Элементный состав растений
В растениях обнаружены все элементы таблицы Менделеева, но список тех элементов, для которых доказана необходимость для всех видов растений, включает только 16 элементов. Это: C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, Cl, B. 3 элемента: Na, Si, Co содержатся в значительных количествах, но не у всех растений. Например, Na – в галофитах, Si – в злаках, хвощах, диатомовых водорослях, Cо – в бобовых.
Из названного списка 3 первых элемента растительные организмы получают из атмосферы и воды в процессе воздушного питания, все остальные – из почвы при корневом питании растений. Первые 6 элементов – органогены, на их долю приходится 95% от сухой массы растений.
По концентрационному принципу все элементы делят на макро- (концентрация выше 0,01% от сырой массы), микро- (концентрация от 0,00001 до 0,01%), ультрамикро- (ниже 0,00001%).
Макроэлементы – все органогены + K, Ca, Mg, Si. Микроэлементы: Fe, Cu, Zn, Mo, Cl, B, Mn. Ультрамикроэлементы: Se, I, Ag, и др. Физиологические функции неизвестны.
Концентрация элементов величина непостоянная, зависит от органа растений, возраста, фазы развития, условий обитания.
Влияние избытка минеральных элементов
Виды растений различаются по их способности к накоплению конкретных элементов.
Растения, аккумулирующие элемент даже в условиях его относительного дефицита в почвах, называются аккумуляторами.
Виды, накапливающие элемент прямо пропорционально его уровню в среде, называются индикаторами. Их удобно использовать в биомониторинге.
Растения, в которых уровень элемента длительное время остается на низком уровне даже при его избытке в среде, называются отражателями.
Если поступление элемента прямо пропорционально его содержанию в окружающей среде, то такой тип накопления называется безбарьерным. Такой тип характерен для клеток корней, стеблей. В листьях в основном отмечается барьерный тип. Наиболее консервативны по химическому составу семена и несколько меньше плоды. Поэтому зерновые можно сеять даже на загрязненных почвах, а картофель и другие корнеплоды – нельзя.
Степень токсичности соединений оценивается разными способами. Часто используется такой показатель как предельно допустимая концентрация (ПДК), т.е концентрация, которая не вызывает негативного физиологического ответа. Для супертоксинов ПДК вообще не может быть. Действие токсинов оценивается такими показателями как ЛД100 – 100% гибель организма, подвергнутых воздействию ЛД50 – 50%. Среди химических элементов наибольшей токсичностью обладают тяжелые металлы, к которым относятся химические элементы с плотностью более 5 г/см3 и атомной массой более 40 Да. К ним относятся: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Cd, Hg, Pb и другие.
Растения выработали ряд адаптационных механизмов:
Способны связывать тяжелые металлы в клеточных стенках ризодермы с помощью тех слизей, которые сами выделяют (в состав слизей входят уроновые кислоты, содержащие СООН группы).
Синтез фитохелатинов – это пептиды, которые активно связывают металлы и затем эти хелаты (комплексные соли, в которых металл закреплен по всем валентностям и находится внутри молекулы, поэтому его возможность вступать в реакции резко снижается) переносятся через тонопласты в вакуоль.