Минеральное питание

1. Раздел VI. Минеральное питание

1

2.

Вопросы темы:
1. Минеральные питательные элементы.
2. Поглощение минеральных элементов.
3. Транспортирование минеральных веществ в
растениях.
4. Усвоение минеральных элементов
5. Реутилизация минеральных элементов в
растении
6. Влияние факторов среды на поглощение
минеральных элементов
7. Физиологические основы применения
удобрений.
2

3.

Вопрос 1
Элементы минерального
питания.
МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕпроцесс поглощения,
транспортирования по растению и
усвоение минеральных веществ.
3

4.

В растении содержится больше100 элементов.
В том числе: О – 42 %, С – 45 %, Н – 6,5 %
Минеральных элементов – 5-7%.
Из них необходимых около 20.
С, О, Н, N – органогенные элементы
4

5. Классификация минеральных элементов па количественному содержанию их в растении

1. МАКРОЭЛЕМЕНТЫ (>0,01%):
неметаллы – N (1,5%), P – (0,2%),
S (0,17%)
металлы – Ca (0,2-1%), K (0,9%),
Mg (0,17%), Fe (0,02%)
2. МИКРОЭЛЕМЕНТЫ (0,001-0,0001%):
неметаллы – В
металлы – Mn, Mo, Zn, Cu, Co
5

6.

Функции минеральных элементов:
Структурная – в основном макроэлементы.
Они входят в состав органических веществ,
которые без них не образуются (белок нельзя
синтезировать без N и S).
Регуляторная – являются кофакторами и
активаторами ферментов (металлы); регулируют
вязкость цытоплазмы (калий, кальций).
6

7. Физиологическая роль макроэлементов

Минеральные
Формы
Физиологическая роль
элементы
поглощения
N
NH4+, NO2Входит в сотав белков и нуклеиновых кислот,
хлорофилла, веществ вторичного обмена
P
H2PO4Нуклеиновые кислоты, АТФ, фосфолипиды и
HPO42обеспечивает энергетический обмен
S
SO42В составе аминокислот (метиамин, цистеин,
цистин), белков, К-фермента А, витамина В,
сульфолипиды.
К
К+
Регулирует состояние цитоплазмы, осмос, не
входит в состав органических соединений,
активизирует ферменты синтеза крахмала.
Са
Са2+
Поддерживает структуры клеточных мембран и
хромосом, в составе клеточных оболочек,
увеличивает вязкость цитоплазмы
Мg
Мg2+
В составе хлорофилла, активизирует ферменты
цикла Кальвина, в рибосомах.
Fe
Fe2+
В состав цитоплазмы, каталазы, пероксидазы
ферментов синтеза хлоровилла, восстановления
нитратов.
7

8.

Значение минеральных элементов для растения
отражено в правилах Ю. Либиха.
Правила Ю. Либиха:
• все необходимые для растения элементы
равнозначны и исключение каждого из них
приводит к глубоким повреждениям и гибели
растительного организма;
• ни один из необходимых элементов не может
быть заменен другим, даже близким по
химическим свойствам;
• каждый необходимый элемент имеет свое
специфическое физиологическое значение.
8

9. - ИОНЫ В РАСТВОРЕ ПОЧВЫ (наиболее доступны, но их мало);

Формы содержания и
доступности минеральных
элементов в почве:
- ИОНЫ В РАСТВОРЕ ПОЧВЫ (наиболее доступны,
но их мало);
- ИОНЫ ОТСОРБИРОВАННЫЕ НА ППК (доступная
форма);
- ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СОСТАВЕ МИНЕРАЛОВ
(слабо доступны, но после действия микроорганизмов и корневых выделений становятся доступными);
- ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СОСТАВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ – гумус (доступен после
минерализации)
9

10. ВОПРОС 2

Поглощение
минеральных
веществ
10

11. Корень – орган поглощения.

Поглощение
другими органами:
через листья
Внекорневая
подкормка.
МИНЕРАЛЬНЫЕ
ВЕЩЕСТВА
ПОГЛОЩАЮТСЯ В
ИОННОЙ ФОРМЕ
11

12.

