Лекция 2

Тема 2. Химический состав и питание растений

1. Химический состав растений.

2. Роль отдельных элементов питания в жизни растений.

3. Питание растений. Поступление питательных веществ в листья и корни.

1. Химический состав растений

Растение состоит из сухого вещества и воды. В вегетативных органах растений содержание воды составляет 70-95%, а в семенах – 5-15%. Содержание воды и сухого вещества в зависимости от культуры колеблется в широких пределах (таблица 1и 2).

В состав сухого вещества растений входит 90-95% органических соединений и только 5-10% минеральных солей. Органические вещества в растениях представлены белками, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектиновыми и другими веществами.

Таблица 1. Средний химический состав урожая сельскохозяйственных культур, % (по Плешкову)

Культуры	Вода	Белки	Жиры	Углеводы	Зола
Пшеница Ячмень Рис Кукуруза Горох Фасоль Соя Подсолнечник Лен Картофель Сахарная свекла Морковь Лук репчатый	14 13 11 15 13 13 11 8 8 78 75 86 85	14 9 7 9 20 18 29 22 23 1,3 1,0 0,7 2,5	2,0 2,2 0,8 4,7 1,5 1,2 16,0 50 35 0,1 0,2 0,2 0,1	67,5 70,5 78,6 68,0 58,4 62,0 34,0 12,0 24,0 17,8 20,4 10,1 8,8	1,7 3,0 0,5 1,5 2,5 3,0 3,5 3,5 4,0 1,0 0,8 0,9 0,7

Таблица 1. Химический состав и калорийность некоторых плодов

Плоды	Вода (%)	Углеводы (%)	Белки (%)	Кал/100гр	Кислотность (%)	Витамин С
Яблоки	87,0	11,2	0,5	48,0	0,7 яблочной	7
Груши	86,0	12,4	0,4	52,2	0,3 яблочной	4
Сливы	84,5	14,0	0,7	60,3	1,1 яблочной	5
Вишни	84,0	14,3	1,0	62,7	1,2 яблочной	15
Абрикосы	86,0	12,2	0,6	52,4	1,2 яблочной	7
Персики	85,5	12,7	0,6	54,5	0,7 яблочной	10
Виноград	81,6	16,2	0,7	69,3	0,8 винной	3
Смородина черная	82,0	13,4	1,0	59,0	2,5 яблочной	300
Малина	84,2	10,2	1,0	45,9	1,5 яблочной	30
Земляника	84,9	9,8	1,0	44,3	1,7 яблочной	60
Клюква	88,0	9,5	0,3	40,2	2,9 яблочной	10
Лимоны	87,2	10,3	0,6	44,7	5,8 лимонной	40
Апельсины	88,0	9,1	0,9	41,0	1,5 лимонной	40
Шиповник	80,0	10,0	3,5	-	-	(1500-3000)

Различные сельскохозяйственные культуры выращиваются для получения продукции с определенным содержанием белков, жиров и углеводов. Качество зерновых и зернобобовых культур оценивается по содержанию белка и других белковых соединений, качество подсолнечника – по содержанию жира, качество корней сахарной свеклы по содержанию сахара, а высокое содержание клетчатки в сене снижает качество, тогда как высокое содержание ее в стеблях конопли, льна и коробках хлопчатника дает высокий выход волокна, которое состоит в основном из клетчатки.

Функции воды в растениях обусловлены присущими ей физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой удельной теплоемкостью и благодаря способности испаряться при любой температуре предохраняет растения от перегрева. Вода – прекрасный растворитель минеральных солей, которые служат пищей для растений.

Вода обладает способностью пропускать лучи видимой и близкой к ней ультрафиолетовой части света, необходимой для фотосинтеза, но задерживает определенную часть инфракрасной теплорадиации. Содержание воды в растениях зависит от вида и возраста растений, условий водоснабжения и минерального питания.

Белки и другие азотистые соединения. Белки – основа жизни организмов. Они играют решающую роль во всех процессах обмена веществ, выполняют каталитические функции, являются основным запасами веществами растений.

Углеводы в растениях представлены сахарами (моносахара и олигосахариды) и полисахаридами (крахмал, клетчатка, пектиновые вещества). Преобладающими моносахаридами в растениях являются глюкоза и фруктоза, а олигосахаридами – сахароза, которая является основным запасным веществом в корнях сахарной свеклы (14-22%) и сахарного тростника (11-25%).

Крахмал в небольших количествах содержится во всех частях растений, но в качестве основного запасного вещества накапливается в клубнях, семенах и луковицах (до 70% и более).

Клетчатка (целлюлоза) является основным компонентом клеточных стенок. Волокно хлопчатника (на 95-98%), лубяные волокна льна, конопли и кунжута на 80-90% представлены клетчаткой.

Жиры и жироподобные вещества (липиды) являются структурными компонентами цитоплазмы растительных клеток, а у маслинных культур выполняют роль запасных соединений (до 60%).

Сухое вещество растений на 95% состоит из органогенных элементов (углерод – 45%, кислород – 42%, водород – 6,5% и азот – 1,5%). При сжигании растений остаются зольные элементы (зола), на долю которых приходится около 5% массы сухого вещества (таблица 3-4).

Таблица 3

Содержание основных элементов питания в различных сельскохозяйственных культурах (% на сухое вещество); для корнеплодов, овощных культур и зеленой массы на сырое вещество

Культуры	Азот	Зольные элементы
		Р2О5	К2О	МgО	СаО
Пшеница: зерно Солома Кукуруза Рис Горох Фасоль Соя Подсолнечник Свекла сахарная Картофель Морковь Капуста Томаты Люцерна (цветение) Сено луговое	2,50 0,20 1,80 1,20 4,50 3,68 5,80 2,61 0,24 0,32 0,18 0,33 0,26 2,60 0,70	0,85 0,20 0,57 0,81 1,00 1,38 1,04 1,39 0,08 0,14 0,11 0,10 0,07 0,65 0,70	0,50 0,90 0,37 0,31 1,25 1,72 1,26 0,95 0,25 0,60 0,40 0,35 0,32 1,50 1,80	0,15 0,10 0,20 0,18 0,13 0,29 0,25 0,51 0,05 0,06 0,05 0,03 0,06 0,31 0,41	0,07 0,28 0,03 0,07 0,09 0,24 0,17 0,20 0,06 0,03 0,07 0,07 0,04 2,52 0,95

Таблица 4

Примерный продуктивный вынос основных элементов питания плодово-ягодными культурами

Культура	Вынос на 1 т основной продукции с учётом побочной, кг
	N	Р2О5	К2О	СаО	MgO
Яблоня	2,9	0,8	3,5	2,5	1,2
Груша	2,7	0,7	3,1	2,2	-
Слива	3,2	0,8	3,9	3,0	-
Вишня	5,5	1,7	6,5	-	-
Земляника	4,5	1,6	5,8		-
Смородина чёрная	5,5	2,0	5,0	4,2	-
Смородина красная	5,0	1,8	6,0	3,8	-
Крыжовник	3,5	1,7	1,5	3,3	-

Состав золы различных растений различен и отражает неодинаковую потребность культур в элементах минерального питания.

В растениях обнаружено более 70 элементов, однако из всех элементов, обнаруженных в растениях, 20 считаются необходимыми, а еще 12 – условно необходимы.

К необходимым относятся элементы, без которых растения не могут полностью завершить цикл своего развития и которые не могут быть заменены другими элементами (это углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, жедезо, сера, бор, медь, марганец, цинк, молибден, ванадий, кобальт и йод).

По 12 условно необходимым элементам в ряде опытов имеются сведения об их положительном действии на растения (это кремний, алюминий, фтор, литий, серебро, стронций, кадмий, титан, хром, никель и другие.

Кроме того, необходимые питательные элементы в зависимости от процентного содержания в растениях делятся на макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

К макроэлементам относятся те, содержание которых в растениях составляет от сотых долей до целых процентов – азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, углерод, кислород, водород и др.

К микроэлементам относятся те, содержание которых в растениях составляет от тысячных до стотысячных долей процента (бор, медь, цинк, кобальт, молибден, марганец).

Ультромикроэлементы – это те элементы, содержание которых в растениях опускается ниже стотысячных долей процента.

Такое деление весьма условно, потому что если взять железо, то по количественному содержанию его нужно относить к макроэлементам, а по выполняемым в растительном организме функциям – к микроэлеметнам.

Растения – концентраторы химических элементов. Многие растения обладают способностью концентрировать отдельные химические элементы, что учитывается при выращивании с.-х. культур, потому что оно во многом определяет их питательную ценность.

Химический состав плодов и ягод значительно различается в зависимости от условий культивирования растений. Кроме воды в состав плодов и ягод входят углеводы, азотистые вещества, органические кислоты, дубильные, красящие ароматические соединения, жиры, витамины, минеральные вещества.

В состав углеводов входят сахар, крахмал, целлюлоза (клетчатка), пектиновые вещества. Они же в основном и сохраняются в составе сухих плодов и ягод. Их содержание достигает 80% от суммы сухих веществ.

Общее количество сахаров колеблется в пределах от 3 до 15% и зависит от культуры и условий выращивания. В плодах содержатся глюкоза, фруктоза и сахароза.

Крахмал в плодах и ягодах содержится в небольших количествах. Больше всего его в недозрелых яблоках, особенно зимних сортов. По мере созревания плодов крахмал под воздействием ферментов гидролизуется с образованием сахаров.

Основной составной частью оболочек клеток растительной ткани является клетчатка (целлюлоза). Содержание ее в плодах и ягодах находится в пределах 1-2%.

Важной в пищевом отношении составной частью плодов и ягод являются пектиновые вещества - высокомолекулярные соединения углеводной природы. Их содержание в сырье колеблется от 0,2 до 2,5% на сырую массу.

Твердость плодов связана с высоким содержанием в них протопектина - связанной формы пектина. Протопектин нерастворим в воде, а пектин - хорошо растворим. По мере созревания плодов происходит постепенный переход протопектина в пектин. В результате этого прочность плодовой ткани снижается и повышается выход сока. Одним из свойств пектиновых веществ является их способность связывать тяжелые металлы в кишечнике человека и выводить их из организма. Поэтому потребление в пищу плодов и ягод важно для профилактики ряда профессиональных заболеваний.

Белковых веществ в соке плодов содержится сравнительно мало, а в соке ягод - довольно много, до 2,5%. При температуре до 65°С белковые вещества свертываются и выпадают, соединяясь с дубильной кислотой или танином. В результате образуются нерастворимые соединения в виде осадка.