Краткое описание процесса минерального почвенного питания растений

Обновлено: 18.09.2024

Минеральное питание растений — процесс добычи растениями неорганических соединений из почвенного раствора, воздушной или водной среды.

Химические вещества в пище называются питательными веществами, например, углекислый газ, вода, минералы, углеводы, белки, жиры и т. д.

Зеленые растения могут производить свою собственную органическую пищу из простых веществ, таких как вода и углекислый газ, в процессе фотосинтеза и называются автотрофами.
Не зеленые растения и другие организмы, которые не могут самостоятельно готовить пищу и получать питание от зеленых растений, называются гетеротрофами.

Углеводы синтезируются в процессе фотосинтеза. Углерод, водород и кислород являются основными элементами в углеводах, жирах и белках. В дополнение к этим трем элементам растения нуждаются в различных элементах для своего выживания. Их обычно называют минеральными элементами. Они поглощаются корневой системой растений в виде их солей.

Если минералы недоступны растениям, то из-за дефицита определенного элемента появляются специфические симптомы. Существуют методы определения потребности растений в минералах.

Вещества для минерального питания

Большая часть минеральных элементов, присутствующих в почве, поглощается корнями растения. Но не все они являются существенными веществами для минерального питания. Только 17 элементов считаются необходимыми для растений.

Питательные вещества или элементы, необходимые для здорового роста растения называются необходимыми питательными веществами или необходимыми элементами. Корни поглощают около 60 элементов из почвы. Чтобы определить, какие из них являются важными, используются следующие критерии:

Такой элемент абсолютно необходим для нормального роста и размножения растения и должен быть частью основного метаболита для роста растений.
Требование к элементу очень специфично, и оно не может быть заменено другим элементом.
Элемент прямо или косвенно участвует в метаболизме растения.
При дефиците основного элемента у растения будут проявляться специфические симптомы дефицита, и растение оправится от своих симптомов, если его снабдить дефицитным элементом.

Магний считается важным элементом, потому что он необходим для образования молекулы хлорофилла. Его дефицит вызывает пожелтение листьев.

Основные элементы могут потребоваться в небольших или в больших количествах. Соответственно, они были сгруппированы в две категории в данной таблице.

Требуется в относительно больших количествах, от одного до 10 миллиграммов на грамм.

Примеры: углерод, водород, кислород, фосфор, калий, кальций, магний, азот, сера.

Большинство основных элементов берется из почвы, а некоторые — из атмосферы. В таблице, приведенной ниже, основное внимание уделяется источникам различных основных элементов.

Источники основных элементов

Элементы	Источники элементов
Углерод	Может быть в виде C O 2 из атмосферы (воздуха)
Кислород	Поглощается в молекулярной форме из воздуха или из воды. Он также образуется в зеленом растении во время фотосинтеза
Водород	Выделяется из воды во время фотосинтеза в зеленом растении
Азот	Поглощается растениями в виде нитрат-иона ( N O 3 –) или в виде иона аммония ( N H 4 + ) из почвы. Некоторые организмы, такие как бактерии и цинобактерии, могут непосредственно фиксировать азот из воздуха
Калий, кальций, железо, фосфор, сера, магний	Поглощаются из почвы (на самом деле являются производными от выветривания горных пород. Поэтому они называются минеральными элементами. Они поглощаются в ионных формах, например, K + , C a 2 + , F e 3 + , H 2 P O 4 – / H P O 42 – и т.д.

Особенности и принципы такого вида питания растений

Процессы, участвующие в усвоении растениями и метаболизме всех химических элементов, за исключением углерода, водорода и кислорода. Растения получают большую часть своих минеральных питательных веществ, извлекая их из раствора в почве или водной среде.

Минеральные питательные вещества названы так потому, что они в основном образуются в результате выветривания минералов земной коры, за исключением азота, который в основном образуется из атмосферного азота. Кроме того, углерод, водород и кислород обычно исключаются из обсуждения минерального питания растений, поскольку они усваиваются из атмосферы и воды. Взятые вместе, эти питательные элементы имеют решающее значение для процессов роста растений и, следовательно, являются ключом к улавливанию солнечной энергии для фотосинтеза, который является основой почти всей жизни на Земле.

Рост и развитие растений во многом зависят от сочетания и концентрации минеральных питательных веществ, имеющихся в почве. Растения часто сталкиваются со значительными проблемами в получении достаточного количества этих питательных веществ для удовлетворения потребностей основных клеточных процессов из-за их относительной неподвижности.

Дефицит любого из них может привести к снижению продуктивности и/или плодородия растений. Симптомы дефицита питательных веществ могут включать:

задержку роста;
отмирание растительной ткани или пожелтение листьев, вызванное снижением выработки хлорофилла — пигмента, необходимого для фотосинтеза.

Изменения климата и атмосферы могут оказать серьезное воздействие на растения, включая изменения в доступности определенных питательных веществ. В мире постоянного глобального изменения климата важно понимать стратегии, разработанные растениями, позволяющие им справляться с некоторыми из этих препятствий.

Два класса питательных веществ считаются необходимыми для растений:

Макроэлементы являются строительными блоками важнейших клеточных компонентов, таких как белки и нуклеиновые кислоты; как следует из названия, они требуются в больших количествах. Азот, фосфор, магний и калий являются одними из наиболее важных макроэлементов. Углерод, водород и кислород также считаются макроэлементами, поскольку они требуются в больших количествах для построения более крупных органических молекул клетки; однако они представляют собой неминеральный класс макроэлементов.
Микроэлементы, включая железо, цинк, марганец и медь, требуются в очень небольших количествах. Микроэлементы часто требуются в качестве кофакторов для ферментативной активности.

Минеральные питательные вещества обычно получают из почвы через корни растений, но многие факторы могут повлиять на эффективность усвоения питательных веществ. Химический состав определенных почв могут затруднить усвоение растениями питательных веществ. Питательные вещества могут отсутствовать в определенных почвах или присутствовать в формах, которые растения не могут использовать. Свойства почвы, такие как содержание воды, рН и уплотнение, могут усугубить эти проблемы.

Известно, что растения по-разному реагируют на различные специфические недостатки питательных веществ, и эти реакции могут варьироваться в зависимости от вида. Как показано на рисунке 1, наиболее распространенными изменениями являются ингибирование роста первичного корня (часто связанное с дефицитом P), увеличение роста и плотности боковых корней (часто связанное с дефицитом N, P, Fe и S) и увеличение роста и плотности корневых волос (часто связанное с дефицитом P и Fe).

Корни растений проявляют различные изменения в ответ на дефицит питательных веществ, включая ингибирование удлинения первичного корня и увеличение роста и плотности боковых корней и корневых волосков. Эти реакции зависят от вида, генотипа и питательных веществ, но они обобщены на этом рисунке, чтобы продемонстрировать все потенциальные эффекты.

В то время как дефицит питательных веществ может представлять серьезную угрозу продуктивности растений, питательные вещества могут стать токсичными в избытке, что также является проблематичным. Когда некоторые питательные микроэлементы накапливаются в растениях до очень высоких уровней, они способствуют образованию активных форм кислорода, которые могут вызвать обширное повреждение клеток.

Некоторые высокотоксичные элементы, такие как свинец и кадмий, невозможно отличить от основных питательных веществ с помощью систем поглощения питательных веществ в корнях растений, что означает, что в загрязненных почвах токсичные элементы могут попадать в пищевую сеть через эти системы поглощения питательных веществ, что приводит к снижению поглощения основных питательных веществ и значительному снижению роста и качества растений.

Чтобы поддерживать гомеостаз питательных веществ, растения должны регулировать поглощение питательных веществ и должны реагировать на изменения в почве, а также внутри растения. Таким образом, виды растений используют различные стратегии для мобилизации и поглощения питательных веществ, а также хелатирования, транспортировки между различными клетками и органами растения и хранения для достижения гомеостаза питательных веществ всего растения.

Калий

Калий (K) считается макроэлементом для растений и является наиболее распространенным катионом в клетках растений. Калий выполняет ряд важных функций в растениях, включая балансировку зарядов клеточных анионов, активацию ферментов, контроль открытия/закрытия устьиц и служит осмотическим средством для клеточного роста.

Дефицит калия часто встречается у растений, выращенных на песчаных почвах, что приводит к ряду симптомов, включая потемнение листьев, скручивание кончиков листьев и пожелтение (хлороз) листьев, а также снижение роста и плодородия.

Железо

Железо необходимо для роста и развития растений и требуется в качестве кофактора для белков, которые участвуют в ряде важных метаболических процессов, включая фотосинтез и дыхание. Несмотря на то, что железо является четвертым по распространенности элементом в земной коре, оно часто является ограничивающим для растений из-за того, что оно имеет тенденцию образовывать нерастворимые комплексы в аэробных почвах с нейтральным или основным рН.

Считается, что недостаток железа является проблемой для растений на целых 30% почв во всем мире.

У растений с дефицитом железа часто наблюдается межклеточный хлороз, при котором жилки листа остаются зелеными, в то время как области между жилками желтые. Из-за ограниченной растворимости железа во многих почвах растения часто должны сначала мобилизовать железо в ризосфере (область почвы, которая окружает корни и находится под их влиянием), прежде чем транспортировать его в растение.

Методы определения потребности в минералах для растений

Минералы усваиваются растениями в виде раствора. Таким образом, можно выращивать растения в воде, содержащей нужное количество минеральных солей, заботясь о том, чтобы надземные части подвергались воздействию воздуха и света. Этот метод выращивания растений в питательном растворе при полном отсутствии почвы известен как гидропоника/водная культура. Впервые он был продемонстрирован немецким ботаником Юлиусом фон Заксеном в 1980 году.

В экспериментах по выращиванию водных культур саженцы выращивают в воде, содержащей известные питательные вещества в определенной пропорции. Для обеспечения корневой системы достаточным количеством кислорода обычно проводится интенсивное пузырение воздуха. Культуральные растворы могут содержать все необходимые питательные вещества, кроме того, важность которого необходимо определить. Затем растение, растущее в нем, сравнивают с растением, растущим со всеми необходимыми питательными веществами.

Эксперименты по выращиванию водных культур помогают понять:

какой элемент необходим для нормального роста растения;
какой элемент не является необходимым и усваивается вместе с другими питательными веществами;
какое количество каждого минерала является необходимым.

Аэропоника — это еще один метод выращивания растений в среде воздуха/тумана без использования почвы.

Укорененные растения помещают в специальный ящик. Побеги укорененных растений подвергаются воздействию воздуха, а корни находятся внутри коробки с контролируемой компьютером влажной атмосферой. Корни опрыскиваются/запотевают в течение короткого времени гидро-распыленным раствором чистой воды/питательных веществ. Данный метод был разработан недавно. Поскольку растения, выращенные по этой методике, получают очень хороший рост корневых волосков, это очень полезный метод для исследовательских целей. Цитрусовые растения и оливки были успешно выращены с помощью аэропоники.

Вода с растворёнными минеральными веществами поступает в органы растения из почвы — происходит минеральное питание . Воду растения поглощают с помощью корневых волосков, находящихся в зоне всасывания. Поэтому поступление веществ из почвы часто называют также корневым питанием . Этот процесс обеспечивает растение водой и минеральными веществами.

Растение может регулировать количество поступающих минеральных солей. Клетки эндодермы (внутреннего слоя коры корня) пропускают в центральный цилиндр те вещества, которые необходимы растению.

Растениям для роста и развития требуются разные минеральные вещества. Самые важные — азот , калий и фосфор . При недостатке хотя бы одного из этих элементов нарушаются все жизненные процессы. Например, при недостатке азота растение медленно растёт. Если не хватает калия, то замедляется деление и рост клеток, плохо развиваются корни. Недостаток фосфора нарушает обмен веществ и снижает урожайность.

Остальные минеральные вещества нужны в малых количествах, но также важны для растения. Например, недостаток железа вызывает пожелтение листьев, а недостаток магния замедляет выработку хлорофилла, листья становятся бледными, фотосинтез в них не происходит.

Избыток других веществ не заменяет недостающих. Это происходит потому, что питательные вещества выполняют в растениях различные функции. Известно, что азот увеличивает рост зелёных частей растений, фосфор ускоряет созревание плодов, а калий ускоряет поступление органических веществ к корням.

Растения питаются простыми веществами не только из воздуха, но и из почвы. Усваивая простые неорганические соединения внешней среды, а также синтезируя из них сложные органические вещества, растения растут.

Органические вещества состоят в основном из органогенных элементов: углерода (45%), кислорода (42%), водорода (6,5%) и азота (1,5%), на долю которых приходится 95% сухой массы тканей.

5% сухой массы тканей. В растениях содержится примерно 5% зольных минеральных элементов, остающихся в золе после сжигания растительного материала. Зольные элементы, как и азот, поглощаются корнями растений из почвы и объединяются в группу минеральных веществ. Процесс усвоения зольных элементов и азота из почвы получил название почвенного или минерального питания растений.

Потребление растениями минеральных элементов, имеет важное значение в обмене веществ и энергии, в лечении ряда заболеваний растений, вызванных недостатком отдельных элементов, в повышении устойчивости растений к неблагоприятным внешним воздействиям, в регулировании осмотических явлений. В современной агрономии с помощью различного рода агроприѐмов можно регулировать минеральное питание растений, добиваясь значительного повышения их продуктивности. Это управление процессом минерального питания осуществляется на уровне определенных сортов растений.

В тканях растений содержатся практически все элементы, находящиеся в почве. Особенно для питания необходимы макро- и микроэлементы.

К макроэлементам относят элементы, содержание которых составляет от 0,01% до 10% свежей массы растений. Это O , H , C , N , P , K , Ca , Mg , S . Преобладающая часть элементов содержится в малых или очень малых количествах всего лишь от 0,00001 до 0,001%. – это микроэлементы: Fe , Cu , Zn , B , Mn , Mo , Se . Элемент, при исключении которого из питательного раствора нарушаются процессы жизнедеятельности и структура растительных тканей, приостанавливается рост или же растение гибнет и никакой другой элемент не может его заменить называется абсолютно необходимым: из макроэлементов это – N , P , K , Ca , Mg , S ; из микроэлементов – Fe , Cu , Zn , Mn , Mo , B .

Потребность в минеральных элементах и их содержание в растениях подвержено резким колебаниям в зависимости от условий выращивания, вида растения и его сортовых особенностей. Например, злаковые культуры выносят с урожаем меньше минеральных веществ, чем бобовые и овощные. Наибольшее количество азота накапливается в люцерне, сое, а фосфора – в сое и сахарной свекле. Много калия содержится в сахарной свекле, картофеле, томатах, а кальция – в бобовых, гречихе, картофеле.

Наибольшее количество минеральных элементов сконцентрировано в тех клетках и тканях, где высока активность обменных процессов (образовательные ткани, листья, молодые побеги, поглощающие зоны корней). Физиологическое значение каждого элемента строго специфично.

С помощью корневых волосков растение всасывает из почвы и минеральные вещества, которые затем поступают в трахеиды, по которым поступают к листьям растения.

Как написать хороший ответ? Как написать хороший ответ?

Написать правильный и достоверный ответ;
Отвечать подробно и ясно, чтобы ответ принес наибольшую пользу;
Писать грамотно, поскольку ответы без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок лучше воспринимаются.

Мореплаватель — имя существительное, употребляется в мужском роде. К нему может быть несколько синонимов.
1. Моряк. Старый моряк смотрел вдаль, думая о предстоящем опасном путешествии;
2. Аргонавт. На аргонавте были старые потертые штаны, а его рубашка пропиталась запахом моря и соли;
3. Мореход. Опытный мореход знал, что на этом месте погибло уже много кораблей, ведь под водой скрывались острые скалы;
4. Морской волк. Старый морской волк был рад, ведь ему предстояло отчалить в долгое плавание.

Читайте также: