Минеральное питание презентация

Минеральные питательные элементы.
Поглощение минеральных элементов.
Транспортирование минеральных веществ в растениях.
Усвоение минеральных элементов
Реутилизация минеральных элементов в растении
Влияние факторов среды на поглощение минеральных элементов
Физиологические основы применения удобрений.
Вопросы темы:

Вопрос 1
Элементы минерального питания.
МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ-
процесс поглощения, транспортирования по растению и усвоение минеральных веществ.

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

Классификация минеральных элементов па количественному содержанию их в растении
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%)
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ (0,001-0,0001%):
неметаллы – В
металлы – Mn, Mo, Zn, Cu, Co

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).

Физиологическая роль макроэлементов

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.
Значение минеральных элементов для растения отражено в правилах Ю. Либиха.

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

ВОПРОС 2
Поглощение минеральных веществ

Корень – орган поглощения.
Поглощение другими органами:
через листья
Внекорневая подкормка.
МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПОГЛОЩАЮТСЯ В ИОННОЙ ФОРМЕ

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

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

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

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

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

ПОЯСОК КАСПАРИ

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

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

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.

АКТИВНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ – поглощение за счет метаболической энергии клеток корня
Поглощение может идти против химического потенциала.

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.

ПОГЛОЩЕНИЕ ИОНОВ

ПУТИ ПРОНИКНОВЕНИЯ ИОНОВ В КЛЕТКУ ЧЕРЕЗ ПЛАЗМАЛЕММУ:
Простая диффузия
С помощью липофильных перенос-чиков (облегченная диффузия);
Через ионные каналы в молекулах белков.

Разновидность активного
поглощения – ПИНОЦИТОЗ

ВОПРОС 3
Транспортировка минеральных веществ

В корнях образуются продукты первичной ассимиляции ионов (они связываются с продуктами фото-синтеза, например, аминокислоты – с азотом), часть которых исполь-зуется на рост корней.

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

Транспорт в радиальном
направлении до сосудов ксилемы

Ассимиляция азота

ионы NH4+ и NО3–
азотсодержащие органические вещес-тва (мочевина, аминокислоты) в незна-чительном количестве.
Азот находится в органических веществах клеток растения в восстановленном виде (аммоний NH4+ ).
Поэтому сначала происходит
РЕДУКЦИЯ НИТРАТОВ -
ВОССТАНОВЛЕНИЕ НИТРАТОВ (NО3–) ДО АММИАКА (NH4+) -
Формы поглощения азота растениями:

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

2. АМИНИРОВАНИЕ – ПРИСОЕДИНЕНИЯ ИОНА АММОНИЯ К ОРГАНИЧЕСКОЙ КИСЛОТЕ С ОБРАЗОВАНИЕМ АМИНОКИСЛОТЫ
NH4+ присоединяется к органическим кислотам, в результате чего образуются
первичные аминокислоты.

Аминируются три органические кислоты:
1. ПВК (пировиноградная) + NH4+ = =АЛАНИН (амк);
2. ШУК (щавелевоуксусная) + NH4+ =
= АСПАРАГИНОВАЯ кислота;
3. α-КГК (альфа-кетоглютаровая) + NH4+ = = ГЛЮТАМИНОВАЯ кислота.

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.

.
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)

При недостатке минеральных элементов в почве используется запас веществ самого растения
РЕУТИЛИЗАЦИЯ (лат. utilisation «использование») - ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОНОВ РАСТЕНИЕМ

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

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.

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 темно-зелеными, гофрированными, по краю листья наблюдается некроз (отмирание тканей).

Минеральное питание зависит от
абиотических факторов:
температуры, аэрации, влажности, кислотности почвы;
концентрации и физиологической
уравновешенности почвенного раствора,
освещения

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

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%)

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.

Кислотносць почвы :
воздействует на процессы питания как непоредственно через растение, так и косвенно.
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
Воздействие непосредственно через растение

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.

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.
Биотические факторы – это факторы живой природы: растения, микроорганизмы. Они косвенно влияют на минеральное питание растений.

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

МИКОРИЗА

Вопрос 3.
Физиологические основы применения удобрений

Правила и физиологические основы применения удобрений:
1. Удобрения вносятся с таким расчетом, чтобы растения были обеспечены всеми необходимы-ми минеральными элементами.
2. При внесении удобрений должно обеспечи-ваться оптимальное соотношение между мине-ральными элементами (правило сбалансирован-ности 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.

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.

4. Удобрения вносятся своевременно, в соот-ветствии с учетом критических и максималь-ных периодов растения.
5. Внесения удобрений должно сопровож-даться обеспечением других благоприятных условий для растения: оптимального вод-ного, температурного и светового режима.
6. В почву вносятся как органические удоб-рения, которые постепенно отдают химичес-кие вещества при их минерализации, так и минеральные удобрения - они сразу доступ-ны растению.