Питание растений и поглощение ими веществ

Питание высших растений

По типу питания все высшие растения являются автотрофами, то есть они способны синтезировать органические вещества (вещества, находящиеся в растительных организмах, продукты их выделения и ассимиляции) из неорганических (состоят, главным образом, из углерода, водорода, кислорода, азота, серы, фосфора). В организм растения неорганические вещества попадают двумя путями:

«воздушное питание» (иначе фотосинтез) – попадает углекислый газ

«корневое питание» — попадают азот, сера, фосфор, железо, калий, кальций, натрий, микроэлементы (молибден) и вода

«Воздушное питание» представляет собой поглощение листьями растений углекислого газа из окружающей среды. В листьях он претерпевает ряд химических изменений в результате чего образуются необходимые растению органические вещества (аминокислоты, белки). В качестве побочного продукта образуется кислород.

«Корневое питание» представляет собой поглощение воды и минеральных веществ корнем непосредственно из почвы. Поглощение возможно за счет осмотического давления, то есть за счет разницы давлений между давлением внутри растения и давлением окружающей среды. С последним растение взаимодействует в процессе испарения воды, раскрывая многочисленные устьица на площади листа.

Минеральные вещества, попадают в тело растения в виде положительно (катионы) или отрицательно заряженных (анионы) ионов (атомов, реже молекул с выраженным зарядом) неорганических веществ. В дальнейшем они переводятся в готовые органические вещества (аминокислоты, белки). Часть органических веществ может синтезировать сам корень.

Непосредственно на корне за впитывание минеральных веществ отвечают молодые растущие корешки и множество корневых волосков. Количество корневых волосков может достигать 200-500 штук на 1 квадратный миллиметр, что увеличивает площадь соприкосновение корня с почвой в несколько раз. Срок жизни каждого корешка и волоска не превышает 2-5 дней. Вследствие этого корни у растения растут непрерывно в течение всей жизни. За один день общий прирост корней может составлять 5-10 миллиметров.

Во время роста корня часто наблюдается такое интересное явление как хемотропизм. Его смысл состоит в том, что корневая система растет наиболее быстрее в том направлении, где больше всего питательных веществ. Но возможен и отрицательный хемотропизм, то есть корневая система растет в сторону о т неблагоприятных условий. В качестве последних может выступать реакция почвенной среды, температура, степень обеспеченности водой, кислородом и минеральными веществами.

Избыток или, чаще всего, недостаток многих неорганических веществ отрицательно сказывается на облике растения. Растение хиреет, плохо или вообще не плодоносит, часто погибает. Чтобы этого избежать сельскохозяйственные растения подкармливают удобрениями.

Источник

Корневое питание растений. Избирательное поглощение элементов питания растениями.

Питание растений — процесс поглощения и усвоения из окружающей среды химических элементов, необходимых для их жизни. Одни питательные элементы растения поглощают из воздуха в форме углекислого газа и молекулярного кислорода, другие — из почвы в форме воды и ионов минеральных солей. Соответственно различают воздушное (фотосинтез) и почвенное (корневое) питание.

Усложнение растений, увеличение их размеров сопровождалось появлением различных органов и тканей, выполняющих функцию поглощения и передвижения веществ. Большинство растений поглощает воду и минеральные вещества из почвы корнями. Корень называют нижним концевым двигателем веществ у растений

Почвенное питание у папоротников и семенных растений осуществляется с помощью корня. Строение корня приспособлено к поглощению воды и элементов питания из почвы. В этом процессе участвует зона поглощения (всасывания), которая имеет корневые волоски. При рассматривании корневого волоска под микроскопом видно, что он представляет собой молодую клетку, которая покрыта оболочкой, имеет ядро, цитоплазму и органоиды. На 1 мм 2 поверхности корня может располагаться от 200 до 400 корневых волосков. За счет этого всасывающая поверхность корня увеличивается примерно в 18 раз. Корневые волоски недолговечны, живут в среднем 10 — 12 суток, но ежедневно по мере роста корня на молодом его участке образуются новые корневые волоски.

Клетка корневого волоска поглощает воду благодаря тому, что содержащиеся в ней неорганические и органические вещества создают высокую концентрацию раствора, превышающую концентрацию почвенного раствора, окружающего корневой волосок. Вода (по законам осмоса) передвигается из менее концентрированного почвенного раствора в более концентрированный раствор, который находится в корневом волоске. В засуху концентрация почвенного раствора возрастает, и поглощение воды корневыми волосками затрудняется.

Большое значение в поглощении элементов питания играют корневые выделения, которые растворяют труднодоступные минеральные вещества. Растворяющим действием обладает выделяемая корнями углекислота. Некоторые растения выделяют органические кислоты (яблочную, щавелевую и др.), которые обладают большой растворяющей способностью.

За зоной всасывания расположена проводящая зона корня. В нее из зоны всасывания поступают поглощенные корневыми волосками вода и минеральные вещества. По проводящей ткани они передвигаются вверх по растению.

Всасывание воды корнем и ее передвижение можно обнаружить по "плачу" растений и гуттации. "Плачем" растений называют выделение сока (пасоки) из перерезанного стебля. Особенно интенсивно выделяется пасока весной. Гуттация — это выделение капелек воды неповрежденным растением по краям листа у окончания листовых жилок. Гуттацию можно увидеть рано утром у многих растений, например, у садовой земляники, манжетки, розы и др. "Плач" и гуттация свидетельствуют о том, что вода поступает из корня в стебель под давлением. Это корневое давление. Вместе с водой в растение из почвы поступают растворенные в ней минеральные соли.

В период интенсивного роста здоровые, с хорошо развитыми корнями растения нуждаются в усиленном питании для формирования зеленых побегов, цветков и плодов. Поглощение элементов питания корнями является сложным физиологическим процессом, связанным с обменом веществ. Для поглощения питательных веществ и нормальной жизнедеятельности корней необходимы доступ воздуха к корням, благоприятная температура окружающей среды, оптимальные кислотность (рН) раствора, состав и концентрация солей в почве.

Гидропонный способ выращивания растений, или гидропоника (от греч. hidros — "влажный" и ропео — "работать", "трудиться"), позволил установить, что все минеральные вещества растения получают из их водных растворов. Разные растения нуждаются в разных количествах минеральных веществ. Так, растения пшеницы на площади 1 га поглощают более 40 кг азота, 20 кг фосфора, 25 кг калия, при урожае в 30 ц/га рожь вынесет из почвы 75 кг азота, 45 кг фосфора и 90 кг калия. А картофель использует питательных веществ больше, чем зерновые, многолетние и однолетние травы.

Поиск путей наиболее полного и рационального использования растениями элементов минерального питания удобрений и почвы во все времена оставался одной из главных задач науки и практики. Столь пристальное внимание к данной проблеме обусловлено тем, что уровень и качество минерального питания растений во многом определяют их урожай и его качество. Потребление растениями элементов питания в онтогенезе определяется многими факторами. Наиболее значимыми из них являются неравномерность роста и развития, обусловленная генетическими особенностями культур и сортов, почвенно-климатические условия произрастания. Из последних наиболее важным для потребления элементов питания является уровень обеспеченности растений влагой и теплом. С целью повышения доступности элементов питания разработаны разнообразные приемы обработки почвы, накопления и сохранения влаги в почве. Важное место в решении этого вопроса отводится дробному применению минеральных удобрений, приуроченности их внесения к периоду наибольшей потребности растений в элементах питания, особенно азота

Установлено также, что одни минеральные вещества требуются растениям в относительно больших количествах (соли калия, азота, кальция, фосфора, магния и прочие макроэлементы), другие вещества и элементы требуются в ничтожных количествах (микроэлементы цинк, молибден, медь, железо, бор и др.).

Концентрация питательных веществ может колебаться в довольно широких пределах. Организм растения, извлекая эти вещества из внешней среды, создает в тканях их необходимую концентрацию. Если этих веществ в воде и грунте достаточно, растение развивается правильно, быстро растет, цветет и плодоносит. При недостатке одного или нескольких необходимых веществ отмечается отставание в росте, изменение формы растения, прекращается размножение. Иногда наблюдается избыток тех или иных химических элементов, что также может вызвать нарушение развития растений.

Если удобрения вносят в количествах, превышающих потребности растений, то урожайность не увеличивается, а качество продукции может даже ухудшиться. Так, избыточное азотное питание капусты приводит к недостатку в ней сахаров, капуста плохо хранится. При избытке в почве солей азота в клубнях картофеля снижается содержание крахмала, у многих растений в клетках накаливаются нитраты. Употребление в пищу овощей, картофеля и других продуктов, содержащих избыток нитратов, оказывает вредное влияние на здоровье человека.

Источник



Минеральное питание растений — роль удобрений и химических элементов

Ученые в свое время изучили золу из-под растительности и нашли в образовавшейся массе большое количество очень редких химических компонентов. Этот факт доказывает, что отдельно взятые вещества нужны зеленым насаждениям и накапливаются в них.

Важные элементы

Существует перечень веществ, которые являются жизненно необходимыми, и они обязательно присутствуют в растениях. К ним относятся кальций, калий, железо, магний, фосфор, сера. Для разных представителей флоры такие элементы обозначены индивидуальными пропорциями. С помощью корневой системы из грунта осуществляется забор воды вместе с растворенными в ней минеральными солями. Подобный процесс называется почвенным питанием растений. По схеме на уроках биологии можно увидеть, что каждому химическому веществу отведена отдельная роль:

  1. Компоненты на основе азота обеспечивают нормальный и своевременный рост.
  2. Недостаток азота затормаживает развитие растений, способствует появлению пожелтевших и мелких листьев.
  3. Благодаря калию происходит отток от листков к корневой системе органических веществ. Элемент обеспечивает защиту от токсинов и всевозможных солей. В большом объеме скапливается в клубнях, семенах и молодых органах в процессе жизни растения.
  4. В случае нехватки калия замедляется растяжение и деление клеток, кончик корня может погибнуть. Посветлевшие листья покрываются дырами, края их желтеют.
  5. Фосфор, который поступает в растения, представлен фосфатами или солями на основе фосфорной кислоты. Он необходим для быстрого созревания плодов. При недостатке замедляется обмен веществ, отмирают отдельные участки листков.
  6. Сера поступает в растения в виде солей серной кислоты, она присутствует в эфирных маслах и белках. Явными признаками ее дефицита выступает желтизна молодых побегов.
  7. Немаловажное значение магния заключается в его присутствии в хлорофилле. Это фотосинтезирующий пигмент, придающий хлоропластам зеленый оттенок. Недостаток элемента сопровождается осветлением листьев, на которых прожилки становятся неестественно темными.
  8. Железо необходимо для дыхания растений. Его наличие в малом количестве ведет к пожелтению и побелению листьев.

