агрохим. ЛЕКЦИЯ 2. Лекция 2 Химический состав и питание растений Вопросы Химический состав растений
 Скачать 43.32 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ №2 Химический состав и питание растений Вопросы: 1. Химический состав растений 2. Роль отдельных элементов в жизни растений Вопрос 1. Химический состав растений Растение состоит из сухого вещества и воды. В вегетативных органах растений содержание воды составляет 70-95%, а в семенах – 5-15%. Содержание воды и сухого вещества в зависимости от культуры колеблется в широких пределах. Например, содержание воды в огурцах, томатах и бахчевых культурах достигает 95%, а сухого вещества опускается до 5%, тогда как в семенах масличных культур, наоборот, содержание воды опускается до 7-8%, а сухого вещества до 92-93%. В кочанах капусты, корнях редиса и турнепса сухого вещества 7-10%, а воды 90-93%. В корнях сахарной свеклы и клубнях картофеля сухого вещества содержится 20-25%, а воды 75-80% (таблица 1). В состав сухого вещества растений входит 90-95% органических соединений и только 5-10% минеральных солей. Органические вещества в растениях представлены белками, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектиновыми и другими веществами (таблица 1). Таблица 1 Средний химический состав урожая сельскохозяйственных культур, % (по Плешкову)
Различные сельскохозяйственные культуры выращиваются для получения продукции с определенным содержанием белков, жиров и углеводов. Например, качество зерновых и зернобобовых культур оценивается по содержанию белка и других белковых соединений, качество подсолнечника – по содержанию жира, качество корней сахарной свеклы по содержанию сахара и так далее. А вот высокое содержание клетчатки в сене снижает качество, тогда как высокое содержание ее в стеблях конопли, льна и коробках хлопчатника дает высокий выход волокна, которое состоит в основном из клетчатки. Функции воды в растениях обусловлены присущими ей физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой удельной теплоемкостью и благодаря способности испаряться при любой температуре предохраняет растения от перегрева. Вода – прекрасный растворитель минеральных солей, которые служат пищей для растений. Вода является не просто наполнителем растительных клеток, но и неотъемлемой частью их структуры. Оводненность клеток тканей растений обуславливает их тургор (давление жидкости внутри клетки на ее оболочку), является важным фактором интенсивности и направленности разнообразных физиологических и биохимических процессов. Вода обладает способностью пропускать лучи видимой и близкой к ней ультрафиолетовой части света, необходимой для фотосинтеза, но задерживает определенную часть инфракрасной теплорадиации. Содержание воды в растениях зависит от вида и возраста растений, условий водоснабжения и минерального питания. Белки и другие азотистые соединения. Белки – основа жизни организмов. Они играют решающую роль во всех процессах обмена веществ, выполняют каталитические функции, являются основным запасами веществами растений. Углеводы в растениях представлены сахарами (моносахара и олигосахариды) и полисахаридами (крахмал, клетчатка, пектиновые вещества). Преобладающими моносахаридами в растениях являются глюкоза и фруктоза, а олигосахаридами – сахароза, которая является основным запасным веществом в корнях сахарной свеклы (14-22%) и сахарного тростника (11-25%). Крахмал в небольших количествах содержится во всех частях растений, но в качестве основного запасного вещества накапливается в клубнях, семенах и луковицах (до 70% и более). Клетчатка (целлюлоза) является основным компонентом клеточных стенок. Волокно хлопчатника (на 95-98%), лубяные волокна льна, конопли и кунжута на 80-90% представлены клетчаткой. Жиры и жироподобные вещества (липиды) являются структурными компонентами цитоплазмы растительных клеток, а у маслинных культур выполняют роль запасных соединений (до 60%). Сухое вещество растений на 95% состоит из Органогенных элементов (углерод – 45%, кислород – 42%, водород – 6,5% и азот – 1,5%) (таблица 2) Таблица 2 Содержание основных элементов питания в различных сельскохозяйственных культурах (% на сухое вещество); для корнеплодов, овощных культур и зеленой массы на сырое вещество
При сжигании растений остаются зольные элементы (зола), на долю которых приходится около 5% массы сухого вещества. Состав золы различных растений различен и отражает неодинаковую потребность культур в элементах минерального питания. В растениях обнаружено более 70 элементов, но можно предполагать, что более точные и совершенные методы анализов позволят расширить эти данные. Из всех элементов, обнаруженных в растениях, 20 считаются необходимыми, а еще 12 – условно необходимы. К необходимым относятся элементы, без которых растения не могут полностью завершить цикл своего развития и которые не могут быть заменены другими элементами (это углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, жедезо, сера, бор, медь, марганец, цинк, молибден, ванадий, кобальт и йод). По 12 условно необходимым элементам в ряде опытов имеются сведения об их положительном действии на растения (это кремний, алюминий, фтор, литий, серебро, стронций, кадмий, титан, хром, никель и другие. Кроме того, необходимые питательные элементы в зависимости от процентного содержания в растениях делятся на макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы. К макроэлементам относятся те, содержание которых в растениях составляет от сотых долей до целых процентов – азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, углерод, кислород, водород и др. К микроэлементам относятся те, содержание которых в растениях составляет от тысячных до стотысячных долей процента (бор, медь, цинк, кобальт, молибден, марганец). Ультромикроэлементы – это те элементы, содержание которых в растениях опускается ниже стотысячных долей процента. Такое деление весьма условно, потому что если взять железо, то по количественному содержанию его нужно относить к макроэлементам, а по выполняемым в растительном организме функциям – к микроэлеметнам. Растения – концентраторы химических элементов. Многие растения обладают способностью концентрировать отдельные химические элементы, что учитывается при выращивании с.-х. культур, потому что оно во многом определяет их питательную ценность. Например, молибден концентрируется в бобовые растения и мы знаем о важной роли этого элемента в процессе симбиотической фиксации азота атмосферы. Бор концентрируется в свекле, где он необходим для предупреждения такого заболевания свеклы как гниль сердечка. Положительное влияние натрия на урожай свеклы совпадает с тем, что этот элемент накапливают растения свеклы. Таким образом, наблюдается связь между метаболизмом растений накопителей и их способностью концентрировать минеральные элементы. Соотношение элементов питания и их вынос с урожаем. Соотношение элементов питания, расходуемых на создание с.-х. продукции значительно меняется в зависимости от культуры и структуры урожая. Например, обычно в зерне содержится примерно в 4 раза больше азота и фосфора, чем в соломе, а калия и кальция, наоборот, в соломе в 2-3 раза больше, чем в зерне. Для картофеля, подсолнечника, капусты, сахарной свеклы характерно гораздо большее потребление калия, чем зерновым культурам. Клеверу и конопле присуще высокое потребление кальция. Вынос элементов минерального питания с урожаем с.-х. культур определяется биологическими особенностями и условиями выращивания. Различают биологический и хозяйственный вынос элементов питания. Хозяйственный вынос – это вынос питательных элементов с основной и побочной продукцией (зерно, солома). Биологический вынос – это вынос питательных элементов всеми частями растений (основной и побочной продукцией, пожнивными остатками, корнями, опавшими листьями). Например, с урожаем 20 т/га сахарная свекла выносит 100 кг/га К2О. интенсивное применение минеральных удобрений приводит к возрастанию урожайности, а следовательно, и к увеличению выноса питательных элементов. Вопрос 2. Роль отдельных элементов в жизни растений Несмотря на резкие различия в количественной потребности, функции каждого необходимого макро- и микроэлемента в растениях строго специфичны. Ни один элемент не может быть заменен другим. Недостаток любого макро – или микроэлемента приводит к нарушению обмена веществ и физиологических процессов у растений, ухудшению их роста и развития, снижению урожая и его качества. Азот входит в состав белков, ферментов, хлорофилла, нуклеиновых кислот, витаминов и алкалоидов. Без азота нет ни белка, ни хлорофилла и других азотсодержащих веществ, а следовательно, и живой природы, в том числе и растений и животных. Характерным признаком азотного голодания является торможение роста вегетативных органов растений и появление бледно зеленой и даже желтой окраски на старых листьях растений. При нормальном азотном питании листья темно зеленые, растения формируют мощный ассимиляционной стебле- листовой аппарат и полноценные репродуктивные органы. Избыточное, особенно одностороннее снабжение растений азотом вызывает образование большой вегетативной массы в ущерб товарной части урожая: у корне- и клубнеплодов израстание в ботву, а у зерновых и льна полегание посевов. Фосфор входит в состав органоидов и ядра клеток растений, в состав нуклеопротеидов и нуклеиновых кислот, фосфатидов и сахарофосфатов, фитина, ферментов, витаминов и минеральных соединений. Без фосфора, как и без азота, жизнь невозможна. Фосфор играет исключительно важную роль в процессах обмена энергии в растениях. Энергия солнечного света в процессе фотосинтеза и энергия, выделяющаяся при дыхании, аккумулируется в растениях в виде энергии фосфатных связей макроэргических соединений – АТФ и др. Накопленная в АТФ энергия используется для всех жизненных процессов роста и развития растений. При недостатке фосфора нарушаются обмен энергии и веществ в растениях, тормозится развитие образования репродуктивных органов, задерживается созревание, снижается урожай и ухудшается его качество. Растения при недостатке фосфора резко замедляют рост, листья их приобретают пеструю окраску: серо-зеленую, пурпурную, красно-зеленую. Усиленное снабжение растений фосфора ускоряет их развитие и позволяет получить более ранний урожай, одновременно улучшается качество продукции. Калий в отличие от азота и фосфора не входит в состав органических соединений, а находится в ионной форме в клеточном соке и вакуолях. Он участвует в процессах синтеза и оттока углеводов в растениях, обуславливает водоудерживающую способность клеток и тканей, влияет на устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды и поражаемость культур болезнями. При недостатке калия нарушается обмен веществ в растениях, клетки которых начинают расти неравномерно, что вызывает гофрированность, куполообразное закручивание листьев, края которых приобретают обожженный вид – «краевой запал». При нормальной обеспеченности растений калием они лучше растут и развиваются, более устойчивы против засух и морозов, вредителей и болезней, поэтому выше урожай и лучше его качество. Кальций содержится во всех растительных органах в виде щавелевокислого кальция, а иногда в виде солей пептиновой, фосфорной и серной кислот. Он играет важную роль в фотосинтезе и передвижении углеводов, в процессах усвоения азота растениями, учувствует в процессах формирования клеточных оболочек, обусловливает обводненность и поддержание структуры клеточных органелл. Кальций в отличие от азота, фосфора и калия повторно не может использоваться (реутилизироваться), поэтому его недостаток проявляется на молодых органах растений. Недостаток кальция сказывается прежде всего на состоянии корневой системы растений: рост корней замедляется, не образуются корневые волоски, корни ослизняются и загнивают. При этом тормозится рост растений, на листьях появляется хлоротичность, затем они желтеют и преждевременно отмирают. Магний входит в состав хлорофилла и фитина. Он учувствует в передвижении фосфора в растениях и углеводном обмене, влияет на активность окислительно-восстановительных процессов. При недостатке магния снижается содержание хлорофилла в листьях и развиается хлороз между жилками, а сами жилки остаются зелеными. Острый дефицит магния вызывает «мраморовидность» листьев, их скручивание и пожелтение. Сера входит в состав белков, аминокислот (метионина, цистина и цистеина), ферментов, витаминов, чесночных и горчичных масел. Он принимает участие в азотном, углеводном обменах растений, в процессах дыхания и синтеза жиров. При недостатке серы образуются мелкие, со светлой желтоватой окраской листья, ухудшаются рост и развитие растений. Железо входит в состав окислительно-восстановительных ферментов растений и участвует в процессах дыхания и обмена веществ, в синтезе хлорофилла. При недостатке железа вследствие нарушения образования хлорофилла у растений на листьях развивается хлороз – теряют зеленую окраску, затем белеют и преждевременно отмирают. Бор оказывает большое влияние на углеводный, белковый и нуклеиновый обмены. При его недостатке нарушаются синтез и передвижение углеводов, формирование репродуктивных органов, оплодотворение и плодоношение. Бор в растениях не может реутилизироваться, поэтому при его недостатке, прежде всего, страдают молодые растущие органы, происходит отмирание точек роста. При борном голодании бобовых нарушается развитие клубеньков на корнях и снижается симбиотическая фиксация молекулярного азота из атмосферы, замедляется рост и формирование репродуктивных органов. Картофель при недостатке бора поражается паршой, у плодовых деревьев появляется суховершинность. Положение можно поправить внесением бора путем опрыскивания растений раствором микроудобрения, содержащего бор. Молибден играет исключительно важную роль в азотном питании растений. Он участвует в процессах фиксации молекулярного азота и восстановлении нитратов в растениях. Внешние признаки недостатка молибдена сходны с признаками азотного голодания – резко тормозится рост растений, вследствие нарушения синтеза хлорофилла они приобретают светло-зеленую окраску. Дефицит молибдена ограничивает развитие клубеньков на корнях бобовых, наблюдается деформация листовых пластинок и преждевременное их отмирание, резко снижается урожай и содержание белка в растениях. Недостаток молибдена при больших дозах азота может приводить к накоплению в растениях повышенных количеств нитратов, токсичных для животных и человека. Марганец входит в состав окислительно-восстановительных ферментов, участвующих в процессах дыхания, фотосинтеза, углеводного и азотного обмена растений. Он играет важную роль в усвоении нитратного и аммиачного азота растениями. Самый характерный симптом марганцевого голодания – точечный хлороз листьев. На листовых пластинках между жилками появляются мелкие хлоротичные пятна, затем пораженные участки отмирают. Медь входит в состав целого ряда окислительно-восстановительных ферментов и принимает участие в процессах фотосинтеза, углеводного и белкового обмена. Недостаток доступной растениями меди осушенных торфянисто-болотных почвах вызывает «болезнь обработки» или «белую чуму» у зерновых культур. Заболевание начинается с побеления кончиков листьев и их засыхания. При недостатке меди резко снижается урожай зерна, а при остром медном голодании наблюдается полное отсутствие плодоношения. Цинк входит в состав окислительно-восстановительных ферментов ауксинов (ростовых веществ) и оказывает многостороннее действие на обмен энергии и веществ в растениях. При недостатке цинка нарушается фотосинтез, процессы фосфорирования, синтез углеводов и белков, обмен фенольных соединений. Специфические признаки цинкового голодания – задержка роста междоузлий, появление хлороза и мелколиственности, развитие разеточности. Он недостатка цинка чаще всего страдают плодовые и цитрусовые культуры. При сильном поражении ветви отмирают, что приводит к «суховершинности». Кобальт входит в состав витамина В12. Необходимый растениям для биологической фиксации молекулярного азота. При его недостатке в кормах у животных нарушается обмен веществ – ослабляется образование гемоглобина, белков, нуклеиновых кислот и животные заболевают акобальтозом, сухостой, авитаминозом. Внешние признаки недостатка кобальта сходны с признаками азотного голодания – листья растений приобретают бледно-зеленую окраску, потом желтеют и опадают. Недостаток или избыток микроэлементов приводит к заболеваниям людей и животных. Например, низкое содержание в пище марганца вызывает бесплодие, меди – малокровия и заболевания рахитом, избыток молибдена – желудочных расстройств, нехватка йода – к заболеваниям щитовидной железы и так далее. Микроэлементы нужны растениям в ограниченных количествах. Вынос их с урожаем сельскохозяйственных культур составляет лишь десятки или сотни граммов с 1 га, поэтому потребность в них чаще всего удовлетворится за счет запасов самих почв и вносимых удобрений. Однако недостаток отдельных микроэлементов у более требовательных к их наличию культур может проявляться на почвах с низким содержанием доступных растениям форм того или иного соответствующего микроудобрения существенно повышает урожай с.-х. культур и улучшает его качество. Вопросы: 1) Значение азота в жизни растений 2) Значение фосфора в жизни растений 3) Значение калия в жизни растений 4) Значение микроэлементов в жизни растений | ||||||||||||||||||||||||||||