Накопление, перераспределение и реутилизация минеральных элементов в разных частях растений

Распределение минеральных элементов в растении и их потребление. Содержание основных макро- и микроэлементов в листьях и других частях растений, в том числе древес­ных, зависит от вида, возраста растения и условий местопроизрастания.

Так, в лесостепной зоне высокое содержание азота об­наружено в листьях липы, дуба и осины, а более низкое - у сосны, вяза и ясеня. Фосфором наиболее богаты листья ясеня и клена остролистного, калием ­ясеня и липы, серой - вяза и клена, магнием - ясеня и вяза, кальцием - ясеня, вяза и клена остролистного. Из микроэлементов марганца более всего содержалось у клена, ясеня и липы, а железа - у липы и ольхи черной.

В корневых системах наибольшее количество минераль­ных элементов отмечено в сосущих корневых окон­чаниях, а наименьшее - в проводящих корнях большо­го диаметра.

Изучая распределение N, Р, К и Са в различных частях деревьев ели, Н.И. Казимиров с сотрудниками ус­тановили, что наиболее богата элементами минерально­го питания хвоя, на втором месте оказались ветви, за­тем корни, а самое низкое содержание - в стволе. На более богатых по плодородию почвах (ельник кисличный) содержание минеральных элемен­тов в различных частях дерева выше, чем на менее богатых (ельник черничный) и в особенности на бед­ных (ельник лишайниково-каменистый),

Меньше всего зольных элементов и азота содер­жится в древесине ствола. Так, в древесине лиственных древесных пород содержание азота колеблется от 0, 1 до 0,3 %, фосфора - от 0,002 до 0,04 %, калия ­от 0,03 до 0,09 %, магния - от 0,01 до 0,5 % в расчете на сухую массу, что на целый порядок ниже, чем в листьях.

Специфично потребление элементов почвенного питания различными древесными растениями. В вы­сокопродуктивных лесах лесостепной зоны хвойные породы потребляют значительно меньше элементов минерального питания, чем лиственные. На­пример, одно дерево дуба черешчатого в возрасте 93 лет поглощало из почвы ежегодно кальция 169 г, азота - 102 и калия - 41 г против соответственно сосны в том же возрасте -16,5, 23,3 и 8,3 г. Как ли­ственные, так и хвойные древесные растения больше потребляют азота и кальция, чем других питательных элементов.

У дуба потребление элементов минерального пи­тания усиливается с возрастом постепенно, у липы резко возрастает после 40 лет жизни, у осины - после 30 лет. Сосна увеличивает поглощение и потребление минеральных элементов до 45 лет, береза - до 25 лет, а затем скорость этого процесса снижается.

По ходу вегетации также наблюдаются некоторые особенности в потреблении питательных веществ из почвы. Так, например, ель и пихта больше потребляют питательных веществ в первую половину, а сосна и лиственница - во вторую половину вегетации.

Перераспределение и реутилизация веществ в растении. Направление движения минеральных веществ в растении во многом определяется интенсивностью их использования и по­требностями того или иного органа. Растения характеризуются большой экономичностью в потреблении питательных веществ. Это выражается в их способности к реутилизации, т.е. повтор­ному использованию основных элементов минерального пита­ния.

Широкие возможности для изучения перераспределения ионов в растении открыло использование радиоактивных инди­каторов - меченых атомов. В 50-60-е годы в ряде зарубежных исследований установлено, что ³²Р перемещается из зрелых в молодые листья, которые дифференцировались уже после того, как поступление ³²Р в корни прекращалось. Такая же картина наблюдалась у растений, получавших ³⁵SO₄, хотя отношение оттока к притоку в зрелые листья было меньше, вероятно, из-за медленного обновления серосодержащих белков. В опытах с яч­менем установлено, что в растущий третий лист примерно 40 % калия поступает из первого листа.

Дальнейшие исследования показали, что повторному исполь­зованию подвергается большинство элементов минерального пи­тания. Наиболее подвижен калий, он может проделывать еже­дневно несколько круговоротов через ксилему и флоэму. Это объясняется его свободным состоянием и важной ролью потока калия в регуляции транспортных процессов и биоэлектрических явлений. Хорошо реутилизируются азот и фосфор, которые вхо­дят в состав жизненно важных лабильных соединений. По мере старения листьев процессы распада превышают синтез, освобож­дающиеся азот и фосфор направляются к более молодым частям растения. Однако есть элементы, которые практически не реути­лизируются. К ним относятся кальций, бор, очень слабо реутилизируется железо. Это связано с малой лабильностью и плохой растворимостью соединений, в которые входят эти элементы. Магний и сера по степени реутилизации занимают промежуточ­ное положение.

Возможность повторного использования отдельных элемен­тов оказывает влияние на их распределение в растении. Для элементов, подвергающихся реутилизации, характерен базипетальный градиент распределения, т.е. чем выше расположен лист и чем он моложе, тем больше в нем азота, фосфора и калия. Это особенно проявляется при недостатке данного эле­мента в почве. Для элементов, не подвергающихся повторному использованию (кальций, железо, бор), характерен акропетальный градиент. Чем старше орган, тем больше содержание в нем указанных элементов.

Благодаря реутилизации веществ растущие части растения на более поздних фазах роста получают значительную часть необхо­димых им элементов. Зерновые культуры наиболее активно по­глощают азот, фосфор и калий в первые 1,5 мес роста. К момен­ту когда зерно достигает примерно 25 % своей окончательной величины, поглощение этих элементов уже на 90 % заканчивает­ся. Дальнейший налив зерна идет за счет мобилизации веществ листьев и стеблей. У многолетних культур перед осенним листо­падом большие количества ионов оттекают из листьев в корни, стволы и органы запаса.