Список необходимых для нормального развития веществ можно дополнить йодом, фтором, марганцем, кобальтом, цинком. Они стимулируют правильный рост растений. Процессы жизнедеятельности нарушаются или приостанавливаются в случае отсутствия хотя бы одного из этих компонентов.

Принцип поглощения полезных веществ

Если рассматривать водоросли, то они способны усваивать необходимые элементы всей поверхностью. В отличие от них высшие растения питаются нужными веществами через корневую систему. При этом зона всасывания по длине варьируется от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. На поверхности присутствует покровная ткань в виде кожицы, оснащенной тонкими волосками.

Именно через такие отростки осуществляется минеральное питание растений. Значение воды в этом процессе не менее важно. Численность волосков велика, благодаря чему повышается всасываемость корневой поверхности. Подобную функцию выполняют листья при воздушном питании представителей флоры.

Следует рассказать, в чем заключается особенность волосков. Они покрываются слизью, способны тесно контактировать с твердыми частицами грунта и без труда проникать между ними. С помощью вязкого вещества быстро растворяются минеральные элементы, после чего поглощаются корневищем.

Волоски на нижней подземной части растения проникают вглубь почвы, максимально плотно соприкасаясь с ее частицами и впитывая влагу, насыщенную минеральными полезными веществами. Далее от корневого отростка жидкость проникает в соседние клетки и сосуды, от которых под определенным давлением поступает в верхние органы.

Существует корневое давление, оно представлено силой, с которой осуществляется одностороннее перемещение воды по направлению к побегам. При высоком показателе такого значения жидкость поднимается выше. За корневым давлением можно проследить на практике. Стебель срезается на высоте примерно 10 см, на оставшийся отрезок надевается плотно прилегающая трубка из резины, заведенная в стеклянную емкость. Подробнее такой процесс уместно описать в реферате или докладе к уроку биологии.

После полива горшочной почвы теплая вода через срез поступает в трубку и емкость. Если используется слишком холодная жидкость, отдача сока будет в меньшем количестве. Из этого следует, что поглощение влаги из почвы корневой системой зависит от температурного значения поступающей воды. Подобный процесс легко пронаблюдать в природных условиях. Пасока или сок выделяется при разрезании древесины, корней или стебля у живого растения.

В весеннее время, когда на деревьях еще не появились листья, в стволах начинается активное сокодвижение. Из обломанной ветки или нарушенного ствола выделяется пасока. Она отличается сладковатым приятным вкусом, содержит витамины, сахара, питательные вещества в растворенном виде. Такая жидкость обеспечивает нормальный весенний рост, набухание и развертывание почек.

Например, всем известно о пользе березового сока, который заготавливается в промышленных масштабах в лесных зонах, отведенных под вырубку.

Управление впитыванием

Растение нормально развивается и функционирует, когда корневая система имеет возможность из окружающей среды потреблять нужные питательные элементы. Большое значение имеет состояние почвы — верхнего пласта земли. Этот слой отвечает за:

  • обеспечение растений водой и полезными компонентами;
  • плодородие;
  • создание необходимых условий для нормальной жизнедеятельности.

Такие факторы влияют на урожайность культур, возделываемых человеком. В естественных условиях необходимые вещества в почву поступают из перегнивших растений и животных, опавшей листвы. С сельскохозяйственными насаждениями дела обстоят иначе.

Они в процессе роста из почвы поглощают необходимые питательные элементы, после чего собираются в виде урожая. Назад в землю полезные вещества не возвращаются.Так почва подвергается неминуемому истощению.

С целью восполнения нужных компонентов с/х угодья обрабатываются специальными удобрениями, разделенными на 2 группы.

Органические вещества представлены следующими составами:

  • птичий помет или навоз, образующийся в процессе жизнедеятельности различных животных;
  • торф или перегной — это отмершие частички растительного или животного происхождения.

Если рассматривать навоз, его не рекомендуется вносить в почву в свежем виде. Он отличен по составу, в нем могут присутствовать непереработанные растительные семена, болезнетворные микробы, гельминты. В отстоявшемся виде навоз является доступным и полезным веществом для удобрения почвы разных типов.

Не менее эффективным органическим удобрением выступает птичий помет. Практика показывает, что самый насыщенный химический состав представлен голубиными и куриными отходами жизнедеятельности. При смешивании всевозможных веществ органического происхождения получается компост. Он используется на приусадебных участках, в сельском хозяйстве.

Минеральные удобрения создаются человеком и не вырабатываются в природных условиях. Они бывают калийными, фосфорными, азотными. На практике часто задействуются микроудобрения, изготовленные на основе меди, бора, кобальта, цинка. Такие составы удобны в применении, но следует понимать, что ни одно химическое соединение по эффективности не сравнится с природными компонентами.

Удобрения помещаются в почву в разные периоды года, все зависит от потребностей растения в определенное время, а также от его вида. Навоз вводится в землю при осенних работах, когда до высадки семян еще далеко. Минеральные составы вносятся одновременно с посевным материалом или непосредственно перед его закладкой. Они необходимы во время роста растений и представлены эффективными подкормками.

Для каждого периода роста и развития предназначено определенное минеральное питание растений, в 6 классе эта тема изучается более подробно, подготавливаются соответствующие конспекты. Важно придерживаться дозирования веществ, их избыток негативно скажется на результате.

Полученная таким способом продукция может нести угрозу для человека. Правильное использование удобрений даст возможность собрать достойный урожай.

Источник

Питание растений и поглощение ими веществ

Весь текст был взят из прикрепленного видео. Если включить при просмотре субтитры, то очень удобно слушать, смотреть и читать одновременно.

Питание растений в различные фазы развития имеют свои особенности. Поглощение питательных веществ в течение вегетации происходит неравномерно.

Особенно важны благоприятные условия питания в начальный период роста при слабо развитой корневой системе.

Растения потребляют сравнительно небольшое количество питательных веществ, но остро реагирует как на их недостаток, так и на избыток.

Начальный период роста критический в отношении фосфорного питания. Недостаток фосфора так сильно угнетает растения, что даже обильное питание их в последующие периоды не дает нужных результатов.

В начальный период роста важно обеспечить растения достаточным азотным питанием. Потребность в азоте и других элементах питания резко возрастает в период интенсивного развития вегетативных органов.

В фазах завершение цветения и плодоношения поступление питательных веществ в растения резко снижается.

Регулируя условия питания растений по периодом роста можно направленно воздействовать на величину и качество урожая.

Установление норм удобрений на программируемый урожай находится во взаимодействии с факторами внешней среды. Нарушение любого фактора приводит к нарушению жизненного ритма растения, его питание и в конечном итоге к снижению урожая.

Определение норм удобрений под сельскохозяйственные культуры при программированном выращивании урожая по индустриальной технологии проводятся рядом методов. В основу их положен вынос питательных веществ на 10 центнеров основной продукции с учетом побочной.

Различные сельскохозяйственные культуры отличаются по общему выносу питательных веществ. Так например зерновые культуры при урожае 35-40 центнеров с гектара выносят:

азота до 100 кг

фосфора до 40 кг

Картофель при урожае 200-250 центнеров с гектара выносит как минимум:

40-60 кг фосфора

180-300 кг калия

капуста с урожаем 500-700 центнеров с гектара выносит:

азота до 230 кг

до 90 кг фосфора

и до 320 кг калия

Различают биологический и хозяйственный вынос.

Под биологическим выносом подразумевается вынос питательных элементов всеми частями растений.

Под хозяйственным выносом питательных элементов только хозяйственно ценной частью урожая: клубнями, зерном, а в случае использования ботвой, соломой.

Знание особенностей питания растений важно не только для планирования уровня урожайности сельскохозяйственных культур, но и для грамотного использования удобрений с целью улучшения физико-химических свойств и повышения уровня плодородия почвы.

Применение удобрений является одним из факторов интенсификации сельскохозяйственного производства и улучшения плодородия почв.

За счет удобрений получают около 50 процентов прироста урожаев.

Наступила осень. В жизни растений это время года определяет завершающую фазу развития биологического цикла, фазу плодоношения.

Полным ходом идет уборка хлебов с полей вывозят ранние овощи приступили к уборке картофеля. У тружеников сельского хозяйства много забот, на счету каждый погожий день, каждый час, а на полях, где урожай убран опять работают машины. Механизаторы и полеводы спешат заложить основы урожая будущего года.

Рост и развитие все процессы жизнедеятельности растений протекают во взаимосвязи с окружающей средой. Из почвы и воздуха растения усваивают питательные вещества для нормального течения физиологических и биохимических процессов.

Растениям необходимы тепло, свет, элементы питания. Нужна вода для создания оптимального режима влажности.

В агрохимии процесс питания растений рассматривают как синтез связи и взаимодействия между растениями, почвой и удобрениями. Выдающийся советский ученый академик Дмитрий Николаевич Прянишников представил эту систему в виде треугольника, в вершине которого он расположил растения, а в основании почву и удобрения.

Разнонаправленные стрелки показывают взаимное влияние факторов при сложившихся погодных условиях. Связи растений с окружающей средой многообразны, но только при благоприятном сочетании всех факторов можно добиться максимальной продуктивности.

Химический состав растений очень сложен. Это живые растительные клетки каждая из них содержит различные органические и минеральные соединения, образующие сухое вещество растения. Основная часть общей массы сухого вещества представлена органическими соединениями: белками, жирами углеводами.

Кроме сухого вещества органы и ткани растений содержат много воды. Соотношение воды и сухого вещества колеблется в зависимости от вида, возраста растений, а также от условий выращивания. Так, например, в плодах огурцов, томатов, перца сухого вещества 4-8 %, воды 92-96%, в зерне хлебных злаков сухое вещество составляет большую часть массы 85-88%.

Растения накапливают сухое вещество за счет усвоения углекислоты из воздуха и минеральных элементов и воды из почвы.

Основную часть элементарного состава сухого вещества составляют углерод, кислород, водород и азот.

На углевод приходится 45 процентов

Всего 95 процентов, остающиеся пять процентов приходится на зольные элементы составляющие две группы к первой группе относятся элементы содержание которых колеблется от сотых долей процента до нескольких процентов сухой массы, они называются макроэлементами.

Вторую группу составляют элементы содержание которых колеблется от тысячных долей процента до 100 тысячных, это микроэлементы.

О железе как а макроэлементе следует сказать особо. По процентному содержанию железо относят к макроэлементам, а по физиологической роли к микроэлементам.

Всего в тканях растений обнаружено более 70 элементов периодической системы Менделеева. Совершенствование аналитических методов позволит расширить этот список.

На данной таблице приведены элементы, необходимость в которых для питания растений доказана и подтверждена опытами. В скобках указаны условно необходимые. Необходимые элементы перед вами.

Вегетационный домик кафедры агрономической и биологической химии академии имени Тимирязева. Здесь по строгой научной методике проводят опыты по выращиванию многих сельскохозяйственных культур. Рост и развитие растений наблюдаются на протяжении всего вегетационного периода.

Контрольные растения получают все элементы питания, при испытании других исключают какой-то один элемент. Так:

недостаток бора вызывает заболевание томатов,

избыток лития оказывает резко отрицательное действие на рост растений

недостаток магния вызывает полосатый хлороз листьев значительно снижает урожай кукурузы

салат гибнет от недостатка марганца и фосфора

Из опытов видно, что недостаток любого из элементов как, впрочем, и его избыток отрицательно сказываются на развитии растений.

Различают воздушное и корневое питание растений.

Воздушное питание осуществляется в процессе фотосинтеза. В результате образуются без азотистые органические вещества из углекислоты атмосферы и воды. При участии хлорофилла и энергии солнца в процессе фотосинтеза происходит поглощение углекислого газа и выделение кислорода с образованием богатых энергии соединений в виде АТФ и восстановленных продуктов.

Запасенная энергия используется для синтеза углеводов, которые в форме сахарозы оттекают в корни растений.

В результате фотосинтеза образуются органические вещества и запасается энергия используемая в дальнейшем во всех процессах жизнедеятельности, в том числе и в поглощении растениями элементов питания.

Размеры корневой системы и характер и ее распределения в почве у различных видов растений неодинакова. Масса корней у всех растений с глубиной снижается, а их суммарная поверхность возрастает. Активная часть корня молодые растущие корешки. Рост происходит у самого кончика корешка, защищенного корневым чехликом. Выше расположена зона активного деления меристематических клеток, еще выше зона растяжения. Здесь наряду с увеличением объема клеток начинается дифференциация ткани. Выше зоны растяжения расположена зона корневых волосков или зона активного поглощения питательных веществ. Корневые волоски это тонкие выросты наружных клеток образование которых способствует увеличению поглощающей поверхности корня.

Снаружи поверхность корня образует свободное пространство, оно состоит из водного и доннановского пространства. Поверхность корня как правило имеет отрицательный заряд, поэтому в непосредственной близости от его поверхности располагается слой положительно заряженных ионов, образующих доннановское пространство, к которому примыкает водное, содержащее как положительно, так и отрицательно заряженные ионы.

Как же происходит поглощение элементов питания?

Растительная клетка соприкасается с другими клетками или с окружающей средой целлюлозной клеточной стенкой, через которую проходят питательные вещества и плазматической мембраной плазмолеммой. Плазмолемма окружая цитоплазму является регулятором внутреннего состава клетки, через нее в клетку поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена.

В цитоплазме клетки находятся многочисленные клеточные органеллы, каждая из которых окружена своей собственной плазматической мембраной. Мембраны клеток и клеточных органелл имеют сходные структуры фосфолипиды и соединяясь хвостами образуют бесслойный комплекс.

Фосфолипидная молекула построена из двух частей: полярных головок и неполярных хвостов, составляющих длинные цепи атомов углерода и водорода. Такое строение обуславливает ряд особенностей. На границе раздела двух сред происходит образование моно молекулярного слоя липидов, создающего ограничение проникновению веществ в водной среде. Липиды ориентируют свои головки наружу, а в масле во внутрь мицеллы. Биологические мембраны пронизаны белками. Часть белков имеет каталитическую активность и являются ферментами.

Проникновение веществ в клетку частично происходит за счет диффузии или по электро-химическому градиенту. Если мембрана разделяет два раствора различной концентрации, то через нее будут проходить раствор или растворенное вещество в зависимости от ее проницаемости. За счет процесса диффузии происходит выравнивание концентрации.

Основная масса ионов проникает в клетку против градиента концентрации электрического потенциала по механизму активного транспорта. Ряд веществ проникая через мембрану при помощи низкомолекулярных жирорастворимых переносчиков. Такой переносчик захватив ион легко проходит через мембрану и освобождает его внутри клетки. Транспорт веществ может происходить также через поры мембраны.

Роль переносчиков могут выполнять белковые глобулы. Примером такого переносчика является калиево-натриевая АТФаза для переноса внутрь клетки двух ионов калия и выброса 3 ионов натрия расходуется 1 молекула АТФ.
Кроме этого фермента имеется также протонный насос выкачивающий из клетки и ионы водорода, вследствие чего в клетке возникает отрицательный заряд с повышением интенсивности работы помпы в клетке накапливается гидроксильные ионы, которые подщелачивают среду в результате чего переносчик может переносить ионы водорода обратно в клетку по электрохимическому градиенту.

Кроме того переносчик протонов может иметь сродство какому-то другому соединению, которое вместе с протоном по электро-химическом градиенту будет поступать в клетку. Это могут быть фосфор, аминокислоты, сахара и другие соединения.

Данный процесс называется симпорт. Существует также и антипорт из клетки выкачиваются ионы водорода, а внутри закачиваются ионы с тем же зарядом.

Проникновение ионов в клетку возможно и без участия переносчиков.

Многие ионы например аммония и нитратного азота легко проникают в клетку. Молекула аммиака проникает быстрее других электро-нейтральных молекул, кроме воды. Нитратный ион проходит медленнее, но в высоких концентрациях такие анионы как нитрат, родонит, йод способны разрушать структуры водородных связей мембраны. Они называются холотропными.

Известно, что клетки обладают способностью захватывать инородные частицы. Если захватывается твердая частица это явление называется фагоцитозом, а захватывание капель и жидких веществ пиноцитоз.

Этим свойством также обладают мембраны растительных клеток большую роль играет и обратный пиноцитоз, позволяющий удалять из клетки продукты обмена.

Открытие разнообразной синтетической деятельности корневой системы растения позволяет считать ее сложной биологической лабораторией.

Биосинтез органических веществ протекает при взаимосвязанной деятельности листа с корнями.

Поглощение растениями питательных веществ определяется не только их биологией. В значительной степени она зависит от реакции и концентрации почвенного раствора, влажности, интенсивности освещения и от других условий внешней среды.

Большое значение для питания растений имеют микроорганизмы, населяющие почву. Особенно велико количество бактерий в той части почвы, которая контактирует с поверхностью корня – ризосфере.

Используя корневые выделения микроорганизмы активно развиваются на корнях и вблизи них.

Взаимодействие микроорганизмы корень имеет очень сложный характер. Полезные микроорганизмы участвуют в обмене веществ в почве, влияют на ее структуру и реакцию, выделяя в почву многие активные вещества они переводят нерастворимые соединения в доступную для растений форму.

Значительным пополнением азотного фонда почвы служит биологический азот, источником которого являются микроорганизмы, фиксирующие молекулярный азот из атмосферы. Это клубеньковые бактерии культуры ризобиум. Они производят фиксации атмосферного азота в симбиозе с высшими растениями. Существуют также свободно живущие азотофиксирующие бактерии.

Источник

Питание растений

Питание растений — процесс поглощения из внешней среды, передвижения, накопления и трансформации питательных веществ, необходимых для жизни растений. В ходе этого процесса происходит обмен веществ между растениями и окружающей средой. Неорганические вещества, находящиеся в почве, атмосфере и вода поступают в растение, и используются для синтеза сложных органических соединений, часть веществ может выводится из растительного организма в окружающую среду.

Зеленые растения под действием солнечного света в процессе фотосинтеза из углекислого газа, воды и простых минеральных солей синтезируют органические вещества, которые в свою очередь обеспечивают пищей человека и животных. В результате этого процесса вся зеленая растительность в дневное время выделяет большое количества кислорода, которым дышат живые организмы. Поэтому жизнь на Земле обусловлена работой высших и низших растений. О масштабе и значимости этого процесса в природе можно судить по следующим данным: зеленые растения ежегодно образуют в пересчете на глюкозу до 400 млрд т органических веществ, из которых 115 млрд т — на суше, связывается до 170 млрд т углекислого газа и разлагается при фотолизе в растениях 130 млрд т воды с выделением 115 млрд т кислорода.

Для синтеза органических веществ растения в мировом масштабе используют до 2 млрд т азота и 6 млрд т зольных элементов. Запасы азота в атмосфере составляют 4·10 15 т, однако они не определяют обеспеченность культур азотом, так как растения используют этот элемент из почвы, а не атмосферы.

Растение через листья получает более 95% углекислого газа и может усваивать путем некорневого питания из водных растворов зольные элементы и азот. Однако основное количество азота, воды и зольных питательных веществ поступает из почвы через корневую систему.

Вода потребляется растением и используется в процессе питания фотолиза и в значительно большем количестве испаряется листьями. Для образовании 1 кг сухой массы урожая культуры испаряют 300-400 кг воды. В неблагоприятных условиях расход воды возрастает в 1,5-2 раза, тогда как в оптимальных условиях расход воды снижается на 15-20%.

Из-за взаимосвязи с погодно-климатическими условиями регулирование и оптимизация процесса питания растений и обмена веществ не всегда возможна. От этих условий зависит и содержание питательных веществ в почве в доступной для растений форме. Мобилизация или иммобилизация отдельных питательных веществ в почве также определяется активностью и направленностью химических, физико-химических и микробиологических процессов, биологическими свойствами самого растения, динамикой поглощения отдельных катионов и анионов в процессе вегетации.

На процессы, определяющие рост и развитие растений, сильное влияние оказывают удобрения. Они изменяют содержание солей в почве, интенсивность и направленность химических, физико-химических и биологических процессов, реакцию и буферность почвы, поглотительную способность.

