Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

Время на чтение: 10 минут Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

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:

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

  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.

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

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.

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

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.

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

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.

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

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.

9.12. Минеральное питание растений и животных [1990 Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. — Биология: В 3-х т. Т. 1]

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    КАРТА САЙТА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ

Автотрофное питание — это не только синтез углеводов из СО2 и подходящего донора водорода, например воды, но и полное удовлетворение всех потребностей в других органических веществах, таких, как белки и нуклеиновые кислоты, за счет простых неорганических веществ (нитратов, сульфатов, фосфатов и др.).

Некоторые минеральные вещества нужны и гетеротрофным организмам как существенное дополнение к органической пище. В большинстве случаев необходимы одни и те же элементы, поэтому здесь нам удобнее рассмотреть всю проблему минерального питания целиком; это позволит нам перекинуть мостик от автотрофного питания (гл.

Читайте также:  Хайрабезол - инструкция по применению, отзывы, аналоги и формы выпуска (таблетки 10 мг и 20 мг) лекарства для лечения язвы, гэрб, хеликобактера, синдрома золлингера-эллисона у взрослых, детей и при беременности

9) к гетеротрофному (гл. 10).

Элементы, без которых невозможны рост и развитие того или иного организма, называют основными элементами. Главные из них — углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор, калий, натрий, магний, кальций и хлор. Кроме того, некоторые элементы (микроэлементы) требуются только в очень малом количестве (порядка нескольких частей на миллион).

Всем организмам нужны марганец, железо, кобальт, медь и цинк, а некоторым еще и молибден, ванадий, хром и другие тяжелые металлы, а также бор, кремний, фтор и йод в определенных сочетаниях (см. табл. 5.1). Зеленые растения получают из почвы все нужные им элементы, кроме углерода, водорода и кислорода. Механизм поглощения минеральных солей мы рассмотрим в гл.

14.

Неорганические микроэлементы, необходимые гетеротрофным организмам (животным и грибам), иногда объединяют вместе с витаминами.

Это связано с тем, что и витамины, и микроэлементы нужны лишь в очень малых количествах и играют сходную роль в метаболических процессах, часто выступая в качестве коферментов. С витаминами мы познакомимся в следующей главе. Автотрофные организмы сами синтезируют нужные им витамины.

Элементы, необходимые в не столь малых количествах, называют макроэлементами. Недостаток любого из элементов питания вызывает определенное заболевание.

В табл. 9.10 приведены в качестве примеров некоторые функции важнейших элементов. Как видно из таблицы, минеральные элементы поглощаются растениями в виде ионов — либо анионов (отрицательно заряженных ионов), либо катионов (положительно заряженных ионов). Это относится и к микроэлементам, хотя их ионы в таблице не указаны.

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.Таблица 9.10. Некоторые основные элементы питания и их использование у живых организмов Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.Таблица 9.10. Продолжение Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.Таблица 9.10. Продолжение Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.Таблица 9.10. Продолжение

Все катионы можно разбить на две большие группы, а именно на ионы легких металлов, роль которых в клеточном метаболизме связана с их большой подвижностью, и ионы тяжелых металлов, например железа и меди, которые обычно фиксированы в мембранах митохондрий и хлоропластов. Животные получают не все нужные им элементы в виде неорганических солей. Например, основную часть азота они получают, поедая белковую пищу.

Географическое распределение отдельных элементов, особенно микроэлементов, очень неравномерно. Это один из факторов, от которых зависит распространение различных растений, а потому и животных. Чтобы почва была плодородной, в ней должны быть все необходимые микроэлементы, и притом в определенном соотношении.

Правда, известны и исключения, когда растения буйно растут даже в зонах, сильно загрязненных тяжелыми металлами, например на терриконах или на тех местах, где находятся залежи природных минералов.

Такие растения могут быть ядовитыми для травоядных животных; и наоборот, они могут оказаться очень полезными для человека, так как помогут прикрыть и украсить ранее неприглядные участки.

