WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
БИОЛОГ ИЯ БИОЛОГ ИЯ ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ Н. А. ПРОТАСОВА, А. Б. БЕЛЯЕВ Воронежский государственный университет Заслуженно носит имя матери Земля, Ибо все из Земли породилось.

CHEMICAL ELEMENTS IN LIFE OF PLANTS Тит Лукреций Кар N. A. PROTASOVA, A. B. BELYAEV (99–55 г. до н.э.) The importance and biological role of chemical ВВЕДЕНИЕ elements in the life of plants are discussed.

Растение строит свой организм из определенных химиData on the content of chemical elements in ческих элементов, находящихся в окружающей среде.

Питание растений – это обмен веществ между растениcultivated plants of Central Black Earth (Cherем и окружающей средой, это переход веществ из среды nozem) Zone of Russia are presented. The (почва, вода, воздух) в состав растительной ткани, в соinfluence of soil conditions on introduction of став сложных органических соединений, синтезируеmacro- and microelements into plants is мых растением, и выведение некоторых веществ из него.

shown.

Путь познания закономерностей корневого питания растений был загадочным и тернистым. В XVI веке Рассмотрены значение и биологическая французский ученый-естествоиспытатель Б. Палисси впервые высказал мысль о том, что растения “берут из роль химических элементов в жизни растепочвы разные соли”. Позднее английский материалист ний. Представлены данные о содержании Ф. Бэкон, голландский химик Я.Б. ван Гельмонт и ангхимических элементов в культурных растелийский физик и химик Р. Бойл выдвинули и обоснониях Центрально-Черноземной зоны Росвали теорию водного питания растений, согласно которой растения питаются водой, а почва нужна им как сии. Показано влияние почвенных условий опора для корней. Несостоятельность этой теории бына поступление макро- и микроэлементов в ла доказана только в конце XVIII века англичанином растения.

Д. Вудвордом. Поставив опыты с почвой и растением, он пришел к выводу, что растения питаются не водой, а особым веществом земли. Каким Ответа он не дал.

Шведский химик И. Валериус и немецкий агроном А. Тэер считали, что растения питаются из почвы непосредственно гумусом, то есть сложными органическими веществами. И только в середине XIX века немецкий химик Ю. Либих наконец-то смог ответить на вопрос:

чем же питаются растения Он выдвинул и обосновал стройную теорию минерального питания растений, согласно которой растения из почвы усваивают минеральные вещества, которые необходимо полностью вернуть в почву.

Почва – это своего рода кладовая минеральных питательных веществ для растений, из которой они черwww.issep.rssi.ru пают все необходимое для своего роста и развития. Растения поглощают углерод из СО2 воздуха, кислород и ПРОТАСОВА Н.А., БЕЛЯЕВ А.Б. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ Протасова Н.А., Беляев А.Б., © БИОЛОГ ИЯ водород из воды. Кислород также вовлекается в обмен ством пищи земной. При этом у растений четко проявв процессе дыхания. В свете современных представле- ляется избирательная способность поглощать нужные ний фотосинтез – это процесс трансформации погло- им химические элементы.

щенной организмом энергии света в химическую энерКАКУЮ РОЛЬ ИГРАЮТ ХИМИЧЕСКИЕ гию органических соединений. Фотосинтезирующие организмы используют энергию света для синтеза ор- ЭЛЕМЕНТЫ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ ганических соединений, которые, в свою очередь, слуНа данном этапе развития научных знаний, по мнению жат строительным материалом и источником энергии В.В. Ковальского, Е.П. Троицкого, М.Я. Школьника, для других организмов. Энергия света, поглощаемого Д.С. Орлова, В.Г. Минеева, 24 химических элемента, фотосинтезирующими организмами, не прямо испольфизиологическая роль которых довольно полно изучезуется для синтеза органических соединений, а сначала на, относятся к необходимым элементам питания расв ходе многочисленных световых и темновых стадий тений, и 21 элемент считается условно необходимым.

фотосинтеза преобразуется в химическую энергию макЖизненно необходимыми являются элементы, без короэргических (богатых энергией) соединений, которые торых растения не могут полностью закончить цикл и являются непосредственным источником энергии развития и которые не могут быть заменены другими для процессов биосинтеза [1, 2]. Через корневую систеэлементами. Физиологическое значение условно необму в растения из почвы поступают химические элементы ходимых элементов исследовано не до конца. По 12 усв основном в виде минеральных соединений, которые ловно необходимым элементам имеются сведения об используются растением для создания органического их положительном действии на растения. Что касается вещества. Для нормального функционирования фотоостальных химических элементов, то их роль в жизни синтетического аппарата растение должно быть обесрастений до сих пор неразгадана. Элементы, необходипечено всем комплексом макро- и микроэлементов.

мые растениям, принадлежат к различным группам Два основных способа питания растительного организ- Периодической системы Д.И. Менделеева (рис. 1). Нема – воздушный и корневой – тесно взаимосвязаны. В обходимо отметить, что в больших концентрациях конечном итоге величина растительной биомассы и ее многие элементы оказывают токсичное действие на химический состав будут определяться не только ин- живые организмы. Е.П. Троицкий справедливо заметил, тенсивностью фотосинтеза, но и количеством и каче- что нет вредных веществ, есть вредные концентрации.

Г Р У П П Ы Э Л Е М Е Н Т О В РЯДЫ I II III IV V VI VII VIII 1 H (H) He I ВОДОРОД ГЕЛИЙ 3 4 5 6 7 8 9 Li Be B C N O F Ne II ЛИТИЙ БЕРИЛИЙ БОР УГЛЕРОД АЗОТ КИСЛОРОД ФТОР НЕОН 11 12 13 14 15 16 17 Na Mg Al Si P S Cl Ar III НАТРИЙ МАГНИЙ АЛЮМИНИЙ КРЕМНИЙ ФОСФОР СЕРА ХЛОР АРГОН 19 20 21 22 23 24 25 26 27 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni КАЛИЙ КАЛЬЦИЙ СКАНДИЙ ТИТАН ВАНАДИЙ ХРОМ МАРГАНЕЦ ЖЕЛЕЗО КОБАЛЬТ НИКЕЛЬ IV 29 30 31 32 33 34 35 Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr МЕДЬ ЦИНК ГАЛЛИЙ ГЕРМАНИЙ МЫШЬЯК СЕЛЕН БРОМ КРИПТОН 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd РУБИДИЙ СТРОНЦИЙ ИТТРИЙ ЦИРКОНИЙ НИОБИЙ МОЛИБДЕН ТЕХНЕЦИЙ РУТЕНИЙ РОДИЙ ПАЛЛАДИЙ V 47 48 49 50 51 52 53 Ag Cd In Sn Sb Te I Xe СЕРЕБРО КАДМИЙ ИНДИЙ ОЛОВО СУРЬМА ТЕЛЛУР ИОД КСЕНОН 55 56 57 72 73 74 75 76 77 Cs Ba La* Hf Ta W Re Os Ir Pt ЦЕЗИЙ БАРИЙ ЛАНТАН ГАФНИЙ ТАНТАЛ ВОЛЬФРАМ РЕНИЙ ОСМИЙ ИРИДИЙ ПЛАТИНА VI 79 80 81 82 83 84 85 Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn ЗОЛОТО РТУТЬ ТАЛЛИЙ СВИНЕЦ ВИСМУТ ПОЛОНИЙ АСТАТ РАДОН 87 88 89 Fr Ra Ac** Ku VII ФРАНЦИЙ РАДИЙ АКТИНИЙ КУРЧАТОВИЙ Рис.



1. Расположение макро- и микроэлементов в Периодической системе Д.И. Менделеева. Зеленым цветом обозначены химические элементы, биологическая роль которых хорошо изучена; желтым – элементы, биологическая роль которых мало изучена СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 7, №3, ПЕРИОДЫ БИОЛОГ ИЯ Химические элементы, поглощаемые растениями комплексы с кальцийсвязывающими белками регулииз почвы в разных количествах, играют вполне опреде- руют функциональную активность множества белков в ленную биохимическую и физиологическую роль и от- клетках, включая ферменты, структурные и регуляветственны за синтез тех или иных веществ в расти- торные ферменты. Этот элемент принимает участие в тельном организме. структуре хромосом, являясь связующим звеном между Азот входит в состав аминокислот, белков, нуклеи- ДНК и белком, и выполняет многообразные функции в новых кислот, гормонов роста, многих витаминов, хло- обмене веществ клеток и организма в целом. Они свярофилла и других жизненно важных органических ве- заны с его влиянием на структуру мембран, ионные потоки через них и биоэлектрические явления. При неществ.

