Почвенное питание растений. Типы питания у растений По типу питания растения относятся к

Нужды растительного организма не ограничиваются водой, светом и углекислым газом. Кроме этого, для жизни растению абсолютно необходимы минеральные вещества, растворенные в воде. Без них растение не может расти, функционировать и плодоносить. К химическим элементам, наиболее необходимым для растений, относятся: N, P, Mg, Cl, Ca, S. Натрий входит в состав аминокислот; фосфор – в состав нуклеиновых кислот; магний – в состав хлорофилла; хлор, кальций, сера и многие другие элементы необходимы для поддержания жизнедеятельности не только растительных, но и любых других клеток. Растения получают микроэлементы из грунтового раствора. Особую потребность растительный организм испытывает в нитратах и фосфоре, поэтому недостаток этих элементов больше всего обозначается на росте и развитии растения. В разных частях земного шара почва имеет разный химический состав. Если почва, на которой выращиваются культурные растения, не содержит достаточного количества минералов, вегетативная масса растений и урожайность сильно снижаются. Тогда для восстановления урожайности в почву необходимо внести удобрения – вещества, содержащие минералы. Если количество удобрений чрезмерно, оно не используется растениями или накапливается в их тканях. Использование таких растений в пищу может привести к отравлению.

Воздушное питание растений осуществляется с помощью фотосинтеза.

Фотосинтез – это процесс преобразования энергии солнечного света в энергию химических связей и синтеза органических соединений (углеводов) из неорганических (воды и углекислого газа).

Основным фотосинтетическим пигментом высших растений является хлорофилл. По химической структуре различают несколько видов хлорофилла – a (содержится в хлоропластах всех зеленых растений и цианобактерий), b , c и d (присутствуют вместе с хлорофиллом a в клетках водорослей).

Процесс фотосинтеза состоит из двух взаимосвязанных этапов световой и темновой фаз. Световая фаза происходит лишь при наличии света, с помощью фотосинтетических пигментов в тилакоидах хлоропластов. Реакции темновой фазы не требуют для своего осуществления света и происходят в строме хлоропластов.

В световой фазе фотосинтеза происходит поглощение света молекулами хлорофилла и трансформация энергии света в химическую энергию АТФ и восстановленного НАНДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат восстановленный). Эти процессы осуществляются белковыми комплексами, которые входят в состав тилакоидов хлоропластов.

Одними из таких комплексов являются фотосистема 1 (ФС1) и фотосистема 2 (ФС2). В каждой фотосистеме выделяют три зоны: антенный комплекс, реакционный центр, первичные акцепторы электронов. Антенный комплекс состоит из хлорофилла b и вспомогательных пигментов. Он предназначен для улавливания энергии света и передачи ее на реакционный центр. К реакционному центру ФС1 и ФС2 относятся молекулы хлорофилла a .

Процессы в световой фазе осуществляются по так называемой Z-схеме. Кванты света, попадая на ФС2 и передавая ей всю свою энергию, возбуждают электроны реакционного центра, которые передаются через цепь белковых переносчиков и теряют при этом энергию. Образованное вследствие выхода электронов вакантное место в ФС2 пополняется электронами, полученными во время фотолиза воды – реакции расщепления молекулы воды под действием кванта света с выделением протонов, электронов и кислорода.

Вместе с тем в случае возбуждения реакционного центра ФС1 электрон передается через железосодержащие белки, также теряя при этом энергию. Часть энергии, которая выделилась, идет на ферментативное восстановление НАДФ+ к НАДФН. Вакантное место, которое образовалось в ФС1, занимается электронами, которые поступили с ФС2. Энергия, которая высвободилась во время прохождения электронов с ФС2 в ФС2, используется для синтеза АТФ с АДФ и неорганического фосфата.

Образованные в результате фотохимических реакций АТФ и НАДФН используются для осуществления реакций темновой фазы, в которой происходит восстановление молекул СО 2 к молекулам углеводов (глюкозы). Существуют разные способы восстановления СО 2 , наиболее распространенный из них – цикл Кальвина , присущий всем растениям.

В процессе цикла Кальвина происходит фиксация атома Карбона СО 2 для построения глюкозы (С 6 Н 12 О 6) с рибулезо1,5 дифосфата (С 5 Н 8 О 5 Р 2).

Для синтеза 1 молекулы глюкозы в цикле Кальвина необходимо 12 молекул НАДФН и 18молекул АТФ, которые образовываются в результате фотохимических реакций фотосинтеза. Энергия для синтеза углеводов образовывается вследствие расщепления молекул АТФ, синтезированных во время прохождения электронов по компонентам ФС1 и ФС2.

Образования в процессе цикла Кальвина глюкоза может потом расщепляться до пирувата и поступать в цикл Кребса.

ПР-это процесс поглощения из внешней среды и преобраз-я питат. в-в в соед-я, необходимые для жизнед-ти растений. Существует два типа пита-ния: автотрофный и симбиотрофный. В основном преобл. автотрофный, при к-ром растения сами обеспеч. себя неорг. эл-тами, N 2 и СО 2 . При симбиотрофном ПР растения тесно сожительствуют с другими организмами (симбионтами). Симбиоз высш. раст. бывает микотрофный и бактериотрофный.

Питание растений – усвоение неорганических соединений из окружающей среды и превращение их во внутренний фактор растительного организма в качестве органического вещества, используемого на образование структуры растений и на энергетическое обеспечение их функций. Существует два типа питания: автотрофный – усвоение минеральных солей, воды и углекислого газа и синтез из них органического вещества – и гетеротрофный – использование организмами готовых органических веществ. До начала 19 в. Существовала гумусовая теория, согласно которой сухая масса растений образуется из почвенного гумуса. Открытие фотосинтеза Сенебье и мине-рального питания Либихом выявили два основных источника питания – воздушный и почвенный. Фотосинтез – основной процесс, приводящий к образованию орг. вещества. Солнечная энергия в зеленых растениях, содержащих хлорофилл, превращается в химическую, используемую на синтез углеводов. Интенсивность процесса и накопление сухого вещества зависят от освещенности, со-держания углекислого газа, обеспеченности влагой и элементами питания. Растения усваивают углекислоту, поступающую из атмосферы, а основным путем поступления в растения воды, азота и зольных элементов служит корневое питание. Элементы поглощаются из почвы активной поверхностью корневой системы в виде ионов. Растения усваивают их не только из раствора, но и из поглощенного коллоидами состояния. Благодаря растворительной способности корневых выделений растения активно воздействуют на твердую фазу почвы, переводя поглощенные ионы в доступную форму.

Питание – это поступление минеральных веществ из окружающей среды в растение, где они используются для синтеза сложных органических соединений. Все задачи, по мнению Тимирязева, сводятся к определению и строгому выполнению условий питания растений.

Типы и виды питания:

1) Автотрофный – самостоятельное поглощение неорганических веществ и первичный синтез необходимых органических веществ.

2) Симбиотрофный – высшее растение тесно сожительствует с другими организмами (симбионтами)

наблюдается взаимное использование продуктов для питания.

Микотрофный (растение + грибы)

Бактериотрофный (растение + бактерии) особое значение Rhizobium + растение

Растения питаются через листья (воздушное питание) и через корни (корневое питание).

Воздушное питание = фотосинтез = ассимиляция СО2. Корневое – усвоение корнями воды и минеральных солей, а также незначительного количества органических веществ (Витамины, аминокислоты и др.) Эти виды питания тесно связаны, нарушение одного вызывает снижение интенсивности другого.

Питание растений – основополагающий процесс, благодаря которому обеспечивается не только собственное их существование, но и жизнь, процветание всех гетеротрофов, и прежде всего, благодаря присущим растениям процесса углеродотрофии и азотрофии. У растительных организмов питание особенное, что можно проиллюстрировать следующей схемой:

Почвенное (корневое) питание – это, с одной стороны, потребление воды с помощью корневой системы растения. Вода является важнейшей составной частью последних. Растения произошли из воды и всегда стремятся к воде.

Почвенное (корневое) питание – это, с другой стороны, потребление и усвоение необходимых минеральных солей.

Анализ элементарного состава растений показывает, что они в среднем содержат С - 45%, О - 42%, Н - 6,5%, N - 1,5% на сухую массу. В процессе сжигания эти элементы окисляются и улетучиваются. Остается зола. Растения черпают углерод из СО2 воздуха, кислород и водород из воды. Кислород также вовлекается в обмен в процессе дыхания. Азот и элементы, входящие в состав золы, поступают в растения через корневую систему из почвы в основном в виде минеральных соединений. Зеленые растения - автотрофы не только в том смысле, что источником углерода у них является СО2, но и в том, что они используют для построения органических веществ другие элементы в форме минеральных соединений. Питание растений азотом и другими необходимыми элементами привлекало издавна внимание.

