Минеральное питание растений История развития представлений о

Минеральное питание растений.

История развития представлений о минеральном питании. • Первый период охватывает конец 18 и первую половину 19 столетия. Характеризуется накоплением данных по вопросам питания растений, применением удобрений и первыми попытками их обобщения. • Второй период охватывает вторую половину 19 и начало 20 века. Для этого периода характерно развитие опытов в лабораториях, на опытных станциях и в производственных условиях.

История развития представлений о минеральном питании. • В 1800 г. Шрадер нашел в проростках в 4 раза больше золы, чем в семенах, и пришел к выводу, что растения сами производят свои зольные вещества посредством жизненной силы и не нуждаются в доставлении их извне. • В 1804 г. Соссюр провел детальный анализ золы растений и на основании этих данных пришел к выводу, что минеральные вещества не случайно проникают с растение.

История развития представлений о минеральном питании. • В конце 18 и в начале 19 века в Западной Европе была широко распространена так называемая гумусовая теория питания растений. Один из наиболее видных сторонников этой теории немецкий ученый Тэер говорил о гумусе следующим образом: «Плодородие почвы зависит собственно целиком от гумуса, так как, кроме воды, он представляет единственное вещество почвы, могущее служить пищей растений. »

История развития представлений о минеральном питании. • Ряд ученых того времени выступали против гумусовой теории. К ним относятся прежде всего Буссенго, Шпренгель и Либих. • Буссенго установил, что источником углерода для растений служит углекислота воздуха. Им было показано также влияние внешних условий на ассимиляцию углерода листьями. Опыты с растениями в искусственных условиях привели Буссенго к разработке вегетационного метода для изучения питания растений. • Отвергнув гумусовую теорию питания растений, Буссенго развил так называемую азотную теорию.

История развития представлений о минеральном питании. • Немецкий ученый Шпренгель в 1837 -1839 писал, что растения – из неорганических веществ, получаемых ими из почвы и воздуха, образуют тела органические с помощью света, тепла, электричества и влаги. Объяснение падения урожаев при непрерывной культуре он видел в том, что минеральные вещества необходимы для жизни растений и потому должны возмещаться в почве.

История развития представлений о минеральном питании. • В 1840 г. Либих издал книгу: "Химия в приложении к земледелию и физиологии растений". Либих прежде всего опроверг перегнойную теорию и затем самым наглядным образом доказал важность минеральной теории. По этой теории источником питания растений служат минеральные вещества. • Либих вывел закон минимума, согласно которому внесение любого количества минеральных веществ не даст результата пока не будет ликвидирован недостаток веществ, содержащихся в минимальном количестве. • Так же Либих вывел закон возврата, указывающий на необходимость возврата в почву веществ, взятых оттуда растениями.

Вклад русских ученых в развитие представлений о минеральном питании. • В своей капитальной работе «О разделении полей» (1771) и других трудах Болотов впервые в России предложил широко вводить севооборот, определять приёмы возделывания культурных растений, исходя из местных природных условий (прежде всего, погоды и почвы).

Вклад русских ученых в развитие представлений о минеральном питании. • М. Г. Павлов впервые в России увязал химию с агрономией. В 1825 г. М. Г. Павловым издан труд Земледельческая химия. Удобрить почву, по М. Г. Павлову, значит сделать ее более плодоносной.

Вклад русских ученых в развитие представлений о минеральном питании. • А. П. Пошман в своей книге «Наставление о приготовлении сухих и влажных туков, служащих к удобрению пашен» (1809) высказал соображение о том, что в удобрении действующим началом являются щелочно-соляные вещества, содержащиеся в навозе и в золе, иначе говоря, минеральные вещества, которые и служат пищей для растений.

Плодородие почвы • Плодородие почвы, способность почвы обеспечивать растения усвояемыми питательными веществами, влагой и др. и давать урожай. • Потенциальное плодородие определяется общим запасом в почве питательных веществ, влаги, а также другими условиями жизни растений. • Эффективное (или актуальное, экономическое) плодородие – возможность использования элементов плодородия растениями в данном году; зависит прежде всего от проведения всего комплекса агротехнических мероприятий.

Важнейшие факторы плодородия • содержание необходимых для растений питательных веществ и их формы • наличие доступной для растений влаги, уровень устойчивости влажности • хорошая аэрация почвы как важное условие развития корневых систем, а также жизнедеятельности микроорганизмов, обеспечивающих разложение органических и накопление питательных веществ в форме, усвояемой для высших растений; • механических состав, структурное состояние и строение; содержание токсических веществ; реакция и др.

Содержание элементов в растении • Органогены. Составляют основу клетки. C – 45% от сухой массы тканей. O – 42% H – 6, 5% N – 1, 5% • Макроэлементы или зольные вещества. K, Ca, Mg, S, Р. На них приходится около 5% сухой массы ткани • Микроэлементы. Приходится 10 -5% B, Mo, Co, Zn, Mn, Cu.

Роль азота в организме • Азот входит в состав белка (от 15 до 17, 5%). Без белка не может существовать ни одна клетка растительного и животного организма, белок – материальная основа всего живого. • Азот входит в состав нуклеиновых кислот (РНК и ДНК). • Азот входит в состав хлорофилла, без которого невозможен фотосинтез. • Также азот входит в состав ферментов биологических катализаторов, под влиянием которых происходят все биологические процессы в растительном и животном организмах. • Азот входит в состав некоторых витаминов и других веществ.

Особенности азотного питания • В зависимости от климатических условий от типа почв внесение азотных удобрений различно, и неправильное применение несет тяжкие последствия. Данным вопросом занимался Прянишников, опытным путем устанавливая нормы и правила внесения той или иной формы азота в почву. • Опыты показали, что при нейтральной и щелочной среде аммиачные формы имеют преимущество перед нитратными, а при кислой реакции – преимущество на стороне нитратной формы.

Особенности азотного питания • Опыты, проведенные Прянишниковым, показали, что при нормальном обеспечении растений углеводами аммиачная форма азота из азотнокислого аммония NH 4 NO 3 поступает в растения быстрее, чем нитратная. В этих условиях азотнокислый аммоний (аммиачная селитра) представляет собой физиологически кислую соль. • Иная картина наблюдается в том случае, когда растения бедны углеводами. В частности, у этиолированных растений поступление нитратного азота опережает поступление аммиака. В этом случае азотнокислый аммоний превращается в физиологически щелочную соль.

Особенности азотного питания • В качестве источников азотного питания для растений могут служить нитраты, нитриты, аммиак и некоторые органические вещества. • Процесс нитрификации проходит по следующей схеме: Органическое вещество – NH 3 –NO 2 – NO 3.

Особенности азотного питания • Наиболее важные исследования в данной области провел И. Г. Дикусар. Он установил, что действие нитритов на растения зависит от реакции среды. • Образование нитритов происходит не только в процессе нитрификации. Схематически этот процесс можно изобразить следующим образом: 2 KNO 3 – 2 KNO 2 – 2 KNO – N 2

Восстановление нитратов в растениях. • Процесс восстановления нитратов происходит по следующей схеме: HNO 3 (нитрат) – HNO 2 (нитрит) – (HNO)2 (гипонитрит) – NH 2 O 4 (гидроксил амин) – NH 3 (аммиак)

Восстановление нитратов в растениях. • Восстановление нитратов до аммиака катализируется ферментами: нитрат- и нитритредуктазой, гипонитритредуктазой и гидроксиламинредуктазой. Все эти ферменты отличаются друг от друга природой металла, который является активатором данной ступени восстановления азота. • Эту роль выполняют • для нитратредуктазы молибден, • для нитритредуктазы и для гипонитритридуктазы – медь, железо и магний, • для гидроксиламинредуктазы – магний и марганец.

Пути ассимиляции аммиака • Ассимиляция аммиака происходит глютаминовой кислотой под действием глютаматгидрогеназы. • Следующим соединением, в виде которого происходит связывание аммиака, является аспарагиновая кислота, которая может образовываться присоединением аммиака к фумаровой кислоте. • Первичным продуктом связывания ассимилируемого аммиака наряду с глютаминовой и аспарагиновой кислотами является аланин.

Круговорот азота в природе

Признаки азотного голодания • • • Азотное голодание растений прежде всего характеризуется изменением зеленой окраски листьев. Азот входит в состав хлорофилла. Когда растение начинает испытывать недостаток в азоте, то образование хлорофилла ослабевает и листья приобретают бледно-зеленую окраску. Другим характерным признаком азотного голодания растений служит сильная задержка в росте. Недостаток азота ограничивает образование белков, которые необходимы для роста клеток. В результате все новые органы – листья, стебли, плоды – бывают мельче, чем при нормальном питании. Азот играет важную роль при образовании репродуктивных органов. При недостаточном поступлении азота в растение закладка цветочных почек и развитие семян идет слабо.

Роль фосфора в растении • Входит в нуклеиновые кислоты, и в их составе участвует в самых важных процессах жизнедеятельности организмов – синтезе белка, росте и размножении, передаче наследственных свойств. • Входит в состав фосфатидов (фосфоглицеридов), которые образуют белково-липидные клеточные мембраны и регулируют их проницаемость для различных веществ.

