5.4 Роль микроэлементов в питании растений

К микроэлементам относят химические элементы, присутствующие в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Термин микроэлементы применяется и для обозначения некоторых химических элементов, содержащихся в почвах, горных породах, минералах, водах. Точные количественные критерии для различения микроэлементов от макроэлементов не установлены. Некоторые макроэлементы почв и горных пород (Al, Fe и др.) являются микроэлементами для большинства животных, растений, человека.

В живых организмах отдельные микроэлементы были обнаружены ещё в начале 19 в., но их физиологическое значение оставалось неизвестным. В. И. Вернадский установил, что микроэлементы не случайные компоненты живых организмов и что их распределение в биосфере определяется рядом закономерностей. По современным данным, более 30 микроэлементов. считаются необходимыми для жизнедеятельности растений и животных. Большинство микроэлементов - металлы (Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Со и другие), некоторые - неметаллы (I, Se, Br, F, As).

В организме микроэлементы входят в состав разнообразных биологически активных соединений: ферментов (например, Zn - в карбоангидразу, Cu - в полифенолоксидазу, Mn - в аргиназу, Mo - в ксантиноксидазу; всего известно около 200 металлоферментов), витаминов (Со - в состав витамина B₁₂), гормонов (I - в тироксин, Zn и Со - в инсулин), дыхательных пигментов (Fe - в гемоглобин и другие железосодержащие пигменты, Cu - в гемоцианин). Действие микроэлементов, входящих в состав указанных соединений или влияющих на их функции, проявляется главным образом в изменении активности процессов обмена веществ в организмах.

Некоторые микроэлементы влияют на рост (Mn, Zn, I - у животных; В, Mn, Zn, Cu - у растений), размножение (Mn, Zn - у животных; Mn, Cu, Mo - у растений), кроветворение (Fe, Cu, Со), на процессы тканевого дыхания (Cu, Zn), внутриклеточного обмена и т. д. Для ряда обнаруженных в организмах микроэлементов (Sc, Zr, Nb, Au, La и некоторых других) неизвестно их количественное распределение в тканях и органах и не выяснена биологическая роль.

Микроэлементы в почвах входят в состав различных соединений, значительная часть которых представлена нерастворимыми или трудно растворимыми формами и лишь небольшая - подвижными формами, которые могут усваиваться растениями. На подвижность микроэлементов и их доступность растениям большое влияние оказывают кислотность почвы, влажность, содержание органического вещества и другие условия, а также активность микроорганизмов.

Содержание микроэлементов в почвах различных типов неодинаково. Например, подвижными формами В и Cu богаты чернозёмы (0,4-1,5 и 4-30 мг в 1 кг почвы) и бедны дерново-подзолистые (0,02-0,6 и 0,1-6,7 мг в 1 кг), недостаток Mo ощущается в лёгких, Со - в кислых дерново-подзолистых почвах, Mn - в чернозёмах, Zn - в бурых и каштановых почвах. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к дефициту или избытку их в растительном и животном организме. При этом происходят изменения характера накопления, ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, перестройка процессов межуточного обмена, выработка новых адаптаций или развиваются расстройства, ведущие к так называемым эндемическим заболеваниям человека и животных.

Например, эндемическая атаксия у животных вызывается недостатком Cu, некоторым избытком Mo и сульфатов, возможно, также Pb; эндемический зоб у человека и животных - недостатком I; акобальтозы - нехваткой Со в почве; борные энтериты, осложнённые пневмониями (у овец), - избытком В. В различных биогеохимических провинциях эндемическими заболеваниями поражаются обычно 5-20 % поголовья с.-х. животных или популяции того или иного вида. Для растений также вреден недостаток или избыток микроэлементов.

Так, при недостатке Mo подавляется образование цветков у цветной капусты и у некоторых бобовых; при недостатке Cu - нарушается плодообразование у злаков, цитрусовых и других растений; при недостатке В - недоразвито цветоложе, отсутствует цветение (арахис), отмирают бутоны (яблоня, груша), засыхают соцветия (виноград) и плоды (арахис, капуста); при избытке В растения поражаются гнилью корневой шейки, заболевают хлорозом, массовое распространение получает образование галлов. В провинциях, где концентрация отдельных микроэлементов не достигает нижних пороговых границ, эндемические болезни удаётся предупреждать и излечивать добавлением в корм животных соответствующих микроэлементов, для растений применяют микроудобрения.

Микроэлементы распределяются в организме неравномерно. Повышенное их накопление в том или ином органе в значительной мере связано с физиологической ролью элемента и специфической деятельностью органа (например, преимущественное накопление Zn в половых железах и его влияние на воспроизводительную функцию); в других случаях микроэлементы воздействует на органы и функции, не связанные с местом его накопления в организме.