Минеральное питание растений

Питание растений включает в себя процессы поглощения минеральных ионов из окружающей среды, их связывание, и транспорт по клеткам и тканям к местам потребления. Основателем учения о минеральном питании растений является немецкий ученый Юстус Либих («Химия в приложении к земледелию и физиологии», 1840).

Минеральные элементы поступают в клетки растений в виде катионов и анионов, в клетке одни элементы участвуют в метаболизме в форме свободных ионов, другие связываются с органическими соединениями не претерпевая изменений, третьи же претерпевают ряд окислительно-восстановительных превращений.

Не смотря на то, что в клетках присутствуют почти все элементы таблицы Менделеева, лишь некоторые из них действительно необходимы для жизни растений.

Среднее содержание элементов в клетках растений, %:
Кислород — 45, Углерод — 45, Водород — 6

Макроэлементы, %:
Азот — 1,5, Калий — 1,0, Кальций — 0,5, Магний — 0,2, Фосфор — 0,2, Сера — 0,1, Кремний — 0,1

Микроэлементы (в частях на 1 000 000):
Хлор — 100, Железо — 100, Марганец — 50, Бор — 20, Цинк — 20, Натрий — 10, Медь — 6, Никель — 0,1, Молибден — 0,1

Содержание минеральных элементов в различных частях растений различно, максимальное — в листьях, минимальное — в стволах.

Надо сказать, что потребление железа высшими растениями меньше, чем водорослями, однако меди, цинка, марганца и молибдена они потребляют больше.
Содержание железа составляет (мг/кг):
Водоросли — 1 800
Покрытосеменные — 180
Отношение содержания железа к другим металлам в водорослях и высших растениях тоже различно:
Водоросли:
Fe/Cu — 70, Fe/Zn — 20, Fe/Mn — 36, Fe/Mo — 4 000
Растения:
Fe/Cu — 10, Fe/Zn — 40, Fe/Mn — 1, Fe/Mo — 300
Отсюда можно сделать вывод, что причиной нашествия водорослей в аквариуме является не только и не столько наличие большого количества органики, а и отсутствие меди, цинка, марганца, молибдена и кобальта в необходимых количествах (водорослям эти элементы почти не нужны). И при частых заменах воды мы не только избавляемся от лишней органики, но и вносим в воду необходимое количество дефицитных микроэлементов, которые в достаточных количествах находятся в водопроводной воде.

Азот

Этот элемент входит в состав аминокислот, аминов, белков и многих других органических соединений и является самым дефицитным элементом питания. Процессы распада азотистых соединений в клетках растений заканчиваются образованием аммиака, который и является основным элементом азотного питания. Кроме этого растения способны поглощать анионы NO₃. При недостатке азота замедляется рост растений, ослабляется образование боковых побегов, наблюдается мелколистность. Одно из ранних проявлений дефицита азота — бледно-зеленая окраска листьев, связанная с ослаблением синтеза хлорофилла. Длительное азотное голодание приводит к гидролизу белков и разрушению хлорофилла в старых листьях и его оттоку в молодые. При этом окраска старых листьев становится желтой, коричневой, красной и листья опадают.

Фосфор

Этот элемент входит в состав нуклеиновых кислот, белков, фосфолипидов, нуклеотидов и т. д. В растительных тканях фосфор присутствует в виде органических соединений и в виде ортофосфорной кислоты и ее солей. Фосфор поглощается в окисленной форме в виде анионов ортофосфатов Н₂РО₄. В таком виде он включается в состав органических молекул и переходит из одного соединения в другое не претерпевая изменений. Растения наиболее чувствительны к недостатку фосфора на ранних этапах развития. Внешним симптомом недостатка фосфора является сине-зеленый цвет листьев, нередко с пурпурным или бронзовым оттенком. При этом листья становятся мелкими и более узкими, задерживается переход к репродуктивной фазе развития растения. Симптомы при недостатке фосфора похожи на симптомы при дефиците азота, но имеются и отличия. Погибающие листья становятся темными, почти черными, а при недостатке азота — светлыми. При избытке фосфора нарушается усвоение цинка и железа и появляется межжилковый хлороз.

Калий

Концентрация калия в клетках растений в 100—1000 раз превышает его содержание в воде. Наибольшее количество калия поглощается растениями в период наращивания вегетативной массы. При недостатке калия листья начинают желтеть с краев, затем их края и верхушки приобретают бурую окраску, на завершающем этапе эти участки отмирают. Дефицит калия тормозит процессы деления и размножения клеток, что приводит к появлению розеточных форм. В растении калий концентрируется в молодых растущих листьях и побегах, в старых листьях происходит его замещение на натрий. Содержится калий в клетках в виде катионов калия. Переизбыток его в аквариумной воде в 3-4 раза выше нормы по моим наблюдениям не приносит вреда растениям.

Кальций

По отношению к кальцию растения делятся на три вида: кальциефобы, кальциефилы и нейтральные виды. В клетках однодольных растений кальция меньше, чем в клетках двудольных. В растениях калий накапливается в старых листьях в виде нерастворимых солей органических кислот. При недостатке кальция листовые пластинки искривляются и скручиваются, кончики и края листьев сначала белеют, затем чернеют. Корни, листья и отдельные участки стебля сначала загнивают, потом отмирают.

Сера

Этот элемент поглощается клетками только в окисленной форме — в виде сульфат ионов SO₄. В растениях может содержаться в двух формах — окисленной в виде сульфат иона и восстановленной. Как и кальций, сера накапливается в старых листьях. Внешними симптомами дефицита серы является бледный цвет и желтизна молодых листьев.

Магний

Особенно много находится в молодых клетках, генеративных органах и запасающих тканях. Около 10-15 % магния входит в состав хлорофилла. Эта его функция уникальна, и никакой другой элемент не может заменить магний в молекуле хлорофилла. Участие магния в обмене веществ растительной клетки связано с его способностью регулировать работу части ферментов. В частности он является кофактором, катализирующим цикл Кребса. Недостаток магния в первую очередь сказывается на способности растений усваивать фосфор, поэтому внешние признаки однотипны с фосфорным голоданием. Также внешним признаком является межжилковый хлороз, связанный с появлением пятен и полос светло-зеленого а потом желтого цвета между зелеными жилками листа. Края листовых пластинок приобретают при этом желтый, оранжевый или красный цвет (до темно-красного включительно). Признаки магниевого голодания вначале проявляются на старых листьях, а затем переходят на молодые. Дольше всех держатся участки листа, непосредственно примыкающие к жилкам.

Кремний

Накапливается в больших количествах в клеточных стенках в виде гидратированных аморфных силикатов. Больше его в растениях, имеющих жесткий стебель.

Железо

Основная масса железа содержится в хлоропластах в виде фитоферритина. Оно принимает участие в процессе дыхания, восстановлении молекулярного азота и нитратов до аммиака, катализирует начальные этапы синтеза молекулы хлорофилла. Недостаток железа проявляется в пожелтении (хлорозе) листьев и снижении интенсивности окислительно-восстановительных процессов. Усваивается железо растением в виде ионов Fe²⁺, которые в воде могут находиться только в виде хелатных соединений. Однако растения в какой-то мере могут восстанавливать Fe³⁺ до Fe²⁺ на поверхности корней с помощью катализатора Fe-редуктолазы. При избытке железа затрудняется усвоение фосфора и марганца и могут появляться симптомы нехватки этих элементов.

Медь

Подобно железу медь участвует в окислительно-восстановительных процессах и образует стабильные комплексы с органическими соединениями. Около 50 % меди находится в хлоропластах и сконцентрировано в составе пластоцианина, осуществляющего перенос электронов между фотосистемами II и I. При недостатке меди снижается интенсивность процессов дыхания и фотосинтеза. Начальные симптомы недостатка меди проявляются в темно-зеленой окраске и некротических пятнах на молодых листьях.

Цинк

Содержится в растениях в виде иона Zn²⁺. Входит в состав многих ферментов а также необходим для синтеза аминокислоты триптофтана. При дефиците цинка нарушается фосфорный обмен. Внешне это проявляется в виде задержки роста междоузлий и листьев, мелколистности, розеточности.

Марганец

Накапливается в листьях и участвует в фотолизе воды. При недостатке марганца резко снижается выделение кислорода при фотосинтезе. Симптомы дефицита марганца проявляются в виде межжилкового хлороза, листья приобретают светло-зеленый, серый или красный оттенок. В отличие от недостатка калия эти симптомы появляются прежде всего у основания листа, а не у краев.

Молибден

Поступает в клетки в виде аниона MoO₄^2- и концентрируется в молодых растущих органах. Его больше в листьях (хлоропласты), чем в корнях или стеблях. Этот элемент часто называют микроэлементом азотного обмена. При недостатке молибдена в растениях накапливается значительное количество нитратов, тормозится рост, деформируются листовые пластины, в листьях появляются дыры, а на краях листьев — перфорация.

Бор

Один из наиболее важных микроэлементов для растений. В клетках содержится в свободной форме В(ОН)₃ или В(ОН)₄^-. Его недостаток снижает развитие репродуктивных функций.

Кобальт

Необходим высшим растениям для фиксации молекулярного азота (не нужен водорослям). В растениях находится в ионной форме или в составе цианокоболамина. Внешние признаки дефицита кобальта повторяют признаки азотного голодания.

Никель

Близок по своему действию к кобальту.

Хлор

В высших растениях находится в виде ионов Cl^-. Участвует в функциях фотолиза воды и выделения кислорода. Внешние признаки недостатка — увядание и преждевременное старение листьев, трещины на поверхности стебля, подавление процессов деления клеток.