Минеральное питание растений

Минеральное питание растений — это поглощение ими воды и растворенных в ней неорганических (минеральных) веществ.

Исследуя золу растений, учёные обнаружили множество химических элементов, в том числе и редких. Это говорит о том, что найденные элементы необходимы растениям и накапливаются в них.

Элементы, которые присутствуют во всех растениях, были отнесены к жизненно важным — это калий, кальций, магний, железо, сера и фосфор. Для разных растений они необходимы в различных количествах.

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

Из почвы через корни в растения поступают вода и растворённые в ней минеральные соли, т. е. происходит минеральное питание.

  • Каждый химический элемент играет в жизни растения особую роль.
  • Например, вещества, содержащие азот, способствуют росту растений.
  • А при нехватке азота тормозится рост растений и формируются мелкие желтоватые листья.

Калий способствует быстрому оттоку органических веществ от листьев к корням. Также он защищает растение от токсического действия различных солей. Калий сосредоточен в молодых органах, а также в органах накопления запасных веществ – семенах, клубнях.

Недостаток калия замедляет процессы деления и растяжения клеток, вызывает гибель кончика корня. Также на посветлевших листьях появляются дырочки с пожелтевшими краями.

Фосфор усваивается растением в виде солей фосфорной кислоты (фосфатов). Вещества, содержащие фосфор, способствуют скорейшему созреванию плодов. Нехватка фосфора замедляет обмен веществ. Листья желтеют, отмирают некоторые их части.

Сера поглощается растением в виде солей серной кислоты, входит в состав белков и эфирных масел. Внешними симптомами дефицита серы являются бледный цвет и желтизна молодых листьев.

Магний входит в состав хлорофилла — фотосинтезирующего пигмента, который окрашивает хлоропласты в зелёный цвет. При недостатке магния наблюдается потемнение прожилок на посветлевших листьях.

Железо играет важную роль в дыхании растений. При его недостатке сначала лист желтеет, а потом белеет.

Кроме указанных жизненно необходимых элементов, растению нужны и другие… марганец, фтор, йод, бром, цинк, кобальт, стимулирующие рост растений. Если растение не получает хотя бы одно из нужных элементов, то процессы его жизнедеятельности резко нарушаются.

Рассмотрим, каким образом происходит поглощение питательных веществ.

Водоросли, а также некоторые водные растения усваивают питательные вещества всей поверхностью тела.

Высшие же растения поглощают их из почвы через корни. Поглощение воды и минеральных веществ происходит в зоне всасывания корня.

Зона всасывания имеет длину от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Поверхность её защищена покровной тканью — кожицей с корневыми волосками.

Вода и минеральные соли поступают в растение через корневые волоски. Число корневых волосков очень велико, что значительно увеличивает всасывающую поверхность корня.

Корневые волоски покрыты слизью и тесно соприкасаются с частицами почвы. Слизь облегчает проникновение корня между частиц почвы, а также растворяет минеральные вещества. Ведь только в растворенном виде они могут быть в дальнейшем поглощены корнем.

Проникая между частицами почвы, корневые волоски плотно прилегают к ним и всасывают из почвы воду с растворенными в ней минеральными веществами.

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

Из корневого волоска вода поступает в соседние клетки, а затем в сосуды корня и по ним под давлением поднимается в другие органы растения.

Сила, которая вызывает одностороннюю подачу влаги от корней к побегам, называется корневым давлением. Чем сильнее корневое давление, тем выше поднимается жидкость.

Корневое давление можно наблюдать на опыте. У растения срезают стебель на высоте 10 см и на пенёк надевают короткую резиновую трубку, которая соединяет его со стеклянной трубкой.

Если почву в горшке полить тёплой водой, то вода начинает подниматься по трубке и вытекать из неё.

После полива почвы очень холодной водой вода из трубки вытекает меньше. Благодаря опыту мы убедились, что поглощение воды корнем зависит от её температуры. Холодная вода плохо поглощается корнями.

