43. История изучения минерального питания. Эволюция процесса. Факторы, влияющие на химический состав растений. Теория минерального питания растений
Минеральная теория питания растений Ю. Либиха. — КиберПедия
В 1840 г. появилась работа Либиха «Органическая химия в приложении к земледелию и физиологии». В этой книге Либих подверг уничтожающей критике гумусовую теорию, выставив некоторые положения ее на осмеяние. Сарказм Либиха сделал то, чего не могла сделать логика его ученых современников – Соссюра и Буссенго. Либих окончательно разбил гумусовую теорию плодородия почв. Идя дальше, Либих отвергал всякую возможность усвоения готовых органических веществ корнями и ставил в основу учения о питании растений положение, что только неорганические соединения почвы и углекислый газ воздуха составляют пищу растений. Если растения берут из почвы только минеральные вещества, необходимые для их роста и развития, то каждый урожай должен уносить из почвы запасы необходимых для развития растений питательных солей.
На необходимости возврата почве минеральных солей Либих настаивал с удивительной настойчивостью и подлинным красноречием. Несоблюдение этого правила он считал даже гибельным историческим фактором: «Причина возникновения и падения нации лежит в одном и том же. Расхищение плодородия почвы обусловливает гибель государств и наций, поддержка плодородия почв – их жизнь, богатство и могущество». В качестве примера Либих приводил судьбу великих государств древнего мира – Греции и Рима.
Либих особенно настаивал на возврате в почву тех минеральных веществ, которых в ней явно недостаточно: внесение всех прочих веществ будет совершенно бесполезно, пока не будет восполнено содержание в почве того вещества, которое находится в ней в минимальном и недостаточном количестве (либиховский закон минимума).
Лимитирующим является тот ресурс, которого более всего недостает.
На рост и развитие организма наибольшее влияние оказывает тот ресурс, доля обеспеченности которым минимальна.
Особое внимание Либих обращал на истощение почвы в отношении солей фосфорной кислоты. Большая часть хозяйств продает в город зерно, а солома вместе с навозом вывозится обратно на поле. Но с навозом почве возвращается далеко не все, что было у нее взято: зерно содержит много солей фосфорной кислоты, и эта потеря остается невозмещенной. Поэтому в почву необходимо вносить фосфаты, особенно в зерновом хозяйстве.
Отмечая значительную роль Либиха в разработке вопроса о минеральном питании растений, следует указать и на некоторые ошибки, допущенные им. Слабой стороной его учения была недостаточная экспериментальная проверка теоретических положений.
Значение работ Прянишникова
Классическими исследованиями, проведенными Д.Н. Прянишниковым и его учениками (B.C. Буткевич, СП. Костычев, И.Г. Дикусар, А.В. Владимиров, А.Г. Шестаков, B.C. Иванова, Ф.В. Турчин и др.), теоретически и практически доказана более высокая физиологическая ценность аммиачного (аммонийного) азота для растений по сравнению с нитратным. В 1892 г. Дмитрий Николаевич начал свои работы по азоту с решения сугубо физиологической проблемы - о распаде белковых веществ при прорастании семян растений, которая со временем в его исследованиях переросла в важную народнохозяйственную проблему - использование аммиака в качестве удобрений. Работая в 90-х годах у Шульца в Цюрихе, Дмитрий Николаевич пришел к выводу, что аминокислоты в растениях распадаются, как и в животных организмах, до свободного аммиака. В то время это было важнейшим открытием, так как полагал, что в растениях белок распадается до аспрагина, который является транспортной формой к растущим частям растений. Самому Дмитрию Николаевичу не удалось обнаружить аммиак при распаде белка (это сделал B.C. Буткевич в 1904г.), но он не сомневался, что аммиак, образовавшийся при регрессивном метаморфозе, растения используют для нового синтеза. Молодой ученный совершил открытие общебиологического значения, установив единство растительного и животного организмов еще в одной области - распаде белковых веществ. Д.Н. Прянишников установил также, что аммиак почвы может служить источником питания растений непосредственно, без предварительной нитрификации. Исследования Д. Н. Прянишникова по распаду белка в растениях вскоре распространились на проблемы азотистого питания сельскохозяйственных культур, причем результаты этих работ имели настолько большое значение для теории и практики применения азотных (по Прянишникову — азотистых) удобрений, что на них необходимо остановиться особо. Следует ника азота для сельскохозяйственных культур без предварительного перевода микроорганизмами аммиачных солей в селитру решительно отрицалось. Еще в начале XX века Д. Н. Прянишников показал, что азотнокислый аммоний не нейтральная (как можно было ожидать, если бы обе ее части поглощались растениями в равном количестве), а физиологически кислая соль. Эта физиологическая кислотность выявилась потом со всей определенностью и в полевых опытах. Ее можно объяснить главным образом более энергичным усвоением растениями аммиака, нежели нитратов. Дальнейшие исследования Дмитрия Николаевича привели его к заключению, что вообще в растении синтез органических азотистых веществ возможен только за счет аммиака. Если же в растительные клетки поступают нитраты, то они непременно должны восстановиться до аммиака, на что потребуется дополнительная затрата энергии. Выходило, следовательно, что аммиак не только доступен сельскохозяйственным культурам, но и что для них он является более экономичным источником азота, чем нитраты. Итак, работы Д. Н. Прянишникова показали, что с аммиака начинается в растениях синтез азотистых органических соединений, до белка включительно, и аммиаком заканчивается распад этих же веществ. Дмитрий Николаевич кратко выразил это в своей знаменитой формуле: аммиак—альфа и омега (начало и конец) обмена азотистых веществ в растениях. Это нашло потом подтверждение в работах С. П. Костычева, В. С. Буткевича, А. И. Смирнова, А. В. Владимирова, Ф. В. Турчина и др.
cyberpedia.su
Лекция 8. Минеральное питание растений
План лекции (4часа):
Общие представления о минеральном питании
Макроэлементы и микроэлементы
Экология минерального питания
Представления о почвенном питании растений начали складываться в святи с развитием растениеводства. Уже и VI - V тысячелетии до новой эры возделывались пшеница, ячмень, рожь, кукуруза, лен, конопля, многие огородные культуры и плодовые деревья, а зола, ил и навоз использовались как средства, повышающие плодородие почвы.