Типы питания растений

Автотрофный тип питания — самостоятельное обеспечение растением своих потребностей в питательных веществах, посредством поглощения неорганических веществ из почвы и углекислого газа из атмосферы. Характерен для большинства растений. К организмам с автотрофным типом питания относятся также некоторые бактерии, способные фотосинтетически или хемисинтетически усваивать углекислый газ.

Симбиотрофный тип питания — обеспечение растением своих потребностей в питательных веществ за счет других организмов (симбионтов). Симбиоз в ходе эволюционных процессов развился как полезная для растений форма отношений. При симбиотрофном типе питания отмечается взаимное использование продуктов обмена веществ для питания. Границы симбиоза не всегда могут быть точно определены, так как трудно определить пользу или вред, приносимые одним организмом другому.

Микотрофный тип питания — симбиоз высшего растения с грибами. Микориза гриба обеспечивает поступление в высшее растение воды и растворенных в ней минеральных солей и других веществ, грибы используют органические соединения, синтезируемые высшим растением. Значение микоризы грибов заключается в увеличении поглощающей поверхности корней растения за счет мицелия гриба.

Открыты микоризные грибы, способствующие улучшению питание растений фосфором. Дальнейшее изучение этого симбиоза и использование его в практике земледелия может иметь большое значение, так как позволяет сократить применение фосфорных удобрений. Например, в полевом опыте, проведенном в Уэльсе, при известковании и подкормке фосфором урожайность клевера, инокулированного микоризой, по сухому веществу была в 3 раза выше, образование побегов увеличилось в 2 раза, а клубеньков ризобиума — в 5 раз. Аналогичные данные получены в Тропической Африке, Бразилии, Австралии и Испании на почвах, бедных доступным фосфором.

Бактериотрофный тип питания — симбиоз высших растений с бактериями. Наиболее яркий пример — симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями. В условиях интенсификации, химизации и экологизации земледелия возрастает значение способности бобовых растений и микроорганизмов связывать молекулярный азот атмосферы. Ежегодно в результате симбиоза бактерий с бобовыми растениями фиксируется 40-106 т азота.

Условия питания растений

Обеспечение оптимальных условий питания за счет использования удобрений позволяет более экономно расходовать влагу на создание единицы урожая. Коэффициент транспирации при этом может снижаться на 15-20%. С другой стороны, экономическая эффективность удобрений дополнительным урожаем возрастает при условии хорошего водоснабжения растений. Отмечены многочисленные случаи отсутствия положительного эффекта удобрений на кислых и солонцовых почвах.

Для правильной оценки эффективности применения удобрений необходимо правильно оценивать все факторы, лимитирующие урожайность. Например, в северных районах в условиях достаточного увлажнения, большее значение приобретают факторы тепла и обеспеченности почв питательными веществами.

В южных районах, особенно на обыкновенных южных чернозёмах и каштановых почвах, характеризующихся высоким потенциальным плодородием, лимитирующим фактором чаще является недостаток влаги.

Виды питания растений

Воздушное питание растений — углеродное питание растений, осуществляемое за счет ассимиляции углекислого газа атмосферы зелеными листьями в процессе фотосинтеза.

Некорневое питание растений — процесс поступление питательных веществ в растения через надземные органы. Открытие этого процесса послужило развитию применения некорневых подкормок, которые позволяют повысить урожай и его качество.

Корневое питание растений — поглощение из почвы воды и минеральных солей, а также в незначительных количествах некоторых органических веществ.

Согласно исследованиям, деление на корневое и воздушное питание условно, так как одни и те же вещества могут поглощаться как корнями, так и листьями. Так, углекислота поступает в растение через корни в той же мере, что и через листья. Сера поступает в растение через корни в виде сульфатов. Позже благодаря применению радиоизотопа серы была показана способность растений усваивать оксиды серы из воздуха через листья.

Корневое и некорневое питание растений взаимосвязаны. Так, недостаток питательных веществ в почве приводит к задержке образования органических соединений в листьях, что, в свою очередь, тормозит развитие растений.

Питание растений в разные периоды вегетации

Поглощение элементов питания в онтогенезе, то есть в течение вегетации, происходит неравномерно, поэтому система удобрения должна учитывать потребности растений в разные периоды жизненного цикла. Недостаточное обеспечение питания в различные периоды жизни растений приводит к снижению урожайности и ухудшению качества растительной продукции.

Особенно важно обеспечить питательными веществами растения в критический период, когда недостаток питания в это время резко ухудшает рост и развитие. То же относится и к периоду максимального поглощения.

Высокая чувствительность к недостатку и к избытку минерального питания отмечается у растений в начальный период роста.

Таблица. Влияние питания растений фосфором на урожайность ячменя 1

Условия питания Урожайность, %
общая зерно
Нормальное питание фосфором постоянно 100 100
Без фосфора первые 15 дней 17,4 0
Без фосфора от 45 до 60 дней 102 104

Высокая потребность молодых растений в минеральном питании объясняется высокой интенсивностью синтетических процессов при слаборазвитой корневой системе. Так, у зерновых злаков закладка и дифференциация репродуктивных органов начинается в период развертывания первых трех-четырех листочков. Недостаток азота в этот период приводит к сокращению числа колосков и снижению урожая. Последующее нормальное питание не компенсирует дефицит питательных веществ на начальных этапах развития.

