Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химический состав и минеральное питание растений. Учебное пособие
.pdf
Токсичность нитратов относительно невысокая, а их негативное действие обусловлено нитритами – продуктом восстановления нитратов микрофлорой пищеварительного тракта и
тканевыми ферментами. Степень токсичности нитритов в 10-20
раз выше нитратов. Когда говорят о токсичности нитратов,
подразумевают суммарное действие NО
и NО3.
2
Опасность избыточного накопления нитратов в продукции
растениеводства усугубляется возможностью эндогенного синтеза канцерогенных нитрозосоединений, а также эмбриотоксического и мутагенного действия промежуточных продуктов метаболизма нитратов.
Питание растений, несбалансированное основными элементами, также одна из причин накопления нитратов. При
этом нарушается нормальный ход ассимиляции нитратов в растениях. Недостаток фосфора косвенно способствует накоплению нитратов, так как он стимулирует активность нитратредуктазы. Но единого мнения о влиянии фосфора на накопление
нитратов нет, в одних случаях внесение фосфорных удобрений
снижает уровень нитратов, в других накапливает. Калий, участвуя в процессах углеводного обмена, косвенно влияет на синтез белков. При совместном внесении азота и калия в растении
увеличивается содержание органического азота, а минерального (нитратов) снижается. Подобная закономерность обнаружена на пойменной почве с капустой, морковью, столовой свеклой, В то же время в других случаях применение калийных
удобрении повышало содержание нитратов в растении. Таким
образом, одной из причин неоднозначного влияния фосфора и
калия на накопление нитратов в растении является широкий
спектр их доз, соотношений, а также различие запасов подвижных форм этих элементов в почвах.
К факторам, влияющим на накопление нитратов следует
отнести также:
- дозы азотных удобрений - одним из факторов, влияющих
на накопление избыточных количеств нитратов в почвах и
растениях, является внесение высоких норм азотных
удобрении (250-300 кг /га д. в).
- формы азотных удобрений - уровень содержания нитратов
в растениях определяется также и формой азотных удобрений.
Установлено, что использование аммиачных форм содержание
121
нитратов в растениях меньше чем при использовании
нитратной формы или мочевины.
- освещение - при недостаточной интенсивности освещения
тормозится процесс фотосинтеза, в результате чего замедляется
вовлечение нитратов в этот процесс и происходит их
аккумуляция в растениях. Поэтому из-за недостатка освещения
в осенне-зимний периоды наблюдается повышение содержания
нитратов в овощных культурах, выращенных в теплицах.
- вид землепользования - по данным лизиметрических
опытов установлено, что наибольшее количество азота
нитратов вымывается из почвы под чистым паром до 21 кг/га,
под пропашными культурами количество вымываемого азота
уменьшается до 7-9 кг, под зерновыми культурами оно
составляет всего 2, 5-4, 5 кг/га.
- биологические особенности культур напрямую обуславливают интенсивность накопления нитратов. Среди злаковых
культур, растения накапливающие их в больших количествах
можно отнести овес, кукурузу, рожь, пшеницу и ячмень. Из
овощных высоким содержанием нитратов отличаются зеленые
овощные культуры (петрушка, салат, сельдерей, укроп), а
также редис, редька и свекла.
Сельскохозяйственная продукция, содержащая
повышенное количество нитратов, имеет пониженную
питательную ценность, теряет устойчивость к длительному
хранению. В таблице 21 представлены данные по ПДК
содержанию нитратов в с/х культурах.
Таблица 21 - Предельно допустимые концентрации нитратионов в с/х культурах
-
Культура
Картофель 250 Огурцы 150
Капуста скороспелая 900 Свекла столовая 1400
Капуста позднеспелая 500 Лук репчатый 80
Морковь скороспелая 400 Дыня 90
Морковь позднеспелая 250 Арбуз 60
Сладкий перец 200 Виноград 60
Яблоки 60 Свекла кормовая 800
Томаты 150 Груша 60
NO
,
3
мг/кг
Культура NO
-
, мг/кг
3
122
К приемам, снижающим накопление нитратов в составе
растений следует отнести:
- совершенствование существующих и внедрение новых
технологий внесения азотных удобрений (сроки, способы, глубина заделки и тд). В основу новых технологий положены сорта
растений с высоким генетическим потенциалом продуктивности и качества, который реализуется точным регулированием
продукционного процесса по этапам формирования генеративных органов и последовательной оптимизацией системы обработки почвы, схемы чередования культур, применения средств
защиты растений, удобрений. При этом проведение технологических операций приурочивают к ответственным за формирование урожая периодам на основе систематических наблюдений за ростом и развитием растений. Также в последнее время
все больше применяются локальные способы внесения удобрений, особенно под овощные культуры, повышающие коэффициент их полезного действия.
- правильный выбор норм минеральных удобрений - еже-
годная корректировка рекомендуемых норм удобрений с учетом потенциальной урожайности возделываемых культур и
анализов почв; целесообразно дробное внесение высоких доз
азотных удобрений, особенно на почвах легкого механического состава, а также на почвах с близким залеганием галечника и грунтовых вод.
- правильный выбор форм азотных удобрений. Наиболее
резко оно увеличивается при внесении в почву удобрений,
содержащих нитратные формы азота, например, аммиачной
селитры. Внесение мочевины в меньшей степени повышает
содержание нитратов в растениях.
- применение ингибиторов нитрификации, которые способствуют торможению процессов нитрификации в почве в течение 1, 5-2 месяцев;
- применение медленно действующих азотных удобрений,
типа МФУ, высококонцентрированных фосфорных удобрений, полифосфатов.
- учет сопутствующих агротехнических факторов – возделывание культур с корневой системой, проникающей вглубь и
использующей нитраты из глубоких слоев почвы; использование в севооборотах пожнивных культур.
123
- подбор оптимальных условий уборки урожая с учетом
почвенно-экологических факторов.
Распределение нитратов связано с физиологической специализацией и морфологическими особенностями отдельных органов возделываемых культур, типом и расположением листьев, размером листовых черешков и жилок, диаметром центрального цилиндра в корнеплодах. Распределение нитратов
тесно связано с видом растения. Так, нитраты практически отсутствуют в зерне злаковых культур и в основном сосредоточены в стеблях и листьях. Зеленые культуры накапливают большое количество нитратов, как правило, в стеблях и черешках
листьев. В листовой пластинке зеленых культур нитратов содержится в 4-10 раз меньше, чем в стеблях. Высокое содержание нитратов в стеблях и черешках вызвано тем, что они являются местом транспорта нитратов к другим органам растений,
где они ассимилируются до органических соединении азота.
Способность же ткани накапливать нитраты связана с целым
комплексом факторов как внутренних, так и внешних.
Наибольшее их количество находится в нижней 11 части листа,
минимальное – в его верхушке.
Накопление нитратов меняется в зависимости от типа органа растения. В клубнях картофеля низкий уровень нитратов
обнаружен в мякоти клубня, тогда как в кожуре и сердцевине
их содержание возрастало в 1, 1-1, 3 раза. Сердцевина, кончик
и верхушка столовой свеклы отличаются от остальных его частей повышенным содержанием нитратов.
В белокочанной капусте наибольшее количество нитратов
находится в верхушке стебля (кочерыжке). Верхние листья кочана содержат их в 2 раза больше, чем внутренние. И так же
как у зеленых овощей, черешки листьев капусты отличаются
более высоким содержанием нитратного азота, чем листовые
пластинки.
Зоны с разным содержанием нитратов и в корнеплодах
моркови. Их высокое содержание обнаружено в верхушке и
кончике корнеплода. В сердцевине корнеплода уровень нитрата выше, чем в коре. Уровень нитратов в сердцевине уменьшается от кончика корнеплода к верхушке. Круглоплодные сорта
редиса содержат нитратов значительно меньше, чем цилиндри-
124
ческие. В середине корнеплода их содержание значительно
меньше.
Представители семейства тыквенных (кабачки, огурцы,
патиссоны, арбузы, дыни, тыква) широко представлены в ассортименте продуктов питания человека. Содержание нитратов
в огурцах и кабачках уменьшается от плодоножки к верхушке
плода, их больше в кожице, чем в семенной камере и мякоти. В
патиссонах больше нитратов сосредоточено по периферии плодов, чем в их середине.
Среди представителей высших растений выделяется группа
семейств, аккумулирующих значительные количества нитратов. К ним относятся семейства амарантовых, маревых, зонтичных, сложноцветных, капустных, пасленовых. Среди семейств, охватывающих овощные культуры, наибольшей способностью к накоплению нитратов отличаются капустные,
тыквенные, сельдерейные, пасленовые. Наибольшее количество нитратов накапливают редька белая, свекла столовая, салат, шпинат, редис, такие же культуры, как томаты, перец
сладкий, баклажаны, чеснок, горошек, отличаются низким
содержанием нитратов.
Одной из причин видовой специфики накопления NO
- яв-
3
ляется несоответствие размеров поглощения нитратов из почвы
и их ассимиляции растениями.
По соотношению органического и минерального азота, поступающего с пасокой (ксилемным соком) из корней, растения условно можно разделить на три группы:
1) нитратредуктаза локализована в корнях, обладает высокой активностью, поэтому восстановление нитратов и образование органических и азотсодержащих веществ происходит в
корнях, откуда в надземную часть растения поступает в основном азот в органической форме;
2) нитратредуктаза в корнях обладает низкой активностью,
поэтому с ксилемным соком транспортируется в надземную
часть в основном минеральный азот - нитраты, их восстановление идет в листьях, где локализован фермент с высокой активностью;
3) нитратредуктаза в корнях и листьях обладает одинаковой активностью, поэтому в составе пасоки обнаруживаются и
нитраты, и органические соединения азота.
125
Накопления нитратов различными культурами носит
наследственно закрепленный характер, т. е. они обладают сортовой спецификой, которая выявлена у ряда видов овощных и
бахчевых культур. Таким образом, сортовые различия по
накоплению нитратов могут быть обусловлены разной реакцией на условия окружающей среды и режим минерального питания, а также генетически закрепленным уровнем нитратредуктазы, разной продолжительностью периода вегетации сортов.
Вопросы для самопроверки:
1. Как тяжелые металлы поступают в растение?
2. Назовите механизм поступления тяжелых металлов в корень.
3. В чем различие между активным (или метаболическим) и
пассивным (неметаболическим) поглощением и перемещением ионов
металлов?
4. На чем основано действие токсичных элементов на растения?
5. Назовите значения ПДК ТМ в растениях.
6. Чем объясняется устойчивость растений по отношению к
токсикантам?
7. Перечислите механические, химические или физико-химические
приемы ограничения поступления металлов в растения.
8. Каким образом можно осуществить перевод токсикантов в
неактивную форму.
9. Укажите в чем заключается способность растений к выведению
тяжелых металлов из организма.
10. Какой агрономический прием является, снижающими токсичность
металлов почвы, является наиболее важным?
11. Чем опасны нитраты в растениях?
12. Какие факторы влияют на накопление нитратов?
13. Укажите данные по ПДК содержанию нитратов в основных с/х
культурах.
14. Перечислите приемы, снижающие накопление нитратов в составе
растений?
15. С чем связано распределение нитратов в растениях?
126
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
Занятие №1
Определение недостатка элементов питания по
внешним признакам
Ход работы
Для проведения анализа вегетационные сосуды (допускается использование цветочных горшков) заполняют чистым
кварцевым песком и питательной смесью (азот, фосфор, калий, цинк, бор, медь, марганец, молибден), исключая один из
перечисленных. Причина голодания растений не указывается
(сосуды с растениями зашифрованы по номерной системе). Для
контроля берут сосуд с полным набором элементов.
Высевают семена или проростки культурных растений, по
мере вегетации проводят биометрию и составляют описание
внешних признаков голодания растений. Отмечают общее состояние растений, отклонения в росте и развитии, облиственности, окраске, размерах, форме листьев и по другим морфологическим признакам в сравнении с растениями, выращенными при внесении всех необходимых питательных веществ.
В рабочей тетради делают рисунок растений или фотографии и дают заключение о том, недостаток какого элемента питания вызвал голодание растений. Правильность установления
причины голодания опытных растений определяют путем сопоставления результатов наблюдений с описанием признаков недостатка основных элементов питания в учебнике и изображениями признаков минерального голодания. Результаты наблюдений записывают в рабочую тетрадь в виде таблицы.
Материалы и оборудование. Химические соли для приготовления питательных смесей из расчета на 1 кг чистого кварцевого песка - NH
KCl (0, 150 г), ZnSO
г), MnSO
(0,019 г), MоSO4 (0,019 г), сосуды, семена расте-
4
NO3 (0, 24 г), CaHPO4•2H2O (0, 172 г),
4
(0, 02 г), H3BO3 (0,029 г), CuSO4 (0, 050
4
ний, цветные фотографии, иллюстрации растений с характерными признаками голодания, цветные карандаши, лупы, линейки.
127
Растения
Контроль
(растения,
выращенны
е на полной
питательно
й смеси)
Растения,
выращенны
е в условиях
недостатка
элемента
питания
Результаты биометрических
наблюдений
средняя
высота
растени
й, см
число
стеблей,
листьев
на 1
растение
длина,
ширина
листьев
, см
Окраска,
наличие
и
характер
хлороза
листьев
Описание
других
морфолог
ических
признако
в
Занятие №2
Определение обеспеченности растений фосфором и калием с
помощью проростков томатов
У томатов, как у культур наиболее чувствительных к недостатку фосфора, внешние признаки фосфорного голодания
очень специфичны. Уже через 8–10 дней после прорастания
семян, появившиеся семядоли направлены кверху и образуют
острый угол. Настоящие листья (1 пара) маленькие и вверху
прижаты друг к другу. Окраска нижней стороны семядолей и
настоящих листьев красно-фиолетовая; верхняя сторона – темная, сине-зеленая. При нормальном фосфорном питании семядоли принимают горизонтальное или наклонное вниз положение, первая пара настоящих листьев развернута, окраска нормальная, зеленая. С целью выявления обеспеченности растений фосфором ставят вегетационные опыты.
Ход работы
Опыты ставят в пластмассовых или неглазурованных цветочных контейнерах высотой не менее 10–12 см, диаметром
около 14 см, на дне устраивают дренаж из битого стекла. Кон-
128
тейнеры ставят на соответствующие поддоны. Берут навески
удобрений, для перемешивания с почвой и набивки сосудов по
схеме.
Удобрения тщательно перемешивают с почвой, затем заполняют контейнеры, слегка уплотняя почву. В каждый сосуд
высевают по 30–40 семян и увлажняют одинаковым количеством воды. До всходов сосуды прикрывают стеклом или картоном по диаметру. Ежедневно сосуды поливают дистиллированной водой до появления первых капель в поддоне. Набравшуюся в поддоне воду перед следующим поливом сливают обратно в
сосуд.
№ сосудов Количество удобрения, г на сосуд с 0, 5 кг почвы
1-3
4-6
7-9
40%-калийная соль или хлористый калий – 0, 75
40%-калийная соль или хлористый калий – 0, 75
Аммиачная селитра – 0, 5
Аммиачная селитра – 0, 5
Суперфосфат двойной – 1, 0
Аммиачная селитра – 0, 5
Суперфосфат двойной – 1, 0
При этом необходимо в рабочей тетради вести записи всех
видов проводимых работ. После появления всходов их прореживают, оставляя по 10–15 штук. Через 8-12 дней после появления всходов в горшках без суперфосфата наблюдаются
внешние признаки фосфорного голодания. Спустя 20–22 дня
после посева растения срезают у основания, высушивают,
взвешивают и выводят среднюю величину. Вес проростков в сосудах без фосфора выражают в процентах веса их в сосудах с
полным удобрением. Чем меньше величина, тем выше потребность почвы в фосфорных удобрениях.
Условно можно принять, что если урожай в сосудах №1 – 3
меньше 50% урожая в сосудах №7 – 9 , то необходимо вносить
повышенные дозы фосфорных удобрений, если он равен 50 –
75% следует вносить средние нормы, если урожай достигает
75% и больше, модно ограничиться внесением небольших доз
удобрений.
Таким же образом определяют дозы калийных удобрений,
сравнивая все проростков в сосудах №4 – 6 с весом их в сосудах
№7 – 9.
129
Занятие №3
Тесты на наличие химических элементов в растениях
Для определения наличия в тканях растений того или иного
элемента можно провести гистохимические тесты на эти ионы.
Ход работы
Для проведения данной работы необходимо правильно подготовить срезы. Для быстрого приготовления срезов, не подлежащих хранению, пользуются ручным способом. Срезы делают
на объемистых, плотных тканях растений, типа запасающих
или мясистых органов, для частей цветка, со стеблей травянистых растений бритвенным лезвием или каким-либо другим
острым инструментом.
Реакция на ионы:
- кальций – тонкие срезы обрабатывают 2% щавелевой
кислотой. В результате чего образуются нерастворимые кристаллы оксалата кальция, которые можно увидеть под микроскопом. Краситель – кальциевый прочный пурпурный 0, 5%
будет соединяться с солями кальция с образованием ярких малиновых гранул.
- хлор – тонкие срезы промывают, дистиллированной во-
дой, помещают в 5% водный раствор нитрата серебра, для образования хлорида серебра черного цвета (видимый под микроскопом). Добавить 1, 5% азотную кислоту, срез прояснится и
будет возможно лучше разглядеть осадок.
- железо – тонкие срезы погрузить в раствор, состоящий из
2 мл концентрированной соляной кислоты, 98 мл дистиллированной воды и 2 мл ферроцианида калия 10% на 1 час, затем
промыть дистиллированной водой и докрасить сафранином.
Отложения железа будут синего цвета.
- нитраты – срез помещают на предметное стекло в воде,
накрывают его покровным стеклом, с одной стороны наносят 23 капли реактива (1 г дифениламина, 75 мл серной кислоты,
25 мл воды дистиллированной) и наклоняют таким образом,
чтобы реактив попал на срез. Нитраты реагируют с образованием темно-голубой окраски.
- фосфаты – срез помещают в реактив (10 г молибдата ам-
мония и 100 мл концентрированной азотной кислоты) и исследуют под микроскопом. Фосфаты будут видны в виде неболь-
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]