Особенности поглощения ионов:
1. Избирательность поглощения ионов
растением.
2. Возможность поглощения ионов против
градиента концентрации.
3. Отсутствие прямой зависимости поглощения
от транспирации.
4. Связь поглощения ионов с активностью
жизнедеятельности растения, а также
зависимость поглощения от обеспечения
корней энергией.
Поглощение ионов - сложный физиологический
процесс.
12

13. 1. ПОСТУПЛЕНИЕ ИОНОВ В СВОБОДНОЕ ПРОСТРАНСТВО КОРНЯ;

ЭТАПЫ ПОГЛОЩЕНИЯ:
(по современным представлениям)
1. ПОСТУПЛЕНИЕ ИОНОВ В СВОБОДНОЕ
ПРОСТРАНСТВО КОРНЯ;
2. ПЕРЕНОС ИОНОВ ЧЕРЕЗ
ПЛАЗМАЛЕММУ В ПРОТОПЛАСТ.
13

14. Свободное пространство - совокупность межклетников, пор и каналов клеточных оболочек (около 5% объема корня) в зоне поглощения.

1-й этап поглощения
Свободное пространство совокупность межклетников,
пор и каналов клеточных
оболочек (около 5% объема
корня) в зоне поглощения.
14

15. Клеточная оболочка

Диаметр пор около 20 нм,
диаметр ионов 0,4-0,6 нм.
15

16. ПОПЕРЕЧНЫЙ РАЗРЕЗ КОРНЯ

1-й этап заканчивается адсорбированием ионов из
почвенного раствора в СП на поверхности микрофибрилл целлюлозы (адсорбирующая поверхность).
Происходит обменная адсорбция: замена одних ионов
на другие (ионы К и Са на протоны Н+)
16

17. ПОЯСОК КАСПАРИ

17

18.

2-ой этап –
поглощения
ионов
протопластом
(перенос через
плазмалемму в
протопласт).
18

19. СПОСОБЫ ПОГЛОЩЕНИЯ ИОНОВ ПРОТОПЛАСТОМ: 1. ПАССИВНЫЙ; 2. АКТИВНЫЙ.

19

20. ПАССИВНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ – поглощение ионов по градиенту электрохимического потенциала.

Электрохимический потенциал состоит из
электрического и
химического (концентрация ионов)
Градиент
электрохимического потенциала
возникает, когда с одной
стороны плазмалеммы
одноименных ионов больше, чем
с другой.
20

21. АКТИВНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ – поглощение за счет метаболической энергии клеток корня

Поглощение может идти против
химического потенциала.
21

22.

Один из механизмов активного поглощения
базируется на деятельности протонной помпы.
Действие протонной помпы:
Фермент Н+–АТФ-аза катализирует
гидролиз АТФ, получаемая энергия
идет на перенос из клетки ионов
водорода (протонов). На мембране
образуется электрический потенциал:
снаружи клетки «+», внутри «-».
Происходит перенос ионов в клетку
против химического потенциала.
22

23. ПОГЛОЩЕНИЕ ИОНОВ

23

24. ПУТИ ПРОНИКНОВЕНИЯ ИОНОВ В КЛЕТКУ ЧЕРЕЗ ПЛАЗМАЛЕММУ:

• Простая диффузия
• С помощью липофильных
переносчиков (облегченная диффузия);
• Через ионные каналы в молекулах
белков.
24

25.

Разновидность активного
поглощения – ПИНОЦИТОЗ
25

26. ВОПРОС 3

Транспортировка
минеральных
веществ
26

27.

В корнях образуются продукты
первичной ассимиляции ионов (они
связываются с продуктами фотосинтеза, например, аминокислоты –
с азотом), часть которых используется на рост корней.
27

28. Этапы транспорта ионов по растению

• Первый – в радиальном направлении от
корневого волоска до сосудов ксилемы
по симпласту и апопласту.
• Второй – по сосудам ксилемы в надземные органы, гл. обр. в листья до
самой тонкой жилки (здесь вместе с
водой).
• Третий – по клеткам (по симпласту и
апопласту) до клеток-потребителей
28

29. Транспорт в радиальном направлении до сосудов ксилемы

29

30. Ассимиляция азота

Поглощение из
почвы
NO3–
NH4+
Аминокислоты
Аминирование
Редукция
нитратов
Белки
нуклеиновые
кислоты
алкалоиды
Амидирование
Переаминирование
Амиды
нитратов
30

31. Формы поглощения азота растениями:

