УДК 631.8
Жук Екатерина Александровна
ООО «Лайф Форс Групп»
ООО «Лайф Форс Групп»
Ключевые слова: макроэлементы; микроэлементы; обмен веществ; фотосинтез; ферменты; минеральное питание; дефицит элементов; биологически активные вещества.
Аннотация.
Каждый питательный элемент, необходимый растениям, выполняет свою определенную роль и нельзя заменить недостаток одного элемента избыточным внесением другого. У разных культур свои потребности, которые различаются на разных стадиях развития.
Дефицит микроэлементов на начальных этапах не имеет визуальных проявлений, но это всегда приводит к снижению урожайности из-за торможения всех биохимических процессов. Элементы минерального питания тесно связаны между собой, они все участвуют в процессах жизнедеятельности растений, но роль каждого из них строго специфична. Это сформулировано в законе Либиха (закон минимума): «Определяющим урожай и его качество является элемент, находящийся в минимуме, независимо от того, в каком количестве он требуется растению».
Поэтому роль микроэлементов в получении высоких и качественных урожаев сельскохозяйственных культур столь же велика, как и основных элементов питания - азота, фосфора и калия.
Введение.
В условиях современного аграрного производства, когда возделываются интенсивные сорта и гибриды, рост урожайности сопровождается дефицитом всех элементов питания. Важными источниками для роста и развития растений являются макро- и микроэлементы.
Макро- и мезоэлементы необходимы растению в достаточно больших количествах, потому что являются «строительным материалом», в первую очередь, для белков. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов и т. п. Нормальное развитие и функционирование как отдельных клеток, так и всего растительного организма невозможно без оптимального обеспечения элементами всех этих групп.
Отсутствие или недостаток любого из элементов, необходимых для роста и размножения, вызывает вполне определенные симптомы голодания. Однако, излишнее поступление макро — и микроэлементов вызывает токсическое действие для растений и употребляющих их людей и животных.
Каждый стресс-фактор приводит к нарушению питания растений — засуха, низкая или высокая температура, влажность почвы или воздуха, уплотненность почвы и плохая воздухопроницаемость, низкий или высокий уровень pH, высокое содержание органических веществ.
Любые почвенно-климатические условия могут влиять на подвижность и усвояемость элементов, и при их достаточном количестве в почве растения не всегда в состоянии использовать их в полной мере.
Нарушение баланса питания — это потери урожая и снижение его качественных показателей. Даже в условиях высокой плодородности почвы не обойтись без дополнительной поддержки питательными элементами.
Применение удобрений с макро- и микроэлементами в системе питания сельскохозяйственных культур позволяет создать благоприятные условия для реализации их генетического потенциала. Оптимизация питательного режима для сельскохозяйственных культур — залог их эффективного развития и высокого урожая.
В результате усвоения углекислоты, воды, минеральных солей в растениях накапливаются сухие вещества. Для образования строительных блоков, из которых состоит растение (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты), необходимо присутствие органогенных элементов: углерода, кислорода, водорода, азота.
Во второй половине 19 века было выяснено, что для нормального роста растениям требуются еще фосфор, калий, кальций, магний, сера и железо. Эта группа элементов, кроме железа, была названа макроэлементами, ввиду присутствия в тканях в значительных количествах — от сотых долей до нескольких процентов сухой массы. Классификация химических элементов в зависимости от содержания в растениях постоянно дополнялась, и в последние годы выделена группа мезоэлементов, к которым отнесены сера, кальций, магний, железо, натрий, алюминий, хлор [1].
Для организации минерального питания растений в условиях сельхозпроизводства, эта классификация достаточно удобна и позволяет адекватно оценить роль тех или других элементов в получении урожая, правильно подобрать методы восполнения их недостатка в почве.
Азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот, хлорофилла, витаминов и других органических соединений. Азот регулирует толщину клеточных стенок, продолжительность фаз формирования клеток.
Содержание азота в растениях в среднем 3−5%, а в белках 16−18% сухой массы. В онтогенезе количество азота увеличивается до цветения, а затем снижается за счёт его потребления созревающими плодами и семенами. Из других органических соединений азота в растениях центральную роль в азотном обмене играют аминокислоты.
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, белков, фосфолипидов, витаминов. В семенах растений его в 3−6 раз больше, чем в стеблях. Поглощаемый, главным образом, в виде органофосфатов, фосфор жизненно важен для деления клеток, фотосинтетических и дыхательных реакций. В обмене веществ фосфор регулирует энергообмен, т.к. с присоединением фосфора к органическому веществу образуется макроэргическая связь, энергия которой используется для активирования молекул. Хорошее питание фосфором ускоряет формирование корней, благоприятствует оттоку питательных веществ в плоды, повышает зимостойкость, засухоустойчивость, ускоряет развитие и дозревание растений.
Фосфор, как правило, находится в дефиците в изветскованных (pH 7,5−8,2), сильно кислых почвах (pH <5,5) или почвах, бедных органическими веществами. Фосфор малоподвижен в почве и наименее доступен для проростков со слабо развитой корневой системой.
Калий, являясь, наряду с азотом и фосфором, основным элементом питания, влияет на накопление в растениях крахмала, сахара, участвует в азотном обмене и синтезе белка. При хорошем калийном питании повышается засухоустойчивость, морозостойкость растений, улучшает подвижность питательных веществ и воды.
Калий повышает прочность стеблей, устойчивость к полеганию, уменьшает поражаемость грибными болезнями, улучшает использование солнечно энергии и отток ассимилятов, снижает транспирацию и поддерживает тургорное состояние клеток.
Кроме того, калий в растениях: повышает фотосинтетическую активность и способствует накоплению продуктов фотосинтеза; активизирует функционирование свыше 60 ферментов и ферментных систем; повышает скорость усвоения азота, образование белка и снижает содержание нитратов; оптимизирует кислотно-щелочной баланс; усиливает синтез целлюлозы и пектиновых веществ, что увеличивает толщину клеточных стенок, повышая прочность тканей; усиливает азотфиксацию и способствует формированию клубеньков на корнях бобовых культур; снижает интенсивность транспирации и повышает водоудерживащую способность листьев.
Практически все физиологические процессы в растениях обеспечиваются микроэлементами (марганец, цинк, медь, кобальт, бор, молибден, железо), а мезоэлемент серу ставят на 3 место по значимости в жизни растений после азота и фосфора [2].
Не выступая источниками энергии, микроэлементы входят в состав ферментов, коферментов, гормонов, витаминов, участвуют в процессах дыхания, передачи генетической информации, поглощения, транспорта, обмена, окисления-восстановления. Микроэлементы обеспечивают нормальное развитие, регулируя ход и скорость биосинтеза органических соединений [3].
Сера в виде отдельного элемента не обладает биологическим значением, она выступает составной частью всех белков и входит в состав трех незаменимых аминокислот (цистеина, цистина, метионина), ферментов, гормонов, а также биологически активных веществ.
В растениях сера участвует в таких жизненно важных процессах, как дыхание, фотосинтез, синтез белков и масел, первичная ассимиляция азота из почвы. Усиливая развитие у бобовых клубеньковых бактерий, способствует фиксации азота из атмосферы. Сера задействована не только в переносе энергии, но и защищает клетки и ткани от окисления, выполняя детоксикационную функцию [4].
Сера слабо реутилизируется, поэтому ее недостаток преимущественно сказывается на молодых листьях в виде осветления зеленой окраски. Серное и азотное голодание довольно схожи, но из-за возможности перемещения азота по тканям, старые листья сильнее реагируют на дефицит, что приводит к сбрасыванию листьев.
Чем выше уровень азотного питания, тем больше потребность в сере. Избыток серы более вреден, чем ее недостаток. При избытке серы, который проявляется на засоленных почвах, наступает угнетение и даже гибель растения [5].
Дефицит серы нередко становится лимитирующим фактором роста урожайности и качества урожая ряда культур. По данным многих учёных доступная сера от общего содержания серы в почве составляет 5−25%. Недостаток серы для растения приводит к снижению фотосинтеза до 40%.
Существует мнение, что 1 единица серы позволяет лучше усваивать 15 единиц азота. Отношение потребляемой серы к фосфору составляет примерно 1:2 у ржи и картофеля, 3:4 у пшеницы, ячменя и кукурузы, люцерны, клевера, 1:1 у проса, овса и свёклы, 2:1 у турнепса и капусты.
Марганец является составной частью растительных организмов, он участвует в фотосинтезе, дыхании и ассимиляции азота, водоудержании в клетках (транспирации), влияет на обмен веществ в процессе минерального питания, активизирует работу ферментов.
