно полностью исправить последующим нормальным питанием. Мало того, голодавшие в начале развития культуры отрицательно реагируют на обильное фосфатное питание в дальнейшем.

При недостатке фосфора - листья становятся темнозеленого цвета, приобретают несколько голубоватый оттенок, рост побегов и корней сильно замедляется, новые листья мелкие, задержка цветения.  Растение темнеет, сине-зеленый цвет с малиновой нижней частью нижних листьев. Чахлый рост. Недостаток фосфора у томата вызывает завертывание во внутрь долей листа.

Дефицит калия приводит к нарушению  различных метаболических процессов, что приводит к снижению продуктивности культур и качества урожая. Недостаток калия в растении может быть неявным. Часто на первой стадии происходит только замедление скорости роста и развития растения, часто называемые «скрытым голоданием». Видимые симптомы голодания калием появляются на поздних стадиях, при появлении хлороза и омертвлении тканей растений. Исследованиями В.Е. Таирова доказано, что при дефиците калия из старых отмерших органов растений элемент перемещается в молодые ткани, при этом используется растениями повторно.

Растения с недостаточным питанием калием часто более чувствительны  к заморозкам. Повышенная сопротивляемость заморозкам зависит от физиологических и морфологических особенностей, таких как здоровые крепкие корни, широкие сосуды ксилемы, высокое содержание сахаров и углеводов, пониженная транспирация и потери воды. Он влияет на многие из этих факторов, нивелируя отрицательное влияние зимних холодов.

Растения с достаточным снабжением калием могут использовать почвенную  влагу намного эффективнее. Он повышает способность растений переносить засуху, стимулируя всасывание воды корнями и снижая транспирацию с поверхности листовых пластинок.

Калий особенно необходим цветкам, при его недостатке цветки не образуются либо они очень мелкие. При недостатке фосфора и калия листья желтеют с краев и начинают постепенно опадать, рост растений резко задерживается. Характерный признак калийного голодания - светлая каемка по всей поверхности листа. Кроме того, при недостатке калия растения легче подвергаются грибным заболеваниям.

Азот особенно необходим листьям. При недостатке азота листья становятся бледно-зелеными, рост растений задерживается, листья мельчают.

Избыток данного элемента - листья становятся темно-зелеными, цветение  задерживается.

Магний как питательный элемент  выполняет различные функции  в растении. Например, при его  дефиците может синтезироваться  недостаточно хлорофилла, ослабевают общая ассимиляция, устойчивость растений к болезням и неблагоприятным погодным условиям. Установлено, что сильные поражения фитофторозом развиваются именно на почвах с недостатком магния. Недостаток магния сопровождается хлорозом листьев – они начинают бледнеть, или розоветь между жилками от середины к краям, становятся пестрыми, а края листьев скручиваются. Плохо развивается корневая система, растения истощаются.

Пожелтение кончиков нижних листьев  – один из первых симптомов дефицита бора. Уязвимость листвы – характерный  признак. Коричневый окрас кончиков листьев обычно ассоциируется с  разрывом главной артерии листа  в результате характерной уязвимости. [6]

При дефиците серы листья растений приобретают  светло-зеленую окраску, а позднее  желтую, частично с красноватым оттенком. В отличие от недостатка азота, недостаток серы проявляется сначала на молодых. Стебли становятся тонкими, хрупкими, одревесневшими и жесткими. Она участвует в обмене и транспорте веществ, в общих процессах ионного равновесия в клетках растений. Входит в состав белков, являясь одним из исходных продуктов для биосинтеза аминокислот. 

 

 

    1.  Восстановление баланса минеральных веществ

 

 

Огромное значение удобрений в  повышении плодородия почв и урожаев  сельскохозяйственных культур доказано многочисленными опытами научных учреждений, а также подтверждено практикой мирового земледелия.     В течение длительного времени единственным удобрением был навоз. Использование минеральных удобрений началось со второй половины XIX века. Однако и сейчас навоз остается важнейшим удобрением в связи с тем, что содержит все необходимые растениям питательные вещества и способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Применение навоза обеспечивает повторное использование в хозяйстве большого количества ранее усвоенных растениями питательных веществ из почвы и удобрений.

По оценкам специалистов, около  половины всего прироста урожая сельскохозяйственных культур получают за счет применения удобрений.    Эффективность удобрений в различных климатических условиях неодинакова и зависит от свойств почвы. Положительное воздействие оказывают удобрения на всех почвах при орошении и в районах с достаточным увлажнением. Минеральные удобрения при правильном использовании значительно повышают урожайность, а также улучшают качество продукции, вследствие чего их применение обуславливает высокий экономический эффект. В первый год окупаются все затраты на удобрение и обеспечивается получение высокого дохода. Вся история мирового земледелия свидетельствует о существовании прямой зависимости урожайности культур от количества применяемых удобрений.     Для получения планируемых урожаев полностью обеспечиваются удобрениями посевы на мелиорированных землях с регулируемым водным режимом, так как в этих условиях применение удобрений чрезвычайно эффективно. Высоким уровнем использования удобрений характеризуются районы с достаточным увлажнением, где получают хорошую оплату единицы удобрений и обеспечивается стабильное производство сельскохозяйственной продукции.

Применение удобрений имеет  огромное значение в решении важных народно-хозяйственных задач, например в увеличении производства зерна, пшеницы и в обеспечении животноводства кормами. [7]

Эффективность минеральных удобрений  зависит от правильного их применения в сочетании с органическими, приемами химической мелиорации в комплексе  с использованием химических средств  защиты растений, а также регуляторов  роста при выращивании сортов с большой продуктивностью. Все  перечисленные условия эффективного применения удобрений учитываются при современных технологиях возделывания культур, один из важнейших элементов которых – обеспечение оптимального режима питания растений на протяжении вегетации с помощью удобрений.     Удобрения можно классифицировать на минеральные и органические. Минеральные удобрения, в свою очередь, подразделяются на азотные, нитратные, фосфорные, калийные, микроудобрения. К органическим относятся навоз, птичий помет, торфяные компосты, и зеленое удобрение. 

Минеральные удобрения содержат питательные  вещества в виде различных минеральных  солей. В зависимости от того, какие  питательные вещества входят в них, удобрения подразделяются на комплексные и простые.     Минеральные удобрения – сильное средство воздействия на физические, химические и биологические свойства почвы и сами растения. В почве минеральные удобрения подвергаются разнообразным превращениям, которые влияют на растворимость содержащихся в них питательных веществ, на способность к передвижению в почве и доступность растениям. Характер и интенсивность этих превращений зависят от свойств почвы. Они обогащают почву питательными элементами, изменяют реакцию почвенного раствора, влияют на микробиологические процессы и др.

Так как питание растений осуществляется главным образом через корни, то внесение минеральных удобрений  в почву позволяет активно  воздействовать на рост и развитие растений, а следовательно, на общую биологическую продуктивность поля, луга и тому подобных.

Они содержат питательные вещества в форме органических соединений растительного или животного происхождения. Органические удобрения оказывают многостороннее агрономическое действие на свойства почвы. При разложении их в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов образуются доступные растениям минеральные соединения N, Р, К, Са, S и других элементов и перегной, или гумус.

Выделяющийся при этом углекислый газ насыщает почвенный воздух и  приземной слой атмосферы, улучшая  углеродное питание растений. При  систематическом внесении органических удобрений улучшаются физико-химические и химические свойства почвы, ее водный и воздушный режимы, активизируется жизнедеятельность полезных микроорганизмов.

Через органические удобрения в  основном осуществляется круговорот питательных  веществ по схеме: почва – растения – животные – почва. Применение органических удобрений позволяет  вносить минеральные удобрения  в больших дозах и получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур. [9]

Большая часть садовых растений предпочитает почвы со средним уровнем  кислотности. Однако это не означает, что почвы не нуждаются в проведении каких-либо мелиоративных работ. Не стоит забывать, что высокая кислотность  почвы оказывает негативное влияние  на растения, причем не только прямое, но и косвенное. Так, кислые почвы  после таяния снегов или продолжительных  дождей долго остаются влажными, а, просохнув, сразу же покрываются  плотной коркой, препятствующей проникновению  воздуха к корням растений. При  этом питательные вещества, содержащиеся в кислых почвах или вводимые в  процессе подкормки, плохо усваиваются  различными культурами, в результате в почве скапливаются вредные  вещества и развиваются бактерии, что негативно отражается на состоянии  растений.

Характерным признаком кислой почвы  является наличие на поверхности  земли белого налета, напоминающего  по внешнему виду пепел золы. Кроме  того, на кислотность почвы того или иного участка указывает  и произрастание на нем в больших  количествах щавеля, хвоща и грубых диких злаков. Чтобы уменьшить кислотность почвы в нее вносят известь.

 

 

 

 

 

 

2 Влияние минерального питания на рост растений

 

2.1 Методы определения минеральных  веществ

 

Определение содержания любого химического  элемента в растении включает в качестве обязательной процедуры, предшествующей самому определению, стадию разложения (дигестии) образца.

В практике биохимического анализа  используют в основном два метода -- сухое и мокрое озоление. В обоих случаях процедура обеспечивает минерализацию всех элементов, т. е. перевод их в форму, растворимую в том или другом неорганическом растворителе.

Мокрое озоление - основной способ разложения органических соединений азота и фосфора, и в ряде случаев оно более надежно при определении многих других элементов. При определении бора может быть использовано только сухое озоление, так как большая часть соединений бора улетучивается с парами воды и кислоты. [10]

Метод сухого озоления применим для анализа содержания в би-ологическом материале почти всех макро- и микроэлементов. Обычно сухое озоление растительных проб проводят в электрической муфельной печи в фарфоровых, кварцевых или металлических тиглях (или чашках) при температуре, не превышающей 450- 500° С. Лучше всего тигли из кварца, однако обычно применяют тигли из тугоплавкого стекла или фарфора. Для некоторых специальных исследований могут потребоваться платиновые тигли. Низкая температура во время сжигания и правильный выбор материала тигля позволяют избежать потерь от улетучивания и потерь вследствие образования плохо растворимых в соляной кислоте окислов определяемого элемента. Окислы могут возникать при реакции с материалом, из которого изготовлены тигли.

student.zoomru.ru

Влияние минеральных удобрений на рост и развитие растений — Студопедия.Нет

Содержание минеральных элементов в растениях

Сельскохозяйственные растения способны поглощать из окружающей среды в больших или маленьких количествах почти все элементы периодической системы Менделеева. Возможно, для существования растительного организма, нужна лишь определенная группа, основных питательных элементов, которые не могут быть заменены другими химическими элементами периодической системы. Основные питательные элементы, которые необходимы для роста и развития растений: (табл.1.1)

Таблица 1.2.

Химические элементы, содержащиеся в растениях [по Mengel, Kirkby, 1987, с. 61]

Медь Cu Калий K Сера S
Водород H Кальций Ca Молибден Mo
Кислород O Магний Mg Бор B
Азот N Железо Fe Хлор Cl
Фосфор P Марганец Mn (Натрий) Na
Цинк Zn Углерод C (Кремний) Si
        (Кобальт) Co

 

Среди этих элементов всего 16 являются собственно минеральными. Химические элементы Na, Si и Co приведены в скобках, поскольку их потребность для всех высших растений пока не известна. Поступление натрия в повышенных количествах необходимо некоторыми видами сем. Chenopodiaceous (маревых), например свекле, а также видам, адаптированным к условиям засоленности. Для риса кремний является необходимым элементом периодической системы [Кравченко, 2014, с. 76].

Главные элементы – углерод, водород, кислород, азот – являются органогенами. Количество углерода в среднем составляет 45%, кислород – 42, водород – 6,5 и азот – 1,5, а все вместе – 95% сухой массы тканей растений. Остальные 5% приходятся на зольные вещества: Р, S, К, Са, Mg, Fe, Al, Si, Na и др. Однако о минеральном составе растений обычно судят по количеству золы остающейся после сжигания растений – органического вещества. Количество минеральных компонентов (или их окислов) в растении проявляются, как правило, в процентах по отношению к массе сухого вещества или в процентах к массе золы растений.  Названные выше вещества золы относят к макроэлементам входящие в состав растений [Там же с. 77].

Химические элементы, называют микроэлементами, если присутствуют в тканях в концентрациях 0,001 % и ниже от сухой массы тканей. Данные компоненты играют одну из главных ролей в обмене веществ (Марганец, Медь, Цинк, Кобальт, Молибден, Вор и Хлор).

Под воздействием окружающей среды может сильно изменится количество того или другого элемента. Элементы Al, Ni, F и другие могут собираться в растениях до уровня интоксикации. Есть среди высших растений такие виды, которые относительно различаются по количеству в тканях таких элементов, как Na, о чем уже было написано выше, и Са, в связи, с чем авторы выделяли группы растений натриефилов, кальциефилов (например, большинство бобовых, в том числе фасоль, бобы, клевер), кальциефобов (щавелек, люпин, белоус, и др.). Данные видовые свойства обусловлены характером почв в местах произрастания и возникновения видов, генетически определенно закрепленной ролью, которую указанные элементы играют в обмене веществ растительных организмов [Там же с. 78].

Большое количество минеральных элементов находится в листьях, у которых зола может составлять от 2 до 15% от массы сухого вещества растения. Минимальное содержание золы (0,4-1%) обнаружено в стволах древесных [Там же с. 79].

 

Азот

 

Шотландским химиком был открыт в 1772 г. химический элемент азот, ботаником и врачом Д. Резерфордом как газ, не поддерживающий дыхание и горение веществ. Возможно, он и был назван азотом, что значило «нежизненный». Азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот и многих жизненно важных органических веществ на Земле. Прекращение недостатка некоторых незаменимых азотсодержащих соединений, таких как  аминокислоты, витамины и др. – наиболее острая проблема продовольственных программ человечества на данный момент [Амелин, 1999, с. 17].

Химический элемент азот является одним из наиболее широко распространенных элементов в природе. Азот составляет 75,6% воздуха по массе. По подсчетам ученых запасы N2 в атмосфере оцениваются величиной 4 • 1015 т. В земной поверхности столб воздуха над 1 м2 содержит 8 т азота. Содержание молекулярного азота как такового не усваивается высшими растениями и может переходить в доступную для них форму только благодаря деятельности микроорганизмов-азотфиксаторов [Там же с. 18].

Количество связанного азота в литосфере также значительны и оцениваются величиной 18 • 1015 т. В почве сосредоточена лишь минимальная часть литосферного азота Земли, от общего запаса в почве прямо доступно растениям только 0,5-2%. В среднем на 1 га пахотного чернозема, содержит не более 200 кг доступного растениям азота, а на подзолах его количество в 3-4 раза меньше непосредственно. Данный азот представлен главным образом в форме ионов Nh5+- и NO3– [Там же с. 20].

Азотфиксаторы свободноживущие – гетеротрофы, нуждаются в углеводном источнике питания и поэтому часто связаны с микроорганизмами, способными к разложению целлюлозы и других полисахаридов растений. Поселяются на поверхности корней высших растений, бактерии родов Azotobacter и Beijerinckia. Сведения ассоциации поясняются тем, что в качестве источника углерода бактерии перерабатывают продукты, выделяемые в ризосферу корневой системы [Там же с. 21].

 Главное место занимают цианобактерии, в частности Tolypothrixtenius. Их содержание увеличивает урожай риса в среднем на 20%. В целом же сельскохозяйственное значение свободноживущих азотфиксаторов не столь велико. В умеренном климате ежегодная фиксация ими азота составляет, как правило, несколько килограммов азота на 1 га, но при наличии в почве благоприятных условий (например, большое количество органических остатков) она может достигать 20 — 40 кг N/га [Там же с. 22].

Главными азотофиксаторами принято считать прежде всего бактерии относящиеся к роду Rhizobium, образующие клубеньки на корнях бобовых растений, а также некоторые актиномицеты и цианобактерии. Всего насчитывается около 190 видов растений разных семейств, способных симбиотически усваивать азот. К ним относятся некоторые деревья и кустарники: ольха, восковница, лох, облепиха и бовых растений, населдр. Клубеньки, вырастающие на корнях ольхи и некоторых других небоены актиномицетами рода Frankia [Там же с. 23].

 Бактерии рода Rhizobium живут в симбиозе с бобовыми растениями и фиксируют в среднем от 100 до 400 кг N/га в год. Среди бобовых культур люцерна может накопить за год до 500-600 кг N/га, клевер — 250-300, люпин – 150, кормовые бобы, горох, фасоль – 50-60 кг N/га. За счет пожнивных остатков и сидерации эти растения существенно обогащают почвы азотом [Там же с. 24].

Запасы азота в почве могут пополняться различными способами. При возделывании сельскохозяйственных культур много внимания уделяют внесению минеральных удобрений. В естественных же условиях главная роль принадлежит специализированным группам микроорганизмов. Это азотфиксаторы, а также почвенные бактерии, способные минерализовать и переводить в форму Nh5+ или NO3- не доступный растениям органический азот растительных и животных остатков и азот гумуса, на долю которых приходится главная часть агропочвенного азота [Баранов, 1961, с. 121].

Содержание в почве доступного растениям азота определяется не только микробиологическими процессами минерализации органического азота и азотфиксации, а также скоростью поглощения азота растениями и его вымыванием из почвы, но и потерями азота в процессе денитрификации, осуществляемой анаэробными микроорганизмами, способными восстанавливать ион N03-до газообразного N2. Этот процесс особенно усиленно протекает во влажных затопляемых слабоаэрируемых почвах, в частности на рисовых полях [Там же с. 134].

Таким образом, азот – очень популярный элемент, циркулирующий между атмосферой, почвой и живыми организмами.

 

Фосфор

 

Фосфор – жизненно важный элемент для роста и развития растения, является основным элементом питания. Он поглощается ими в виде высшего окисла РО43- и не изменяется, включаясь в органические соединения. В растительных тканях концентрация фосфора составляет 0,2-1,3% от сухой массы растения.

Доступные для растений формы фосфорных соединений запасы фосфора в пахотном слое почвы относительно невелики, порядка 2,3-4,4 т/га (в пересчете на Р2O5). Из этого количества 2/3 приходится на минеральные соли ортофосфорной кислоты (Н3РО4), а 1/3 – на органические соединения, содержащие фосфор (органические остатки, гумус, фитат и др.). Фитаты составляют до половины органического фосфора почвы. Большая часть фосфорных соединений слаборастворима в почвенном растворе. Это, с одной стороны, снижает потери фосфора из почвы за счет вымывания, но, с другой, – ограничивает способности использования его растениями [Некрасов, 1969, с. 12].

Главный природный источник поступления фосфора в пахотный слой –выветривание почвообразующей породы, где он содержится главным образом в виде апатитов 3Са3(Р04)2 • CaF2 и др. Трехзамещенные фосфорные соли кальция и магния и соли полуторных оксидов железа и алюминия (FeP04, AIPO4 в кислых почвах) слаборастворимы и малодоступны для растений. Двузамещенные и особенно однозамещенные соли кальция и магния, тем более соли одновалентных катионов и свободная ортофосфорная кислота растворимы в воде и используются растениями как главный источник фосфора в почвенном растворе. Растения способны усваивать и некоторые органические формы фосфора (фосфаты сахаров, фитин). Концентрация фосфора в почвенном растворе невелика (0,1-1 мг/л). Фосфор органических остатков и гумуса минерализуется почвенными микроорганизмами и большая его часть превращается в малорастворимые соли. Растения получают из них фосфор, делая его более подвижным. Это достигается вследствие выделения корнями органических кислот, которые хелатируют двухвалентные катионы и подкисляют ризосферу, способствуя переходу НРО43-→ НРО42-→ НР04-. Некоторые сельскохозяйственные культуры хорошо усваивают трудно растворимые фосфаты (люпин, гречиха, горох). Эта способность у растений увеличивается с возрастом [Там же с. 15].

Участие фосфора в обмене веществ [Универсальная научно-популярная … , 2010, с. 56].

В тканях растений фосфор присутствует в органической форме и в виде ортофосфорной кислоты и ее солей. Он входит в состав белков (фосфопротеинов), нуклеиновых кислот, фосфолипидов, фосфорных эфиров сахаров, нуклеотидов, принимающих участие в энергетическом обмене (АТР, NAD+ и др.), витаминов и многих других соединений.

Фосфор играет особо важную роль в передачи энергии клетки, поскольку именно в форме высокоэнергетических эфирных связей фосфора (С-О ~ Р) или пирофосфатных связей в нуклеозидди-, нуклеозидтрифосфатах и в полифосфатах запасается энергия. Эти связи обладают высокой стандартной свободной энергией гидролиза (например, 14 кДж/моль у глюкозо-6-фосфата и AMP, 30,5 – у ADP и АТР и 62 кДж/моль – у фосфоенолпирувата). Это настолько уникальный способ запасания и использования энергии, что почти во всех метаболических путях участвуют те или иные фосфорные эфиры и (или) нуклеотиды, а состояние адениннуклеотидной системы (энергетический заряд) – важный механизм контроля дыхания.

В форме стабильного диэфира фосфат входит составной частью в структуру нуклеиновых кислот и фосфолипидов. В нуклеиновых кислотах фосфор образует мостики между нуклеозидами, объединяя их в гигантскую цепочку. Фосфат обусловливает гидрофильность фосфолипида, тогда как остальная часть молекулы липофильна. Поэтому на границе раздела фаз в мембранах молекулы фосфолипидов ориентируются полярно, фосфатными концами наружу, а липофильное ядро молекулы прочно удерживается в липидном бислое, стабилизируя мембрану [Там же с. 567].

Фосфорилирование клеточных белков - функция фосфора, которая осуществляется с помощью протеинкиназ. Этот механизм контролирует многие процессы метаболизма, так как включение фосфата в молекулу белка приводит к перераспределению в ней электрических зарядов и вследствие этого к модификации ее структуры и функции. Фосфорилирование белков регулирует такие процессы, как синтез РНК и белка, деление, дифференцировка клеток и многие другие [Справочник химик 21, с. 583].

Вертикальное перемещение фосфора в зоне поглощения корня до ксилемы происходит по симпласту, причем его концентрация в клетках корня в десятки – сотни раз превышает концентрацию фосфата в почвенном растворе. В форме не органического фосфора осуществляется транспорт по ксилеме; в этом виде он достигает листьев и зон роста. Фосфор, как и азот, легко перераспределяется между органами. Из клеток листьев он поступает в ситовидные трубки и по флоэме транспортируется в другие части растения, особенно в конусы нарастания и в развивающиеся плоды. Подобный отток фосфора происходит и из стареющих листьев. Фосфор необходим растениям уже в самом начале их роста. Суперфосфат, как и прочие фосфорные удобрения, увеличивает урожайность и улучшает качество сельхозпродукции (повышается сахаристость у свеклы, крахмалистость у картофеля и прочее). У озимых культур повышается зимостойкость и ускоряется созревание. Многочисленными опытами установлено, что внесение 0,5 ц суперфосфата гранулированного на 1 га дает прибавку до 2,5–3 ц/га зерновых [Панников, 1992 c. 12].

 

Сера

 

Присутствие серы в составе растений найден Либихом в 1859 году. Сера является девятой из макроэлементов, необходимых для питания растений. Она поглощается растениями из почвы в виде оксидно − сульфатный анион, которые являются источником различных солей серной кислоты. Сера входит в число основных питательных элементов, необходимых для существования растения. Она поступает в них главным образом в виде сульфата. Ее содержание в растительных тканях относительно невелико и составляет 0,2-1,0 % в расчете на сухую массу. Необходимость в сере высока у растений, богатых белками, у представителей семейства крестоцветных, которые в больших количествах синтезируют серосодержащие горчичные масла [Универсальная научно-популярная ондайн энциклопедия «Кругосвет»]

В растениях, содержание серы колеблется от 0,02 до 1,8%. Сера является необходимым элементом двух аминокислот: метионина и цистина, который он принимает участие формировании белков. Содержание аминокислот в кукурузе и пшенице глиадин соответственно, 2,4, 0,9 и 2,3, 2,3% от сухого вещества. Сера также является частью горчицы и чеснок, эфирные масла, содержащиеся в семенах капусты и чеснока. Серосодержащие витамины В1, В2, В6, ниацин и другие. Таким образом, витамин В1 (тиамин) является коэнзим β-карбоксилаза. Он участвует в формировании высокоэнергетических фосфатных связей и стимулирует биосинтез фосфора. Витамин В6 участвует в преобразовании аспарагина и глутамина в растении. Β - амилаза является частью зерновых и СОЮ. Его деятельность связана с появление сульфгидрильных групп. В почве сера находится в неорганической и органической формах. В большинстве почв преобладает органическая сера растительных и животных остатков, а в торфянистых почвах она может составлять до 100% всей серы. Главная неорганическая форма серы в почве – сульфат, который может находиться в виде солей CaSO4, MgSO4, Na2SO4 в почвенном растворе в ионной форме или адсорбированным на почвенных коллоидах. В засоленных Na2SO4 почвах содержание сульфата может достигать 60% от массы почвы. В затопляемых почвах сера находится в восстановленной форме в виде FeS, FeS2 или h3S. Суммарное содержание серы в почвах умеренных климатических зон составляет в среднем 0,005-0,040% [Шевякова, 1979, с. 174].

Растения поглощают серу главным образом в форме сульфата. Трансмембранный перенос сульфата осуществляется в котранспорте с Н+ или в обмен на ионы НСО3ˉ. Менее окисленные (SO2) или более восстановленные (h4S) неорганические соединения серы токсичны для растений. Очень слабо воспринимают растения и органические соединения (аминокислоты), содержащие восстановленную серу.

Сера содержится в растениях в двух основных формах – окисленной (в виде неорганического сульфата) и восстановленной. Абсолютное содержание и соотношение окисленной и восстановленной форм серы в органах растений зависит как от активности протекающих в них процессов редукции и ассимиляции сульфата, так и от концентрации SO42- в питательной среде [Там же с. 174].

Часть поглощенной растением серы останавливается в сульфатном пуле корней, возможно, в форме CaSO4 или метаболического сульфата, вновь образующегося в результате вторичного окисления восстановленной серы. Основная же часть сульфата перемещается из корней в сосуды ксилемы и с транспирационным током переносится к молодым растущим органам, где она интенсивно включается в обмен и теряет подвижность [Сказкин, 1953, с. 287].

Из листьев сульфат и восстановленные формы серы (серосодержащие аминокислоты, глутатион) могут перемещаться по флоэме как акропетально, так и базипетально в растущие части растений и в запасающие органы. В семенах сера находится преимущественно в органической форме, а в процессе их прорастания частично переходит в окисленную. Редукция сульфата и синтез серосодержащих аминокислот и белков прослеживается при созревании семян [Там же с. 288].

Доля сульфата в общем балансе серы в тканях может колебаться от 10 до 80% и более. Она минимальна в молодых листьях и резко возрастает при их старении в связи с усилением процессов деградации серосодержащих белков [Там же с. 289].

Сера входит в состав основных аминокислот – цистеина и метионина, которые могут находиться в растениях, как в свободном виде, так и в составе белков. Метионин относится к числу 10 незаменимых аминокислот и благодаря сере и метильной группе обладает уникальными свойствами.

Одна из основных функций серы в белках и полипептидах – участие SH-групп в образовании ковалентных, водородных, меркаптидных связей, поддерживающих трехмерную структуру белка.

Сера входит также в состав важнейших биологических сочетаний – коэнзима  А и витаминов (липоевой кислоты, биотина, тиамина) и в форме этих соединений принимает участие в энзиматических реакциях клетки [Там же С.290].

Калий

 

Один из самых необходимых элементов минерального питания растений, является калий. Его содержание в тканях составляет в среднем 0,5-1,2% в расчете на сухую массу. Долгое время основным источником получения калия служила зола, что нашло отражение в названии элемента (potassium происходит от слова potashes – тигельная зола). Содержание калия в клетке в 100-1000 раз превышает его уровень во внешней среде. Его гораздо больше в тканях, чем других катионов.

Запасы калия в почве больше содержания фосфора в 8-40 раз, а азота – в 5 – 50 раз. В почве калий может находиться в следующих формах: в составе кристаллической решетки минералов, в обменном и необменном состоянии в коллоидных частицах, в составе пожнивных остатков и микроорганизмах, в виде минеральных солей почвенного раствора.

Наилучшим источником питания являются растворимые соли калия (0,5- 2% от валовых запасов в почве). По мере потребления подвижных форм калия запасы его в почве могут восполняться за счет обменных форм, а при уменьшении последних – за счет необменных, фиксированных форм калия. Попеременное подсушивание и увлажнение почвы, а также деятельность корневой системы растений и микроорганизмов способствуют переходу калия в доступные формы [Медведев, 2004, с. 13 – 15].

В растениях калий в наибольшем количестве сосредоточен в молодых, растущих тканях, характеризующихся высоким уровнем обмена веществ: меристемах, камбии, молодых листьях, побегах, почках. В клетках калий присутствует в основном в ионной форме, он не входит в состав органических соединений, имеет высокую подвижность и поэтому легко реутилизируется. Передвижению калия из старых в молодые листья способствует натрий, который может замещать его в тканях растений, прекративших рост.

В растительных клетках около 80% калия содержится в вакуолях. Он составляет основную часть катионов клеточного сока. Поэтому калий может вымываться из растений дождями, особенно из старых листьев. При отсутствие калия нарушается ламеллярно-гранулярное строение хлоропластов, и дезорганизуются мембранные структуры митохондрий. До 20% калия клетки адсорбируется на коллоидах цитоплазмы. На свету прочность связи калия с коллоидами выше, чем в темноте. В ночное время может наблюдаться даже выделение калия через корневую систему растений.

Калий способствует поддержанию положения гидратации коллоидов цитоплазмы, регулируя ее водоудерживающую способность. Увеличение гидратации белков и водоудерживающей способности цитоплазмы повышает устойчивость растений к засухе и морозам [Кузнецов, 2005, с. 292].

Необходим калий для поглощения и транспорта воды по растению. Вычисления демонстрируют, что работа «нижнего концевого двигателя», т. е. корневого давления, на 3/4 обусловлена присутствием в пасоке ионов калия. Важное значение калий имеет в процессе открывания и закрывания устьиц. На свету в вакуолях замыкающих клеток устьиц концентрация ионов калия резко возрастает (в 4-5 раз), что приводит к быстрому входу воды, повышению тургора и открыванию устьичной щели. В темноте калий начинает выходить из замыкающих клеток, тургорное давление в них падает и устьица закрываются [Там же с. 293].

Достаточное снабжение растений калием повышает их устойчивость к грибковым и бактериальным заболеваниям.

 

Кальций

 

Общее содержание кальция у разных видов растений составляет 5-30 мг на 1 г сухой массы. Растения по отношению к кальцию разделяют на три группы: кальциефилы, кальциефобы и нейтральные виды. Много кальция содержат бобовые, гречиха, подсолнечник, картофель, капуста, конопля, гораздо меньше – зерновые, лен, сахарная свекла. В тканях двудольных растений этого элемента, как правило, больше, чем у однодольных [Якушкина, 2005, c. 328].

Кальций накапливается в старых органах и тканях. Это связано с тем, что транспорт его осуществляется по ксилеме и реутилизация затруднена. При старении клеток или снижении их физиологической активности кальций из цитоплазмы перемещается в вакуоль и откладывается в виде нерастворимых солей щавелевой, лимонной и других кислот. Образующиеся кристаллические включения затрудняют подвижность и возможность повторного использования этого катиона.

Основная роль принадлежит ионам Са2+ в стабилизации мембран. Взаимодействуя с отрицательно заряженными группами фосфолипидов, он стабилизирует мембрану и снижает ее пассивную проницаемость. При недостатке кальция повышается проницаемость мембран, появляются их разрывы и фрагментация, нарушаются процессы мембранного транспорта.

У большинства культурных растений кальций накапливается в вегетативных органах. В корневой системе содержание его ниже, чем в надземной части. В семенах кальций присутствует преимущественно как соль инозитфосфорной кислоты (фитин).

Важно отметить, что почти вся катионообменная емкость поверхности корня занята кальцием и частично Н+. Это указывает на участие кальция в первичных механизмах поступления ионов в клетки корня. Ограничивая поступление других ионов в растения, кальций способствует устранению токсичности избыточных концентраций ионов аммония, алюминия, марганца, железа, повышает устойчивость растений к засолению, снижает кислотность почвы. Именно кальций чаще всего выступает в роли балансного иона при создании физиологической уравновешенности ионного состава среды, так как его содержание в почве достаточно велико.

Большинство типов почв богато кальцием, и резко выраженное кальциевое голодание встречается редко, например, при сильной кислотности или засоленности почв, на торфяниках, при нарушении развития корневой системы, при неблагоприятных погодных условиях [LйvyJ, 2004, с. 947].

Магний

 

По содержанию в растениях магний занимает четвертое место после калия, азота и кальция. У высших растений среднее его содержание в расчете на сухую массу 0,02-3,1%, у водорослей 3,0-3,5%. Особенно много его в растениях короткого дня – кукурузе, просе, сорго, конопле, а также в картофеле, свекле, табаке и бобовых. 1 кг свежих листьев содержит 300 — 800 мг магния, из них 30-80 мг (т. е. 1/10 часть) входит в состав хлорофилла. Особенно много магния в молодых клетках и растущих тканях, а также в генеративных органах и запасающих тканях. В зерновках магний накапливается в зародыше, где его уровень в несколько раз превышает содержание в эндосперме и кожуре (для кукурузы соответственно 1,6, 0,04 и 0,19 % на сухую массу) [Григоровская, 2013, с. 25 – 27].

Накоплению магния в молодых тканях способствует его сравнительно высокая подвижность в растениях, что обусловливает его вторичное использование (реутилизацию) из стареющих тканей. Однако степень реутилизации магния значительно ниже, чем азота, фосфора и калия. Легкая подвижность магния объясняется тем, что около 70% этого катиона в растении связано с анионами органических и неорганических кислот. Перемещение магния осуществляется как по ксилеме, так и по флоэме. Некоторая часть магния образует нерастворимые соединения, не способные к перемещению по растению (оксалат, пектат), другая его часть связывается высокомолекулярными соединениями. В семенах (зародыше, оболочке) большая часть магния находится в составе фитина [Там же с.25].

И, наконец, около 10—12% магния входит в состав хлорофилла. Эта последняя функция магния уникальна: ни один другой элемент не может заменить его в хлорофилле. Магний необходим для синтеза протопорфирина IX — непосредственного предшественника хлорофиллов [Там же с.25].

На свету ионы магния освобождаются из полости тилакоидов в строму хлоропласта. Увеличение концентрации магния в строме активирует РДФ-карбоксилазу и другие ферменты. Магний активирует ряд реакций переноса электронов при фотофосфорилировании: восстановление NADP+, скорость реакции Хилла, он необходим при передаче электронов от ФС II к ФС I [Там же с. 26].

Магний усиливает синтез эфирных масел, каучука, витаминов А и С. Предполагается, что, образуя комплексное соединение с аскорбиновой кислотой, он задерживает ее окисление. Mg2+ необходим для формирования рибосом и полисом, для активации аминокислот и синтеза белков и используется для всех процессов в концентрации не менее 0,5-ммоль/л. Он активирует ДНК- и РНК-полимеразы, участвует в формировании определенной пространственной структуры нуклеиновых кислот.

Недостаток в магнии растения испытывают в основном на песчаных почвах. Бедны магнием и кальцием подзолистые почвы, богаты – сероземы; черноземы занимают промежуточное положение. Водорастворимого и обменного магния в почве 3-10%. В почвенном поглощающем комплексе больше всего содержится ионов кальция, магний стоит на втором месте. Недостаток в магнии растения испытывают в тех случаях, когда его содержится менее 2 мг на 100 г почвы. При снижении рН почвенного раствора магний поступает в растения в меньших количествах.

 

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

studopedia.net

Раздел 8. Минеральное питание растений

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

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

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

Корни поглощают элементы минерального питания, как из поч­венного раствора, так и почвенно-поглощающего комплекса. В основе поглощения минеральных веществ лежит механизм обменной адсорб­ции – ионы, содержащиеся в клеточной стенке (H+, HCO3-, органиче­ских кислот) обмениваются на ионы окружающей среды (К+, Nh5+, PO43- и другие) Поглощение ионов происходит не только избирательно, но и против градиента концентрации. Активные механизмы поглоще­ния функционируют за счет энергии, выделяемой при дыхании клеток корневой системы. Поэтому поглотительная способность корней зави­сит от многих факторов – обеспеченности корневой системы органи­ческими веществами, мощности её развития, общей и рабочей адсор­бирующей поверхности (работа 29), температуры, аэрации, кислотно­сти, концентрации солей (работа 30), соотношения ионов в питатель­ном растворе (работа 31).

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

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

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

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

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

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

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

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

Выявить характерные внешние признаки недостатка перечисленных выше элементов.

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

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

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

Кроме смеси Кнопа в качестве контроля можно использовать питательную смесь Д.Н.Прянишникова, имеющую состав: Nh5NO3 – 0,24 г, СаНРО42Н2О – 0,172 г, МgSO4 – 0,06 г, СаSО42Н2О – 0,334 г, Fe2Cl6 – 0,025 г, вода – 1 л.

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

  1. При исключении из питательной смеси какого-либо элемента соотношение всех остальных элементов должно оставаться неизменным.

  2. Если исключаемый элемент входит одновременно в состав аниона и катиона одной соли, такую соль исключают, а все остальные вносят в прежнем количестве.

  3. Если исключаемый элемент входит только в состав одного из ионов соли (аниона или катиона), ее заменяют другой солью, содержащей элемент с близкими физико-химическими свойствами.

При замене солей выполняют расчеты, в которых сначала определяют содержание в навеске заменяемой соли элемента, связанного с исключаемым. Затем рассчитывают, сколько нужно взять соли-заменителя, чтобы в ней содержалось эквивалентное количество этого элемента.

Пример расчета питательной смеси с исключением магния. Для составления такой смеси соль MgSО42Н2О заменяется солью СаSО42Н2О. В соли MgSО42Н2О с магнием связана сера, которую необходимо сохранить в неизменном количестве.

Расчеты выполняют в следующей последовательности:

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

studfiles.net

Влияние минеральных веществ на рост растений — курсовая работа

Содержание

 

 

          Введение…………………………………………………………...…................…4

1        Общая характеристика минерального  питания……………………..…....7

1.1     Понятие о минеральных веществах…………………………...……….….7

1.2     Роль минеральных веществ в  развитии растения……………...….….....10

1.3    Недостаток и переизбыток минеральных веществ в растении…..….....13

1.4     Восстановление баланса минеральных веществ………………….....….16

2        Влияние минерального питания  на рост растений……………..………20

 2.1     Методы определения минеральных веществ…………………………20

 2.2     Микрохимический анализ золы…………………………………....…..21

 Список использованных источников……………………………….…….….26

 Приложение А……………………………………………….……..…………..30

 Приложение Б………………………………………………………………… 31

 Приложение В………………………………………………………………….32

 Приложение Г………………………………………………………………….33

 Приложение Д………………………………………………………………….34

 Приложение Е………………………………………………………………….35

 Приложение Ж…………………………………………………………………36

 Приложение З………………………………………………………………… 37

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Рост и развитие растений в значительной степени зависят от условий питания, в частности минерального, которое  оказывает влияние на все стороны  их жизнедеятельности. Минеральное питание растений складывается из поглощения минеральных веществ в виде ионов, их передвижения по растению и включения в обмен веществ.

Все растения не могут нормально развиваться без минеральных веществ, так как они входят в состав важнейших ферментов, витаминов, гормонов и других физиологически активных соединений, играющих большую роль в жизни растений.

Важнейшими элементами для питания  растений являются: азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера – макроэлементы; железо, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, бор - микроэлементы.

Макроэлементы регулируют рост вегетативной массы и определяют величину и  качество урожая, активизируют рост корневой системы, усиливают образование  сахаров и их передвижение их по тканям растений; мезо- и микроэлементы  участвуют в процессах синтеза  белков, углеводов, жиров, витаминов. Под  их влиянием увеличивается содержание хлорофилла в листьях, усиливается  ассимилирующая деятельность всего  растения, улучшается процесс фотосинтеза. Исключительно важную роль играют микроэлементы  в процессах оплодотворения. Они  положительно влияют на развитие семян  и их посевные качества. Под их воздействием растения становятся более устойчивыми  к неблагоприятным условиям, засухе, поражению болезнями, вредителями и другим.

Вместе с воздушным питанием – фотосинтезом - минеральное питание растений составляет единый процесс обмена веществ между растением и средой. Таким образом, оно влияет на все физиологические процессы - дыхание, рост, развитие, фотосинтез, водный режим и, в свою очередь, зависит от них. Поэтому одно из наиболее успешных средств управления продуктивностью культурных растений — регулирование  минерального питания растений с помощью удобрений.

С точки зрения практического растениеводства  важнейшим средством улучшения  питания сельскохозяйственных культур  является, прежде всего, применение органических и минеральных удобрений. Рост растительной продукции определяется множеством факторов, среди которых ведущая  роль все же принадлежит удобрениям и особенно минеральным, производство которых наращивает высокие темпы.

Целью нашей работы является изучение влияния минерального питания на рост растений.

Задачи:

- рассмотреть  характеристику минерального питания  и роль минерального питания  в росте растений;

- рассмотреть  последствия избытка или недостатка  минеральных веществ при росте растений;

Методы исследования: библиографический, метод анализа и синтеза, эксперимент.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общая характеристика минерального  питания

 

 

    1. Понятие о минеральных веществах

 

 

Минеральное питание - поглощение минеральных веществ, содержащихся в почве, корневой системой и дальнейшее усвоение их самим растением. Минеральные вещества выполняют обширное число различных функций в организме растения. Они входят в составы всех тканей растения, являются катализаторами в реакциях, в осмотических процессах выступают регуляторами и еще многие другие функции. Причем каждый отдельный элемент (минерального питания) в организме растения выполняет, сугубо индивидуальные и специфические функции, в результате чего практически все из них взаимно незаменяемые. К элементам минерального питания относятся азот, фосфор, сера, калий, кальций, марганец, а также микроэлементы (медь, бор, цинк, марганец, кобальт, молибден, и другие вещества, потребляемые в малых количествах). Минеральное питание растений складывается из поглощения минеральных веществ в виде ионов, их передвижения по растению и включения в обмен веществ. Одноклеточные организмы и водные растения поглощают ионы всей поверхностью, высшие наземные растения — поверхностными клетками корня, в основном корневыми волосками. [1]

Минеральное питание, потребляемое растением  из почвы, условно делится на микроэлементы  и макроэлементы.

Макроэлементы – такие элементы питания, которых необходимо для  растений в большом количестве (азот, фосфор, калий, сера, кальций, магний, желез, сера).

Азот относится к важнейшим биогенным макроэлементам, без него растение не может существовать. Он входит в состав белковых соединений, являющихся основой жизни, а также в состав хлорофилла, с помощью которого растения используют солнечную энергию, усваивают углекислоту и образуют углеводы, необходимые для строительства тканей растений. Наличие азота является едва ли не главным условием роста растения, образования побегов и листьев. Растения получают азот из почвы, усваивают его только в форме аммиака или азотной кислоты и очень болезненно реагируют на нехватку этого элемента.

Фосфор относится к основным элементам питания растений. Нормальное обеспечение растений фосфором способствует закладке цветочных почек, усилению роста корневой системы, повышению  активности микроорганизмов в почве. Он усиливает способность растительных клеток удерживать воду, что является важным средством повышения устойчивости растений к засухе и низким температурам. Процессы фотосинтеза и дыхания, связанные с образованием органических веществ, идут при непосредственном участии фосфорной кислоты. В  овощах, плодах и корнеплодах фосфор способствует увеличению содержания сахаров, в клубнях картофеля — крахмала. Фосфор особенно необходим семечковым и косточковым плодовым культурам, огурцам, помидорам. Он играет большую  роль в снижении вредного воздействия  подвижных форм алюминия на кислых дерново-подзолистых почвах, благодаря  чему улучшается углеводный, азотный  и фосфорный обмен в растениях.  Наиболее богаты фосфором плоды. Поэтому  недостаток его отрицательно сказывается  на образовании плодов и цветков, вызывая снижение урожая и ухудшение  качества продукции. [2]

Калий - это третий из основных элементов минерального питания. Он активизирует ферменты, способствует передвижению углеводов, повышает устойчивость растений, улучшает поступление воды в клетки, уменьшает испарение. Достаточное обеспечение растений калием повышает устойчивость их к кратковременным засухам. Этот элемент стимулирует фотосинтез, усиливает образование сахаров в листьях и их передвижение в другие органы растения. Под его влиянием в растения поступает больше азота и образуется больше белков.

Кальций выполняет важную роль в  обмене веществ, уравновешивании соотношения  других элементов питания. Особенно необходим кальций для роста  корней, побегов и плодов.

Магний входит в состав хлорофилла, поэтому играет важную роль в фотосинтезе. В составе хлорофилла содержится 15—30 % всего магния, усвояемого растениями.

Железо играет важную роль в образовании  хлорофилла, являясь составной частью ферментов, участвующих в синтезе  зеленого пигмента; регулирует процессы окисления и восстановления сложных  органических соединений, входит в  состав дыхательных ферментов.

Сера входит в состав белков, содержится в растительных маслах (горчичное, чесночное), в витаминах, принимает участие  в окислительно-восстановительных  процессах, белковом обмене.

Микроэлементы – такие элементы питания, которых необходимо очень  малое количество, но не менее важные для нормального роста и развития растений (медь, цинк, марганец, молибден и др.).

Марганец участвует в фотосинтезе, дыхании, в усвоении молекулярного  и нитратного азота, в образовании  хлорофилла.

Медь входит в состав ферментов, активизирует углеводный и белковый обмен.

Цинк входит в состав ферментов  и хлоропластов. Положительно влияет на фотосинтез, обмен белков и образование  стимуляторов роста.

Молибден, присутствующий в почвах в микроскопических количествах  отвечает за нормализацию функций пластид.

Получая питательные вещества из почвы, растения постепенно исчерпывают их запас, который при интенсивном  возделывании культур не восполняется естественным образом. Поэтому, чтобы  поддерживать в почве уровень  содержания питательных веществ, достаточный  для жизнеобеспечения растений, и  предотвратить ее истощение, необходимо компенсировать естественные процессы выноса питательных веществ растениями и вымывания их в нижние слои почвы путем внесения удобрений, восполняя тем самым израсходованный запас ценных элементов.

Удобрения играют важную роль в питании  растений: они непосредственно воздействуют на режим питания, улучшают свойства почвы, способствуют переводу питательных веществ в доступные для растений формы.

 

    1. Роль минеральных веществ в развитии растения 

 

 

Фосфор является составной частью многих веществ, имеющих первостепенное значение в разнообразных процессах жизнедеятельности растений. В растении этот элемент содержится в виде органических и минеральных соединений. Главные функции при этом выполняет фосфор, входящий в состав органических соединений. К их числу относятся сахарофосфаты, нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, фосфатиды, фитин, ну-клеопротеиды. Сахарофосфаты, представляющие собой фосфорные эфиры сахаров, участвуют в процессах дыхания и брожения, биосинтезе сложных углеводов из более простых. Нуклеиновые кислоты участвуют в процессах роста и деления клеток, оплодотворения, синтеза белков, передачи наследственных свойств. Нуклеотиды играют важную роль при поглощении клеткой минеральных фосфатов. Вовлечение поглощаемого фосфора в процессы обмена начинается с внедрения его в состав нуклеотидов и некоторых других фосфорных соединений. Фосфатиды в том или ином количестве содержатся в любой растительной клетке. Они входят в состав протоплазмы, структуру мембраны клетки, метохондрий и хлоропластов, участвуют в процессах обмена веществ. В молодых органах и тканях растений, особенно в семенах, содержится большое количество фитина.   Фитин в семенах служит запасным веществом, и фосфор, входящий в его состав, используется при прорастании развивающимся зародышем.  К нуклеопротеидам — сложным белкам — относятся белки-ферменты, которые катализируют биохимические реакции в растениях. Значительное количество фосфора находится в растениях в минеральной форме и используется в разнообразных реакциях фосфорилирования — превращения   углеводов с участием фосфорной кислоты. [3]     Таким образом, в растениях фосфор входит в состав биологически важных веществ, без которых невозможна жизнедеятельность организмов. При участии фосфорной кислоты образуются макроэргические связи, в которых аккумулируется энергия, освобождающаяся при дыхании и использующаяся растением для биосинтеза белков, жиров, крахмала, сахарозы, ряда аминокислот и многих других соединений. В настоящее время известно большое число макроэргических соединений, но ведущее место в энергетическом обмене в клетке занимают соединения фосфора с адениловой кислотой — аденизиндифосфаты и аденизинтрифосфаты. Эти соединения являются главными акцепторами энергии, освобождающейся при расщеплении органических соединений в клетке, необходимой для осуществления синтеза.

Калий играет большую роль в растительном организме, участвуя в регуляции его основных процессов жизнедеятельности:

1. Активация деятельности ферментов:

Повышает активность амилазы, сахаразы и протеолитических ферментов. Вследствие этого повышается его роль в синтезе сахарозы, крахмала и белков, что приводит к получению высоких урожаев основных сельскохозяйственных культур и повышению их качества.

      2. Участие в процессах фотосинтеза:

Регулирует деятельность ферментов, которые контролируют протекание процесса фотосинтеза. Исследования Е.А. Симакова показали, что 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. [4]

3. Регуляция транспорта веществ в тканях растения:

Регулирует процесс транспорта веществ из места синтеза в запасающие органы. Транспорт тем эффективней, чем лучше растение снабжено калием.

4. Участие в углеводном и белковом обмене:

Увеличивает содержание углеводов, но и изменяет соотношение между разными группами, способствуя переходу моносахаридов в сахарозу. При достаточном содержании калия в клетках растений улучшается процесс ассимиляции азота, одного из важнейших элементов для жизнедеятельности растения, и формирования протеинов.

5. Влияние на окислительно-восстановительные  процессы:

Эта роль калия зависит от формы азота, которым питаются растения. При увеличении концентрации калия на фоне нитратов содержание органических кислот уменьшается, а на фоне аммиачного азота имеется тенденция к их увеличению.

6. Регуляция водного баланса  растений. 

Растения, в которых содержится достаточное количество калия, способны эффективнее использовать почвенную влагу по сравнению с растениями с дефицитом калия. При нормальном содержании калия в растении для получения хорошего урожая требуется меньшее количество влаги. Он увеличивает холодостойкость озимых культур и многолетних трав. Питание растений калием оказывает влияние на качество продукции при ее хранении. Известно, что загнивание корней многих растений при зимнем хранении увеличивается при недостаточном питании растений калием. При голодании калием сахарная свекла загнивает даже на корню.

Азот входит в состав сложных  соединений из которых строится белок - основа живой материи. Он также входит в состав хлорофилла, играющего важную роль в фотосинтезе растений. Для питания растений азотом применяют азотные минеральные удобрения - аммиачная селитра, сульфат аммония, и органические удобрения - навоз или навозная жижа. [5]

student.zoomru.ru

Раздел 8. Минеральное питание растений

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

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

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

Корни поглощают элементы минерального питания, как из поч­венного раствора, так и почвенно-поглощающего комплекса. В основе поглощения минеральных веществ лежит механизм обменной адсорб­ции – ионы, содержащиеся в клеточной стенке (H+, HCO3-, органиче­ских кислот) обмениваются на ионы окружающей среды (К+, Nh5+, PO43- и др.) Поглощение ионов происходит не только избирательно, но и против градиента концентрации. Активные механизмы поглоще­ния функционируют за счет энергии, выделяемой при дыхании клеток корневой системы. Поэтому поглотительная способность корней зави­сит от многих факторов – обеспеченности корневой системы органи­ческими веществами, мощности её развития, общей и рабочей адсор­бирующей поверхности (работа 29), температуры, аэрации, кислотно­сти, концентрации солей (работа 30), соотношения ионов в питатель­ном растворе (работа 31).

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

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

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

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

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

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

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

Цель работы. Изучить влияние на рост и развитие растений недостатка азота, фосфора, калия, кальция, магния, железа. Выявить характерные внешние признаки недостатка перечисленных выше элементов.

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

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

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

Кроме смеси Кнопа в качестве контроля можно использовать питательную смесь Д.Н.Прянишникова, имеющую состав: Nh5NO3 – 0,24 г, СаНРО42Н2О – 0,172 г, МgSO4 – 0,06 г, СаSО42Н2О – 0,334 г, Fe2Cl6 – 0,025 г, вода – 1 л.

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

  1. При исключении из питательной смеси какого-либо элемента соотношение всех остальных элементов должно оставаться неизменным.

  2. Если исключаемый элемент входит одновременно в состав аниона и катиона одной соли, такую соль исключают, а все остальные вносят в прежнем количестве.

  3. Если исключаемый элемент входит только в состав одного из ионов соли (аниона или катиона), ее заменяют другой солью, содержащей элемент с близкими физико-химическими свойствами.

При замене солей выполняют расчеты, в которых сначала определяют содержание в навеске заменяемой соли элемента, связанного с исключаемым. Затем рассчитывают, сколько нужно взять соли-заменителя, чтобы в ней содержалось эквивалентное количество этого элемента.

Пример расчета питательной смеси с исключением магния. Для составления такой смеси соль MgSО42Н2О заменяется солью СаSО42Н2О. В соли MgSО42Н2О с магнием связана сера, которую необходимо сохранить в неизменном количестве. Расчеты выполняют в следующей последовательности:

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

studfiles.net

Влияние минеральных веществ на рост и развитие растений — курсовая работа

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«МОЗЫРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТ им. И.П. ШАМЯКИНА»

 

 

 

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

КАФЕДРА ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

 

 

 

 

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ  ВЕЩЕСТВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ

 

Курсовая работа по дисциплине «физиология растений»

 

 

 

Исполнитель:

 

 

Руководитель:

 

 

 

МОЗЫРЬ 2011

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

 

ГЛАВА 1. ОБЗОР  ЛИТЕРАТУРЫ 5

1.1 Содержание минеральных  элементов в растениях 5

1.2 Азот 6

1.3 Фосфор 9

1.4 Сера 12

1.5 Калий 13

1.6 Кальций 16

1.7 Магний 17

 

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ  И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 20

2.1 Методы определения  минеральных веществ 20

2.2 Микрохимический анализ  золы 21

 

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ 24

3.1 Симптомы недостаточности  минеральных веществ 24

3.2 Физиологическое действие  недостатка минеральных веществ 26

3.3 Избыток минеральных  веществ 27

3.4 Недостаток азота 29

3.5 Недостаток фосфора 29

3.6 Недостаток серы 30

3.7 Недостаток калия 30

3.8 Недостаток кальция 31

3.9 Недостаток магния 31

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 34

ВВЕДЕНИЕ

 

Минеральное питание растений – совокупность процессов поглощения, передвижения и усвоения растениями химических элементов, получаемых из почвы  в форме ионов минеральных  солей.

Каждый химический элемент  играет в жизни растения особую роль.

Азот является составной  частью аминокислот – строительных блоков, из которых состоят белки. Азот входит также во множество других соединений: в пурины, алкалоиды, ферменты, регуляторы роста, хлорофилл и клеточные  мембраны

Фосфор усваивается растением  в виде солей фосфорной кислоты (фосфатов) и находится в нём  в свободном состоянии или  совместно с белками и другими  органическими веществами, входящими  в состав плазмы и ядра.

Сера поглощается растением  в виде солей серной кислоты, входит в состав белков и эфирных масел.

Калий сосредоточен в молодых  органах, богатых плазмой, а также  в органах накопления запасных веществ  – семенах, клубнях, вероятно, играет роль нейтрализатора кислой реакции  клеточного сока и участвует в  тургоре.

Магний содержится в растении там же, где и калий, и, кроме  того, входит в состав хлорофилла.

Кальций накапливается во взрослых органах, особенно в листьях, служит нейтрализатором вредной  для растения щавелевой кислоты  и защищает его от токсического действия различных солей, участвует в  образовании механических оболочек.

Кроме указанных жизненно необходимых элементов, определённое значение имеют хлористый натрий, марганец, железо, фтор, йод, бром, цинк, кобальт, стимулирующие рост растений, и др.

 

 

 

Цель: Изучить влияние минеральных веществ на рост и развитие растений.

Задачи:

1. Изучить  материал  об основных видах минеральных  веществ и их влияние на  рост и развитие растений.

2. Ознакомиться с методами  определения минеральных веществ в тканях растений.

3. Выявить симптомы недостаточного  и избыточного содержания минеральных  веществ в растениях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. ОБЗОР  ЛИТЕРАТУРЫ

 

    1. Содержание минеральных элементов в растениях 

Растения способны поглощать  из окружающей среды в больших  или меньших количествах практически  все элементы периодической системы. Между тем для нормального  жизненного цикла растительного  организма необходима лишь определенная группа основных питательных элементов, функции которых в растении не могут быть заменены другими химическими  элементами. В эту группу входят следующие 19 элементов:

Углерод

C

Калий

K

Цинк

Zn

Водород

H

Кальций

Ca

Молибден

Mo

Кислород

O

Магний

Mg

Бор

B

Азот

N

Железо

Fe

Хлор

Cl

Фосфор

P

Марганец

Mn

(Натрий)

Na

Сера

S

Медь

Cu

(Кремний)

Si

       

(Кобальт)

Co

 

Среди этих основных питательных  элементов лишь 16 являются собственно минеральными, так как С, Н и O поступают в растения преимущественно в виде СO2, O2 и h3O. Элементы Na, Si и Co приведены в скобках, поскольку их необходимость для всех высших растений пока не установлена. Натрий поглощается в относительно высоких количествах некоторыми видами сем. Chenopodiaceae (маревых), в частности свеклой, а также видами, адаптированными к условиям засоления, и в этом случае является необходимым. То же справедливо для кремния, который в особенно больших количествах встречается в соломине злаковых, для риса он является необходимым элементом.

Первые четыре элемента —  С, Н, O, N — называют органогенами. Углерод в среднем составляет 45% сухой массы тканей, кислород — 42, водород — 6,5 и азот — 1,5, а все вместе—95%. Оставшиеся 5% приходятся на зольные вещества: Р, S, К, Са, Mg, Fe, Al, Si, Na и др. О минеральном составе растений обычно судят по анализу золы остающейся после сжигания органического вещества растений. Содержание минеральных элементов (или их окислов) в растении выражают, как правило, в процентах по отношению к массе сухого вещества или в процентах к массе золы. Перечисленные выше вещества золы относят к макроэлементам.

Элементы, которые присутствуют в тканях в концентрациях

0,001 % и ниже от сухой  массы тканей, называют микроэлементами.  Некоторые из них играют важную  роль в обмене веществ (Mn, Сu, Zn, Со, Мо, В, С1).

Содержание того или другого  элемента в тканях растений непостоянно  и может сильно изменяться под  влиянием факторов внешней среды. Например, Al, Ni, F и другие могут накапливаться в растениях до токсического уровня. Среди высших растений встречаются виды, резко различающиеся по содержанию в тканях таких элементов, как Na, о чем уже говорилось, и Са, в связи с чем выделяют группы растений натриефилов, кальциефилов (большинство бобовых, в том числе фасоль, бобы, клевер), кальциефобов (люпин, белоус, щавелек и др.). Эти видовые особенности обусловлены характером почв в местах происхождения и обитания видов, определенной генетически закрепленной ролью, которую указанные элементы играют в обмене веществ растений.

Наиболее богаты минеральными элементами листья, у которых зола может составлять от 2 до 15% от массы  сухого вещества. Минимальное содержание золы (0,4—1%) обнаружено в стволах  древесных.

 

1.2 Азот

Азот был открыт в 1772 г. Шотландским химиком, ботаником  и врачом    Д. Резерфордом  как газ, не поддерживающий дыхание  и горение. Поэтому он и был  назван азотом, что значит «нежизненный». Однако азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот и многих жизненно важных органических веществ. Ликвидация недостатка некоторых незаменимых азотсодержащих соединений — аминокислот, витаминов и др. — наиболее острая проблема продовольственных программ человечества.

Азот — один из наиболее широко распространенных элементов  в природе. Основными его формами  на Земле являются связанный азот литосферы и газообразный молекулярный азот (N2) атмосферы, составляющий 75,6% воздуха по массе. Согласно подсчетам запасы N2 в атмосфере оцениваются величиной 4 • 1015 т. Столб воздуха над 1 м2 земной поверхности содержит 8 т азота. Однако молекулярный азот как таковой не усваивается высшими растениями и может переходить в доступную для них форму только благодаря деятельности микроорганизмов-азотфиксаторов.

Запасы связанного азота  в литосфере также значительны  и оцениваются величиной 18 • 1015 т. Однако в почве сосредоточена лишь минимальная часть литосферного азота Земли, и только 0,5 — 2% от общего запаса в почве прямо доступно растениям. 1 га пахотного чернозема в среднем содержит не более 200 кг доступного растениям азота, а на подзолах его количество в 3 — 4 раза меньше. Этот азот представлен главным образом в форме Nh5+- и NO3–ионов.

Азотфиксирующие микроорганизмы. Микроорганизмы, осуществляющие биологическую азотфиксацию, можно разделить на две основные группы: а) свободноживущие азотфиксаторы и б) микроорганизмы, живущие в симбиозе с высшими растениями.

Свободноживущие азотфиксаторы  — гетеротрофы, нуждаются в углеводном источнике питания и поэтому  часто связаны с микроорганизмами, способными к разложению целлюлозы  и других полисахаридов. Бактерии родов  Azotobacter и Beijerinckia, как правило, поселяются на поверхности корней высших растений. Такие ассоциации объясняются тем, что в качестве источника углерода бактерии используют продукты, выделяемые корнями в ризосферу.

Большое внимание в последнее  время уделяют цианобактериям, в частности Tolypothrix tenius. Обогащение ими рисовых полей увеличивает урожай риса в среднем на 20%. В целом же сельскохозяйственное значение свободноживущих азотфиксаторов не столь велико. В умеренном климате ежегодная фиксация ими азота составляет, как правило, несколько килограммов азота на 1 га, но при наличии в почве благоприятных условий (например, большое количество органических остатков) она может достигать 20 — 40 кг N/га.

К группе симбиотических азотфиксаторов прежде всего относятся бактерии рода Rhizobium, образующие клубеньки на корнях бобовых растений, а также некоторые актиномицеты и цианобактерии. В настоящее время насчитывается около 190 видов растений разных семейств, способных симбиотически усваивать азот. К их числу относятся некоторые деревья и кустарники: ольха, восковница, лох, облепиха и др. Клубеньки, вырастающие на корнях ольхи и некоторых других небобовых растений, населены актиномицетами рода Frankia.

Наибольший интерес для  сельского хозяйства представляют клубеньковые бактерии рода Rhizobium, живущие в симбиозе с бобовыми растениями и фиксирующие в среднем от 100 до 400 кг N/га в год. Среди бобовых культур люцерна может накопить за год до 500 — 600 кг N/га, клевер — 250 — 300, люпин — 150, кормовые бобы, горох, фасоль — 50 — 60 кг N/га. За счет пожнивных остатков и сидерации эти растения значительно обогащают почвы азотом.

Запасы азота в почве  могут пополняться разными путями. При возделывании сельскохозяйственных культур много внимания уделяют  внесению минеральных удобрений. В  естественных же условиях основная роль принадлежит специализированным группам  микроорганизмов. Это   азотфиксаторы, а также почвенные бактерии, способные  минерализовать и переводить в форму Nh5+ или NO3- не доступный растениям органический азот растительных и животных остатков и азот гумуса, на долю которых приходится основная часть почвенного азота.

Содержание в почве  доступного растениям азота определяется не только микробиологическими процессами минерализации органического азота  и азотфиксации, а также скоростью поглощения азота растениями и его вымыванием из почвы, но и потерями азота в процессе денитрификации, осуществляемой анаэробными микроорганизмами, способными восстанавливать ион N03- до газообразного N2. Этот процесс особенно интенсивно протекает во влажных затопляемых слабоаэрируемых почвах, в частности на рисовых полях.

   Таким образом,  азот — очень лабильный элемент,  циркулирующий между атмосферой, почвой и живыми организмами.

 

1.3 Фосфор

Фосфор, как и азот, —  важнейший элемент питания растений. Он поглощается ими в виде высшего  окисла РО43- и не изменяется, включаясь в органические соединения. В растительных тканях концентрация фосфора составляет 0,2—1,3% от сухой массы растения.

Доступные для  растений формы фосфорных соединений

Запасы фосфора в пахотном слое почвы относительно невелики, порядка 2,3 — 4,4 т/га (в пересчете  на Р2O5). Из этого количества 2/3 приходится на минеральные соли ортофосфорной кислоты (Н3РО4), а 1/3 — на органические соединения, содержащие фосфор (органические остатки, гумус, фитат и др.). Фитаты составляют до половины органического фосфора почвы. Большая часть фосфорных соединений слабо растворима в почвенном растворе. Это, с одной стороны, снижает потери фосфора из почвы за счет вымывания, но, с другой, — ограничивает возможности использования его растениями.

referat911.ru


Sad4-Karpinsk | Все права защищены © 2018 | Карта сайта