Механизмы поступления веществ в растения.

Минеральное питание растений, методы его изучения.

Минеральное питание растений - это совокупность процессов поглощения, передвижения и усвоения растениями химических элементов, получаемых из почвы в форме ионов минеральных солей. При исследовании золы растений в ней было обнаружено множество химических элементов, Это свидетельствует о том, что данные элементы необходимы растениям и накапливаются в них. Среди них – углерод (около 45 % сухой массы тканей), кислород (45%), водород (6%) и азот (1,5 %). Их называют органогенами. Несколько процентов приходится на зольные элементы, которые остаются в золе после сжигания растения. Содержание минеральных элементов обычно выражают в процентах от массы сухого вещества. Все минеральные элементы, в зависимости от их количественного со- держания в растении, принято делить на макроэлементы, содержание кото- рых – более 0,01 % от сухой массы (к ним относятся азот, фосфор, сера, ка- лий, кальций, магний), и микроэлементы, содержание которых – менее 0,01 % (железо, марганец, медь, цинк, бор, молибден, кобальт, хлор)..

Методы изучения минерального питания:

-Водная культура (выращивание растений в воде, на питательной смеси);

-Аэропоника (процесс выращивания растений в воздушной среде без использования почвы, при котором питательные вещества к корням растений доставляются в виде аэрозоля.)

-Использование биогумуса (создают биогумус с помощью червей);

-Фитотроны (камеры с микроклиматом помещение для выращивания р-ний в искусственно регулируемых условиях.);

-Метод стерильных культур (выделяют отдельные клетки, помещают в разные среды);

-Культура изолированных клеток и тканей.

Особенность минерального обмена растений — накопление элементов в тканях в концентрациях значительно более высоких, чем во внешней среде. Для калия и фосфора характерно наибольшее концентрирование. Вместе с тем растение может накапливать и ненужные ему вещества. Например, концентрация кадмия в тканях культурных растений в 2—16 раз выше, чем в почве.

Другая характерная черта минерального питания — специфичность в потребности, накоплении и распределении по органам отдельных элементов у разных растений. Это касается и токсических элементов: репа (Brassica rара) накапливает кадмий в 4 раза больше, чем морковь (Daucus sativus), но в корнеплоде (съедобной части) репы его концентрация вдвое ниже, чем в корнеплоде моркови. Специфичность в накоплении элементов, в том числе токсичных для человека и животных (тяжелых металлов, нитрата и др.), учитывается при оценке качества сельскохозяйственной продукции. В то же время способность растений извлекать и накапливать ионы-загрязнители может бытьполезна. В настоящее время некоторые виды растений используются в такой технологии очистки окружающей среды, как фиторемедиация.

Значение общих элементов минерального питания.

Каждый химический элемент играет в жизни растения особую роль. Минеральные соединения азота и зольных элементов поглощаются наземными высшими растениями почти исключительно корнями. Соли, как и вода, поглощаются живыми клетками первичной коры корня и корневыми волосками, затем корневым давлением выталкиваются с водой в сосуды, разносятся транспирационным током по другим частям растения и снова принимаются живыми клетками стебля и листа.

Значение элементов минерального питания

Элементы	Значение для жизнедеятельности растения
С, О, Н	универсальные компоненты органических соединений - углеводов, липидов
С, О, Н, N, S	универсальные компоненты органических соединений - белков, нуклеиновых кислот, порфиринов
Si	придает прочность клеточным стенкам
Al	участвует в обмене веществ в гидрофитов
Fe, Mn, Zn, Mo, Co	входят в состав ферментов или их кофакторов
Fe	необходимое для синтеза хлорофилла, участвует в структуре отдельных ферментов и целых ферментных систем, связанных с окислительно-восстановительными реакциями клетки
Mn, Mg, Zn	обеспечивают сочетание ферментов или коферментов с субстратами
Mn	участвует в окислительно-восстановительных реакциях процессов дыхания и фотосинтеза (фотолиз воды)
Mg	как компонент хлорофилла участвует в фотосинтезе
Zn	входит в состав большого количества разнообразных ферментов
В	усиливает рост пыльцевых трубок, прорастание пыльцы, увеличивает количество цветов и плодов
Cu	входит в состав компонентов электрон-транспортной цепи митохондрий и хлоропластов
Mo, Co	участвуют в азотфиксации
Mo	участвует в восстановлении нитратов
Cl	участвует в процессах фотосинтетического выделения кислорода
P	входит в состав АТФ, нуклеиновых кислот, участвует в обмене веществ
К, Mg, Ca	влияют на гидратацию коллоидов протоплазмы
К	влияет на активность почти 60 ферментов

Механизмы поступления веществ в растения.

Механизм поступления питательных веществ сложный процесс. В основном он осуществляется в результате обмена между ионами почвенного раствора и теми ионами, которые находятся в поверхностных слоях растительных корневых клеток. Такая контактная обменная реакция между почвенным раствором и корневыми клетками обеспечивает растениям возможность извлекать питательные вещества из почвенного раствора слабой концентрации и сосредоточить их внутри организма в больших размерах.

В поступлении питательных веществ можно выделить этапы:

1) поступление иона в кажущееся свободное пространство корня

2) преодоление мембранного барьера

3) транспорт иона по тканям растения

Питательные вещества могут вступать в контакт с поверхностью корня по 3-м механизмам:

1. корневой перехват (к соприкосновению с питательным веществом приводит рост корней)

2. массовый поток (растения поглощают воду, вызывая движение к корню почвенного раствора содержащего питательные вещества)

3. диффузия (потребляя элементы питания растения, уменьшают их концентрацию у поверхности корней, это дает возможность перемещения питательных веществ по градиенту концентрации)

Вклад каждого из этих механизмов зависит от интенсивности поглощения веществ корнем и от обеспеченности элементом почвы. Поглощение элементов питания свободным пространством корня может осуществляться не только обменно на Н и НСО3- но и на ионы органических и минеральных соединений выделяемых корнем. Ионы элементов питания, адсорбированные в апопласте удерживаются силами электростатического притяжения и могут вытесняться другими ионами в окружающий раствор.

Таким образом, поглощение питательных веществ свободным пространством – это предварительный этап поступления их в клетку.

Преодоление мембранного барьера. Транспорт иона по тканям растения.

Основной компонент мембран – белки и фосфолипиды. Мембрана построена из 3-х слоев. Внутренний образован 2мя слоями фосфолипидов которые смыкаются гидрофобными концами благодаря силам Ван-дер-Ваальса и находятся в полужидком состоянии. Способы проникновения ионов через биол мембраны. 1. Простая диффузия через липидную фазу, если в-во растворимо в липидах. 2. Облегченная диффузия гидрофильных в-в с помощью липофильных переносчиков. 3. Простая диффузия через гидрофильные поры (например, через ионные каналы). 4. Перенос в-в с уч-ем акт переносчиков (насосов). 5. Перенос в-в путем экзоцитоза (везикулярная секреция) и эндоцитоза (за счет инвагинации мембран)..

Существует 2 механизма перемещения веществ через плазмолемму:

При пассивном энергия клетки не расходуется, вещества перемещаются по градиенту концентрации (диффузия и осмос) или электрического потенциала (электрофорез). Т.к. элементы питания поступают в клетку в виде ионов, направление их движения определяется совместным действием указанных выше градиентов, составляющих электрохимический градиент.

Проникновение ионов в клетку при пассивном транспорте происходит через гидрофильные поры.

Активный транспорт – это перемещение питательных веществ против электрохимического градиента требующее больших затрат метаболической энергии, т.е. активный транспорт работает в том случае когда электрохимический градиент не работает на клетку.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: