Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химический состав и минеральное питание растений. Учебное пособие
.pdf
К дисахаридам принадлежит также мальтоза или солодовый сахар, каждая молекула которого возникает из двух молекул глюкозы (с выделением молекулы воды). Мальтозы в растениях мало и она является запасным углеводом для прорастания семян.
III. Полисахариды, полиозы
- крахмал (С
6Н10О5)n
– запасное вещество растений, образуемое из глюкозы в ходе фотосинтеза и откладываемое в виде
крахмальных зерен в рисе, картофеле, кукурузе и др. Состоит
крахмал из смеси двух соединений – амилозы (15–25 %) и
амилопектина (75–85%). Первое соединение растворяется в
воде и состоит из множества остатков глюкозы (сотни или тысячи молекул). Амилопектин дает коллоидный раствор (клейстер) в горячей воде. В его составе еще больше остатков молекул глюкозы, чем в амилозе, но, в отличие от нее, он имеет
разветвленное строение.
Зернистое по внешнему виду вещество – крахмал у разных
культур имеет неодинаковые по размерам зернышки. При
клейстеризации они разбухают, поглощая много воды. Типичным крахмалистым растением является картофель, в клубнях
которого содержится от 10 до 22% (на сырое вещество) крахмала. Среди злаков крахмалом наиболее богаты рис (70–80% веса
очищенных сухих семян) и кукуруза (60–75%). Много его и в
зернах хлебных злаков, но мало у бобовых культур, а в семенах
масличных растений его практически нет.
- инулин (С
6Н10О5)n
– запасное вещество, родственное
крахмалу, образуется из фруктозы и накапливается в подземных органах некоторых растений (топинамбур). В отличие от
крахмала легко растворим в горячей воде;
- клетчатка (целлюлоза) (С
6Н10О5)n
– устойчивое соединение, которое образуется из глюкозы, распадающееся только
под действием сильных кислот или специальных растительных
ферментов и под влиянием микроорганизмов. Целлюлоза – основное вещество клеточных оболочек и пленок на семенах растений, а также растительных волокон и древесины (древесина 40–50%, луговое сено - 24–30, солома злаков – 2–11, волокно
льна – 80–90, хлопчатник – 95–98%). Клубни картофеля со-
держат около 1% клетчатки, семена пшеницы, ржи– 2–3, овса, риса, проса – 10-15, зернобобовых - 3–5%.
- гемицеллюлоза - полисахарид с меньшим молекулярным
весом, чем целлюлоза. Состоит из остатков пяти-и шестиатомных углеводов (пентозанов и гексозанов). Менее стойка к рас-
61
творению, чем целлюлоза. Наряду с ней входит в клеточные
оболочки, солому и древесину (20–40%).
Пектиновые вещества построены из уроновых кислот,
карбоксильные группы которых (СООН) частично эфирообразно связывают молекулы метилового спирта. С другой стороны, эти карбоксильные группы во многом обусловливают способность клеточных оболочек молодых корешков обменно по-
глощать из почвенного раствора необходимые растениям катионы, отдавая в почву ионы водорода. Это имеет немалое значение в корневом питании. Кроме того, пектиновые вещества в
количестве 1–2% содержатся в растительных волокнах, в плодах и корнеплодах. Они способны образовывать желе и студни.
Жиры (масла) образуются из углеводов с затратой энергии.
Из четырех органогенных элементов в их состав входят углерод, водород, кислород. По своей химической природе жиры
являются сложными эфирами спирта – глицерина и жирных
кислот. Синтез жира из глицерина и жирных кислот идет при
участии фермента липазы. Жиры имеются в качестве запасных
веществ во всех органах растения, но больше всего их накапливается в семенах (таблица 8).
Из трех важнейших групп органических веществ, синтезируемых растениями, – белков, углеводов и жиров – последние
являются наиболее восстановленными (содержат меньше кислорода). Поэтому жиры способны присоединить много кислорода и выделять при сгорании много тепла.
Таблица 8 - Содержание жира в сельскохозяйственных культурах
Культура
Клещевина 50-60 Сои 16-20
Подсолнечник 40-60 Фасоль 0, 7-3, 0
Мак 40 Горох 0, 7-3, 6
Горчица 34-40 Вика и чечевица 0, 6-2, 0
Рыжик 25-30 Кормовые бобы 1, 0
Лен 35-40 Люпин 3, 7-5, 3
Конопля 30-35 Рис 1, 3
Хлопчатник 17 Пшеница и рожь 1, 7-2, 6
Кукуруза и сорго 3, 2-4, 5 Ячмень 1, 9-4, 0
Гречиха 1, 9-3, 7 Овес 4, 5-6, 0
Клубни и
корнеплоды
Содержание
масла, %
0, 09-0, 35 Просо 3, 1-3, 9
Культура
Содержание
масла, %
62
В числе нескольких десятков жирных кислот в природе
имеются предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщ-енные). Последние способны на воздухе окисляться, высыхать, что имеет большое значение для приготовления лаков и
олифы (например, олеиновая, линолевая и линоленовая жирные кислоты, содержащиеся в льняном масле). Предельные
жирные кислоты составляют жиры, имеющие большое пищевое (оливковое масло) и кормовое значение.
Жирные кислоты – продукт окисления углеводов. Будучи
запасным веществом, жиры используются при прорастании
семян. В это время происходит их гидролиз с образованием
(при участии ферментов) сахаров и выделением энергии.
К жироподобным веществам принадлежат липоиды, входящие в состав любой живой клетки. В отличие от настоящих
жиров, они содержат кроме углерода, водорода и кислорода
еще азот и фосфор. Липоиды или фосфатиды являются эфирами глицерина, жирных кислот и фосфорной кислоты. Участие
липоидов наряду с белками в составе клеточных мембран имеет
существенное влияние на поступление питательных веществ
внутрь клетки. Аналогичные мембраны покрывают и внутриклеточные образования: митохондрии, пластиды и другие. Полагают, что все важнейшие превращения веществ в клетках
происходят на мембранах.
Органические кислоты, участвующие в обмене веществ,
накапливаются в отдельных видах растений (лимонная – в
плодах лимона, листьях табака, махорки, хлопчатника; щавелевая – в виде кислой калийной соли в листьях щавеля и в
форме щавелевокислого кальция во всех растениях).
Органические кислоты образуются в растениях из простых
углеводов, главным образом при окислении их в процессе дыхания. Это окисление осуществляется последовательно через 10
органических кислот, прежде чем из углевода появятся конечные продукты дыхания – углекислый газ и вода.
Витамины – биологически важные вещества, необходимые
всем организмам, синтезируемые растениями. В настоящее
время их насчитывают более 40 видов. Природа, действие и состав их различны, но их объединяет участие в обмене веществ.
В растениях встречаются:
63
- аскорбиновая кислота (витамин С). Эмпирическая фор-
мула С
6Н8О6
. Содержится во всех растениях (плоды шиповника
– 1-4 тыс.мг на 100 г свежего вещества (мг%), ягоды черной
смородины– 100–400, зеленый лук – 20–60, капуста – 20–40,
картофель – 10–30, яблоки 10–30, морковь 5–10 мг%). На содержание аскорбиновой кислоты растениях сильно влияют
почвенные условия и удобрения – на легких почвах и по фосфорно-калийному удобрению в растениях ее накапливается
больше, чем на тяжелых почвах и по азотному удобрению. В
растениях аскорбиновая кислота принимает участие в окислительно-восстановительных процессах, так как способна отдавать и принимать по два атома водорода на каждую свою молекулу.
- витамины группы В: тиамин (витамин В
1; С12Н18
ОN4Сl2S
в виде фосфорного эфира) является составной частью некоторых ферментов как в растительном, так и в животном организме. Синтезируют листья, но запасается в семенах, особенно в
зародышах и оболочках зерновых культур. Содержание тиамина: пшеничные отруби – 1–1, 5 мг%, зерно ржи и пшеницы –
0,5, ‘салат –0,14, клубни картофеля –0,1, капуста – 0,06,
ягоды и фрукты – 0, 02–0, 06 мг%; рибофлавин (витамин В
;
2
С17Н20О6N4). Входит в состав значительного числа окислительно-восстановительных ферментов. Содержание рибофлавина в
растениях (в мг%): пшеничные отруби – 0, 5, зерно пшеницы –
0, 1 морковь и капуста – 0, 1, картофель – 0, 05, томаты – 0, 03,
пивные дрожжи – 4 мг%; пиридоксин (витамин В
; С8Н11О3N).
6
Активизирует обмен азотистых веществ у растений и животных, входя в состав соответствующих ферментов. Содержание в
растениях: отруби пшеничные 1, 5–2 мг%, пшеница – 0, 4–
0, 5, картофель – 0, 2, морковь – 0, 1, пивные дрожжи – 2, 5–
5, 5 мг%; никотиновая кислота (витамин РР, С
ОN2). В виде
6Н6
амида эта кислота является составной частью ряда окислительно-восстановительных ферментов, важных для всех организмов. Содержание в растениях: пшеничные отруби – 15–30
мг%, горох – 2–3, картофель – около 1, овощи и фрукты –
0, 2–0, 5, пивные дрожжи – 20–100 мг%.
Все витамины группы В, содержащиеся в злаковых растениях, концентрируются в оболочках зерна и вместе с ними при
размоле переходят в отруби.
- каротин (С
40Н56
). Каротиноиды – желтые и красные пигменты, сопровождающие хлорофилл в растениях. Играют важную роль в процессе фотосинтеза и других окислительновосстановительных процессах. Среди каротиноидов имеется
64
каротин, способный превращаться в ретинол (витамин А). Содержание каротина в растениях: красная морковь – 8 мг%, зеленый лук – 6, салат – 5, помидоры – 2, ботва овощных культур – 3-4 мг%.
Ферменты (биокатализаторы) - многочисленные фермен-
ты (до 1000) в основе своей белковые вещества. Около 180 ферментов в своем состав имеют металлы (в том числе микроэлементы: марганец, медь, молибден, кобальт, цинк и другие, поэтому иначе их называют металлоферментами). В зависимости
от превращений веществ в организмах, которые стимулируются ферментами, последние делят на 6 больших групп:
1) оксиредуктазы (окислительно-восстановительные);
2) трансферазы (осуществляют перенос);
3) гидрюлазы (гидролизующие);
4) липазы (влияют на отделение и присоединение групп);
5) изомеразы (стимулируют синтез изомеров);
6) лигазы (или синтетазы, осуществляют многочисленные
реакции биосинтеза).
Большинство ферментов состоит из белка и простетической
группы (кофермент). Часть ферментов в своем составе содержит и некоторые витамины.
Ферменты - огромные белковые молекулы необыкновенно
сложной конфигурации, обладающие удивительными специфическими свойствами. Они регулируют, стимулируют,
направляют и значительно ускоряют все жизненные процессы
в каждом организме. Например, один из ферментов группы дегидрогеназ за одну секунду разрушает 4 тыс. водородных связей. Активность некоторых ферментов усиливается витаминами.
Ростовые вещества – растения и микроорганизмы синтезируют очень небольшие количества ауксинов (известны два
ауксина – а и б; их эмпирически формулы С
18Н32О5
и С13Н30О4
соответственно) и гетероауксинов, которые получили название
ростовых веществ. При созревании они концентрируются в семенах. В 1 кг прорастающих семян находят лишь около 0, 5 мг
ростовых веществ. И все же без некоторой концентрации ростовых веществ не может развиться ни листовая почка, ни зачаточный корешок, ни плод растения.
65
В с/х практике принят способ разведения плодовых культур, винограда, шелковицы и декоративных растений черенками, то есть отрезками стебля. Если вырезанные черенки подержать некоторый срок в наклонном положении, то после закапывания в почву корешок возникает на нижней стороне черенка, где больше накопилось ростовых веществ. Если черенки
перевернуть, ростовые вещества снова опустятся на нижнюю
(бывшую верхнюю) часть черенка и это вновь приведет к возникновению корешка именно на этой стороне. На практике для
лучшего укоренения рекомендуется черенки обрабатывать ростовыми веществами, которыми могут служить и синтетические препараты.
При развитии плода ростовые вещества образуются в семенах. Если такой плод лишить зачатков семян, он перестанет
расти, и возобновляет рост, если ростовые вещества ввести
извне. На этом основании с успехом испытано опрыскивание
семенников овощных культур и сахарной свеклы слабыми растворами гетероауксина в период массового цветения. Так достигают повышения урожая семян.
Из грибка, паразитирующего на злаках, выделено еще одно ростовое вещество – гиббереллин. Он способствует сильному
росту растений в высоту.
Ретарданты – вещества, тормозящие рост – хлорхолинхлорид, которые укорачивают соломину злаков (особенно
пшеницы) и тем способствует уменьшению опасности полегания этой культуры, что очень важно при уборке урожая. Избыток влаги и высокие дозы азота усиливают полегание. Но если
весной, в фазе выхода в трубку, провести опрыскивание посевов 200–500 л раствора на 1 га, содержащего 4 кг хлорхолинхлорида, то опасность полегания обычно устраняется. В зерне
хлорхолинхлорид не накапливается, и качество пшеницы не
ухудшается, но урожай соломы снижается. Благодаря хлорхолинхлориду сокращается длина 2–3 нижних междоузлий соломины и утолщаются ее стенки, что и делает ее более прочной.
1.6 Соотношение элементов
питания в растениях, их вынос с урожаем
Соотношение питательных элементов в растениях, используемых для создания сельскохозяйственной продукции, меняется в зависимости от культуры и структуры урожая. Например, для картофеля, подсолнечника, капусты, сахарной свёклы характерно большее потребление калия по сравнению с зер-
66
новыми культурами, клевер и конопля больше потребляют
кальция. Соотношение питательных веществ неодинаково и в
органах растений. В зерне в 4 раза больше содержится азота и
фосфора, чем в соломе, а кальция и калия содержится в 2–3
раза больше, чем в зерне.
Растения для построения биомассы нуждаются в определенном количестве и сочетании элементов минерального питания, которые во многом обуславливаются биологическими
свойствами растений, его наследственностью. Эта величина относительно постоянна и поэтому может служить основанием
для расчета доз удобрений на запланированный урожай. Таким
образом, на формирование урожая сельскохозяйственные растения используют элементы питания, количество которых
определяет их вынос.
Вынос различают биологический и хозяйственный. Биоло-
гический вынос – количество питательных веществ, потребляемых растениями на создание всей биологической массы (основная и побочная продукция, пожнивные остатки, корни,
опавшие листья). Расчет биологического выноса проводится
для точных исследований. Хозяйственный вынос – количество
питательных веществ, потребляемых растениями на создание
основной продукции (зерно, корнеплоды) с учетом побочной
(солома, ботва) (таблица 9).
В настоящее время потребность сельскохозяйственных
культур устанавливается на основании выноса элементов питания на 1 тонну или 1 центнер основной продукции с соответствующим количеством побочной. В отдельных случаях (чаще
для зерновых и зернобобовых культур) в справочниках приводится содержание NРК отдельно по зерну и соломе. Тогда следует находить соотношение основной продукции к побочной (в
справочниках). В частности, для яровой пшеницы соотношение зерно: солома равно 1: 5; для картофеля – 1: 1; для моркови
– 1: 0, 5.
67
Таблица 9 – Продуктивный вынос основных питательных элементов с учетом соответствующего количества побочной
(обобщенные данные)
Культура
Пшеница озимая,
яровая
Ячмень зерно 25 11 20
Просо зерно 33 10 34
Кукуруза зерно 34 10 37
Рис зерно 22 12 28
Горох зерно 55 15 20
Фасоль зерно 50 19 24
Соя зерно 72 14 19
Гречиха зерно 50 22 85
Сахарная свёкла корнеплоды 4 1, 2 7, 5
Картофель клубни 6 1, 5 15
Люцерна сено 23 6 15
Капуста кочаны 3, 3 1, 3 4, 4
Морковь корнеплоды 3, 2 1 5
Томаты плоды 2, 6 0, 4 3, 6
Табак листья 20 6 55
Кукуруза на силос зеленая масса 3, 1 1, 5 3, 5
Подсолнечник семена 60 25 180
Подсолнечник зеленая масса 3 1 1, 5
Сахарное сорго зеленая масса 30 1, 1 3, 9
Суданская трава зеленая масса 4, 4 1, 8 5, 3
Основная
продукция
зерно 31–33 10–12 28–32
Вынос 1 т основной
продукцией
N Р2О
5
К2О
Для овощных культур чаще приводится состав продуктив-
ной части (таблица 10).
С увеличением урожая общий вынос элементов питания
возрастает, но даже при больших колебаниях урожаев расход
питательных веществ на 1 ц продукции – величина довольно
постоянная. Вынос на единицу продукции может различаться в
зависимости от: почвенно-климатических условий – на черноземах вынос обычно выше. Влияет на вынос сорт, структура
урожая, условия выращивания (открытый или защищенный
грунт) и т.д.
68
Таблица 10 - Нормы потребления макро- и микроэлементов питания овощными культурами и картофелем для создания 1 т
урожая основной продукции с учетом побочной (по Бобренко
И.А.)
Культура
Столовая
свекла
Морковь 3, 3 1, 2 4, 8 - - 10
Редька 4, 5 2, 1 7, 0 2, 8 0, 4 9 1, 8 1 6 18
Лук
репчатый
Картофел
ь
N Р
4, 0 1, 3 6, 6 0, 8 - 40
2, 9 1, 2 3, 3 1, 5 0, 5 8
5, 0 2, 0 10, 0 3, 0 1, 0 10
K2O CаО MgО Mn Ni Cu Zn Sr
2O5
кг/т г/т
0, 4
4
0, 3
3
0, 5
3
0, 3
0
1, 7 5 8
0, 6 3
0, 7 3 7
1, 2 4 3
-
При перемещении с востока на запад зерновые и картофель
выносят N меньше на 15 – 50%, Р
- на 30 – 50%, К2О – на
2О5
15 – 35%, то есть следует руководствоваться данными, полученными в ближайших научно-исследовательских или опытных учреждениях. Сильно влияет на величину выноса структура урожая – при увеличении доли отходов возрастает вынос на
единицу продукции, особенно азота, что нежелательно и следует учитывать при внесении удобрений.
Интенсивное применение удобрений значительно повышает вынос элементов питания возрастающими урожаями сельскохозяйственных культур.
Остаточный вынос – этот питательные элементы, оставшиеся на поле с пожнивно-корневыми остатками, опавшими
листьями, соломой, половой, перешедшие из корней в почву.
Вопросы для самопроверки:
1. Какими элементами представлен химический состав растения?
2. Что такое органогены?
3. Какие элементы относятся к зольным?
4. В чем заключаются функции макроэлементов?
5. Какова масса микроэлементов в растениях?
6. Какие элементы не входят состав репродуктивных органов?
7. В каком виде находится калий в клетках?
8. В каких органах обычно содержатся микроэлементы?
9. В чем заключается роль углерода, водорода и кислорода?
69
10. В состав каких органических соединений входит азот?
11. На какие группы делятся фосфорные органические соединения?
12. В чем заключаются физиологические функции калия в раститель-
ном организме?
13. Укажите физиологическую роль отдельных микроэлемен-тов?
14. Что такое визуальная диагностика?
15. Как делятся симптомы недостаточности минерального питания?
16. К чему может привести недостаток макроэлементов?
17. Влияет ли избыток элементов на физиологическое состояние рас-
тений?
18. Из каких компонентов состоит растительный организм?
19. Различаются ли растения по содержанию воды и сухого вещества?
20. Что такое транспирационный коэффициент?
21. Где сосредоточен основной запас воды живой клетки?
22. Каково соотношение органических соединений и минеральных солей
в составе сухого вещества растений?
23. Чем представлены основные органические вещества в растениях?
24. Что оказывает влияние на количество и качество органических
веществ в растениях?
25. Что такое вынос элементов питания урожаем?
26. Какие виды выноса различают?
27. Что такое хозяйственный вынос и для чего его рассчитывают?
28. На какие группы делятся белки?
29. На чем основана классификация простых белков по группам?
30. Перечислите основные группы белков.
31. Назовите элементарный состав белков.
32. Что такое нуклеиновые кислоты?
33. На какие группы делятся углеводы?
34. Каким образом образуются жиры и каково их содержание в различ-
ных культурах?
35. В чем заключается физиологическая роль ферментов и витаминов?
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]