Выделение пасоки можно наблюдать и в природе. Пасока — это жидкость, которая выделяется из перерезанных сосудов древесины стеблей или корней живых растений под влиянием корневого давления.

Ранней весной, когда листья на деревьях ещё не развернулись, в стволах клёна, берёзы и других деревьев начинается весеннее сокодвижение.

Если ветка или ствол берёзы поранены, то из ранки начинает сочится сок — пасока берёзы. Пасока сладковата на вкус, в ней растворены различные питательные вещества, в том числе сахара и витамины. Она необходима растению для его весеннего роста, набухания и развёртывания почек. Берёзовый сок вкусен и полезен для здоровья человека, его заготавливают в берёзовых лесах, предназначенных к рубке.

Управление минеральным питанием растений

Растение нормально растёт и развивается в том случае, если в окружающей корни среде будут содержаться все необходимые питательные вещества. Такой средой для большинства растений является почва.

Почва ― это верхний слой земли, обладающий особым свойством ― плодородием, способностью обеспечивать растения питательными веществами и влагой, создавать условия для их жизнедеятельности.

От плодородия почвы зависит урожайность возделываемых культур. В природе опавшая листва, погибшие растения и животные перегнивают и обогащают почву минеральными веществами.

Сельскохозяйственные растения так, как и другие растения поглощают минеральные вещества из почвы, но так как человек собирает урожай, то минеральные вещества в почву не возвращаются. В результате почва постепенно истощается. Чтобы восполнить их содержание, в почву вносят органические и минеральные удобрения.

Органические удобрения (от слова «организм») ― это отходы жизнедеятельности животных (навоз, птичий помёт) или отмершие части организмов животных и растений (перегной, торф).

Читайте также:  Слюнные камни - сиалолиты. Слизистая киста. Нёбный валик. Липома.

Навоз от разных видов животных отличается по составу, в свежем виде его нежелательно вносить в почву, так как он содержит семена растений, болезнетворные бактерии и даже яйца гельминтов. А вот отстоявшийся от 4 месяцев до 3 лет — отличное средство для обогащения разных видов почв.

Птичий помёт считается очень хорошим органическим удобрением, причём наиболее насыщенным по химическому составу, является куриный и голубиный.

Компост представляет собою смесь различных органических удобрений, которую складывают в кучи, ямы, ящики.

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

  1. Минеральные удобрения ― это не природные удобрения, а созданные человеком.
  2. В зависимости от содержания минеральных веществ различают азотные, фосфорные и калийные минеральные удобрения.
  3. Кроме того, широко используют микроудобрения, в которых содержатся такие элементы, как бор, медь, цинк, кобальт и др.

Конечно, намного проще использовать покупные минеральные подкормки, нежели возиться с органикой. Но ни одна «химия» не заменит природные компоненты.

Удобрения вносят в разные сроки в зависимости от вида и потребностей растения. Например, навоз вносят задолго до посева семян, при осенней обработке почвы. Минеральные удобрения вносят перед посевом семян или одновременно с ним, а также в период роста растений в виде подкормок.

Растения подкармливают теми минеральными веществами, которые им требуются в данный период жизни. Вносить удобрения нужно строго по норме. Излишек может навредить растениям, а полученная продукция будет опасна для здоровья человека. Если же удобрения вносить вовремя и правильно, можно добиться высоких урожаев сельскохозяйственных культур.  

Минеральное питание растений — элементы, процесс и роль (биология, 6 класс) — Природа Мира

Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

Минеральные элементы – это встречающееся в природе неорганические питательные вещества, содержащиеся в почве и продуктах питания, которые необходимы для правильного функционирования живых организмов. Минералы – жизненно важные элементы, необходимые как растениям, так и животным.