ионы NH4+ и NО3–
азотсодержащие органические вещества (мочевина, аминокислоты) в незначительном количестве.
Азот находится в органических
веществах клеток растения в
восстановленном виде (аммоний NH4+ ).
Поэтому сначала происходит
РЕДУКЦИЯ НИТРАТОВ ВОССТАНОВЛЕНИЕ НИТРАТОВ (NО3–) ДО
АММИАКА (NH4+) 31

32. РЕДУКЦИЯ НИТРАТОВ

НАД(Ф)Н2
АТФ
НАД(Ф)Н2
АТФ
В одних растений редукция проходит
преимущественно в КОРНЯХ, в других
- в ЛИСТЬЯХ
32

33. 2. АМИНИРОВАНИЕ – ПРИСОЕДИНЕНИЯ ИОНА АММОНИЯ К ОРГАНИЧЕСКОЙ КИСЛОТЕ С ОБРАЗОВАНИЕМ АМИНОКИСЛОТЫ

NH4+ присоединяется к
органическим кислотам, в
результате чего образуются
первичные аминокислоты.
33

34. Аминируются три органические кислоты:

1. ПВК (пировиноградная) + NH4+ =
=АЛАНИН (амк);
2. ШУК (щавелевоуксусная) + NH4+ =
= АСПАРАГИНОВАЯ кислота;
3. -КГК (альфа-кетоглютаровая) + NH4+ =
= ГЛЮТАМИНОВАЯ кислота.
34

35.

• Из первичных аминокислот образуются
вторичные путем перестройки углеродной
цепи молекулы или переаминирования.
• Переаминирование - это реакция
переноса аминогруппы с первичной
аминокислоты на другую органическую
кислоту с образованием вторичной
аминокислоты.
35

36. .

Аммиачный азот вреден для растительных клеток,
поэтому излишки аммония могут окисляться
снова до нитратов или присоединятся к
аспарагиновой и глутаминовой аминокислотам с
образованием амидов (двухосновных
аминокислот) аспарагина и глутамина. Процесс
образования амидов называется
амидированием
(форма запасания восстановленного азота)
36

37. При недостатке минеральных элементов в почве используется запас веществ самого растения

РЕУТИЛИЗАЦИЯ (лат. utilisation
«использование») - ПОВТОРНОЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОНОВ
РАСТЕНИЕМ
37

38. ПОДВИЖНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ:

Хорошо реутилизируются – способные
перемещаться N,P,K; несколько меньше –
Mg;
Не реутилизируются – слабо подвижные S,
Ca, Fe, микроэлементы
38

39.

• Недостаток минеральных элементов
сказывается на физиологическом состоянии
и внешнем облике растения.
• Наиболее четко недостаток проявляется на
листьях - самых информативных органах.
• Дефицит хорошо подвижных элементов
сначала проявляется на старых листьях,
плохоподвижных - на молодых.
39

40.

• Визуальная диагностика
• состояния минерального питания растения.
• Признаки недостатка:
азота – хлороз старых листьев;
железа – хлороз молодых листьев;
магния – хлороз наблюдается, в первую очередь, на
старых листьях, но жилки листа остаются зелеными;
фосфора – листья, в превую очередь, становятся
фиолетово-красными;
калия – сначала старые листья становятся темнозелеными, гофрированными, по краю листья
наблюдается некроз (отмирание тканей).
40

41. Минеральное питание зависит от абиотических факторов:

• температуры, аэрации, влажности,
кислотности почвы;
• концентрации и физиологической
уравновешенности почвенного раствора,
• освещения
41

42. При повышении температуры растет поглощение мин. элементов. Температурный оптимум для корней на 8-100 С ниже, чем для наземных

Температура
При повышении температуры растет поглощение
мин. элементов. Температурный оптимум для корней
на 8-100 С ниже, чем для наземных органов.
Температура влияет:
- через дыхание корней.
Механизм этого процесса:
Низкая t0C
низкая активность ферментов
снижение интенсивности дыхания
клетки корня
получают меньше энергии
тормозится активный
механизм поглощения ионов.
- кроме того при снижении температуры:
повышается вязкость цитоплазмы,
уменьшается проницаемость мембран
для ионов.
42

43. ГИПОКСИЯ – недостаток О2 (менше 3%); АНОКСИЯ – отсутствие О2

Кислород (аэрация почвы) необходим
корням растения для дыхани, получаемая
при этом энергия используется для
активного поглощения ионов.
Количество кислорода в почве –
8-10% - минимально достаточный уровень
для дыхания корней
(в воздухе – 21%)
ГИПОКСИЯ – недостаток О2 (менше 3%);
АНОКСИЯ – отсутствие О2

44.

Вода в почве косвенно воздействует
на поглощение ионов:
• через дыхание, фотосинтез и процессы
ассимиляции;
• воздействует на микробиологические
процессы в почве и на доступность ионов;
• является растворителем ионов в почве;
• избыток влаги ухудшает аэрацию,
способствует накоплению токсичных
продуктов около корней.
Оптимум влажности почвы находится в пределах
70-80% от полной полевой влагоемкости.

45.

Кислотносць почвы :
воздействует на процессы питания как
непоредственно через растение, так и косвенно.
Воздействие непосредственно через растение
• изменение физико-химических свойств
цитоплазмы;
• нарушение деятельности белков-переносчиков
ионов на плазмалеммах клеток корней;
• нарушается адсорбирование ионов в свободном
пространстве корня (первый этап поглощения)
• при кислой или щелочной реакции нарушается
поступление анионов и катаонов.
Косвенное воздействие кислотности
проявляется через растворение солей в почве

46.

Концентрация почвенного раствора.
Для нормального развития корней и
минерального питания имеет значение
физиологическая уравновешенность
раствора.
Антагонизм ионов – когда один ион
препятствует избыточному поглощению другого
иона. Например, Са2+ в высоких концентрациях
тормозит избыточное поступление K+, Na+ или
Mg2+ и наоборот
Синергизм ионов - когда действие одного из
них усиливает действие другого)
Свет
оказывает косвенное влияние на поглощение
ионов через фотосинтез.

47. АЛЛЕЛОПАТИЯ – воздействте одних растений на другие через корневые выделения Бактерии и грибы почвы участвуют в образовании

Биотические факторы – это факторы
живой природы: растения, микроорганизмы.
Они косвенно влияют на минеральное
питание растений.
АЛЛЕЛОПАТИЯ – воздействте одних
растений на другие через корневые
выделения
Бактерии и грибы почвы участвуют в
образовании гумуса, обеспечивают почву
доступными для растений формами
минеральных элементов
РИЗОСФЕРА –
тонкий слой почвы возле активных корней, в
котором концентрируются микроорганизмы.

48. МИКОРИЗА–симбиоз грибов и растений.

Большое значение в минеральном и водным
питании растения имеет микориза
(грибокорень).
МИКОРИЗА–симбиоз грибов и растений.
Виды микоризы:
ЭКЗОТРОФНАЯ – гифы проникают в
межклетники коры корня
ЭНДОТРОФНАЯ – гифы проникают в
протопласт клеток.

49. МИКОРИЗА

50.

Вопрос 3.
Физиологические
основы применения
удобрений

51.

Правила и физиологические основы применения
удобрений:
1. Удобрения вносятся с таким расчетом, чтобы
растения были обеспечены всеми необходимыми минеральными элементами.
2. При внесении удобрений должно обеспечиваться оптимальное соотношение между минеральными элементами (правило сбалансированности минерального питания).
Закон минимумв Ю.Либиха: величина урожая
определяется содержанием в почве того элемента,
который находится в относительном минимуме;
увеличение содержания его в почве будет приводить к
возрастанию урожая пропорционально дозе до того
момента, пока в минимум не окажется другой элемент.

52. 3. Удобрения вносят в соответствии с нормами (дозами), вытекающие из потребности растения и богатства почвы. Норма - минимально

необходимое количество
удобрений, которое обеспечивает полную
потребность растения.

53.

4. Удобрения вносятся своевременно, в соответствии с учетом критических и максимальных периодов растения.
5. Внесения удобрений должно сопровождаться обеспечением других благоприятных
условий для растения: оптимального водного, температурного и светового режима.
6. В почву вносятся как органические удобрения, которые постепенно отдают химические вещества при их минерализации, так и
минеральные удобрения - они сразу доступны растению.

54. Приемы внесения удобрений: Основное (допосевное) - удобрения вносятся под основную обработку почвы осенью или ранней весной:

навоз, калийные и фосфорные удобрения.
Припосевное - вносятся одновременно с
посевами.
Подкормки - вносятся периодически в процессе
роста растений.