Зольные элементы, их усвояемая форма и функции в растении

Физиологическая роль отдельных элементов минерального питания была установлена вегетационным методом. Сущность этого метода заключается в выращивании растений в стеклянных сосудах, заполненных питательным раствором, т.е. в водной культуре. Источником питательных элементов в водных культурах служат специальные питательные смеси. Первая питательная смесь, предложена в 1856 году (нем. Физиком Кнолом) для выращивания высших растений содержала лишь три соли:

нитрат кальция Са (NO₃)₂

фосфат калия KH₂PO₄

сульфат магния MgSO₄

Выращивая растения на питательных смесях путем исключения из смеси отдельных элементов, например, в соли нитрат кальция Са (NO₃)₂ исключив Са, и была установлена функция, выполняемая конкретным элементом.

Зольными называют те элементы минерального питания, которые при сжигании растений остаются в золе. При сжигании часть химических элементов высвобождается в виде газообразных соединений, это углерод в виде СО₂, азот в виде оксидов. Источником зольных элементов является материнская порода. Для нормальной жизнедеятельности растения необходимо 12 элементов.

Четыре элемента, из этого числа, используется растением главным образом для структурных целей. Это такие элементы – кальций, магний, фосфор, сера.

Кальций – поглощается в форме двухвалентного катиона Са ²⁺. Основная функция – включение в структуры срединной пластинки клеточной стенки. Кальций играет важную роль в избирательной проницаемости клеточной мембраны. Он нейтрализует органические кислоты, которые накапливаются в растении.

Магний – поглощается в виде катиона Mg²⁺. Он составляет центральную часть молекулы хлорофилла, присоединяясь к каждому из 4-х пиррольных колец. Mg является кофактором нескольких ферментов. Он активирует деятельность ферментов – киназ, которые отцепляют фосфорную кислоту от АТФ и переносит её на молекулу сахаров, аминокислот и др. соединений с образованием фосфорных эфиров.

Фосфор – поступает в растения в форме аниона РО ₄. За сотые доли секунды включается в органические соединения в неизменном виде. Он служит структурным компонентом нуклеиновых кислот. Участвует во всех этапах переноса энергии в клетке (АТФ содержит три остатка РО ₄). Входит в состав фосфолипидов, принимающих участие в * мембран.

Сера – поглощается в виде аниона SO₄^2-. В растении происходит восстановление поглощенных сульфатов и в восстановленной форме идет на синтез серосодержащих аминокислот: метионин, цистеин. Без серосодержащих аминокислот не могли бы синтезироваться многие важные белки клетки.

Благодаря своей способности к обратимому превращению из восстановленной в окисленную форму сера играет важную роль в окислительно-восстановительных реакциях.

Сера входит в состав биокатализатора Ацетилкофемент "А". с этого биокатализатора начинается реакция цикла ди-и трикарбоновых кислот.

Сера входит в состав эфирных масел лука.

Для регуляции тургора и поддержания электронейтральности используются калий и хлор. Калий поглощается в виде катиона (К) и является осмотически активным элементом, * в регуляции тургора растительных клеток.

Пример – замыкающие клетки устьичных щелей -*** лежит в основе открывания и закрывания устьичной щели. Калий не является в полном смысле (как сера и фосфор) питательным элементом. Содержание воды в клетке часто определяется концентрацией в них калия. Мембраны клеток легко проницаемы для калия. Через них обычно протекают большие диффузионные потоки этого элемента.

Хлор – перемещаясь вместе с калием в форме аниона (Сl^-) поддерживает в клетках электронейтральность.

Пять зольных элементов (из 12 обозначенных) функционируют в растительной клетке как составная часть ферментов. Железо – в ферментах функционирует благодаря своей способности обратимо окисляться и восстанавливаться. Входит в состав ферментов цитохромов, переносчиков электронов в процессе дыхания. Оно является составной частью ферредоксина – фермента участвующего в процессе фотосинтеза.

Медь – поглощается в виде катиона СU ²⁺ и является составной частью фермента полифенолоксидазы.

Цинк – поглощается в виде катиона Zn ²⁺ и входит в состав фермента карбоксилоза.

Марганец – поглощается в виде катиона Mn ²⁺. Активирует ферменты катализирующие реакции цикла Кребса. Марганец необходим для нормального прохождения фотосинтеза, участвует на этапе разложения воды и выделения кислорода - **.

Молибден – поглощается в форме оксида МоО₄^2- и вовлекается в функционирование тех ферментов, которые катализируют восстановление азота: фермент *.

Оставшийся элемент (из обозначенных 12) бор – поступает в форме аниона НВО₃^2-. Участвует в сложении структуры проводящих элементов – ксилемы + флоэмы, и тем самым влияет на передвижение веществ в растении. Он необходим для нормальной деятельности верхушечных меристем. Уникальная физиологическая роль бора заключается в его участии в фенольном обмене.

Кроме элементов абсолютно необходимых, охарактеризованных нами (12), в растениях содержится значительная часть второстепенных элементов. В некоторых случаях они могут способствовать росту или устойчивости. Например * (SiO₂) для злаков, они становятся более устойчивы к грибным болезням. Натрий (Na) для свеклы, растения, выращенные в присутствии Na, образуют более крупные и мясистые корнеплоды. Кобальт (Со) для бобовых. В присутствии этого элемента, лучше образуют бобовые симбиоз с клубеньковыми бактериями.