Минеральные вещества в растениях

Особенностью растений является тот факт, что они спо­собны поглощать из окружающей среды практически все эле­менты периодической системы Менделеева, однако для их жизнедеятельности необходима лишь относительно неболь­шая группы питательных элементов. Причем их функции в растении не могут быть заменены другими химическими ве­ществами.

В эту группу входят следующие элементы: углерод, водо­род, кислород, азот, фосфор, сера, калий, кальций, магний, железо, марганец, медь, цинк, молибден, бор, хлор. Необхо­димость для жизнедеятельности растения натрия, кремния, кобальта с достаточной уверенностью еще не установлена. При этом, углерод, водород и кислород в организм поступают в виде С0₂, 0₂, Н₂0.

Элементы, которые присутствуют в тканях в концентра­циях 0,001% и ниже от сухой массы тканей, называют мик­роэлементами. Часть из них, например, марганец, медь, цинк, кобальт, молибден, бор, хлор играют важную роль в обмене веществ.

Фосфор. Фосфор играет важную роль в энергетике клет­ки. Он участвует почти во всех метаболических процессах в виде фосфорных эфиров и (или) нуклеотидов, а состояние идепиннуклеотидной системы (энергетический заряд) - важ­ным механизм контроля дыхания.

В растительных тканях фосфор присутствует в органиче-I i nii форме и в виде ортофосфорной кислоты и ее солей. Он 1Х0ДИТ в состав ряда белков (фосфопротеинов), нуклеиновых КИСЛОТ¹, фосфолипидов, фосфорных эфиров Сахаров, нуклеоти-ROB, принимающих участие в энергетическом обмене (АТР, NAD* и др.), витаминов и многих других соединений. Фосфор участвует в фосфорилировании клеточных белков с помощью нротеинкиназ.

Внешними проявления дефицита фосфора в растении яв­ляются следующие признаки:

• синевато-зеленая окраска листьев, иногда с пурпурным ИЛИ бронзовым оттенком (задержка синтеза белка и накопле­нии сахара);

• приостановка роста растения с появлением более мел­ких и узких листьев;

• снижение скорости поглощения кислорода и изменение активности ферментов, участвующих в дыхательном метаболите;

• активация процессов распада фосфорорганических со­единений и полисахаридов;

• торможение синтеза белков и свободных нуклеотидов. Наиболее чувствительны к недостатку фосфора растения

пп ранних этапах роста и развития.

Сера. Сера поступает в растения главным образом в виде гульфата и входит в число основных компонентов, необходи­мых для жизни растения. Она участвует, как и все биогенные элементы, в биологическом круговороте веществ. Сера содер­жится в растениях в виде двух основных форм — окисленной (8 виде неорганического сульфата) и восстановленной. Этот химический элемент входит в состав важнейших аминокислот

цистеина и метионина, которые могут находиться в расте­ниях как свободном виде, так и в составе белков. Метионин итиосится к числу десяти незаменимых аминокислот и найден и активных центрах многих ферментов. S-аденозилметионин участвует в реакциях трансметилирования, а метионил-т РНК инициатор роста полипептидных цепей.

Одна из основных функций серы в белках и полипептидах - участие SH-групп в образовании ковалентных, водородных, меркаптидных связей, поддерживающих трехмерную струк­туру белка. Помимо этого, сера поддерживает определенный уровень окислительно-восстановительного потенциала клетки за счет обратимости реакций цистеин <-> цистин и SH-глута-тион <-> S-S-глутатион; входит в состав важнейших биологиче­ских соединений - коэнзима А и витаминов и витаминопо-добных веществ: тиамина, липоевой кислоты, биотина.

Симптомами дефицита серы в растениях являются по-бледнение и пожелтение листьев.

Калий. Калий является одним из важных минеральных элементов в питании растений. В наибольшем количестве он сосредоточен в молодых, растущих тканях, характеризующихся высоким уровнем обмена веществ, и служит основным противоионом для нейтрализации отрицательных зарядов неорганических и органических анионов, определяя коллоидно-химические свойства цитоплазмы и транспорт воды по растению.

С различной степенью специфичности калий активирует более 60 ферментов растений. При его отсутствии основным катионом, способным заменить калий, является натрий. При снижении уровня калия в клетке увеличивается содержание натрия, магния, кальция, свободного аммиака, ионов водорода, минеральных фосфатов. Калий способствует усвоению растениями иона аммиака.

При дефиците калия происходят определенные изменения в жизнедеятельности растения:

• пожелтение листьев снизу вверх - от старых к молодым; листья выглядят как бы обожженными;

• снижается функционирование камбия, нарушается развитие сосудистых тканей, уменьшается толщина клеточной стенки эпидермиса и кутикулы, тормозятся процессы деления и растяжки клеток;

• снижается продуктивность фотосинтеза.

Особенно высока концентрация калия в овощных культурах — огурцах, томатах, капусте и в подсолнечнике.

Кальций. Кальций выполняет многообразные функции в обмене веществ клеток и организма в целом, связанные с его нлиянием на структуру мембран, ионные потоки через них и биоэлектрические явления, на перестройку цитоскелета, про­цессы поляризации клеток и т.д. Он активирует ряд фер­ментных систем клетки: дегидрогеназы, (глутаматдегидроге-п аза, малатдегидрогеназа, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, N ADP-зависимая изоцитратдегидрогеназа), а-амилазу, адени-лат- и аргининкиназы, липазы, фосфат азы. Кальций может способствовать агрегации субъединиц белка, служить мости­ком между ферментом и субстратом, влиять на состояние ал-лостерического центра фермента. Избыток кальция в ионной форме угнетает окислительное фосфорилирование и фотофос-форилирование. Регулирующее влияние кальция на многие стороны метаболизма растения зависит от его взаимодействия О кальциевым внутриклеточным рецептором — белком каль-модулином.

Дефицит кальция в растении ведет к нарушению образо-пания новых клеточных стенок, в результате чего возникают многоядерные клетки, характерные для систем с недостатком кальция. Помимо этого, прекращается образование боковых корней и корневых волосков, замедляется рост корней и др.

Магний. По содержанию в растениях магний занимает четвертое место после калия, азота и кальция. Особенно мно­го его в растениях короткого дня - кукурузе, просе, конопле, картофеле, свекле, бобовых. Функции магния в растении чрезвычайно многообразны; он необходим для фотосинтеза, дыхания, синтеза нуклеиновых кислот, белков и др. процес­сов:

• участвует в синтезе протопорфирина IX — непосредст­венного предшественника хлорофилла;

• является кофактором почти всех ферментов, катали­зирующих перенос фосфатных групп: фосфокиназ, фос-фотрансфераз, АТРаз, пирофосфатаз;

• необходим для многих ферментов гликолиза и цикла Кребса (за исключением фумаразы, все ферменты цикла Кребса активируются магнием или содержат его как компо­нент структуры);

• усиливает синтез эфирных масел, каучука, витаминов А и С; образуя комплексное соединение с аскорбиновой кисло­той, задерживает ее окисление;

• активирует ДНК- и РНК-полимеразы, участвует в фор­мировании определенной пространственной структуры нук­леиновых кислот.

Дефицит магния характеризуется уменьшением содержа­ния фосфора и его распределения в растении, накоплением моносахаридов и торможением их превращения в полисаха­риды (крахмал), ухудшением функционирования аппарата синтеза белка.

Признаки магниевой недостаточности вначале проявля­ются на старых листьях, а затем распространяются на моло­дые листья и органы растения. При магниевом голодании между зелеными жилками листьев появляются пятна и по­лосы светло-зеленого, а затем желтого цвета. Края листовых пластинок приобретают желтый, оранжевый, красный или темно-красный цвет.

Железо. Ионы железа, в составе соединений, содержащих гем (все цитохромы, катал аза, пероксидаза), принимают уча- 1 стие в функционировании основных редокс-систем фото- I синтеза и дыхания. Вместе с молибденом железо участвует в восстановлении нитратов, входя в состав нитратредуктазы и нитрогеназы; катализирует начальные этапы синтеза хлоро­филла — образование 5-аминолевулиновой кислоты и прото- | порфиринов. В конечном итоге, при недостаточном поступле­нии железа снижается интенсивность дыхания и фотосинтез, что проявляется пожелтением листьев (хлороз) и быстром их опадении.                                                                   

Кремний. Накапливается кремний преимущественно в стенках растений, обеспечивая их прочность. Недостаток кремния может задерживать рост злаков: кукурузы, овса, ячменя и двудольных растений: огурцов, томатов, бобов. При отсутствии в питательной среде кремния нарушается ультра­структура клеточных органелл.

Алюминий. Ионы алюминия концентрируют папорот­ники и чай. Предполагается, что алюминий имеет большое значение в обмене веществ у гидрофитов.

При дефиците алюминия у чайного листа наблюдается хлороз, а избыток этого элемента ведет к связыванию в клет­ках фосфора и последующего фосфорного голодания растения.

Марганец. Марганец необходим всем растениям, накап­ливается в их листьях. Он участвует в фоторазложении воды и выделении кислорода, способствует увеличению содержания Сахаров и их оттоку из листьев, активирует дегидрогеназы (малат- и изоцитратдегидрогеназы) цикла Кребса, обеспечи­вает функционирование комплекса нитратредуктазы при вос­становлении нитратов.

В процессе роста клеток марганец участвует в качестве кофактора РНК-полимеразы II, ответственной за синтез мРНК в ядре, и необходим как кофактор ауксиноксидазы — фер­ментативного комплекса, разрушающего ИУК.

Характерный симптом дефицита марганца — точечный хлороз листьев: между жилками появляются желтые пятна, а затем ткани в этих участках отмирают. Чувствительны к не­достатку марганца корнеплоды, включая картофель, и злако­вые.

Молибден. Больше всего этого элемента содержится в бо­бовых растениях. Молибден концентрируется главным обра­зом в молодых, растущих органах, преимущественно в ли­стьях. В корнях - его меньше. Этот микроэлемент принимает участие в восстановлении нитратов, входя в состав нитратре­дуктазы, а также является компонентом активного центра нитрогеназы бактероидов, фиксирующих атмосферный азот в клубеньках бобовых. Он, как и железо, необходим для био­синтеза легоглобина — белка-переносчика в их клубеньках.

Ионы молибдена активируют ряд ферментов (ксантиноксидаза, различные фосфатазы), участвующих в реакциях аминирования и переаминирования, а также влияют на уро­вень накопления в растении аскорбиновой кислоты. При их недостатке наблюдается резкое снижение содержания вита­мина С в тканях растения. Помимо этого, при дефиците молибдена тормозится рост и из-за нарушения синтеза хлоро­филла растения выглядят бледно-зелеными.

Кобальт. Наряду с магнием и марганцем кобальт активи­рует фермент гликолиза фосфоглюкомутазу и фермент, осу­ществляющий гидролиз аргинина - аргиназу. В растениях кобальт встречается в ионной форме и в порфириновом соеди­нении - витамине В₁₂. Растения, как и животные, не синте­зируют этот витамин, он вырабатывается бактероидами, со­держащимися в клубеньках бобовых растений, и участвует в синтезе метионина в бактероидах, фиксирующих азот.

Внешние признаки недостатка кобальта — торможение роста растений, ослабление образования боковых побегов и кущения у злаков, уменьшение ветвления корней, появление бледно-зеленой окраски у листьев в результате нарушения синтеза хлорофилла, которая в последующем меняется на желтую, оранжевую или красную.

Медь. Ионы меди входят в состав медьсодержащих белков и ферментов, катализирующих окисление аскорбиновой ки­слоты, дифенолов и гидроксилирование монофенолов - аскор-батоксидазы, полифенолоксидазы, ортодифенолоксидазы и тирозиназы. Атомы меди функционируют в цитохромокси-дазном комплексе дыхательной цепи митохондрий и участ­вуют в обмене азота, входя в состав нитратредуктазного со­единения.

Медь повышает засухо-, морозо- и жароустойчивость рас­тений. При дефиците данного микроэлемента задерживается их рост и цветение, появляется хлороз, снижается тургор тканей и наступает завядание.

Цинк. Цинк оказывает многостороннее действие на обмен веществ. Он необходим для функционирования ряда фермен­тов гликолиза — гексокиназы, енолазы, триозофосфатдегидро-геназы, альдолазы, а также входит в состав алкогольдегидро-геназы. Этот микроэлемент активирует карбоангидразу, ката­лизирующую реакции гидрата оксида углерода, что помогает использованию растением С0₂ в процессе фотосинтеза. Роль цинка важна в образовании аминокислоты триптофана, важ­ной составляющей синтеза белков и роста растений.

При дефиците цинка у растений нарушается фосфорный обмен: задерживается транспорт фосфора из корневой сис­темы в надземные органы, замедляется превращение фосфора в органические формы, снижается содержание фосфора в со­ставе нуклеотидов, липидов, нуклеиновых кислот.

Наиболее характерный признак цинкового голодания — задержка роста междоузлий и листьев, появление хлороза и развитие розеточности. Весьма чувствительны к дефициту цинка плодовые деревья, особенно цитрусовые.

Бор. Бор — один из наиболее важных для растений мик­роэлементов. Он накапливается в цветках, особенно в рыльце, столбиках и усиливает рост пыльцевых трубок, прорастание пыльцы, увеличивает количество цветков и плодов. Без него нарушается созревание семян и он необходим растениям в те­чение всего периода их развития. Бор снижает активность некоторых дыхательных ферментов, оказывает влияние на углеводный, белковый и нуклеиновый обмен. При его недос­татке нарушаются синтез, превращение и транспорт углево­дов, формирование репродуктивных органов, оплодотворение и плодоношение (Полевой, 1989).

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: