- •Минеральное питание растений
- •История изучения корневого питания растений
- •Необходимые растению элементы минерального питания
- •Содержание и необходимость элементов
- •Макроэлементы, их усвояемые соединения, роль и функциональные нарушения при недостатке в растении
- •Микроэлементы, их усвояемые формы, роль и функциональные нарушения при недостатке в растении
- •Диагностика дефицита питательных элементов
- •Поглощение минеральных веществ
- •Транспорт ионов в растениях
- •Радиальное перемещение ионов в корне
- •Восходящий транспорт ионов в растении
- •Поглощение ионов клетками листа
- •Перераспределение и реутилизация веществ в растении
- •Регулирование растением скорости поглощения ионов
- •Поглощение ионов из разбавленных и высококонцентрированных растворов
- •Взаимосвязь между потоками ионов и воды в корне
- •Поглощение ионов и потребности в них растения
- •Ритмичность в поглощении ионов корнями растений
- •Азотное питание растений
- •Особенности нитратного и аммонийного питания растений
- •Ассимиляция нитратного азота
- •Ассимиляция аммиака
- •Причины накопления избыточных количеств нитратов в растениях и пути их снижения в сельскохозяйственной продукции
- •Обеспечение растений питательными веществами в полевых условиях
- •Минеральные вещества в фитоценозах и их круговорот в экосистеме
- •Плотность и распределение корней в посеве
- •Почва как источник питательных элементов для сельскохозяйственных культур
- •Взаимодействия между растениями
- •Влияние ризосферной микрофлоры на поглощение веществ
- •Физиологические основы применения удобрений
- •Особенности питания растений в беспочвенной культуре
- •Неблагоприятное действие на растение избыточно высокого уровня минерального питания
Особенности нитратного и аммонийного питания растений
Академиком Л. Н. Прянишниковым (1955) и его сотрудниками была установлена равноценность этих источников N и изучены условия эффективного использования его высшими растениями.
Одним из важнейших факторов, определяющих поглощение растениями неорганических форм N, является реакция питательной среды. В слабокислая среде, при рН 5, лучше поглощаются нитраты. Наоборот, в нейтральной среде, при рН 7, преимущество имеет аммоний. Для усвоения аммония большое значение имеет и наличие в среде достаточного количества ионов Ca.
Аммоний сразу после поглощения метаболизируется в корнях, превращаясь в N аминокислот и амидов. Концентрация аммония в тканях и пасоке обычно очень низкая. Поэтому аммонийная форма N эффективна только при условии высокой фотосинтетической активности или достаточного количества запасных углеводов. При недостатке органических кислот NH3 не успевает связываться и может быть токсичным.
С-х культуры по способности ассимилировать аммиачный N можно разделить на группы. Основой классификации служит соотношение между углеводами и белками в семени (С:N). Наиболее успешно питание аммиачным N идет у растений, у которых углеводы значительно преобладают над белками, например злаки, у которых отношение С:N примерно 6:1. Находясь в темноте, проростки злаков легко усваивают аммиак до тех пор, пока углеводные запасы семени не истощены. Проростки люпина, имеющие соотношение С:N, равное 0.6-1, не способны ассимилировать аммиак в темноте.
Нитраты либо запасаются в вакуолях клеток корня, либо подаются с пасокой в надземную систему и включаются в органические соединения (как в корнях, так и в листьях). Метаболизация нитратов начинается с их ВОССТАНОВЛЕНИЯ до аммония. На сколько аммонийное питание энергетически более выгодно, чем нитратное? Термодинамические расчеты показали, что у райграса затраты энергии на транспорт из среды в корень и усвоение NO3- только на 8 % выше, чем на использование NH3+. Аммоний к тому же должен усваиваться сразу и требует активного притока в корни углеводов и достаточной аэрации.
Наличие одновременно обеих форм минерального N приводит к увеличению урожая хлебных злаков - экономия энергии за счет эффективного распределения нагрузки между корнями и листьями при усвоении аммония и нитратов.
На поглощение растениями нитратов и аммония существенно влияет температура среды. При пониженной температуре больше поглощается аммония, чем нитрата, увеличивается метаболическая нагрузка корней по ассимиляции N. Неустойчивым к низкой температуре этапом N-го обмена является загрузка ксилемы N истыми соединениями, особенно нитратами - ЗАМЕДЛЕНИЕ их ОТТОКА приводит к снижению их поглощения.
Таким образом, использование разных форм минерального N зависит от
рН и ионного состава среды,
наличия достаточного пула органических кислот, способных связывать аммиак,
температуры и др.
Эти факторы необходимо учитывать при разработке мероприятий по повышению эффективности применения N ных удобрений.
Ассимиляция нитратного азота
Так как N входит в состав органических соединений в восстановленной форме включение нитратов в обмен веществ начинается с их восстановления. Оно может осуществляться как в корнях, так и в листьях. Относительная доля участия этих органов в первичной ассимиляции нитратов является видовым признаком. В связи с этим выделяют три основные группы растений:
1.Растения, практически полностью восстанавливающие нитраты в корнях и транспортирующие N к листьям в органической форме. К этой группе относятся горох, люпин, черника, многие древесные растения.
2.Растения, практически не проявляющие нитратредуктазной активности в корнях и ассимилирующие подаваемые с пасокой нитраты в листьях. Это бурачкик, дурнишник, сахарная свекла, хлопчатник.
3. Растения, способные восстанавливать нитраты как в корнях, так и в листьях. Это наиболее многочисленная группа, включающая хлебные злаки, кукурузу, фасоль, сорго, овощные культуры. У них, как правило, восстановление нитратов активнее протекает в листьях, однако участие разных органов зависит от концентрации нитратов, концентрации и интенсивности поглощения аммония и K, уровня освещенности, температуры и других факторов.
По современным предстамиям, ВОССТАНОВЛЕНИЕ нитрата осуществляется в два этапа.
1 этап: Восстановление нитрата до нитрита, сопряженное с переносом 2-х электронов и катализируемое ферментом нитратредуктазой (НР) в цитозоле клеток корня и листа:
NO3‑ -- NO2- (в цитоплазме).
Нитратредуктаза представляет собой гем- и молибденсодершащий флавопротеид, участвующий в переносе электрона от НАД.Н к NO3-:
2 этап: Восстановление нитрита до аммиака путем переноса 6-ти электронов и катализируемое ферментом нитритредуктазой (НИР):
NO2- - NH4+ (в пластидах)
Фермент нитритредуктаза - относительно низкомолекулярный белок, включающий около 600 аминокислотных остатков, который содержит железопорфириновую простетическую группу и железо в виде кластера 4Fe4S. Осуществляемая нитритредуктазой реакция может быть представлена следующим образом:
NO2- + 6Фдвосст. + 8Н+ NH4+ + 6Фдокис. + 2H2O
В листьях нитритредуктаза локализована в хлоропластах и в качестве донора электронов использует восстановленный в световой фазе фотосинтеза ферридоксин (Фд). В корнях NO2- восстанавливается в пропластидах с использованием НАДФН, образующегося в пентозофосфатном цикле.
Использование разных источников восстановителя приводит к существенной разнице в энергозатратах на превращение *** в **** в надземных и подземных органах. Если привести затраты к одному эквиваленту, то в листьях на восстановление 14 г N нитрата расходуется 15 г глюкозы, а в корнях - 60 г, т. е. в 4 раза больше. Но преимущества перед корнями в энергетических расходах листья имеют только на свету.