Антагонизм ионов

Для нормальной жизнедеятельности как растительных, так и жи­вотных организмов в окружающей их среде должно быть определен­ное соотношение различных катионов. Чистые растворы солей одно­го какого-либо катиона оказывают на организм, в том числе и на растительный, губительное влияние, т. е. являются ядовитыми. Сходные результаты получены на корнях растений. Так, при помещении про­ростков пшеницы на чистые растворы КС1 или СаС1₂ на корнях появ­лялись вздутия, а затем корни отмирали. Интересно, что в смешан­ных солевых растворах, содержащих два разных катиона, ядовитое действие не наблюдается. Смягчающее влияние, оказываемое одним катионом на действие другого катиона, называют антагонизмом ио­нов. Антагонизм ионов проявляется как между разными ионами од­ной валентности (например, Nа⁺ и К⁺), так и между ионами разной валентности (К⁺ и Са²⁺). При этом в последнем случае, антагонисти­ческое влияние сказывается более резко. Так, для того чтобы устра­нить ядовитое влияние чистой соли КС1, надо прибавить NаС1 30%, а СаС1₂ всего 5%.

Растворы, которые характеризуются определенным соотношением катионов, благоприятным для роста и развития организмов, называ­ют уравновешенными. К естественным уравновешенным растворам относятся, например, морская вода, плазма крови. По-видимому, в основе антагонизма ионов лежит воздействие на коллоидно-химиче­ские свойства цитоплазмы, в частности на гидратацию белков, вхо­дящих в ее состав. Известно, что двухвалентные катионы (Са²⁺, Мg²+) дегидратируют коллоиды сильнее, чем одновалентные Nа+, К⁺). Неодинаково влияние на гидратацию коллоидов и катионов сходной валентности. Так, натрий оказывает более сильное дегидра­тирующее влияние по сравнению с калием. Сходное влияние в дей­ствии отдельных катионов проявляется и на неживых отрицательно заряженных коллоидах. Коагуляция коллоидного раствора под влия­нием чистой соли происходит при меньшей ее концентрации по срав­нению с концентрацией смешанных растворов, содержащих две соли. Вопрос этот заслуживает дальнейшего изучения, тем более что небла­гоприятное влияние повышенной концентрации одного катиона мо­жет проявляться и в естественных условиях (в почве). Таким обра­зом, для нормального роста растений необходимо определенное сочетание солей одно- и двухвалентных катионов.

Поступление минеральных солей через корневую систему

Растение хорошо усваивает пита­тельные вещества из минеральных солеи. Однако окончательно во­прос о возможности усвоения тех или иных соединений, в которые входят элементы питания, не мог быть разрешен в обычных водных или песчаных культурах, так как в них присутствуют микроорганиз­мы, которые легко переводят одну форму соединений в другую. В присутствии микроорганизмов не может быть уверенности, что выс­шее растение поглощает соединения именно в той форме, в которой они первоначально введены в питательную смесь. Было показано, что в отсутствии микроорганизмов корневые сис­темы растений прекрасно усваивают вещества, внесенные в питатель­ную среду, в минеральной форме в виде растворимых солей. Некото­рые органические растворимые соединения, в частности соединения азота (аминокислоты), могут быть также усвоены растительным ор­ганизмом. Более сложные нерастворимые органические соединения в отсутствии микроорганизмов усваиваться растением не могут. Та­ким образом, основными источниками питательных веществ для рас­тений являются минеральные соли.

Катионы и анионы поступают в растения независимо друг от дру­га с разной скоростью. Оказалось, что рН раствора меняется, если в составе соли катион и анион используются расте­нием неравномерно. Так, если в качестве источника азота исполь­зуется хлористый аммоний (NН₄С1), то при выращивании растения рН раствора сдвигается в кислую сторону. Это происходит в силу то­го, что аммоний необходим растению в значительно большем коли­честве, чем хлор, поступает быстрее, обмениваясь на водород, адсор­бированный поверхностью корня. Выделяющийся водород с хлором образуют соляную кислоту. В результате среда подкисляется. Можно привести противоположный пример. Если в качестве источника азо­та используется нитрат натрия, то анион (NО₃^-) будет использо­ваться растением быстрее, а, следовательно и поступать быстрее. В окружающем растворе будет накапливаться NаНСО₃. Эта соль, подвергаясь гидролизу, образует NаОН (сильная щелочь) и Н₂СОз (слабая кислота), будет сдвигать рН раствора в щелочную сторону. Эти опыты привели к тому, что стали различать физиологически кис­лые (например, Nа₄С1, (NН₄)SО₄ и физиологически щелочные соли (например, NаNО₃, Са(Н₂РО₄)₂).