Важна роль марганца как окислителя, для усвоения аммиачного азота, и как восстановителя для усвоения нитратного азота, в результате чего ускоряется синтез органических веществ. Этот микроэлемент участвует в синтезе РНК, регулируя генетическую функцию растений [6,7].
От дефицита марганца, в первую очередь, страдают молодые листья: злаковые поражаются серой пятнистостью (межжилковый хлороз), семена бобовых покрываются черными или коричневыми пятнами.
Нарушение процесса фотосинтеза приводит к хлорозу тканей листьев с последующим их отмиранием, что приводит к отсутствию плодоношения [8]. При избытке элемента, его токсичность приводит к угнетению растений, замедляются обменные процессы, приостанавливается рост, листья мельчают, проявляется хлороз, стебли становятся ломкими, нарушается закладка генеративных органов, оплодотворение и налив зерна [9,10].
Цинк жизненно необходим для всех растений, он служит активатором многих ферментативных систем. Цинк участвует в фиксации углекислого газа, влияет на белковый, липоидный и фосфорный обмен, усиливает рост, способствуя синтезу ауксинов и витаминов. При достаточном его содержании растение становится более устойчивым к неблагоприятным условиям, а также грибковым и бактериальным заболеваниям [11].
Молодые почки и растения больше нуждаются в цинке, в стеблях его содержится меньше. При дефиците тормозится образование хлорофилла, белков, сахаров, проявляется редуцированный рост побегов и мелколиственность, формируются укороченные междоузлия, листовая пластина деформируется, развивается хлороз. Наиболее чувствительна к дефициту цинка кукуруза, плодовые растения, соя и картофель [12].
Токсичность элемента приводит к снижению урожайности, также как и при его недостатке, нарушаются процессы метаболизма, задерживаются рост и развитие, наступает быстрое физиологическое старение, понижается содержание хлорофилла.
При больших концентрациях цинка появляется дефицит фосфора в виде изменения окраски листьев на красновато-бурую, проявляется эффект антагонизма между элементами [13]. Нормальное содержание цинка в растениях составляет 20−60 мг/кг, а при 300 мг/кг они испытывают вредное воздействие [14].
Кобальт в растениях усиливает интенсивность дыхания и фотосинтеза, способствуя образованию хлорофилла, белков, углеводов. Положительно влияние его на азотфиксирующую способность растений, образование в клубеньках и листьях бобовых культур. Кобальт повышает общее содержание воды в растении, благодаря чему улучшается устойчивость культур к засухе.
Он также участвует в ауксиновом обмене, стимулируя рост растений. Накапливаясь в пыльце, кобальт ускоряет ее прорастание. Недостаток кобальта в растениях укорачивает цикл развития культур, а низкая активность клубеньков и фиксация атмосферного азота приводят к снижению урожайности. При низком уровне содержания кобальта заметны признаки хлороза, особенно у бобовых [15].
Бор легко вступает в химические соединения почти со всеми элементами, участвует в поддержании структур сложных биополимерных комплексов — белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот. Бор участвует, прежде всего, в метаболизме углеводов и переносе сахаров через клеточные мембраны, повышает водоудерживающую силу клеток, способствует интенсивности фотосинтеза и образованию азотфиксирующих клубеньков. Бор важен для опыления и оплодотворения цветков, так как отвечает за жизнеспособность пыльцы и быстрое ее прорастание [16].
Симптомы борного голодания проявляются в виде черных некротических пятен на молодых листьях и точках роста. Разрушение клеток приводит к нарушениям анатомического строения, деградирует проводящая система растений и подача воды, тормозится рост стеблей.
Дефицит бора приводит к замедлению углеводного и белкового обмена, снижению азотфиксации. Слабое развитие ксилемы (водопроводящей системы) клеток снижает засухоустойчивость и интенсивность транспирации, что угнетает формирование репродуктивных органов и снижению плодоношения.
Наиболее чувствительны к недостатку бора подсолнечник, бобовые и капустные. Дефицит этого элемента приводит к снижению урожайности и сахаристости свекловичного сырья [17]. Симптомы избытка бора на начальной стадии — темно-зеленая окраска и вялость листьев, в дальнейшем наблюдается хлороз и гниение ростовых точек.
Для некоторых растений чувствительно даже небольшое превышение необходимого содержания бора. Так, при содержании подвижного бора в почве 3 мг/кг горох и просо снижали свою урожайность, накапливая его в количестве 52,7 и 55,1 мг/кг надземной массы. Для ячменя и люцерны токсический уровень содержания в почве 6 и 13 мг/кг, а в надземной массе 200 и 500 мг/кг. Разница между недостатком и избытком бора очень небольшая: при дозе бора 2 мг/кг урожайность ячменя повышалась на 4%, а при 5 мг/кг — снижалась на 4% [18].
Кальций необходим для нормального роста растений и развития корней. В молодых клетках он локализован в цитоплазме, в старых — в клеточном соке. Кальций содержится в хромосомах для связывания ДНК с белками ядра. Он также содержится в рибосомах, хлоропластах, митохондриях. Кальций образует нерастворимые соли щавелевой и пектиновой кислот, ядовитых для растения.
В условиях современного аграрного производства, когда возделываются интенсивные сорта и гибриды, рост урожайности сопровождается дефицитом всех элементов питания. Важными источниками для роста и развития растений являются макро- и микроэлементы.
Макро- и мезоэлементы необходимы растению в достаточно больших количествах, потому что являются «строительным материалом», в первую очередь, для белков. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов и т. п. Нормальное развитие и функционирование как отдельных клеток, так и всего растительного организма невозможно без оптимального обеспечения элементами всех этих групп.
Отсутствие или недостаток любого из элементов, необходимых для роста и размножения, вызывает вполне определенные симптомы голодания. Однако, излишнее поступление макро — и микроэлементов вызывает токсическое действие для растений и употребляющих их людей и животных.
Каждый стресс-фактор приводит к нарушению питания растений — засуха, низкая или высокая температура, влажность почвы или воздуха, уплотненность почвы и плохая воздухопроницаемость, низкий или высокий уровень pH, высокое содержание органических веществ.
Любые почвенно-климатические условия могут влиять на подвижность и усвояемость элементов, и при их достаточном количестве в почве растения не всегда в состоянии использовать их в полной мере.
Нарушение баланса питания — это потери урожая и снижение его качественных показателей. Даже в условиях высокой плодородности почвы не обойтись без дополнительной поддержки питательными элементами.
Применение удобрений с макро- и микроэлементами в системе питания сельскохозяйственных культур позволяет создать благоприятные условия для реализации их генетического потенциала. Оптимизация питательного режима для сельскохозяйственных культур — залог их эффективного развития и высокого урожая.
В результате усвоения углекислоты, воды, минеральных солей в растениях накапливаются сухие вещества. Для образования строительных блоков, из которых состоит растение (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты), необходимо присутствие органогенных элементов: углерода, кислорода, водорода, азота.
Во второй половине 19 века было выяснено, что для нормального роста растениям требуются еще фосфор, калий, кальций, магний, сера и железо. Эта группа элементов, кроме железа, была названа макроэлементами, ввиду присутствия в тканях в значительных количествах — от сотых долей до нескольких процентов сухой массы. Классификация химических элементов в зависимости от содержания в растениях постоянно дополнялась, и в последние годы выделена группа мезоэлементов, к которым отнесены сера, кальций, магний, железо, натрий, алюминий, хлор [1].
Для организации минерального питания растений в условиях сельхозпроизводства, эта классификация достаточно удобна и позволяет адекватно оценить роль тех или других элементов в получении урожая, правильно подобрать методы восполнения их недостатка в почве.
Азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот, хлорофилла, витаминов и других органических соединений. Азот регулирует толщину клеточных стенок, продолжительность фаз формирования клеток.
Содержание азота в растениях в среднем 3−5%, а в белках 16−18% сухой массы. В онтогенезе количество азота увеличивается до цветения, а затем снижается за счёт его потребления созревающими плодами и семенами. Из других органических соединений азота в растениях центральную роль в азотном обмене играют аминокислоты.
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, белков, фосфолипидов, витаминов. В семенах растений его в 3−6 раз больше, чем в стеблях. Поглощаемый, главным образом, в виде органофосфатов, фосфор жизненно важен для деления клеток, фотосинтетических и дыхательных реакций. В обмене веществ фосфор регулирует энергообмен, т.к. с присоединением фосфора к органическому веществу образуется макроэргическая связь, энергия которой используется для активирования молекул. Хорошее питание фосфором ускоряет формирование корней, благоприятствует оттоку питательных веществ в плоды, повышает зимостойкость, засухоустойчивость, ускоряет развитие и дозревание растений.
