Поглощение растениями питательных веществ из почвы

Основное количество элементов питания растения усваивают в ионной форме (в виде ионов и катионов) через корневую систему. Ионы образуются посредством распада сложных органических и минеральных веществ до простых соединений. Кроме этого, для питания растения в незначительных количествах могут использовать аминокислоты, сахара, сахарофосфаты и другие органические соединения.

Образующиеся питательные вещества находятся в растворе или в твердой фазе почвы в ионно-обменном состоянии и постоянно используются для питания растений, хотя некоторая их часть может теряться в газообразной форме, вымываться в нижележащие горизонты или в водоемы, а также закрепляться в почве необменно.

Азот поглощается растениями в виде аниона нитрата NО₃^- и катиона аммония NН₄⁺. Эти ионы образуются из органических веществ, в том числе гумуса в результате процессов аммонификации, осуществляемых микроорганизмами.

Сераусваивается растениями в виде аниона серной кислоты SО₄^2-.

Фосфорпоглощается растениями в виде анионов фосфорной кислоты H₂РО₄^-, НРО₄^2-, РО₄^3-.

Хлорпоступает в растения в виде иона Сl^-.

Кальций, калий, магний, медь, железо, цинк поступают в растения в форме соответствующих катионов.

Марганец поглощается растениями в форме катионов и анионов.

Бори молибден поступают в растения в виде анионов – боратов и молибдатов.

Теория поглощения элементов питания.Поступление питательных веществ в растения осуществляется через клеточные стенки растений, которые, благодаря белковым молекулам, легко проницаемы (радиус ионов минеральных солей 0,4-0,6 нм, а средний радиус каналов в клеточной стенке 5-20 нм) (рис. 33).

Рисунок 33–Строение плазматической мембраны клетки
1 – пронзающие белки, 2 –- погруженные белки, 3 – внешние белки

Принято считать, что у растений есть несколько механизмов, обеспечивающих питание растений, причем один механизм дополняет другой.

В настоящее время утвердилось научное представление, что поступление элементов питания обеспечивается двумя путями: 1 – пассивно, то есть по электрохимическому градиенту; 2 – активно, или против электрохимического градиента.

1. Пассивный путь. Диффузия – передвижение газов, жидкостей и растворенных веществ по градиенту концентрации (перемешивание). Ионы, которые служат пищей для растений, могут проникать через клеточную мембрану вследствие процесса диффузии.

Транспирация– испарение воды листьями растений, в результате чего возникает передвижение жидкости в растении (ток воды). Посредством транспирации листьев в корнях путем массового тока осуществляется засасывание воды и минеральных солей в межклетные пространства и происходит питание растения.

Адсорбция. По отношению к почвенному раствору клетки корня заряжены отрицательно. Мембрана, имея отрицательный заряд, способна притягивать к себе катионы и отталкивать анионы. Отрицательно заряженной мембраной может быть клеточная стенка с карбоксильными анионами протопектина. Таким образом, происходит питание растений положительно заряженными ионами, извлекаемыми из почвенного раствора.

2. Активный путь. Теория переносчиков. Согласно этой теории ион преодолевает мембрану не в свободном виде, а в виде комплекса с молекулой переносчика. Движущей силой переносчика служит, как и в предыдущих случаях, концентрация вещества (химический градиент), либо заряд (электрохимический заряд).

Переносчиками могут служить некоторые антибиотики или, например, белковые глобулы, имеющие диаметр, превышающий толщину клеточной стенки. В последнем случае глобула, вращаясь вокруг своей оси, обеспечивает перенос ионов с наружной стороны мембраны на внутреннюю сторону. Вращение белковой глобулы происходит при помощи фермента АТФ-аза.

Теория ионных насосов. Согласно этой теории, существует специфический фермент калий-натриевая АТФ-аза, которая осуществляет выкачивание ионов Nа⁺ и вхождение ионов К⁺. Имеется также протонный насос, выкачивающий из клеток ионы Н⁺, что и создает отрицательный заряд на мембранах клеток и обеспечивает поглощение катионов.

Симпорт и антипорт. Доказано, что ионы водорода выкачиваются из клетки так называемым протонным насосом. В результате создается определенный концентрационный и электрохимиический градиент. Среда клетки подщелачивается. В результате подщелачивания переносчик протонов может транспортировать протон обратно в клетку по электрохимическому градиенту. Но, транспортируя протон, переносчик может присоединить к себе и анион, которыми являются фосфатион, аминокислота или углевод. Данный процесс называется симпортом. Выкачивание из клетки Н⁺ и доставка внутрь клетки иона с тем же зарядом, например, К⁺ является антипортом.

Пиноцитоз– поглощение клетками корней капель (пузырьков) жидкости и все, что в них находится (рис. 34). Клетки корней способны локализовывать такие капли, а затем их усваивать. Оболочка капли разрушается специальными ферментами.

Рисунок 34 – Схема пиноцитоза

Контрольные вопросы

1. Цель науки агрохимия.

2. Элементный состав растений.

3. Элементы относящиеся к макроэлементам.

4. Элементы относящиеся к микроэлементам.

5. Понятие «питание растений».

6. Пассивный путь поступления элементов питания в растения.

7. Активный путь поступления элементов питания в растения.