Питание растений - это процесс поглощения и усвоения ими питательных веществ, необходимых для построения тканей и органов и осуществления всех жизненных функций. Питание - составная часть обмена веществ у растений .

Большинство высших растений в отличие от других организмов, например животных, строят свое тело из простых соединений - углекислого газа, воды, минеральных солей. Все необходимые элементы питания они получают из воздуха и почвы. Из воздуха через листья растения усваивают углекислый газ, который с помощью солнечной энергии преобразуют в органическое вещество своего тела. Так осуществляется фотосинтез , который называют воздушным питанием растений.

Из почвы через корни в растения поступают вода и ионы минеральных солей, т. е. происходит минеральное питание. Низшие растения: грибы, водоросли, лишайники - усваивают питательные элементы всей поверхностью тела.

Для питания растениям необходимы углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, сера, магний, железо и микроэлементы, которые нужны им в небольшом количестве. Это медь, марганец, молибден, бор, цинк, кобальт и другие элементы. В составе растительных организмов обнаружены почти все химические элементы, существующие на нашей планете. Если растение не получает хотя бы один нужный элемент питания, то его основные жизненные функции резко нарушаются. Избыток других элементов не заменяет недостающих веществ. Это происходит потому, что питательные вещества выполняют в растительных тканях различные функции.

Потребности растений в элементах питания неодинаковы. Одни растения, например корнеплоды, нуждаются в повышенных дозах калия, другие - капуста, огурец - требуют много азота. У некоторых растений обнаружена потребность в натрии (сахарная свекла), кобальте (горох, соя и другие бобовые).

Как же происходит усвоение питательных веществ и их дальнейшее превращение в тело растительного организма? В процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды, поступающей из почвы через корни, в листьях образуются первичные органические продукты - ассимиляты (сахароза и др.). Из клеток листа они поступают в ситовидные трубки флоэмы (ткани, проводящей питательные вещества от листьев к корням) и перемещаются вниз по стеблю, распространяясь затем по его тканям.

Корни растений всасывают из почвенного раствора ионы минеральных элементов, которые проникают внутрь корневых клеток. Затем минеральные вещества вместе с водой поступают в сосуды ксилемы (ткани, по которой питательные вещества движутся от корней к листьям) и по ним передвигаются в листья.

Одни элементы (калий, натрий) подаются в наземные органы в неизменном состоянии, другие - в виде органических соединений. В листьях минеральные элементы взаимодействуют с ассимилятами. Здесь образуются разнообразные органические и органо-минеральные соединения. Из них растения и строят свои ткани и органы.

Минеральное и воздушное питание растений - два звена одного физиологического процесса. Только при достаточном минеральном питании фотосинтез протекает интенсивно, и растения хорошо растут и развиваются.

Земледелец может управлять питанием растений, внося в почву минеральные и органические удобрения в нужных дозах и в оптимальные сроки, поливая растения. В защищенном грунте можно регулировать и воздушное питание, если повысить концентрацию углекислого газа в воздухе и использовать дополнительное освещение.

Очень важно уметь определять потребности сельскохозяйственных культур в том или ином элементе минерального питания, т. е. проводить диагностику питания растений.

При недостатке азота, фосфора, калия или другого элемента изменяются размер и окраска листьев, строение органов. Например, если растению не хватает азота, листья его становятся бледно-зелеными, мелкими, стебли - тонкими, у многих культур (плодовых, хлопчатника) опадают завязи.

Если недостает фосфора, то листья томата темно-зеленые с голубоватым оттенком, кукурузы - фиолетовые, капусты - красноватые. Молодые листья мелкие, по краям нижних листьев появляются участки отмершей ткани бурого или черного цвета. Развитие растений замедляется, особенно фазы цветения и созревания.

При калийном голодании листья желтеют, буреют, затем отмирают ткани по их краям, а позднее между жилками. Цвет листьев более темный с голубоватым или бронзовым оттенком. У растений укорочены междоузлия, они вянут и полегают.

Создание наилучших условий для питания растений - наиболее эффективное средство управления урожаем сельскохозяйственных культур. Это основная задача земледельца.

В растениях обнаружено более 70 химических элементов, при этом достоверно установлено, что 17 из них абсолютно необходимы для нормального роста, развития и плодоношения. Первые три элемента: водород (H), кислород (O), углерод (C), растения берут из воздуха и воды. Другие 14 элементов: азот (N), фосфор (P), калий (K), кальций (Ca), хлор (Cl), магний (Mg), сера (S), железо (Fe), марганец (Mn), цинк (Zn), медь (Cu), бор(B), молибден (Mo), кобальт (Co) растения берут из почвы.

Химические элементы, находящиеся в почве принято разделять на две группы обусловленные количеством потребления их растениями.

Макроэлементы: азот (N), фосфор (P), калий (K), кальций (Ca), магний (Mg) и сера (S).
Микроэлементы: железо (Fe), хлор (Cl), марганец (Mn), цинк (Zn), медь (Cu), бор(B), молибден (Mo), кобальт (Co).

Железо и хлор по количествам, поглощаемым растениями, занимают промежуточное положение между макро- и микроэлементами, однако их чаще относят к микроэлементам.

Микроэлементы потребляются растениями в количествах несколько тысяч раз меньших, чем макроэлементы, отсюда и их название.

Азот входит в состав белков, хлорофилла и является основой всех жизненных процессов. Растениям требуется довольно много азота. Каждая клетка должна в изобилии получать азотные соединения. Азот в растениях очень подвижен и способен быстро перемещаться в то место где в его присутствии возникает необходимость. Как правило, это верхние части растений, где происходит наиболее интенсивный рост. Визуально это перемещение можно наблюдать при недостаточном снабжении растения азотом, при котором нижние самые старые листья начинают равномерно окрашиваться в жёлтый цвет, а впоследствии отмирают, что и свидетельствует о перемещении из них азота в верхние части растения.

Фосфор, как и азот необходим для роста всех частей растения. Он входит в состав хромосом, находящихся в ядрах клеток. Именно хромосомы ответственны за деление клеток их рост и передачу наследственности. Фосфор способствует прорастанию семени, стимулирует формирование корня и рост растения на ранних стадиях развития. Подсчитано, что 50% всего необходимого фосфора растение поглощает к тому времени, когда оно достигает всего лишь 20% своей высоты. Это говорит о необходимости контроля поступления фосфора при выращивании рассады. Если она не получит фосфор в достаточном количестве, то растениям будет нанесён ущерб, который почти невозможно устранить впоследствии даже если рассада при пересадке попадёт в плодородную почву не имеющую недостатка в фосфоре.

Калий (K) также как и азот требуется растениям непрерывно и в больших количествах. Потребность в калии возрастает пропорционально росту культуры, поэтому снабжение этим элементом должно быть обильным в период наиболее интенсивного роста. Калий не входит в состав органических веществ, но играет важную роль в их образовании. Многосторонние функции калия в растениях находят своё выражение в том, что он повышает устойчивость растений к болезням, увеличивает холодостойкость, препятствует полеганию злаковых культур, улучшает вкусовые качества форму и цвет овощей. Как и азот, калий интенсивно перемещается по растению и присутствует во всех его частях. Калий может поглощаться в несколько избыточном количестве, что не вредит растениям.

Кальций (Ca) – необходимый элемент питания, который поглощается растениями в количестве, часто превосходящем количество фосфора, но меньше чем азота или калия. Он участвует в создании важного соединения пектата, межклеточного вещества которое скрепляет клетки между собой и способствует их удержанию вместе. Кальций улучшает растворимость многих соединений, в почве делая их доступными для растений, стимулирует активность клубеньковых бактерий, которые фиксируют свободный азот из воздуха. Принято считать, что кальций имеет прямое отношение к развитию корневой системы, так как корни не способны расти в поисках кальция, а должны с ним иметь непосредственный контакт.

Хлор (Cl) может накапливаться в растениях в значительном количестве, так как существует множество источников поступления его в растения. Поэтому длительное время, проводя исследования, на него обращали внимание как на элемент, присутствие которого в больших количествах нежелательно для растений. И это действительно так. Некоторые овощные культуры плохо переносят даже умеренное количество хлора поступающего в растения. Это в свою очередь побудило некоторых производителей сложных удобрительных смесей подчёркивать в аннотациях, что их удобрения не содержат в своём составе хлор. Однако некоторое время спустя было доказано, что растения без хлора не могут существовать, и он приобрёл статус абсолютно необходимого элемента в питании растений.

Углерод – это краеугольный камень строительной структуры растений. Он входит в состав всех жизненно важных для растений соединений. Растения получают его из углекислого газа атмосферы. Под действием солнечной энергии на зёрна хлорофилла в клетках, растения строят свои удивительные структуры основой которых, всегда является углерод.

Магний (Mg) является строительным материалом для зелёного пигмента растений – хлорофилла, играет важную роль в фотосинтезе, переносе энергии в виде сахара. В растении магний также как азот и калий постоянно находится в движении, перемещаясь из тканей старых листьев в молодые, где происходит интенсивный рост. Красота зелёного мира растительности обязана магнию.

Сера (S) входит в состав белков, некоторых растительных масел и витаминов, участвует в белковом обмене, в реакциях окисления и восстановления и многих других, жизненно важных реакциях в растениях. Сера потребляется растениями в тех же количествах что и фосфор. Быстро распространяется внутри растения.

Железо (Fe) необходимо для образования хлорофилла, для нормального протекания окислительных процессов и дыхания растений. Рассматривая функции железа в растениях можно выделить присущее ему свойство каталитического ускорения образования хлорофилла что отличает его от других элементов участвующих в том же процессе.

Марганец (Mn) также как и железо участвует в синтезе хлорофилла. Самая высокая концентрация марганца наблюдается в тех тканях растения, которые содержат хлорофилл.

Медь (Cu) в растениях выполняет много функций. Её действие сложно и многообразно. Все исследования показывают, что медь имеет значение для расщепления белков в процессах роста растений. Замечено так же что концентрация меди в корнях выше, чем в листьях и в других тканях. Это даёт основание предположить важную роль меди в обмене веществ корневой системы растения.

Цинк (Zn) необходим для образования органических веществ, называемых ауксинами, которые вызывают удлинение стеблей и представляют собой стимуляторы роста растений.

Бор (B) в растениях воздействует на процессы цветения и плодоношения, прорастания пыльцы и деления клеток, на азотный обмен, на углеводный обмен, на активное поглощение солей, передвижение и деятельность гормонов, метаболизм пектиновых веществ, на водный обмен и на функции воды в растениях. Бор малоподвижен в растениях и практически не переходит из старых тканей во вновь образующиеся ткани. Если бор хорошо доступен, многие виды растений будут поглощать его гораздо в больших количествах, чем необходимо. Как правило, растения хорошо выносят широкий диапазон концентраций многих элементов питания, но это не относится к бору. Грань между недостатком и избытком бора очень узкая, и любой избыток бора токсичен.

Молибден (Mo) играет очень важную роль в процессах превращения одних форм азота в другие. Он входит в состав ферментов, превращающих нитраты в аммиак, который затем используется на построение белков. Если растения не получают молибден в достаточных количествах то это приводит к нарушению азотного обмена и в растениях накапливается большое количество нитратов.

Как видно из описания функций химических элементов ни один из них не встраивается в структуру растения, а лишь является строительным материалом, который растения берут из почвы или воздуха. Последние проявляют определённую избирательность, потребляя элементы по мере надобности, даже если все элементы находятся в почве с некоторым избытком.

Следует понимать, что ни один из выше перечисленных элементов не может быть заменён каким-либо другим. Это означает, что растение не сможет существовать при полном отсутствии либо острой нехватке хотя бы одного из семнадцати абсолютно необходимых элементов.

Иногда овощеводы концентрируют своё внимание исключительно на основных элементах питания, подкармливая растения мочевиной, суперфосфатом, хлористым калием, или комплексными удобрениями. Так поступая, они закладывают проблему, которая через годы обязательно проявится в виде дефицита нескольких абсолютно необходимых элементов питания. Что приведёт к отрицательным последствиям. В первые годы такой практики урожаи будут высокими. Однако почва уже начнёт постепенно истощаться по остальным питательным элементам, баланс питательных веществ нарушается, овощи обогащаются нитратами, и наконец, вслед за резким ухудшением качества, начинается снижение урожаев.

Именно такая практика использования только основных элементов и её отрицательные последствия отвращают многих от минеральных удобрений, хотя очевидно, что проблема заложена не в удобрениях, а в способах их применения.
Правильное питание растений – основное условие получения высокого и качественного урожая.

Одни элементы (калий, натрий) подаются в наземные органы в неизменном состоянии, другие - в виде органических соединений. В листьях минеральные элементы взаимодействуют с ассимилятами. Здесь образуются разнообразные органические и органо-минеральные соединения . Из них растения и строят свои ткани и органы.