достатке кальция задерживаются формирование и рост Фосфор входит в состав фосфопротеинов, нуклеикорней. Ограничивая поступление других ионов в расновых кислот, фосфолипидов, фосфорных эфиров сахатения, он способствует устранению токсичности изров, нуклеотидов, принимающих участие в энергетичесбыточных концентраций ионов аммония, алюминия, ком обмене, витаминов и многих других соединений.

марганца, железа, повышает устойчивость растений к Особо важную роль играет фосфор в энергетике клетзасолению почв.

ки, поскольку именно в форме высокоэнергетических эфирных связей фосфора или пирофосфатных связей Магний входит в состав хлорофилла, поддерживает запасается энергия в живой клетке. Для этого элемента структуру рибосом, связывая РНК в белок, способствухарактерна способность к образованию связей с высоет обмену веществ в клетке, активирует деятельность ким энергетическим потенциалом (макроэргические ферментов (ДНК- и РНК-полимеразы), необходим для связи). Важным соединением, содержащим макроэргипроцессов дыхания, фотосинтеза, синтеза нуклеиноческие фосфорные связи, является АТФ. Многие фосвых кислот и белков. Он усиливает синтез эфирных мафорсодержащие витамины и их производные являются сел, каучука, витаминов А и С.

коферментами и принимают непосредственное участие Сера участвует в образовании витаминов, аминов каталитическом акте, ускоряющем течение важнейкислот, белков и некоторых антибиотиков, в частности ших процессов обмена (фотосинтез, дыхание). Фосфор пенициллина. Она входит в состав важнейших аминоусиливает накопление сахара во фруктах и овощах, кислот – цистина, цистеина и метионина, витаминов – крахмала в клубнях картофеля.

липоевой кислоты, биотина, тиамина и многих коферКалий составляет основную часть катионов клементов. Одна из основных функций серы в белках и точного сока и служит основным противоионом для полипептидах – участие SH-групп в образовании конейтрализации отрицательных зарядов неорганических валентных, водородных, меркаптидных связей, поди органических анионов. Он способствует поддержадерживающих трехмерную структуру белка. Дисульнию состояния гидратации коллоидов цитоплазмы, рефидные мостики между полипептидными цепями или гулируя ее водоудерживающую способность и обеспедвумя участками одной цепи (по типу S–S-мостика) чивая тем самым беспрепятственное снабжение клеток стабилизируют молекулу белка. Другая важнейшая растений водой. Он помогает растениям легче перенофункция серы в растительном организме состоит в подсить засухи и заморозки. Калий необходим для поглодержании определенного уровня окислительно-восстащения и транспорта воды по растению. Он является новительного потенциала клетки.

одним из катионов – активаторов ферментативных сиЖелезо содержится в окислительно-восстановистем. Известно 60 ферментов, активируемых калием с тельных ферментах, таких, как цитохромы, цитохромразличной степенью специфичности. Под влиянием каоксидаза, каталаза, пероксидаза, и играет важную роль лия увеличивается накопление крахмала в клубнях карв дыхании растений. Оно необходимо для образования тофеля, сахарозы в сахарной свекле, моносахаридов в хлорофилла. При недостатке железа у растений обнаруплодах и овощах, повышаются качество волокон в пряживается хлороз (нарушение образования хлорофилла).

дильных культурах и устойчивость растений к грибковым и бактериальным заболеваниям.

Алюминий предположительно имеет большое знаКальций присутствует во всех клеточных структу- чение в обмене веществ у гидрофитов и считается необрах и органеллах и стабилизирует их функции.





Иссле- ходимым только некоторым растениям (папоротники, дования Н.Б. Гусева [3] свидетельствуют о том, что ио- чай). Этот элемент играет важную роль в повышении ны кальция выполняют сигнальную роль и являются устойчивости растений к неблагоприятным факторам универсальным регулятором жизнедеятельности клетки. среды: засухе, высоким и низким температурам и засоСвязывание кальция сопровождается изменением про- лению почвы. Есть сведения о том, что в повышенных странственной ориентации определенных групп белка концентрациях он вредит минеральному питанию раси приводит к изменению его свойств. Кальций и его тений и мешает развитию их корневой системы. Будучи ПРОТАСОВА Н.А., БЕЛЯЕВ А.Б. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ БИОЛОГ ИЯ токсичным для корней, алюминий препятствует погло- (SO2-, PO3-, NO- ). Ионы, используемые растениями, 4 4 щению двухвалентных катионов. В клетках он связыва- находятся в почве в форме более или менее сложных ется с фосфором, что приводит к фосфорному голода- соединений, которые обладают различной растворинию растений. Есть данные и об участии алюминия в мостью. Поэтому они в неодинаковой степени доступактивировании некоторых ферментов и его возможной ны растениям. Наиболее доступны им элементы, нахороли в нуклеиновом обмене. дящиеся в почвенных растворах (растворимые соли, минерально-органические комплексы). Растения споКремний повышает солеустойчивость растений и собны усваивать и ионы, находящиеся в обменной устойчивость их к поражению грибными заболеваниформе на поверхности почвенных коллоидов. Катионы ями. Доказано, что кремний является необходимым в большей степени, чем анионы, задерживаются глиэлементом для диатомовых водорослей и некоторых нистыми и гумусовыми коллоидами и постепенно освысших растений – концентраторов кремния. При отвобождаются благодаря явлениям ионного обмена в сутствии в питательной среде кремния нарушается ульпочвенных растворах. Некоторые катионы (например, траструктура клеточных органелл.

Fe3+) обычно поглощаются глинами в необменной Биологическая роль редких и рассеянных элеменформе и недоступны растениям.

тов освещена в статье [4]. Растение нормально развиваНедоступны растениям и элементы, входящие в ется и растет только на почвах, удовлетворяющих его состав нерастворимых минералов. Таковы Сa2+, Mg2+, потребности во всех элементах питания. Чтобы растеK+, содержащиеся в полевых шпатах, амфиболах, пиние могло нормально питаться, концентрация почвенроксенах. В процессе эволюции почв происходит переных растворов должна быть слабой (не более 2–3 г пиход элементов из одной формы в другую. При выветритательных солей на 1 л воды). Если солей окажется вании минералы освобождают ионы Са2+, К+, которые, слишком мало, растение голодает и гибнет. Из концензадерживаясь в почвенном поглощающем комплексе, трированного водного раствора корни растений не в становятся доступными для растений. Железо может состоянии поглощать соли, и растение гибнет, как поперейти в раствор, образовав комплексное соединение гибло бы от голода. Как реагируют растения на ненорс органическими веществами или кремнеземом, котомальное (недостаточное или избыточное) содержание рое вполне доступно растениям. Строго говоря, сами элементов в почве Например, при недостатке азота растения способствуют переходу элементов из абсопобеги у растений короткие и тонкие, листья мелкие с лютно недоступного состояния (например, в кристалбледно-зеленой или желтовато-зеленой окраской, полической решетке минералов) в усвояемую форму.

зднее переходящей в оранжевую или красноватую. Если Как известно, на поглощение растениями элеменрастению не хватает фосфора, окраска листьев станотов минерального питания влияют многие факторы вится пурпурной или темно-бронзовой, задерживаются внешней среды. К метеорологическим факторам отцветение и созревание. Характерным признаком кальносятся свет, тепло и осадки, которые действуют и нециевой недостаточности являются некротические явпосредственно на процессы, происходящие в почве.

ления – коричневые пятна на плодах (томаты) и молоПочвенные факторы, регулирующие поглощение расдых листьях. Повышенная концентрация кальция в тениями питательных элементов, весьма многообразпочвенном растворе (в карбонатных почвах) может отны: поглотительная способность почвы, ее кислотрицательно сказываться на поглощении железа, цинка, ность, содержание карбонатов и полуторных оксидов марганца и вызывать у растения хлороз. При недостатжелеза и алюминия, концентрация и взаимодействие ке калия наблюдаются побурение и опаленность краев самих элементов питания. При этом необходимость (ожог) листьев, развивается бурая пятнистость, края всех основных макро- и микроэлементов для нормальлистьев закручиваются. Дефицит магния в питании ного роста и развития растений одинакова, а поглощевызывает “малокровие” растений.

ние их взаимосвязано. Следовательно, максимальная Итак, основную массу минеральных элементов продуктивность растений наблюдается при оптимуме питания растения усваивают в ионной форме через всех элементов питания в почве.

корневую систему, которая способна поглощать в неВ минеральном питании растений почвы не являзначительных количествах и органические соединения ются пассивными посредниками в передаче элементов, (аминокислоты, сахара, витамины, антибиотики). Уга выступают в роли сложных многокомпонентных сислерод растения потребляют из воздуха.

тем, регулирующих поступление элементов минерального питания в растения.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.