Первый физиологический эксперимент с целью изучения питания растений был проведен голландским естествоиспытателем Я. Б. ван Гельмонтом в 1629г. Он посадил в глиняный сосуд, содержащий 91 кг сухой почвы, ивовую ветвь массой 2,25 кг и регулярно поливал почву дождевой водой. Через 5 лет растение и почва были взвешены отдельно. Оказалось, что ива весила 77 кг (прибавка около 75 кг), а масса сухой почвы уменьшилась всего на 56,6 г. Таким образом, масса растения увеличилась в 33 раза, не считая ежегодно опадавших листьев. Ван Гельмонт сделал вывод, что вся растительная масса была создана за счет воды, вносившейся в сосуд при поливе. Этот опыт послужил основой для «водной теории» питания растений, которая довольно долго держалась в ботанике.
Однако постепенно накапливались данные о роли минеральных элементов в питании растений. Один из основоположников отечественной агрономии А. Т. Болотов наметил основные принципы минеральною питания растений. В 1770 г. вышла его книга «Об удобрении земель» — первая русская монография по агрохимии. В ней он писал, что пища растений в почве «состоит в воде и некоторых особлевых земляных или паче минеральных частичках...». Болотов разрабоки приемы внесения удобрений в почву и в одной из статей перечислил 53 вида удобрении, пригодных для применения в сельском хозяйстве. Швейцарский естествоиспытатель Н. Т. Соссюр систематизировал известные в то время данные о питании растений и установил, что почва снабжает растения азотом и минеральными элементами. При выращивании растении из семян только на дистиллированной воде прирост воды не набдюдается. В своем труде «Химические исследования растений» (1804) он обратил внимание на то что различные соли поглащаются корнями из водного раствора с неодинаковой скоростью. Французский агрохимик Ж. Б. Буссенго (1837) показал, что растения можно выращивать и на чистом песке, если вносишь в него минеральные соли (золу и селитру). Немецкий химик Ю. Либих — один из основателей агрохимии возражая против гумусовой теории, в 1840 г. опубликовал книгу «Химия в приложении к земледелию и физиологии», где обосновал теорию минерального питания растений. По этой теории основой плодородия являются минеральные вещества почвы. Либих считал, что перегной нужен лишь для образования СО2, который ускоряет выветривание материнской горной породы и увеличивает культурный слой почвы. Он первым предложил вносить в качестве удобрений чистые минеральные вещества. Правильно оценивая значение минеральных элементов в питании растений. Либих в то же время считал что растения поглощают азот из воздуха в виде аммиака. Лишь позднее, в 1856 г., под давлением неопровержимых фактов Либих вынужден был признать, что источником азота для минеральною питания растений могут быть нитраты. Окончательно опровергли «гумусовую теорию» опыты И. Кнопа и Ю. Сакса (1859).
studfiles.net
Минеральная теория питания растений - Справочник химика 21
Ю. Либих в 1840 г. разработал теорию минерального питания растений, дал научное обоснование плодородия почвы и на основе анализа золы обосновал потребность растений в калии, фосфоре, сере и других элементах. Он получил калийные и растворимые фосфорные минеральные удобрения сернокислотным разложением природных фосфатов. [c.245]
Продолжая развивать свою теорию питания растений, оказавшуюся ошибочной в одном важном отношении, а именно в игнорировании усвоения растениями азота через корневую систему, Либих попытался подкрепить ее доказательствами. Он занялся составлением минерального удобрения, содержащего зольные элементы растений, т. е. на основе прежде всего солей калия. Так как эти соли хорошо растворимы в воде и могут уноситься из почвы с дождевой водой, Либих разработал особое удобрение, состоящее из карбонатного сплава калия, плохо растворимого в воде Это удобрение было им запатентовано, и по этому способу в Англии было организовано фабричное производство удобрения. [c.177]Если бы этот труд Лавуазье был закончен, то минеральная теория питания растений была бы признана на 50 лет раньше. Либиху не пришлось бы тратить силы на борьбу с гумусовой теорией, которая достигла наибольшего расцвета как раз после того, как рукой Лавуазье были написаны приведенные выше строки но они остались неизвестными современникам, и полвека блужданий легло между Лавуазье и Либихом. [c.22]
Ряд сторон минеральной теории питания и сформулирован ных на ее основе выводов сыграли положительную роль в развитии науки о корневом питании растений. Работы Либиха привлекли внимание деятелей науки и агрономической практики к проблеме плодородия почвы, они послужили основой современного учения об удобрении. [c.380]
Изучал (с 1839) химизм физиологических процессов. Открыл (1846) тирозин. Предложил делить пищевые продукты на жиры, углеводы и белки установил, что жиры и углеводы служат для организма своего рода топливом. Один из основателей агрохимии. Предложил (1840) теорию минерального питания растений. Выдвинул (1839) первую теорию катализа, предположив, что катализатор находится в состоянии неустойчивости (разложения, гниения) и вызывает подобные изменения в сродстве между составными частями соединения. В этой теории даны первые указания на ослабление сродства при катализе. Занимался разработкой ко- [c.300]
Положив в основу своей книги идею о минеральном питании растений, выдвинутую им взамен господствовавшей до того гумусовой теории, Либих оказал крупную услугу агрономии, дав стимул к развитию исследования в новом направлении. Но от высказанной идеи до ее проведения в жизнь нужно было пройти через длительный путь эксперимента, сам же он опытов с расте- [c.31]
Либвх и его роль в развитии минеральной теории питания растений [c.27]
Сводя значение удобрения, севооборотов и всего комплекса агротехнических приемов лишь к поддержанию баланса между приходом и расходом питательных веществ, минеральная теория игнорировала созидательную роль почвенной микрофлоры, значение взаимодействия корневой системы культурных растений с микроорганизмами. Закон минимума не учитывал также существования тесной взаимосвязи и взаимообусловленности всех факторов роста, роль структуры почвы, ее воздушного и водного режима, от которых в сильной степени зависят процессы минерального питания растений. [c.381]
С именем Димитрия Николаевича Прянишникова связан почти 60-летний период развития агрономической химии в нашей стране. Общепризнан его фундаментальный вклад в учение о питании высших растений и применении удобрений. На его трудах воспитано много поколений агрономов и научных работников в области агрохимии, физиологии и биохимии растений. На основе разработанных им теорий, вошедших в учебники на всех языках, агрохимия одерживает новые победы и в наши дни, а выводы из его экспериментальных работ служат руководящими указаниями для практики рационального использования органических и минеральных удобрений — важнейшего средства повышения плодородия почвы и подъема урожайности возделываемых культур. [c.14]
Из русских авторов конца XVIII и начала прошлого столетия, обративших серьезное внимание на значение удобрения в сельском хозяйстве, можно указать на А. Болотова, И. Комова и А. Пошмана. Наряду с описанием западноевропейской практики эти авторы высказали ряд интересных собственных суждений о роли навоза как удобрения, описывали способы применения навоза и других местных удобрений, писали о применении извести, золы. В книге Пошмана Наставление о приготовлении сухих и влажных туков, служащих к удобрению пашен , опубликованной в 1809 г., т. е. более чем за три десятилетия до появления минеральной теории питания растений Либиха, даются советы, основанные на совершенно определенном представлении о том, что в удобрении действующим началом являются щелочно-соляные вещества , содержащиеся и в навозе и в золе, получаемвй от сжигания растений. В этой книге подробно описывались правила хранения навоза, способы использования фекалий, навозной жижи, а также применения извести. [c.54]
Гумусовая теория продолжала сохранять ведущее положение в физиологии и агрохимии и пользовалась по существу всеобщим признанием почти до самой середины XIX столетия, когда ее сменила другая точка зрения, вошедщая в историю науки под названием минеральной теории питания растений-Автором ее был крупнейщий немецкий химик Юстус Либих, который в 1840 г. выступил с книгой Химия в приложении к земледелию и физиологии . [c.380]
В том же журнале Болотов в 1781 г. поместил статью О вещах, к удобрению пашенной и луговой земли пригодных . В этой статье он указывает на важность унавоживания, или. собвеннее сказать, удобрение пашенных земель . Особенно полно вопрос об удобрении освещен Болотовым в его статье Об удобрении земель , где он указывал, что растения состоят наиболее из вещей, принадлежащих к царству минералов Болотов высказывал мысль, что в почве должны в необходимых количествах находиться все те вещества, которые входят в состав растений. Обобщив опыт земледельческой практики, он сделал правильный вывод о минеральном питании растений В противовес господствовавшей в то время водной теории питания растений, автор которой был удостоен премии Берлинской Академии наук, Болотов уже во второй половине [c.136]
Интерес к вопросу о возможности питания культур из сухой почвы возник во второй половинф ХУП в., когда настоящей теории минерального питания растений еще не было. Так, известный русский агроном того времени И. М. Комов в книге О земледелии писал о росте мяты, одна часть корней которой опускалась в воду, а другая — помещалась в сухую почву. [c.75]
Либавий (Libavius) Андреас (ок. 1550—1616) — немецкий химик и врач, сторонник иатрохимии. Систематизировал химические знания своего времени ( Алхимия , 1597), описал получение серной кислоты и др, 34 Либих (Liebig) Юстус (1803—1873) — немецкий химик, основатель научной школы, один из создателей агрохимии, ин. ч.-к. Петерб. АН. Открыл изомерию. Получил ряд органических соединений. Один из создателей теории радикалов. Автор химической теории брожения и гниения, а также теории минерального питания растений 97, 153, 157, 158, 165, 166, 179, 180—182, 185 [c.286]
Эта теория надолго сбила ]гченых и практиков с правильного пути познания питания растений. Гумусовую теорию пропагандировал и известный агроном начала XIX в. А. Тэер. Гзгмус, как было бесспорно установлено в последующем, является кладовой многих элементов пищи, прекрасно влияет на свойства почвы, но без микробиологического распада он недоступен растениям. В наши дни признано, что некоторые сложные органические (гзши-новые) кислоты усиливают рост культур, но все же главная роль принадлежит продуктам разложения гумуса —минеральным солям. [c.10]
В широких кругах учение Тэера господствовало до 40-х годов, когда последовал радикальный поворот во взглядах на значение перегноя и минеральных веществ почвы в питании растений, главным образом под влиянием книги Либиха Химия в приложении к земледелию и физиологии , год выхода которой (1840) считается годом падения гумусовой теории. [c.27]
Для физиологии растений как теоретической основы научного земледелия наиболее актуальны следующие задачи разработка биохимической теории корневого питания растений в целях более эффективного использования минеральных удобрений и повышения продуктивности растеннй [c.16]
Известно, что при фотосинтезе и минеральном питании растений, этих двух взаимосвязанных автотрофных процессах, происходят поглощение и ассимиляция органогенов С, О, Н, Ы, Р, 5 и других элементов (металлов и неметаллов) и синтез углеводов, белков, липидов и веществ вторичного происхождения (органические кислоты, гликозиды, фенольные соединения, алкалоиды, каучук и др.), т, е. синтез органических веществ. Установленные закономерности н корреляционные зависимости между световым и углеродным питанием (фотосинтез), транспирацией, дыханием, минеральным питанием и урож айность10 составляют основу теории объединения воздушного и минерального питания растений как интегрального процесса. Поэтому для протекания в растениях эффективного продукционного процесса необходимы следующие условия [c.350]
А. Ничипорович (1982) разработал количественную теорию фотосинтетической продуктивности растений, основанную на оптимизации размеров листовой поверхности, радиационного режима, аэрации, минерального питания, водообмена и других факторов. Показано, что даже в современных условиях ведения земледелия можно увеличить коэффициент использования физиологически активной радиации (ФАР) от 0,5—1 до 3—5%. [c.365]
В области изучения трофических факторов, оказывающих влияние на цветение, наибольшее значение имели исследования углеводов, возникающих в процессе фотосинтеза, и азотных соединений, поступающих через корни растепий. Г. Клебс в своей теории считал, что условия, способствующие зацветанию растений, одновременно благоприятствуют фотосинтезу, следовательно, и накоплению углеводов, тогда как усиленное минеральное, в частности азотное, питанне способствует пышному вегетативному росту и задерживает цветение растепий. [c.113]
chem21.info
Биология для студентов - 43. История изучения минерального питания. Эволюция процесса. Факторы, влияющие на химический состав растений
Уже в 6-5 тысячелетии до н.э. возделывались пшеница, рожь, ячмень, кукуруза, лен, огородные, плодовые культуры, а зола, навоз, ил использовались как средства повышения плодородия почвы.
В 17 веке (1629 г.) Я. Б. Ван Гельмонт (голанд) провел первый физиологический эксперимент: ивовая ветвь 2-25 кг, почва 75 кг, через 5 лет почва 77 кг, ветвь 56,6 (более чем в 33 раза). Сделал вывод, что растения создают массу за счет воды (водная теория питания).
В конце 18 начале 19 века нем. агроном А. Тэер разработал гумусовую теорию питания растений – растения питаются водой и гумусом (перегноем, то есть органическими остатками.
В 1970 г. А.Т. Болотов издал книгу «Об удобрении земель» (первая монография по агрохимии), в которой писал: «пища растений в почве состоит в воде и некоторых особлевых или паче минеральных частичек», перечислил 53 вида удобрений.
В 1804 г. Н.Т. Соссюр (швейц.) в книге «Химические исследования растений» показал, что различные соли поглощаются из водных растворов с неодинаковой скоростью.
В 1837 г. Ж.Б. Буссенго показал, что растения можно вырастить на чистом песке, если вносить в него минеральные соли (золу и селитру).
В 1840 г. Ю. Либих (нем. хим.), один из основоположников агрохимии, автор книги «Химия в приложении к земледелию и физиологии» обосновал теорию минерального питания:
- минеральны вещества являются основой плодородия,
- перегной нужен для образования СО2 (ускоряет выветривание материнской породы и увеличивает культурный слой,
- сформулировал закон минимума,
- сформулировал закон возврата,
- считал, что N поглощается из воздуха в виде аммиака.
В 1859 г. И. Кноп и Ю. Сакс доказали, что растения можно вырастить до полного созревания в водной среде, где содержится всего семь элементов: N, P, K, S, Ca, Mg, Fe. Создали основу для вегетационного метода, окончательно утвердили минеральную теорию питания.
П.А. Костычев, В.В. Докучаев разработали основы научного почвоведения. К.А. Гидройц обосновал учение о почвенном поглощающем комплексе.
Позже было установлено, что растениям в небольшом количестве нужны и другие элементы, выявлена их физиологическая роль. Были разработаны приемы и способы внесения минеральных удобрений, создана их новые формы.
Современные представления о питании растений основываются на работах многих ученых. Из русских исследователей наибольший вклад в изучение корневого питания внесли Д. А. Сабинин, который создал школу физиологов минерального питания в нашей стране, внес большой вклад в изучение поглотительной деятельности корня и создание концепции круговорота веществ в растении. Д. Н. Прянишников - основоположник агрохимии в России, придавал большое значение минеральным удобрениям. Его научные труды о корневом питании растений и удобрениях положены в основу химизации сельского хозяйства.
Химический состав и питательность растений во многом определяются плодородием почвы и климатическими условиями их выращивания. На хорошо окультуренных и богатых гумусом почвах урожаи и качество кормов бывают значительно выше, чем на бесструктурных почвах с дефицитом тех или иных питательных веществ.