Роль фосфора в растении • Входит в состав витаминов и многих ферментов. • Энергия солнечного света в процессе фотосинтеза и энергия, выделяемая при окислении в процессе дыхания ранее синтезированных органических соединений, аккумулируется в растениях в виде энергии фосфатных связей макроэргических соединений. Важнейшее из таких соединений – АТФ.

Признаки фосфорного голодания • Растения резко замедляют рост. • Листья их приобретают (сначала с краев, а затем по всей поверхности) серо-зеленую, пурпурную или красно-фиолетовую окраску. • У зерновых злаков при дефиците фосфора уменьшаются кущение и образование плодоносных стеблей.

Роль калия в растении • Активация деятельности ферментов: Повышает активность амилазы (диастазы), сахаразы (инвертазы) 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. • Участие в процессе фотосинтеза:

Роль калия в растении Калий регулирует деятельность ферментов, которые контролируют протекание процесса фотосинтеза. Исследования показали, что зеленые листья, в которых содержится достаточное количество калия, способны ассимилировать диоксид углерода в два раза больше, чем листья с низким содержанием калия. • Регуляция транспорта веществ в тканях растения: Калий регулирует процесс транспорта веществ из места синтеза в запасающие органы. Транспорт тем эффективней, чем лучше растение снабжено калием.

Роль калия в растении • • • Участие в углеводном и белковом обмене. Калий не только 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. 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. Повышение стрессоустойчивости растений по отношению к холоду, засухам, пестицидам и болезням. Калий 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 (в поле).

Признаки калийного голодания • Края и кончики листьев (в основном нижних) буреют, становятся похожими на обожженные (этот симптом называется краевым ожогом), • На листовой пластинке появляются мелкие ржавые пятна. • Злаки плохо кустятся, междоузлия стеблей укорачиваются, а листья, в основном нижние, увядают даже при достаточной влажности

Роль магния в растении • Магний входит в состав хлорофилла, что определяет его важное значение в жизни растений • Участвует в углеводном обмене, действии ферментов и в образовании плодов. • При недостаточном количестве магний усиленно передвигается из листьев в репродуктивные органы.

Признаки недостатка магния • Между их жилками листьев образуется хлороз, они остаются «Мрамо зелеными, их окраска рность» листа напоминает елочку. • При остром недостатке магния отмечается “мраморность”, скручивание и пожелтение. Обычный • У плодовых растений хлороз наблюдается ранний листопад, начинающийся с нижних побегов даже летом, и сильное опадение плодов.

Роль кальция в растении • Кальций присутствует в виде протопектата в срединных пластинках клеточных стенок и, кроме того, инкрустирует оболочки клеток. • Функционируя как антагонист по отношению к калию и магнию при поддержании обводненности клеточных коллоидов, кальций играет специфическую роль в обмене веществ в растении. Так, он служит предпосылкой для прорастания и роста пыльцевой трубки. • Он повышает пластичность клеточных оболочек и способствует делению и растяжению клеток. • Особое значение кальция заключается в устранении токсического действия других элементов, в особенности Сu, Fe, Zn и Sr. Пока растение получает эти элементы лишь в незначительных количествах, кальций требуется растениям лишь в микродозах. Токсическое действие ионов алюминия почвы на растения также смягчается присутствием ионов кальция.

Признаки недостатка кальция • Известны следующие проявления недостатка кальция: • Повреждения молодых почек, свертывание краев листьев, отгибание назад кончиков листьев, появление пятен или хлороза на краях листьев. • Ввиду закупорки проводящих пучков буроокрашенными частицами распавшихся клеточных оболочек появляется вторичное побурение жилок у молодых листьев и надламывание верхней части стебля. • У растений, страдающих от недостатка кальция, сильно ограничен рост корней. Скручивание листьев, отгибание кончиков

Роль серы в растении Хлороз. Жилки светлее окружа ющих тканей • Дисульфидные мостики между полипептидными цепями или двумя участками одной цепи (по типу — S —Sмостика в молекуле цистина) стабилизируют молекулу белка. • Сера входит в состав кофермента А и витаминов и в форме этих соединений принимает участие в ферментативных реакциях клетки. При взаимодействии Ко. А с уксусной кислотой синтезируется ацетил. Ко. А: H 3 C-CS-Кo. A, который, играет важную роль в процессах дыхания растений. • При ее недостатке задерживается рост растений, окраска листьев бледнеет, при полном отсутствии серы они становятся белыми, так как образование хлорофилла не происходит.

Роль железа в растении • Железо входит в состав ферментов, участвующих прежде всего в окислительновосстановительных реакциях, это - пероксидаза, каталаза, цитохромоксидаза, НАД-Н-цитохром-С редуктаза. • Ключевое положение цитохромов в обмене веществ - связано с транспортом электронов от дыхательного субстрата к молекулярному кислороду. Системы цитохромов - неотъемлемая часть механизмов фотосинтеза и дыхания.

Роль железа в растении • В отличие от цитохромов, железосодержащий белок ферредоксин, также служащий переносчиком электронов, содержит железо, непрочно связанное с серой по типу сульфида. С помощью ферредоксина осуществляется фосфорилирование. • Железо в растительной клетке выполняет, прежде всего, каталитическую роль, концентрируясь в митохондриях и хлоропластах. Железосодержащий белок ферритин, сосредоточенный в пластидах, очевидно, служит запасным соединением, снабжающим клетки железом.

Признаки недостатка железа Хлороз. Жилки зеленые. Некроти ческих пятен нет. • При недостатке железа, из-за нарушения синтеза хлорофилла у растений развивается полный хлороз, когда вся поверхность листа постепенно становится бледно-зеленой, почти белой окраски. Сначала хлоротичными становятся молодые листья, затем старые.

Роль марганца в растении Хлороз. Некроти ческие пятна. • Марганец способствует увеличению содержания хлорофилла в листьях, синтезу витамина С, регулирует водный режим, повышает устойчивость к неблагоприятным факторам, влияет на плодоношение и способствует ускорению их развития. • При недостатке марганца наблюдается хлороз , жилки остаются зелеными, что придает листу пестрый вид. В дальнейшем участки хлорозных тканей отмирают, при этом появляются пятна различной формы и окраски. Признаки недостатка появляются прежде всего у основания листьев, а не на кончиках, как при недостатке калия.

Роль меди в растении Слабый хлороз. Потеря тургора. • Медь регулирует фотосинтез и концентрацию образующихся в растении ингибиторов роста, водный обмен и перераспределение углеводов, входит в состав ферментов, повышает устойчивость к полеганию. • Недостаток меди вызывает у растений задержку роста и цветения, слабый хлороз листьев, потерю тургора клеток и увядание растений.

Роль цинка в растении • Цинк играет важную роль в белковом, углеводном и фосфорном обмене, в биосинтезе витаминов и ауксинов. • При дефиците цинка в растениях задерживается образование сахарозы, крахмала и ауксинов, нарушается образование белков, вследствие чего в них накапливаются небелковые соединения азота и нарушается фотосинтез. Это ведет к подавлению процесса деления клеток и Задержка влечет за собой деформацию и роста стебля. уменьшение листовой пластинки и Деформация задержку роста междоузлий, т. е. к листьев. торможению роста растений. Симптомы недостатка цинка развиваются на всем растении.

Роль бора в растении • Бор способствует усилению роста пыльцевых трубок и прорастанию пыльцы, увеличению количества цветков и плодов, а его отсутствие нарушает процесс созревания семян. • Бор положительно влияет на устойчивость растений к грибковым, бактериозным и вирусным заболеваниям. • В организме растений бор регулирует количество фитогормонов, управляет общим линейным ростом и развитием тканей.

Признаки недостатка бора • Особенно чувствительны к наличию бора в питательной среде корнеплоды, подсолнечник, бобовые культуры, лен, картофель и овощные культуры. • При недостатке бора нарушается синтез, превращение и передвижение углеводов, формирование репродуктивных органов, оплодотворение (стерильность пыльцы) и плодоношение растений. • У плодовых культур дефицит бора выражается в измельчении верхних листьев, их скручивании и опадании, а при резком дефиците и в развитии "суховершинности", в появлении на плодах (внутри и снаружи) водянистых язв, которые затем буреют и опробковевают, причем плоды приобретают характерный горьковатый привкус.

Роль молибдена в растении • Молибден входит в состав ферментов, регулирующих азотный обмен в растениях, участвует в синтезе нуклеиновых кислот (РНК и ДНК) и витаминов и регулирует фотосинтез и дыхание. • Молибден играет специфическую роль в усвоении атмосферного азота бобовыми (это определяет особую их потребность в нем), а также овощными (капуста, редис, листовые овощи, томаты) культурами.

Молибденовое голодание растений Пожелтение листьев. Пятнистость. Отмирание точки роста. • При недостатке молибдена в растениях нарушаются многие процессы жизнедеятельности, в тканях растений накапливаются нитраты, что особенно опасно при избыточном применении азотных удобрений: чем выше дозы применяемых азотных удобрений, тем больше потребность растений в молибдене. • Внешние признаки дефицита молибдена для растений сходны с азотным голоданием: тормозится рост растений, листья приобретают бледно-зеленую окраску, деформируются и преждевременно опадают. В отличие от азотного голодания, при молибденовом - отмирают точки роста.