Минеральное питание растений

Основные функции минеральных веществ

Минеральное питание имеет огромное значение для физиологии растения, поскольку для его нормального роста и развития просто необходимо достаточное снабжение минеральными элементами. Растениям, помимо любви и заботы, требуются: кислород, вода, углекислый газ, азот и целая серия (более 10) минеральных элементов, служащих сырьем для разнообразных процессов существования организма.

У минеральных питательных веществ в растениях много важных функций. Они могут играть роль структурных компонентов растительных тканей, катализаторов различных реакций, регуляторов осмотического давления, компонентов буферных систем и регуляторов проницаемости мембран.

Примерами роли минеральных веществ, как составных частей растительных тканей, могут быть кальций в клеточных стенках, магний в молекулах хлорофилла, сера в определенных белках и фосфор в фосфолипидах и нуклеопротеидах. Что касается азота, то, хотя он и не относится к минеральным элементам, его часто включают в их число, в связи с этим его следует еще раз отметить как значимый компонент белка.

Некоторые элементы, например, такие как железо, медь, цинк требуются в микродозах, но и эти небольшие количества необходимы, поскольку входят в состав простетических групп или коферментов определенных ферментных систем. Есть ряд элементов (бор, медь, цинк), которые в более высоких концентрациях смертельно ядовиты для растения. Их токсичность вероятнее всего связана с отрицательным влиянием на ферментные системы организма растения.

Значение достаточного обеспечения растений минеральным питанием уже давно оценено в садоводстве и является показателем хорошего роста и, следовательно, получения хороших и стабильных урожаев.

Самые необходимые элементы

В результате различных исследований было установлено наличие в растениях более половины элементов периодической системы Менделеева, и вполне возможно, что корнями может поглощаться любой элемент, находящийся в почве. Например, более 27 элементов (!) были обнаружены в некоторых образцах древесины сосны Веймутова. Считается, что далеко не все из имеющихся в растениях элементов им необходимы.

Например, такие элементы как платина, олово, серебро, алюминий, кремний и натрий не считаются необходимыми. За необходимые минеральные элементы принято принимать те, при отсутствии которых растения не могут завершить жизненный цикл, и те, которые входят в состав молекулы какого-либо необходимого компонента растений.

Основные функции элементов минерального питания

Большинство исследований роли различных элементов было проведено на травянистых растениях, поскольку их жизненный цикл таков, что позволяет их изучать в течение короткого времени. Помимо этого некоторые опыты ставились на плодовых деревьях и даже сеянцах лесных пород. В результате этих исследований было установлено, что различные элементы как в травянистых, так и в древесных растениях выполняют одни и те же функции.

Азот. Общеизвестна роль азота как составной части аминокислот – строителей белков. Помимо этого, азот входит во множество других соединений, таких как пурины, алкалоиды, ферменты, регуляторы роста, хлорофилл и даже в клеточные мембраны. При недостатке азота постепенно нарушается синтез нормального количества хлорофилла, вследствие чего при его крайнем дефиците развивается хлороз как более старых, так и молодых листьев.

Симптоматика нехватки растению конкретных микроэлементов

	Ж е л е з о	М а г н и й	М е д ь	Ц и н к	Б о р	М о л и б д е н	М а р г а н е ц	А з о т	Ф о с ф о р	К а л и й	К а л ь ц и й
Пожелтение межжилкового пространства верхних листьев
Пожелтение межжилкового пространства нижних листьев
Деформация цветков, завязей и плодов
Красный или оранжевый оттенок листовой пластины
Белые пятна на листовой пластине
Вялость верхушечных побегов
Пятна различного цвета на поверхности листа
Скручивание листа
Отмирание уастков листовой пластины
Преждевременный листопад
Темный цвет листа, голубоватый оттенок
Изменение цвета жилок (пожелтение, побеление)
Растение прекращает рост и развитие
Общая вялосмть листьев, стеблей и бутонов

Фосфор. Этот элемент является неотъемлемым компонентом нуклеопротеидов и фосфолипидов. Фосфор незаменим, благодаря макроэнергетическим связям между фосфатными группами, служащими основным посредником в переносе энергии в растениях. Встречается фосфор как в неорганической, так и в органической формах. Он легко перемещается по растению, по всей видимости, и в той, и в другой форме. Недостаток фосфора в первую очередь влияет на рост молодых деревьев при отсутствии каких-либо симптомов.

Калий. Органические формы калия науке не известны, однако растениям необходимо достаточно большое его количество, по-видимому, для активности ферментов. Интересным фактом является то, что растительные клетки различают и калий, и натрий. Причем натрий в полной мере не может быть замещен калием. Принято считать, что калий играет роль осмотического агента при открывании и закрывании устьиц. Следует отметить также, что калий в растениях очень мобилен, а его недостаток затрудняет передвижение углеводов и метаболизм азота, но это действие скорее опосредованное, чем прямое.

Сера. Этот элемент является компонентом цистина, цистеина и других аминокислот, биотина, тиамина, кофермента А и многих других соединений, относящихся к сульфгидрильной группе. Если сравнивать серу с азотом, фосфором и калием, то можно сказать, что она отличается меньшей мобильностью. Недостаток серы вызывает хлороз и нарушение биосинтеза белков, что зачастую приводит к накоплению аминокислот. 

Кальций. В довольно значительных количествах кальций можно обнаружить в клеточных стенках, и находится он там в виде пектата кальция, который, вероятнее всего, оказывает влияние на эластичность клеточных стенок. Помимо этого, он участвует в метаболизме азота, активируя несколько ферментов, в том числе амилазу. Кальций относительно мало подвижен. Недостаток кальция отражается на меристематических участках кончиков корней, а излишек – накапливается в виде кристаллов оксилата кальция в листьях и одревесневших тканях.

Магний. Входит в молекулу хлорофилла и участвует в работе ряда ферментных систем, участвует в поддержании целостности рибосом и легко передвигается. При недостатке магния обычно наблюдается хлороз.

Железо. Большая часть железа расположена в хлоропластах, где участвует в синтезе пластичных белков, а также входит в ряд дыхательных ферментов, например, таких как перокисдаза, каталаза, ферредоксин и цитохромокисдаза. Железо относительно неподвижно, что способствует развитию его дефицита.

Марганец. Необходимый элемент для синтеза хлорофилла, основной функцией его является активация ферментных систем и, вероятно, влияет на доступность железа. Марганец относительно неподвижен и ядовит, причем в листьях некоторых древесных культур его концентрация часто приближается к токсичному уровню. Недостаток марганца зачастую вызывает деформацию листьев и образование хлоротичных или мертвых участков. 

Цинк. Этот элемент присутствует в составе карбоангидразы. Цинк, даже в относительно низких концентрациях, очень токсичен, а его недостаток приводит к деформациям листьев.

Медь. Медь является компонентом некоторых ферментов, в том числе аскорбинотоксидазы и тирозиназы. Растениям обычно необходимы очень небольшие количества меди, высокие концентрации которой токсичны, а ее недостаток вызывает суховершинность.

Бор. Элемент, также как и медь, необходим растению в очень маленьких количествах. Вероятнее всего, бор необходим для передвижения сахаров, а его недостаток вызывает серьезные повреждения и отмирание апикальных меристем.

Молибден. Это элемент необходимый растению в ничтожной концентрации, входит в состав нитратредуктазной ферментной системы и выполняет, скорее всего, и другие функции. Недостаток редок, но при его наличии может снижаться азотофиксация у облепихи. 

Хлор. Функции его мало исследованы, по всей видимости, он участвует в расщеплении воды при фотосинтезе.

Читать окончание Минеральное голодание плодовых растений →

Николай Хромов,
кандидат сельскохозяйственных наук,
отдел ягодных культур ГНУ ВНИИС им. И.В. Мичурина,
член академии НИРР