Концентрация органических и минеральных веществ в растениях значительно изменяется в зависимости от количества осадков по сезонам года, продолжительности вегетационного периода и солнечной инсоляции.
В годы с оптимальным количеством и равномерным распределением осадков в период вегетации в растениях накапливается больше минеральных веществ, чем в засушливые годы.
Световой и температурный режим также отражаются на химическом составе растений. Так, растения, выращенные в разных географических зонах, различаются по содержанию протеина.
Отмечена общая закономерность — повышение содержания протеина в растениях при продвижении их с севера на юг и с запада на восток. В горных районах растения южных склонов богаче протеином и каротином, чем те же виды, выращенные на северных склонах.
На содержание микроэлементов в растениях меньшее влияние оказывают погодные условия, чем место их произрастания. Недостаток или избыток микроэлементов в почве, в основном, и обусловливает содержание их в растениях, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на животных.
Химический состав и питательность большинства кормовых растений во многом зависит от использования агротехнических приемов — известкования кислых почв, внесения органических и минеральных удобрений.
Известкование кислых почв способствует лучшему использованию растениями элементов питания из почвенного раствора и значительно улучшает минеральный состав, особенно у бобовых.
На минеральном составе растений сказывается внесение органических и минеральных удобрений. Причем растения разных видов по-разному реагируют на внесение удобрений. Так, потребность в азоте выше у злаковых растений, а у бобовых — в фосфоре и калии. При использовании повышенных доз азотных удобрений в растительных кормах происходит снижение содержания сахара и увеличивается уровень небелковых азотистых веществ, которые поступают из почвенного раствора в виде нитратов, нитритов и аммиачных соединений.
vseobiology.ru
Теория минерального питания растений (Либиха)
Открытие Либиха способствовало развитию промышленности минеральных удобрений, и когда они не дали полностью ожидаемого эффекта, его даже обвинили в том, что он агент калийного синдиката. Многие его положения были в дальнейшем уточнены или отброшены Буссенго, Лоозом и Гильбертом, Гелльригелем и другими, но мы не затрагиваем этих преимущественно физиологических вопросов. Что касается закона полного возврата, то его судьба была драматичной: сначала он .на многих произвел сильное впечатление, затем был объявлен реакционным, чуть ли не мальтузианским, а в наше время, судя по многим симптомам, восстановлен в правах в связи с интересом к экологическому равновесию между человеком и природой. Философское значение теории минерального питания Либиха неоспоримо: она порвала путы тэеровской метафизики и научно связала взаимными переходами миры органических и неорганических тел. Бернал назвал исследования Либиха «классическими», опровергнувшими существовавшие в учении о питании растений «алхимические бредни» (Бернал, 1956, с. 367).[ ...]
Немецкий агрохимик Ю. Либих сформулировал минеральную теорию питания растений, согласно которой растения усваивают из почвы минеральные вещества, а из перегноя — только углерод. Таким образом, запас минеральных веществ в почве ограничен, и каждый новый урожай истощает почву. Следовательно, для ликвидации дефицита элементов в почву необходимо вносить минеральные удобрения. Введение в практику сельского хозяйства минеральных удобрений К. А. Тимирязев назвал «величайшим приобретением науки». Недостаток теории Ю. Либиха в том, что почва считалась простым резервуаром элементов питания растений.[ ...]
Введение в практику сельского хозяйства применение минеральных удобрений — важный этап в развитии земледелия. К. А. Тимирязев назвал это «величайшим приобретением науки». Крупным недостатком теории Ю. Либиха было неправильное представление о почве как простом резервуаре элементов питания растений.[ ...]
Представители этого направления рассматривали почву лишь как источник элементов питания. Тэером была высказана гипотеза, что растения питаются органическим веществом почвы (гумусовая теория). В 1840 г. Либих опубликовал работу «Химия в приложении к земледелию и физиологии растений», в которой указывал, что растения усваивают из почвы минеральные питательные вещества. Либих рассматривал почву не как природное образование, а лишь как массу вне связи с процессом ее возникновения и развития.[ ...]
В широких кругах учение Тэера господствовало до 40-х годов, когда последовал радикальный поворот во взглядах на значение перегноя и минеральных веществ почвы в питании растений, главным образом под влиянием книги Либиха «Химия в приложении к земледелию и физиологии», год выхода которой (1840) считается годом падения гумусовой теории.[ ...]
Болотов придавал большое значение удобрению почв навозом, золой, древесными листьями, гипсом, известью, селитрой, торфом, прудовой и болотной тиной, бобовыми растениями и др.; это было почерпнуто у зарубежных авторов, ибо некоторые из этих удобрений тогда в России не применялись. Пища растений «состоит в воде и некоторых особливых земляных или паче минеральных частичках, следовательно, надобно в той земле сим вещам в довольном количестве находиться» (Болотов, 1952, с. 461). Д. Г. Виленский (1958) считал, что Болотов за 70 лет до Либиха развил минеральную теорию питания растений, но надо скорее говорить о повторении им взглядов Туля. Вообще Болотов был настойчивым пропагандистом английской агрономии на русской почве.[ ...]
Палисси пришел к таким выводам интуитивно, но главным образом используя наблюдения, каковыми он «пользовался всемерно и неподражаемо» (Модестов, 1924). Не будучи практическим агрономом, Палисси почти на три столетия предвосхитил идеи Либиха, склонившись к минеральному питанию растений и к необходимости возврата почве питательных веществ, взятых из нее. Солевую теорию Палисси поддержал через 60 лет Ги де Бросс, утверждая, что почва «без соли бесполезна для плодоношения, или, вернее, соль — это отец плодородия» (Brosse, 1621).[ ...]
Из русских авторов конца XVIII и начала прошлого столетия, обративших серьезное внимание на значение удобрения в сельском хозяйстве, можно указать на А. Болотова, И. Комова и А. Пошмана. Наряду с описанием западноевропейской практики эти авторы высказали ряд интересных собственных суждений о роли навоза как удобрения, описывали способы применения навоза и других местных удобрений, писали о применении извести, золы. В этой книге подробно описывались правила хранения навоза, способы использования фекалий, навозной жижи, а также применения извести.[ ...]
ru-ecology.info
Лекция. Физиология растений - минеральное питание растений
Доступные файлы (8):
содержание(1)история развития о минеральном питании растений.doc
Реклама MarketGid: Древнеримские писатели Катон, Вергилий, Варрон и Колумелла указывали на необходимость механической обработки почвы перед посевом семян растений и на желательность внесения в почву навоза, извести и т.п.В 1563 г. во Франции опубликовано сочинение Палисси, где он высказывает мысль о том, что почти во всех растениях и животных находятся соли, поэтому именно они необходимы для питания растений. Весомый вклад в учение о питании растений внес немецкий ученый-химик Юстас Либих (1803–1873). Еще во времена учебы Либиха в гимназии ее ректор Циммерман назвал его с двумя другими учениками класса болванами, из которых никогда ничего не выйдет. Но он ошибся. Так, за свои труды, внесшие заметный вклад в российское земледелие, автор «Сельскохозяйственной химии» четырежды награждался русскими орденами. Каковы же заслуги Юстаса Либиха в развитии учения о минеральном питании растений?
В 1840 г. Либих ввел в науку понятие «лимитирующих факторы». Он изучал влияние содержания различных химических элементов в почве на рост растений и сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Сформулированный им закон хорошо иллюстрируется «бочкой Добенека», клепки которой условно обозначают факторы жизни растений. Фактический урожай определяется высотой самой низкой клепки, т.е. количеством фактора, находящегося в минимуме. Если заменить данную клепку (например, восполнить недостающий элемент питания), то уровень воды в бочке (урожай растений) будет определять другая клепка, оказавшаяся в изменившихся условиях самой короткой.
В плеяде имен русских исследователей минерального питания растений особое место занимает академик Дмитрий Николаевич Прянишников (1865–1948). Ему удалось опровергнуть господствовавшее в западно-европейской науке представление о том, что потребности всех высших растений в питании и на всех фазах их развития могут быть удовлетворены какой-то идеальной «стандартной» комбинацией отдельных элементов. Его исследования показали, что каждый вид растения предъявляет специфические требования к количествам и сочетаниям отдельных элементов. Кроме того, потребность растения в отдельных элементах изменяется на разных фазах его развития. Это положение имеет громадное практическое значение, являясь основой нового метода искусственного поднятия урожайности.
Итак, после длительных исследований ученые выяснили, какие именно элементы требуются для полноценного роста и развития растений. Из почвы растения должны получать следующие элементы: азот, фосфор, калий, кальций, магний, которые являются макроэлементами. В гораздо меньших количествах ему требуются также бор, медь, молибден, цинк, марганец, железо, сера. Так, например, листья здорового растения огурца содержат следующие элементы.
Макроэлементы Азот – 3,9% Фосфор – 0,38% Калий – 4% Кальций – 7% Магний – 0,77%
Микроэлементы Железо – 0,015% Бор – 0,008% Марганец – 0,005% Молибден – 0,0004%
Это наводит на мысль о том, что если в почве недостаточно тех или иных элементов питания, необходимых для нормального роста и развития растений, то их необходимо в почву внести. Для этого используются химические соединения перечисленных выше элементов. Исключениями являются соединения кальция и магния, которые в почвах присутствуют в достаточных количествах (известняк, доломит).
Похоже, что найден беспроигрышный способ повышения урожайности растений – надо лишь внести в почву минеральные удобрения. Но все ли так просто? Минеральные удобрения – это скорее лекарство, а передозировка лекарств не менее опасна, чем их отсутствие.
При оптимальном составе и концентрации всех элементов питания растение развивалось наилучшим образом. При избыточной концентрации солей в питательном растворе растение было сильно угнетено или погибало. (Здесь же сообщается о влиянии избыточного внесения в почву азотных удобрений на накопление растением нитратов, наносящих вред здоровью человека при употреблении таких растений в пищу, недопустимо внесения больших доз азотных удобрений в период созревания плодов, т.к., во-первых, увеличивается содержание нитратов в плодах, а во-вторых, избыток азота в почве вызывает усиленный рост «ботвы» и, как следствие, – низкий урожай.) При недостатке азота у растений наблюдается замедление роста, окраска листьев становится бледно-зеленой, затем желтой. При недостатке фосфора наблюдаются следующие признаки: молодые мельчают листья, окраска листьев голубовато-темно-зеленая, с фиолетовыми, красноватыми, бурыми пятнами. Часто на нижней стороне листьев появляется красно-фиолетовая окраска. При недостатке калия наблюдается краевой «ожог» листьев, а также их морщинистость и закручивание вниз. Следует упомянуть о том, что перечисленные выше признаки не всегда наблюдаются явно, и их появление зависит еще от некоторых факторов, например от вида выращиваемого растения.
Азот входит в состав органических соединений и является составной частью молекул белка, т.е. выполняет функцию строительного материала. Кроме того, он является составной частью хлорофилла, без которого невозможен фотосинтез. Фосфор входит в состав соединений, участвующих в синтезе белков, жиров, крахмала, участвует в передаче наследственных признаков. Калий участвует в обмене веществ, усиливает образование сахаров в листьях и их передвижение в другие органы, увеличивает устойчивость растений к засухе, т.к. улучшает поступление воды в клетки и снижает интенсивность процесса испарения. Вот далеко не полный перечень значимости макроэлементов, но ведь есть еще и микроэлементы, и хотя их требуется совсем немного, они не менее важны для растения.
Агрономическая хи́мия (Агрохи́мия) — наука об оптимизации питания растений, применения удобрений и плодородия почвы с учётом биоклиматического потенциала для получения высокого урожая и качественной продукции сельского хозяйства, прикладная наука, составная часть раздела химии — «неорганическая химия».
Агрохимия — также учебная дисциплина о химических процессах в почве и растениях, минеральном питании растений, применении удобрений и средств химической мелиорации почв. Включает определение содержания в почвах и растениях химических элементов, белков, аминокислот, витаминов, жиров, углеводов; установление механического и минералогического состава почв, содержания в них органической части (гумуса), солей, водорослей, микроорганизмов и др. Изучает влияние удобрений на растения и почву.
Агрохимия — наука, которая изучает круговорот веществ в системе «почва — растение — удобрения», а также их влияние на качество сельскохозяйственной продукции и проблемы охраны окружающей среды в зоне ведения аграрного сектора экономики государства.
Агрохимические исследования касаются вопросов воспроизводства плодородия почв, высокоэффективного использования минеральных, органических удобрений, микроэлементов на фоне других средств химизации, изучение агрохимической, экономической, энергетической и экологической эффективности удобрений, их физико-химических и агрохимических свойств, организации системы химизации отраслей агро-промышленного комплекса (АПК).
Основные разделы агрохимии:
питания растений, химия почвы и удобрений;
взаимодействие удобрений с почвой и микроорганизмами;
применения удобрений под отдельные растения;
система удобрения в севообороте;
методика агрохимических исследований;
химические средства борьбы с сорняками, болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур;
Агрохимия является научной основой химизации сельского хозяйства. Она развивается под воздействием требований земледелия и призвана способствовать повышению его культуры. Агрохимия применяет в своих исследованиях методику химического анализа растений, почвы и удобрений, широко пользуется методами лабораторного и полевого опыта, меченых атомов, спектроскопии и хроматографии и другими.
Агрохимия — молодая наука, хотя многие приёмы агрохимии (применение органических удобрений) вошли в практику земледелия в глубокой древности и описаны еще в I веке. н. э.. Как наука она начала формироваться лишь в XIX веке, когда сложились основные представления о том, из чего состоят, чем и как питаются растения. Как вехи на пути становления агрохимии обычно отмечают опыты Я. Б. ван Гельмонта (1634), осветившие роль воды в питании растений, а также высказывания М. В. Ломоносова (1753) и А. Лавуазье (1761) о воздухе как источнике питательных веществ, вскоре подтвержденные опытами Дж. Пристли, Я. Ингенхауза, Ж. Сенебье(англ.)русск. и Н. де Соссюра, показавшими, что растения поглощают из воздуха СО2 и выделяют О2 и что это связано с фотосинтезом. Начало изучению круговорота веществ в земледелии было положено в 30-х годах XIX века французским учёным Ж.-Б. Буссенго. Он установил, что клевер и люцерна способны обогащать почву азотом. В 1866 году русский учёный М. С. Воронин открыл, что азот накапливается в клубеньках, образующиеся на корнях растений под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов. Немецкий агрохимик Г. Гельригель(нем.)русск. окончательно установил, что азот воздуха усваивают микроорганизмы, живущие в клубеньках на корнях бобовых растений. Немецкий учёный Ю. Либих (1840 год) создал теорию минерального питания растений, которая сыграла большую роль в развитии представлений о питании растений и о удобрениях.
Скачать файл (440.1 kb.)gendocs.ru
Минеральное питание растений, значение микроэлементов
Представления о почвенном питании растений начали складываться в связи с развитием растениеводства. Уже в VI – V тысячелетии до нашей эры возделывались пшеница, рожь, ячмень, кукуруза, лен, конопля, многие огородные культуры и плодовые деревья, а зола, ил и навоз использовались как средства, повышающие плодородие почвы.
Первый физиологический эксперимент с целью изучения питания растений был проведен голландским естествоиспытателем Я.Б. ван Гельмонтом в 1629 г. Он посадил в глиняный сосуд, содержащий 91 кг сухой почвы, ивовую ветвь массой 2,25 кг и регулярно поливал почву дождевой водой. Через пять лет растение, и почва были взвешены отдельно. Оказалось, что ива весила 77 кг, а масса сухой почвы уменьшилась всего на 56,6 г. Таким образом, масса растения увеличилась в 33 раза, не считая ежегодно опадавших листьев. Ван Гельмонт сделал вывод, что вся растительная масса была создана за счет воды, вносившейся в сосуд при поливе. Этот опыт послужил основой для «водной теории» питания растений, которая довольно долго держалась в ботанике.
После Ван Гельмонта появилась «гумусовая теория», предложенная или вернее сказать развитая немецким агрономом А. Тэером (до него еще в 384-322 гг. до н. э. эту теорию выдвинул Аристотель). Согласно этой теории растения питаются водой и гумусом.
Однако постепенно накапливались данные о роли минеральных элементов в жизни растений. Один из основоположников российской агрономии А. Т. Болотов наметил основные принципы минерального питания растений. В одной из его книг по агрохимии (1770 г.) он писал, что пища растений в почве «состоит в воде и некоторых особенных земляных или паче минеральных частичках…». Болотов разработал приемы внесения удобрений в почву.
В последующие года учение о минеральном питании растений развивалось стремительно. Важную роль в этой области сыграли: Н. Т. Соссюр (почва снабжает растение азотом и минеральными элементами), Ж. Б. Буссенго (растения можно выращивать в песке с добавлением в него минеральных солей), Ю. Либих («закон минимума», «закон возврата»). Все они постепенно опровергали «гумусовую теорию», а окончательно это сделали И. Кноп и Ю. Сакс. В своих опытах они показали, что вполне возможно вырастить нормальное растение на воде до полного созревания при его обеспечении лишь смесью элементов: азотом, фосфором, серой, калием, кальцием, магнием и железом. Эти опыты окончательно утвердили теорию минерального питания и создали основу для вегетационного метода, в том числе водных и песчаных культур. Питательный раствор, разработанный Кнопом, будет использоваться и в нашем опыте.
Фото: Tim Patterson
Значение микроэлементов
Изучение значения микроэлементов в обмене веществ растений необходимо для выявления новых возможностей управления их продуктивностью, поскольку микроэлементы могут выступать и как специфические и как неспецифические регуляторы обмена веществ.
Во многих жизненных процессах, происходящих в растениях на молекулярном уровне, микроэлементы принимают самое активное участие. Действуя через ферментную систему или непосредственно связываясь с биополимерами растений, микроэлементы могут стимулировать или ингибировать процессы роста, развития и репродуктивную функцию растений.
Составной частью общебиологической проблемы выяснение значения микроэлементов в отдельных звеньях обмена веществ является вопрос о взаимодействии микроэлементов с ДНК. Актуальность этого аспекта определяется действием ионов металлов во многих биологических процессах, происходящих с участием нуклеиновых кислот. Ионы металлов можно рассматривать как фактор, участвующий в создании необходимой для выполнения биологической функции конформации макромолекулы.
В связывании цинка молекулой ДНК участвует атом N1 гуанина и N7 аденина. При возрастании концентрации ионов металлов в полинуклеотидных тяжах возникают одиночные разрывы, которые являются централями деспирализации биополимера. Взаимодействие марганца с фосфатными группами и с гуанином, структурирование гидратной оболочки обусловливает сложную зависимость параметров конформационных переходов от количества ионов металла.
Удаление молибдена из питательной среды вызывает понижение активности нитратредуктазы, совершенно отличное от понижения активности, вызванного удалением молибдена из интактного фермента, например диализом против цианида. В последнем случае активность инактивированного фермента может почти полностью восстанавливаться, добавляя металл к белку, тогда как в случае недостаточности молибдена добавление металла к бесклеточному экстракту не оказывает никакого действия.
Проведенные исследования дают основание заключить, что молибден оказывает ингибирующее действие на ДНК-азы и РНК-азы за счет образования комплексов молибдат-ионов с функциональными группами ДНК-азы и РНК-азы. Образование комплексов молибдат-ионов с ДНК и РНК, по-видимому, защищает фосфодиэфирные связи полинуклеотидов от атакуемости их гидролизирующими ферментами. Молибден также влияет на фосфорный обмен у растений, являясь ингибитором кислых фосфатид.
Под влиянием бора в растениях увеличивается сумма флавинов за счет флавинадениндинуклеотида (ФАД), что свидетельствует о частичном превращении рибофлавина в флавиновые нуклеотиды, а также об усилении активности флавиновых ферментов, содержащих ФАД в качестве кофермента. Количество общего рибофлавина в листьях салата под влиянием бора увеличилось в 4 раза, прочно связанной с белком формы – в 3,8 раза, ФАДа – в 4 раза.
Была обнаружена положительная корреляция между активностью ферментной системы синтеза индолилуксусной кислоты и наличием в инкубационной среде цинка и индолилпировиноградной кислоты.
Показано, что содержание углеводов в тканях растений тесно связано с поступлением бора с питательными веществами. Листья растений с недостаточностью бора содержат обычно много сахаров и других углеводов, по-видимому, эти вещества по какой-то причине не переместились из листьев.
Гош и Даггер высказали предположение, что основная функция бора заключается в перемещении сахаров, которое осуществляется благодаря образованию углеводно-боратного комплекса, облегчающего прохождение сахара через мембрану. Авторы допускают, что-либо углеводно-боратный комплекс может перемещаться из клетки в клетку, либо бор представляет собой компонент мембран, вступающий во временную связь с углеводом и осуществляющий таким образом его прохождение через мембрану. Авторы считают последний механизм действия бора более вероятным.
Марганец активирует обратное карбоксилирование ди- и трикарбоновых кислот, способствует восстановительному карбоксилированию пировиноградной кислоты в яблочную или щавелевую кислоту. Повышает активность фермента аргиназы, катализирующей превращение аргинина в орнитин, из которого синтезируется пирролидоновое кольцо тропановых алкалоидов. Он активирует фосфатглюкомутазу, энолазу, лецитиназу, аминопептидазу. Под влиянием марганца отмечено понижение содержания РНК в ядрах и увеличение в рибосомах. Отмечается также тенденция к повышению содержания ДНК под влиянием марганца. По-видимому, ДНК в данном случае слабее утилизируется.
Видео: Минеральное питание малины. biofile.ru