Интенсивность потребления питательных веществ у разных культур меняется в зависимости от периода развития. Например, растения сахарной свеклы в первый месяц потребляют азота, фосфора и калия по 2 кг/га, а во второй — N 96 кг/га, Р2O5 34 кг/га и К2O 133 кг/га.

Таблица. Питание азотом и урожай ячменя, г на сосуд 2

Условия питания Солома Зерно
Азот на протяжении всего периода вегетации 26,1 6,4
Без азота первые 15 дней 4,5 0
Без азота от 15 до 30 дней 19,4 4,2
Без азота от 30 до 40 дней 29,1 8,7
Без азота от 45 до 60 дней 29,4 7,7
Без азота после колошения 18,6 3,8

Травы и сахарная свекла отличаются длительным периодом потребления питательных веществ. Конопля, наоборот, имеет короткий период интенсивного потребления — 75% от общего количества питательных веществ потребляется от фазы бутонизации до фазы цветения.

Наибольшее количество элементов минерального питания яровые зерновые потребляют в период от выхода в трубку до колошения. В период колошения пшеница потребляет азота, фосфора и калия около 76% от максимального, ячмень — около 67% и овес — 47%.

Таблица. Потребление питательных веществ яровыми зерновыми культурами, % от максимального 3

Фаза роста Пшеница Ячмень Овес
N P2O5 K2O N P2O5 K2O N P2O5 K2O
Колошение 71 68 88 71 56 73 51 36 54
Цветение 97 100 100 96 74 100 82 71 100
Полная спелость 90 93 67 100 100 64 100 100 83

Злаковые культуры наиболее требовательны к азотному питанию в период образования ассимиляционного аппарата и в период дифференциации репродуктивных органов. Сахарная свекла нуждается в достаточном обеспечении калием во время сахаронакопления.

Таблица. Динамика потребления питательных элементов капустой, % от максимального 4

Фаза роста От начала вегетации
N P2O5 K2O
Рассада (10.06) 0,17 0,14 0,12
Формирование кочана (27.07) 30,5 21,8 24,2
Рыхлый кочан (7.09) 96,4 100 96,6
Хозяйственная спелость 100 90,5 100

Лен чувствителен к недостатку азотного питания в период от елочки до бутонизации, к уровню калийного питания — в период от бутонизации до цветения.

Условия питания Масса растений, %
Полное питание весь период 100
Без азота от «елочки» до бутонизации 38,3
Без азота от бутонизации до уборки 99,0
Условия питания Число коробочек на одно растение
Полное питание весь период вегетации 42
Без калия первые 22 дня 43
Без калия от бутонизации до уборки 9

Огурец требователен к азотному питанию в период формирования ассимиляционного аппарата, к фосфорному — перед цветением. В период плодоношения огурец предъявляет повышенные требования к обеспечению азотом и калием.

Усиление азотного и частично фосфорного питания в период бутонизации и цветения приводит к увеличению урожая зерновых. Повышенное питание азотом в период образования листовой массы и улучшение фосфорно-калийного питания в дальнейшем повышает урожайность корне- и клубнеплодов.

Потребность большинства культур в азотном питании уменьшается к началу плодообразования, роль фосфора и калия, наоборот, возрастает. В целом, период плодообразования отличается снижением потребления питательных веществ, а процессы жизнедеятельности в растениях к концу вегетации осуществляются преимущественно за счет реутилизации накопленных питательных веществ.

В системе удобрения основное удобрение должно обеспечивать питание растений на протяжении всего вегетационного периода, поэтому до посева вносят все органические и большую часть минеральных удобрений. Для обеспечения растений питательными веществами в начальный период вносят припосевное удобрение.

Количество и качество урожая можно регулировать подкормками в разные периоды вегетации. Подкормки улучшают питание растений в наиболее ответственные периоды или при выявлении дефицита какого-либо элемента питания.

Потребность в питательных веществах изменяется также в течение суток. Суточная периодичность отмечена почти для всех жизненных процессов растений.

В условиях искусственного питания (на питательных средах) имеют значение состав, концентрация питательного раствора, режим его использования в течение вегетации. Например, временным дефицитом питательных веществ во внешней среде в определенные периоды вегетации можно усилить развитие корневой системы, а заменой питательного раствора на воду вызвать временное голодание, стимулировав этим клубнеобразование у картофеля, завязей плодов у томата и добиться таким приемом скороспелости.

Суточная периодичность поглощения питательных веществ проявляется при переменных и постоянных условиях среды и носит характер внутреннего эндогенного ритма. Такая регулируемая суточная периодичность процессов позволяет растениям приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды. Эндогенные суточные и околосуточные (циркадные) ритмы в постоянных искусственных условиях имеют тенденцию к затуханию, но восстанавливаются при меняющихся условиях. Способность растений менять циркадный ритм позволяет повысить их выживаемость.

Ритмы у растений бывают годовые, сезонные и суточные. Также отмечаются ритмы импульсного характера, с периодами от нескольких секунд до часов. Например, такие ритмы короткой активности отмечены в поглощающей и выделительной деятельности корней.

В условиях искусственного выращивания культур, представляет интерес метод периодического питания, так как позволяет без увеличения расходов повысить продуктивность растений.

Источник

Adblock
detector