Типы питания растений

Минеральное питание растений

Минеральное питание растений – это ряд биохимических, биофизических и физиологических процессов, посредством которых ионы минералов абсорбируются из почвы, транспортируются и включаются в обмен веществ растения.

Всего для нормального роста и развития растений необходимо около 20 химических веществ. Из них четыре основных элемента: углерод и кислород из атмосферы, водород из воды и азот из минеральных соединений.

Они называются органогенными элементами, поскольку представляют собой основные компоненты органических веществ.

В зависимости от потребности растения в минеральных веществах выделяют:

  • Макроэлементы (O, C, H, S, P, N, Ca, K, Mg) – составляют более 0,01% от сухой массы растения
  • Микроэлементы (Fe, Co, Cu, Cl, B, Zn, Mn, Mo, Ni, Na, Si) – составляют менее 0,01% от сухой массы растения

Таблица. Основные минеральные элементы, необходимые для роста растений

МакроэлементыМикроэлементы
Углерод (C) Железо (Fe)
Водород (H) Марганец (Mn)
Кислород (O) Бор (B)
Азот (N) Молибден (Mo)
Фосфор (P) Медь (Cu)
Калий (K) Цинк (Zn)
Кальций (Ca) Хлор (Cl)
Магний (Mg) Никель (Ni)
Сера (S) Кобальт (Co)
Натрий (Na)
Кремний (Si)

Химические элементы могут иметь специфические функции, характерные только для них (например, функционировать как составные части ферментативных каталитических центров или простетических групп, как активаторы ферментов путем изменения конформационной структуры белков, как регуляторы коллоидного статуса цитоплазмы), или иметь неспецифические функции, в этом случае они могут быть заменены другими элементами (например, осмотическое давление может быть достигнуто путем увеличения концентрации различных молекулярных частиц).

Поглощение минеральных элементов растениями происходит на уровне корневых волосков посредством эндосмоса, и часто этому способствуют микориза (симбиотические отношения между корнем и микроскопическими грибами) и бактериориза (симбиоз между корнями и бактериями). Азот абсорбируется из почвы в виде нитритов и нитратов, которые позже превращаются в аммиак и используются для синтеза глутамина и аспарагина в результате реакций аминирования. Это повсеместный компонент большинства органических веществ.

Сера абсорбируется в виде ионов SO42− ионов и входит в состав высоко каталитических протеиногенных аминокислот цистеина и метионина, является частью кофермента А и витаминов, а также имеет решающее значение для контроля окислительно-восстановительного состояния клетки за счет уровней глутатиона.

Фосфор входит в состав АТФ, нуклеиновых кислот, фосфолипидов в биологических мембранах, он лежит в основе передачи сигналов и других процессов управления белковой активностью. Он усваивается в виде солей ортофосфорной кислоты. Кроме того, ионы металлов (Ca, K, Fe, Mg, Cu, Mb, Zn) являются ключевыми компонентами в процессе минерального питания и необходимы для роста и развития растений.

Значение минеральных веществ для растений

Минералы играют важную роль во многих жизненно важных для растений процессах:

  • Уравновешивающая функция: определенные соли или минералы действуют против вредного воздействия других питательных веществ, таким образом уравновешивая друг друга.
  • Поддержание осмотического давления: некоторые минералы клеточного сока в органической или неорганической форме участвуют в регулировании осмотического давления в клетке.
  • Влияние на pH клеточного сока: различные анионы и катионы влияют на pH клеточного сока.
  • Построение тела растения: углерод, водород и кислород – это элементы, которые помогают построить тело растений, поступая в протоплазму и строя клеточные стенки.
  • Катализ биохимических реакций: минералы, такие как цинк, магний, кальций и медь, действуют как металлические катализаторы в биохимических реакциях.
  • Токсичное влияние: некоторые элементы, такие как мышьяк и медь, оказывают токсическое воздействие на протоплазму при определенных условиях.

Микроэлементы

Значение некоторых микроэлементов для растений изложены ниже:

Медь

  • Это компонент оксидазы, цитохромоксидазы, фенолазы и оксидазы аскорбиновой кислоты, который отвечает за активацию ферментов.
  • Медь играет жизненно важную роль в фотофосфорилировании.
  • Она также помогает сбалансировать углеводно-азотную регуляцию.

Марганец

  • Необходим для фотосинтеза при фотолизе воды.
  • Участвует в синтезе хлорофилла.
  • Действует как активатор азотистого обмена.

Цинк

  • Необходим для синтеза триптофана, метаболизма углеводов и фосфора.
  • Входит в состав таких ферментов, как карбоангидраза, молочнокислая дегидрогеназа, гексокиназа и карбоксипептидаза.

Макроэлементы

Функции основных макроэлементов для растений:

Фосфор

  • способствует здоровому созреванию плодов и росту корней, помогая транслокации углеводов.
  • В изобилии содержатся в плодах и семенах.
  • Дефицит фосфора приводит к преждевременному опаданию листьев, которые становятся пурпурными или темно-зелеными.

Азот

  • Присутствует в различных коферментах, гормонах, АТФ и т.д.
  • Азот является незаменимым компонентом витаминов, нуклеиновых кислот, белков и многих других веществ.
  • Дефицит азота приводит к полному подавлению цветения и плодоношения, нарушению роста и развитию антоциановой пигментации в стеблях.

Калий

  • Калий – единственный одновалентный катион, необходимый растениям.
  • Действует как активатор ферментов, включая ДНК-полимеразу.
  • Дефицит калия приводит к задержке развития, замедлению роста и пятнистому хлорозу.

Не все нашли? Используйте поиск по сайту Значение С4-пути. Минеральное питание растений и животных.

Дефицит минеральных веществ

Автотрофное питание — это не только синтез углеводов из диоксида углерода и воды, но и последующее использование таких веществ, как нитраты, сульфаты и фосфаты, для получения других необходимых органических соединений, в том числе белков и нуклеиновых кислот.

Гетеротрофным организмам, например животным, также требуются некоторые минеральные соединения для дополнения их органической пищи.

Во многих случаях для обеспечения одних и тех же процессов требуются одинаковые питательные вещества, поэтому удобно рассматривать всю область минерального питания как мост между автотрофным (гл. 7) и гетеротрофным питанием (гл. 8).

Биогенные элементы, необходимые для успешного роста и размножения организма, называют незаменимыми элементами. Основными незаменимыми для жизни элементами являются углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор, калий, натрий, магний, кальций и хлор. В дополнение к ним всем организмам в следовых количествах (несколько частей на млн.) обязательно требуются некоторые другие элементы.

К числу таких элементов относятся марганец, железо, кобальт, медь и цинк; иногда необходимыми являются соединения молибдена, ванадия, хрома и других тяжелых металлов, а также бор, кремний, фтор и иод (см. табл. 3.1). Все эти вещества, за исключением углерода, водорода и кислорода, зеленые растения получают из почвы и воды в виде минеральных веществ. Механизм получения обсуждается в гл.

Читайте также:  Респираторные вирусы как причина воспаления бронхов и легких.

13.

Следовые элементы (неорганические) у гетеротрофных организмов (животных и грибов) иногда объединяют с витаминами (органическими соединениями) под названием микроэлементы.

И те и другие соединения требуются в следовых количествах, но в клеточном метаболизме они играют сходную и весьма важную роль, поскольку часто являются кофакторами ферментов. О витаминах речь пойдет в гл. 8. Автотрофные организмы способны сами синтезировать необходимые им витамины.

Другие незаменимые элементы носят название макроэлементов. Отмечено, что дефицит любого из элементов приводит к развитию болезней дефицита.

Некоторые примеры функций основных минеральных веществ приведены в табл. 7.7. Изучение данной таблицы позволяет увидеть, что минеральные вещества поглощаются растениями в форме отдельных ионов, как анионов (отрицательно заряженных), таки катионов (положительно заряженных). Это же верно и для следовых элементов, хотя их ионы не представлены в таблице.

