Кальцій

Вміст кальцію в рослинах до 0,2%, тоді як в старих листках його кількість досягає 1%. Над­ходить в рослинний організм у вигляді іонів Са²⁺. Щодо кальцію рослини поділяють на кальцієфіли (боби, нут), кальцієфоби (люпин жовтий, кукурудза), які практично не мають вільного кальцію, та нейтральні види (гарбуз).

Більшість хрестоцвітих, бобових поглинають іони кальцію в значних кількостях та нагрома­джують його в клітинному соку. Менше його в зернових культурах, цукровому буряку. З віком все більше його накопичується в листках та інших вегетативних органах. У процесі старіння клітини кальцій із цитоплазми переходить у вакуолі, де відкладається у вигляді різноманітних кристалічних включень солей органічних кислот. В насінні він зустрічається в складі фітину.

Роль кальцію різноманітна. Кількісно основна функція кальцію полягає у включенні його в структуру серединної пластинки клітинної стінки, де він виступає як обмінний фонд кальцію. Зв'язуючись з пектинами, він утворює нерозчинні солі пектатів кальцію, що спричинює за­твердіння напіврідкої структури клітинної стінки. Серединні пластинки, що склеюють клітинні стінки сусідніх клітин, складаються переважно із пектатів кальцію. При дефіциті кальцію фор­мування нових клітинних стінок припиняється, хоча поділ ядра відбувається нормально.

Кальцій, на противагу калію та магнію, міцно зв'язується з різними органічними сполука­ми в клітині, тому він малорухомий, хоча є дані, що він здатний до повторного використання рослиною.

Кальцій — компонент багатьох органел клітини (хлоропласти, мітохондрії, рибосоми, яд­ро). Він підтримує колоїдно-хімічні властивості протоплазми, впливає на гідратацію її, в'язкість. Він може регулювати рух цитоплазми, впливаючи на структурні компоненти цитоскелету — мікротрубочки. Завдяки впливу на процес формування елементів цитоскелета, він також пов'язаний з мітозом. Кальцій реагує з різними органічними кислота­ми, утворюючи солі, завдяки чому виступає регулятором рН клітинного соку.

На сьогодні можна стверджувати, що іони Са²⁺ впливають на різні види внутрішньоклітин­ної активності. Він активатор деяких ферментних систем (фосфорилази, а-амілази, глутамат-гідрогенази, глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, ліпази, аденозинтрифосфатази).

Іони кальцію виявлені в зоні ядра, що, можливо, пов'язане з потребою його для процесів клітинного поділу та росту в фазу розтягування. Проростання пилку та ріст пилкової трубочки стимулюється іонами даного елемента. Підвищені дози кальцію гальмують ауксинозалежний ріст при одночасному підсиленні здатності ауксинів до індукції електрофізіологічної, поляри­зації клітин.

Магній

Вміст даного елемента в рослинах залежно від виду, фізіологічного стану та умов живлення коливається в межах від 0,013 до 3,15% на суху речовину. Надходить в рослину у вигляді іонів Mg²⁺. Магній входить в склад основного пігменту зелених листків — хлорофілу. Він накопичується переважно в найбільш життєздатних тканинах — меристемах, вузлах кущіння, зародках зернівок. З початком плодоутворення він нагромаджується в насінні, утворюючи там разом з фосфорною кислотою фітин. Він досить рухомий, що зумовлює його деяку реутилізацію із старіючих органів. Найбільший процентний вміст магнію в пластидах, мітохондріях, пектатах первинної клітинної стінки.

Дія магнію на рослини характеризується високою різноманітністю. Він може впливати на зміну просторової структури білкових молекул в бік відщеплення асиметрії їх. Це одна з причин його впливу на зміну структурної в'язкості протоплазми та на рухомість внутрішньоклітинної води.

Та особлива функція магнію пов'язана з участю його в фотосинтезі як компонента хлорофілу, який містить до 15% всього вмісту в рослині. Він є не лише складовою частиною хлорофілів, а й бере участь в початкових стадіях біосинтезу порфіринового ядра. Магній регулює структуру органел, збільшуючи активність первинних процесів фотосинтезу. Вважають, що він впливає на формування з окремих фотохімічних реакційних центрів та світлозбираючих комплексів, крупніших мультицентральних фотосинтечних одиниць. Він активує транспортування електронів між двома фотосистемами, фотофосфорилування, відновлення НАДФ⁺. Збільшення концентрації магнію в стромі хлоропласта активує рибулозо-бісфосфаткарбоксилазу, підвищує спорідненість її до СО₂.

Функціонування багатьох ферментів пов'язане з участю магнію, причому найбільш значною самостійною групою є фосфотрансферази. Більшість реакцій гліколізу, циклу Кребса активується магнієм. В ряді випадків вплив магнію на роботу ферментів визначається тим, що він реагує з продуктами реакції, зміщуючи рівновагу в сторону їх утворення.

Зв'язок магнію з активністю ферментів визначає роль його в метаболізмі рослин, в про­цесах росту й розвитку.

Активація магнієм нітратвідновлюючої здатності рослин та одного з ключових ферментів асиміляції азоту — глутамінсинтетази відіграє позитивну роль в азотному обміні рослин. Він спричинює значні зміни і в фосфорному обміні, що обумовлене роллю магнію в активації ферментів фосфорного метаболізму.

Магній здатний підсилювати синтетичні процеси, поєднані з утворенням різних ефірних олій, вітамінів, каучуку.

Зовнішні ознаки дефіциту магнію — жилки листків залишаються зеленими, а жовкне лише пластинка між ними. Магнієвий хлороз дістав назву мармуроподібного хлорозу листків, дефіцит настає, якщо вміст магнію в грунті менший 2 мг на 100 г грунту. Особливе значення має магній для рослин, які розвиваються в умовах кислих грунтів.

З метою забезпечення рослин магнієм використовують калійно-магнієві та комплексні добрива, куди, входить калій, магній та фосфор.

Залізо

У грунті вміст заліза коливається від 1 до 7%, в рослині — 0,02-0,08%, тому воно знаходиться на межі між макро- та мікроелементами. Надходить в рослину у вигляді іонів Fе³⁺' Його роль пов'язана, насамперед, з його здатністю легко переходити із окисленої форми (Fе³⁺) у відновлену (Fе²⁺) і навпаки. Відсутність заліза або навіть нестача його спричиняє дуже помітні порушення функціональної діяльності рослин.

Залізо як елемент мінерального живлення бере участь в структурі окремих ферментів і цілих ферментних систем, пов'язаних з окислювально-відновними реакціями клітини. Крім проце­сів фотосинтезу, дихання, його іони беруть участь у відновленні нітратів, біологічній азотфіксації, як складові компоненти нітратредуктази та нітрогенази.

Роль фередоксинів та цитохромів у обміні рослинної клітини визначається насамперед каталітичними властивостями заліза, що є конституційною та функціональною складовою частиною цих сполук. Залізо необхідно для утворення хлорофілів. Воно каталізує утворення його попередників (амінолевулінової кислоти та протопорфиринів).

Дефіцит заліза найчастіше спостерігається на карбонатних грунтах, що можна пояснити переходом його в малодоступний для рослин стан. В таких умовах досить ефективне застосу­вання комплексних органічних сполук заліза — хелатів. У тілі рослин залізо міститься у вигляді комплексних органо-мінеральних сполук, тоді як його неорганічні сполуки відсутні. Залізо не підлягає реутилізації. Цим пояснюється той факт, що хлороз здебільшого властивий листкам верхніх ярусів. Якщо рослини не вбирають залізо протягом тривалого часу, то листки буріють, а потім відмирають. При недостачі заліза можна застосувати позакореневе живлення.