Тема 10 Эколого-физиологические основы минерального питания

Цель:

- ознакомить с физиологическими процессами – поступлением и выделением веществ, превращением минеральных элементов в почве, с факторами, определяющими доступность минеральных элементов почвы для растений

План:

1 Экология минерального питания

2 Минеральные вещества в фитоценозах

1 Содержание минеральных элементов в растениях значитель­но варьирует в зависимости от 1) доступности и концентрации минеральных соединений в среде (почва, питательные рас­творы), 2) уровня кислотности среды, 3) условий влажности, температуры, аэрации в зоне корней, 4) возраста растений и анализируемого органа.

По минеральному составу растений, выращенных при опти­мальных условиях питания, видно, что в семенах со­держится много калия и фосфора, в листьях и стеблях злаков 40 — 67% кремния, а в листьях и стеблях льна и гречихи 34 — 47% калия. Клубни картофеля, корни сахарной свеклы богаты калием (45-60 %).

Зависимость относительного содержания того или иного минерального элемента в растении от уровня его доступности в питательной среде имеет форму кривой насыщения. Она хо­рошо прослеживается при выращивании растений на пита­тельных растворах с возрастающими концентрациями солей. При этом в области низкой доступности элементов питания, когда рост растений подавлен, увеличение концентрации эле­ментов в среде не приводит к возрастанию их относительного содержания в растении, так как увеличивающееся поглощение элементов стимулирует рост, и концентрация элементов в рас­тении сохраняется на некотором минимальном критическом уровне, необходимом для поддержания метаболизма. Этот критический уровень различен для каждого элемента, и если он не достигается, растение погибает.

Важный фактор, определяющий доступность минеральных элементов почвы для растений, — кислотность почвенного рас­твора. С помощью корневых выделений растения активно воздействуют на тот субстрат, на котором растут. Он могут изменять ионный состав и кислотность почвы, во первых, из-за различных относительных скоростей поглощении; анионов и катионов. Наиболее сильно в этом отношении влияют источники азота: в условиях преимущественного по­глощения нитратов корнями рН почвы смещается в щелочную сторону, при поглощении аммония наблюдается подкисление. Во-вторых, из-за выделения в среду образовавшихся при дыха­нии анионов НСО₃, которые существенны для уравновешива­ния поглощенных анионов (в частности NO₃ ^-), для увеличения подвижности фосфора. В-третьих, с помощью активного транс­порта протонов клетками поверхности корня наружу, причем выделяемые протоны - активные участники обменных процес­сов в почве. В-четвертых, выделениями неорганических соеди­нений — калия, фосфорной кислоты (бобовые, гречиха, горчи­ца) и др. В-пятых, выделениями органических веществ, которые могут иметь различную кислотность сами по себе (например, органические кислоты) и в результате использования их микро­флорой ризосферы.

Корни растений выделяют значительные количества органических соединений (сахара, органические и аминокислоты, витамины и др.). В условиях стерильных почвенных культур четырехнедельные растения кукурузы секретируют около продуктов фотосинтеза, поступающих в корни. Эти соединяя, помимо участия в обменных процессах в почве, формируют специфическую для данного растения микрофлору в ризосфере.

2 Минеральные вещества в фитоценозах

Микроорганизмы, участвуя в превращениях минеральных элементов в почве, также активно воздействуют на ее минеральный состав и кислотность, продуцируя, например, масляную и молочную кислоты. С корневыми выделениями связано явление почвоутомления при монокультуре сельскохо­зяйственных растений (накопление в почве не только самих вы­делений в повреждающих количествах, но и болезнетворных организмов). Поэтому учет особенностей соединений, секретируемых корнями, существен при планировании смены культур в севооборотах.

Таким образом, фотосинтез влияет на минеральное питание растений не только косвенно как поставщик соединений, необ­ходимых для роста корня, его метаболизма, но и непосред­ственно — в форме корневых выделений. Кроме того, еще в ра­ботах Д. Н. Прянишникова было показано, что интенсивность поглощения аммония в качестве источника азота непосред­ственно определяется обеспеченностью корней углеводами.

Содержание воды в почве — важный фактор, влияющий на интенсивность роста корней и доступность минеральных эле­ментов. При плохом водоснабжении корни в поисках воды проникают глубоко в почву до зоны ее достаточного увлажне­ния или даже до грунтовых вод. Дефицит минеральных ве­ществ в почве также приводит к сильному развитию корневой системы, и наоборот, хорошее почвенное питание или гидро­понные условия замедляют ее развитие и большая часть пластических веществ, синтезируемых растением, может расходоваться на образование ассимилирующей поверхности и товарной части урожая. Однако при ухудшении условий это может отрицательно сказаться на развитии растения.

Литература: 2, т.1, с.313-319

Контрольные вопросы:

1 Каков механизм поглощения элементов корневого питания?

2При какой реакции среды преобладает катионный, а при какой анионный обмен?

3 Какие макро- и микроэлементы способны к реутилизации?

4Какова роль почвенной микрофлоры и микоризы в корневом питании растений?

5 Как используются нитраты и сульфаты автотрофными растениями?