Животные получают не все необходимые им элементы в форме минеральных веществ. Например, большая часть азота поступает в организм животного в виде белков.

Сбалансированность следовых элементов играет важную роль в поддержании плодородия почвы.

Однако известны экстремальные случаи, когда растения произрастают в местах с высокой степенью загрязнения металлами: например на свалках предохранителей испорченных мин или на залежах природных полезных ископаемых.

Такие растения могут быть токсичными для травоядных животных, но вместе с тем эти же растения оказывают некоторую пользу людям прикрывая неприглядные участки земли.

Таблица 7.7. Некоторые незаменимые минеральные вещества, и примеры их использования живыми организмами

МАКРОЭЛЕМЕНТЫ Распространенные заболевания и симптомы, связанные с дефицитом элементов
Элемент и символ Форма, в которой поглощается растением Общее значение у растений у человека Обычные источники для человека
Азот, N Нитрат, NО3- Аммоний, NH4 Синтез белков, нуклеиновых кислот и многих других органических соединений, например коферментов и хлорофилла Задержка роста и сильный хлороз, в особенности у старых листьев Тяжелая белковая недостаточность (квашиоркор), Белок, в частности постное мясо, рыба и молоко
Фосфор, Р Фосфат, РО43- Ортофосфат, Н2РО4- Синтез нуклеиновых кислот, АТФ и некоторых белков. Фосфат входит в состав костей и зубной эмали, а также в фосфолипиды мембран Задержка роста, особенно корней В большом количестве содержится в молоке
Калий, К К+ В основном связан с функционированием мембран, в том числе с проведением нервных импульсов, поддержанием электрического потенциала, работой (Na+, К+)-насоса, поддержанием анионнокатионного и осмотического баланса. Кофактор ферментов, участвующих в фотосинтезе и дыхании (гликолизе). Компонент клеточного сока растительных вакуолей. Желтые и коричневые края листьев и преждевременная гибель растения Встречается редко Овощи, например брюссельская капуста и мясо
Сера, S SО42- Синтез белков (например, кератина) и многих других органических соединений (например, кофермента А) Хлороз, например, желтуха чая Белок, например, постное мясо, рыба и молоко
Натрий, Na Na+ Действие сходно с действием калия, однако Na требуется в меньших количествах. Принимает участие в работе (Na+, К+)-насоса Мышечные судороги Поваренная соль (хлорид натрия) и бекон
Хлор, Cl Cl- Функции схожи с функциями Na+ и К+, например поддержание анионно-катионного и осмотического баланса. Вовлечен в «хлоридный сдвиг», происходящий во время транспорта диоксида углерода в крови. Содержится в желудочном соке в составе соляной кислоты Мышечные судороги Поваренная соль и бекон
Магний, Mg Mg2+ Входит в состав хлорофилла. Содержится в костях и зубах. Кофактор для многих ферментов, например для АТФазы. Хлороз Овощи и многие другие продукты
Кальций, Са Са2+ Образование срединной пластинки (пектат кальция) между клеточными стенками у растений; нормальное развитие клеточной стенки. Входит в состав костей, зубной эмали, раковин. Активирует АТФазу во время мышечного сокращения. Обеспечивает свертывание крови. Задержка роста Плохой рост скелета, иногда приводящий к рахиту Молоко, жесткая вода

7.10.1. Дефицит минеральных веществ

Не всегда легко или даже возможно вычленить эффекты различных элементов. Например, хлороз (пожелтение листьев) у растений вызывается недостатком магния или железа, хотя эти элементы выполняют разные функции в процессе синтеза хлорофилла (табл. 7.7 и 7.8).

Одна из болезней дефицита у овец и крупного рогатого скота, характеризующаяся диареей, связана с недостатком меди, что в свою очередь является результатом высокого уровня молибдена на пастбищах.

Разные организмы могут по-разному реагировать на дефицит одного и того же элемента: дефицит марганца, например, приводит к появлению серой крапчатости и неприятного запаха у овса, к развитию «болотной пятнистости» гороха.

Таблица 7.8. Некоторые необходимые микроэлементы и примеры их использования живыми организмами

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ (все катионы, за исключением бора, фтора и иода) Распространенные заболевания или симптомы, связанные с дефицитом элементов
Элемент и его символ Соединения, в которых содержатся Функции растения человек Обычные источники для человека
Марганец, Мn Фосфатазы (перенос фосфатных групп) Развитие костей («фактор роста») Пятнистость листьев, например серая пятнистость овса Плохое развитие костей Овощи и самая разнообразная пища
Декарбоксилазы Дегидрогеназы Окисление жирных кислот, дыхание, фотосинтез
Железо, Fe Группа гема в гемоглобине и миоглобине Цитохромы Перенос кислорода Перенос электронов, например в процессе дыхания и фотосинтеза Анемия Печень, мясо, некоторые овощи, например шпинат
Каталаза и пероксидазы Расщепление Н2O2
Промежуточные соединения в процессе синтеза хлорофилла Синтез хлорофилла Сильный хлороз, в особенности у молодых листьев
Кобальт, Со Витамин В12 Развитие эритроцитов Злокачественная анемия Печень, мясо (как источник витамина B12)
Медь, Сu Цитохромоксидаза Последний переносчик электронов в дыхательной цепи; катализирует превращение кислорода в воду Суховершинность побегов Самая разнообразная пища
Пластоцианин Переносчик электронов в фотосинтезе
Тирозиназа Образование меланина Альбинизм
Цинк, Zn Алкогольдегидрогеназа Анаэробное дыхание растений (спиртовое брожение) Крапчатость листьев у цитрусовых
Карбоангвдраза Перенос диоксида углерода в крови позвоночных Порок развития листьев, например серповидность листьев какао Самая разнообразная пища
Карбоксипептидаза Гидролиз пептидных связей при переваривании белков
Молибден, Mo Нитратредуктаза Восстановление нитратов до нитритов во время синтеза аминокислот у растений Небольшое замедление роста; «ожоги» бобовых Самая разнообразная пища
Нитрогеназа Фиксация азота у прокариот
Бор, В Требуется только для растений. Нормальное деление клеток меристемы Мобилизация питательных веществ? Аномальный рост и гибель верхушек побегов; «сердцевинная гниль» свеклы; «растрескивание стеблей» сельдерея Не требуется
Фтор, F У животных в виде фторида кальция Компонент зубной эмали и костей Быстрое разрушение зубов Молоко, питьевая вода в некоторых областях
Иод, I Тироксин (по-видимому, не требуется растениям) Гормональное регулирование интенсивности основных метаболических процессов Зоб; кретинизм у детей Морепродукты, соль

Тесное взаимодействие и разнообразие эффектов минеральных элементов объясняются их глубокими воздействиями на клеточный метаболизм.

Тем не менее с помощью различных методов (изменяя условия поглощения минеральных веществ в эксперименте) можно показать, что некоторые специфические симптомы связаны с дефицитом определенных элементов.

Подобные знания важны и в медицине, и в сельском хозяйстве, поскольку болезни дефицита распространены повсеместно: и у людей, и среди сельскохозяйственных культур, и среди животных.

Эксперименты на растениях, ставшие теперь классическими, проводились в конце XIX и начале XX вв. в основном немецкими ботаниками с использованием водных и песчаных культур.

В этих экспериментах растения выращивали на приготовленных культуральных растворах известного состава.

Многие болезни дефицита растений, имеющие важное экономическое значение, были каталогизированы при помощи цветной фотографии, что способствует быстрому установлению диагноза.

ПредыдущаяСодержаниеСледующая

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector