Материал: физиология ответы

Энергия для процессов, происходящих при прорастании семян поставляется процессом дыхания. Уже в первый период после намачивания интенсивность поглощения кислорода возрастает. Возрастание интенсивности дыхания сопровождается усилением накопления АТФ, что и является, в свою очередь, необходимым условием для процессов обмена.

Образовавшиеся в процессе распада соединения перетекают в осевую часть зародыша и там используются частично как дыхательный материал, а частично для построения веществ, необходимых для роста новых клеток и органов. Так, поступившие в осевую часть зародыша питательные вещества расходуются на построение новых белков и нуклеиновых кислот, компонентов клеточных оболочек (целлюлозы, пектиновых веществ), а также различных липидов, входящих в состав мембран.

Процессы, протекающие при прорастании семян:

1. Поглощение воды – сухие семена поглощают воду из воздуха или какого-либо субстрата

2. Набухание – происходит тогда, когда семена достигают влажности выше критической

3. Рост первичных корешков – отмечается с момента деления клеток

4. Развитие проростка – начинается с его появления и происходит за счет использования запасных веществ эндосперма

5. Становление проростка – заключительная фаза прорастания семян, продолжается до перехода его к полному автотрофному питанию.

Глава 5 минеральное питание

Вопрос1. Общие представления о минеральном питании растений.

Изучение минерального питания можно разделить на три этапа. Первый – эмпирический. Аристотель(384-322гг. до н.э.) сформировал представление, что растения состоят из соков земли, не имеют желудка и органов пищеварения, эти органы замещены почвой, которая все сама переваривает. Следовательно, растение берет пищу из почвы.

Второй этап- экспериментальный. Он связан с именем голландца Ван Гельмонта, который в 1600г. поставил опыт по выращиванию веточки ивы в горшке. Затем изучив изменения масс почвы и веточки, он выяснил что растение само себе готовит пищу, строит свое тело только из воды, а минеральные вещества не имеют значения. В 1804г. Швейцарец Сюсор показал, что растения растущие на воде расти нормально не могут, им необходимы элементы из почвы. Однако, затем был изучен фотосинтез, и было установлено, что 95% тела растения строится из воздуха CO2 и воды. Дабы изучить оставшиеся 5% и их необходимость растения высушивали и сжигали, при этом образовывались NH3 H2S и нелетучий остаток-зола.

МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ, совокупность процессов поглощения, передвижения и усвоения растениями химических элементов, получаемых из почвы в форме ионов минеральных солей. При исследовании золы растений в ней было обнаружено множество химических элементов, в т. ч. редких, содержание которых в различных частях растений было не одинаковым. Это свидетельствует о том, что данные элементы необходимы растениям и накапливаются в них. Элементы, присутствующие во всех растениях, были отнесены к жизненно важным – это калий, кальций, магний, железо, сера и фосфор. Для разных растений они необходимы в различных количествах. Полностью заменить одни элементы какими-либо другими невозможно. От степени их присутствия в почве зависит урожайность с.-х. растений. В почвах средней полосы России обычно не хватает азота и фосфорной кислоты, реже калия, поэтому их вносят в качестве азотных и фосфорно-калийных удобрений.

Каждый химический элемент играет в жизни растения особую роль. Фосфор усваивается растением в виде солей фосфорной кислоты (фосфатов) и находится в нём в свободном состоянии или совместно с белками и другими органическими веществами, входящими в состав плазмы и ядра. В свободном состоянии, возможно, регулирует в клетке кислотную и щелочную среду. Сера поглощается растением в виде солей серной кислоты, входит в состав белков и эфирных масел. Калий сосредоточен в молодых органах, богатых плазмой, а также в органах накопления запасных веществ – семенах, клубнях, вероятно, играет роль нейтрализатора кислой реакции клеточного сока и участвует в тургоре. Магний содержится в растении там же, где и калий, и, кроме того, входит в состав хлорофилла. Кальций накапливается во взрослых органах, особенно в листьях, служит нейтрализатором вредной для растения щавелевой кислоты и защищает его от токсического действия различных солей, участвует в образовании механических оболочек. Железо находится в растении в малых количествах, но входит в состав протопластов, и при его недостатке развивающиеся листья не зеленеют, а остаются белыми (явление хлороза).

Кроме указанных жизненно необходимых элементов, определённое значение имеют хлористый натрий (накапливаясь в клетках галофитов, позволяет увеличить осмотическое давление до 100 атмосфер, благодаря чему они могут противостоять физиологической сухости почвы), марганец, фтор, йод, бром, цинк, кобальт, стимулирующие рост растений, и др.

Минеральные соединения азота и зольных элементов поглощаются наземными высшими растениями почти исключительно корнями. Соли, как и вода, поглощаются живыми клетками первичной коры корня и корневыми волосками, затем корневым давлением выталкиваются с водой в сосуды, разносятся транспирационным током по другим частям растения и снова принимаются живыми клетками стебля и листа. В живых клетках корня происходит первый отбор веществ, допускаемых внутрь растения. Участие живых клеток в принятии веществ обусловливают избирательную способность растения, благодаря которой различные вещества поглощаются в разных количествах. Так как поступление в сильной степени зависит от потребления, растение принимает на различных стадиях развития то одни соли, то другие. Чем теснее соприкосновение корня с частицами почвы, тем сильнее развита корневая система и тем полнее идёт поглощение солей. Кроме того, корни обладают растворяющей способностью. Несомненно, что мощная, сильно разветвлённая корневая система способствует лучшему питанию растения.

Вопрос 2. Роль минерального питания в обеспечении автотрофности растительного организма.

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.

Основные функции минеральных веществ

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.

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.