Фосфор, как правило, находится в дефиците в изветскованных (pH 7,5−8,2), сильно кислых почвах (pH <5,5) или почвах, бедных органическими веществами. Фосфор малоподвижен в почве и наименее доступен для проростков со слабо развитой корневой системой.
Калий, являясь, наряду с азотом и фосфором, основным элементом питания, влияет на накопление в растениях крахмала, сахара, участвует в азотном обмене и синтезе белка. При хорошем калийном питании повышается засухоустойчивость, морозостойкость растений, улучшает подвижность питательных веществ и воды.
Калий повышает прочность стеблей, устойчивость к полеганию, уменьшает поражаемость грибными болезнями, улучшает использование солнечно энергии и отток ассимилятов, снижает транспирацию и поддерживает тургорное состояние клеток.
Кроме того, калий в растениях: повышает фотосинтетическую активность и способствует накоплению продуктов фотосинтеза; активизирует функционирование свыше 60 ферментов и ферментных систем; повышает скорость усвоения азота, образование белка и снижает содержание нитратов; оптимизирует кислотно-щелочной баланс; усиливает синтез целлюлозы и пектиновых веществ, что увеличивает толщину клеточных стенок, повышая прочность тканей; усиливает азотфиксацию и способствует формированию клубеньков на корнях бобовых культур; снижает интенсивность транспирации и повышает водоудерживащую способность листьев.
Практически все физиологические процессы в растениях обеспечиваются микроэлементами (марганец, цинк, медь, кобальт, бор, молибден, железо), а мезоэлемент серу ставят на 3 место по значимости в жизни растений после азота и фосфора [2].
Не выступая источниками энергии, микроэлементы входят в состав ферментов, коферментов, гормонов, витаминов, участвуют в процессах дыхания, передачи генетической информации, поглощения, транспорта, обмена, окисления-восстановления. Микроэлементы обеспечивают нормальное развитие, регулируя ход и скорость биосинтеза органических соединений [3].
Сера в виде отдельного элемента не обладает биологическим значением, она выступает составной частью всех белков и входит в состав трех незаменимых аминокислот (цистеина, цистина, метионина), ферментов, гормонов, а также биологически активных веществ.
В растениях сера участвует в таких жизненно важных процессах, как дыхание, фотосинтез, синтез белков и масел, первичная ассимиляция азота из почвы. Усиливая развитие у бобовых клубеньковых бактерий, способствует фиксации азота из атмосферы. Сера задействована не только в переносе энергии, но и защищает клетки и ткани от окисления, выполняя детоксикационную функцию [4].
Сера слабо реутилизируется, поэтому ее недостаток преимущественно сказывается на молодых листьях в виде осветления зеленой окраски. Серное и азотное голодание довольно схожи, но из-за возможности перемещения азота по тканям, старые листья сильнее реагируют на дефицит, что приводит к сбрасыванию листьев.
Чем выше уровень азотного питания, тем больше потребность в сере. Избыток серы более вреден, чем ее недостаток. При избытке серы, который проявляется на засоленных почвах, наступает угнетение и даже гибель растения [5].
Дефицит серы нередко становится лимитирующим фактором роста урожайности и качества урожая ряда культур. По данным многих учёных доступная сера от общего содержания серы в почве составляет 5−25%. Недостаток серы для растения приводит к снижению фотосинтеза до 40%.
Существует мнение, что 1 единица серы позволяет лучше усваивать 15 единиц азота. Отношение потребляемой серы к фосфору составляет примерно 1:2 у ржи и картофеля, 3:4 у пшеницы, ячменя и кукурузы, люцерны, клевера, 1:1 у проса, овса и свёклы, 2:1 у турнепса и капусты.
Марганец является составной частью растительных организмов, он участвует в фотосинтезе, дыхании и ассимиляции азота, водоудержании в клетках (транспирации), влияет на обмен веществ в процессе минерального питания, активизирует работу ферментов.
Важна роль марганца как окислителя, для усвоения аммиачного азота, и как восстановителя для усвоения нитратного азота, в результате чего ускоряется синтез органических веществ. Этот микроэлемент участвует в синтезе РНК, регулируя генетическую функцию растений [6,7].
От дефицита марганца, в первую очередь, страдают молодые листья: злаковые поражаются серой пятнистостью (межжилковый хлороз), семена бобовых покрываются черными или коричневыми пятнами.
Нарушение процесса фотосинтеза приводит к хлорозу тканей листьев с последующим их отмиранием, что приводит к отсутствию плодоношения [8]. При избытке элемента, его токсичность приводит к угнетению растений, замедляются обменные процессы, приостанавливается рост, листья мельчают, проявляется хлороз, стебли становятся ломкими, нарушается закладка генеративных органов, оплодотворение и налив зерна [9,10].
Цинк жизненно необходим для всех растений, он служит активатором многих ферментативных систем. Цинк участвует в фиксации углекислого газа, влияет на белковый, липоидный и фосфорный обмен, усиливает рост, способствуя синтезу ауксинов и витаминов. При достаточном его содержании растение становится более устойчивым к неблагоприятным условиям, а также грибковым и бактериальным заболеваниям [11].
Молодые почки и растения больше нуждаются в цинке, в стеблях его содержится меньше. При дефиците тормозится образование хлорофилла, белков, сахаров, проявляется редуцированный рост побегов и мелколиственность, формируются укороченные междоузлия, листовая пластина деформируется, развивается хлороз. Наиболее чувствительна к дефициту цинка кукуруза, плодовые растения, соя и картофель [12].
Токсичность элемента приводит к снижению урожайности, также как и при его недостатке, нарушаются процессы метаболизма, задерживаются рост и развитие, наступает быстрое физиологическое старение, понижается содержание хлорофилла.
При больших концентрациях цинка появляется дефицит фосфора в виде изменения окраски листьев на красновато-бурую, проявляется эффект антагонизма между элементами [13]. Нормальное содержание цинка в растениях составляет 20−60 мг/кг, а при 300 мг/кг они испытывают вредное воздействие [14].
Кобальт в растениях усиливает интенсивность дыхания и фотосинтеза, способствуя образованию хлорофилла, белков, углеводов. Положительно влияние его на азотфиксирующую способность растений, образование в клубеньках и листьях бобовых культур. Кобальт повышает общее содержание воды в растении, благодаря чему улучшается устойчивость культур к засухе.
Он также участвует в ауксиновом обмене, стимулируя рост растений. Накапливаясь в пыльце, кобальт ускоряет ее прорастание. Недостаток кобальта в растениях укорачивает цикл развития культур, а низкая активность клубеньков и фиксация атмосферного азота приводят к снижению урожайности. При низком уровне содержания кобальта заметны признаки хлороза, особенно у бобовых [15].
Бор легко вступает в химические соединения почти со всеми элементами, участвует в поддержании структур сложных биополимерных комплексов — белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот. Бор участвует, прежде всего, в метаболизме углеводов и переносе сахаров через клеточные мембраны, повышает водоудерживающую силу клеток, способствует интенсивности фотосинтеза и образованию азотфиксирующих клубеньков. Бор важен для опыления и оплодотворения цветков, так как отвечает за жизнеспособность пыльцы и быстрое ее прорастание [16].
Симптомы борного голодания проявляются в виде черных некротических пятен на молодых листьях и точках роста. Разрушение клеток приводит к нарушениям анатомического строения, деградирует проводящая система растений и подача воды, тормозится рост стеблей.
Дефицит бора приводит к замедлению углеводного и белкового обмена, снижению азотфиксации. Слабое развитие ксилемы (водопроводящей системы) клеток снижает засухоустойчивость и интенсивность транспирации, что угнетает формирование репродуктивных органов и снижению плодоношения.
Наиболее чувствительны к недостатку бора подсолнечник, бобовые и капустные. Дефицит этого элемента приводит к снижению урожайности и сахаристости свекловичного сырья [17]. Симптомы избытка бора на начальной стадии — темно-зеленая окраска и вялость листьев, в дальнейшем наблюдается хлороз и гниение ростовых точек.
Для некоторых растений чувствительно даже небольшое превышение необходимого содержания бора. Так, при содержании подвижного бора в почве 3 мг/кг горох и просо снижали свою урожайность, накапливая его в количестве 52,7 и 55,1 мг/кг надземной массы. Для ячменя и люцерны токсический уровень содержания в почве 6 и 13 мг/кг, а в надземной массе 200 и 500 мг/кг. Разница между недостатком и избытком бора очень небольшая: при дозе бора 2 мг/кг урожайность ячменя повышалась на 4%, а при 5 мг/кг — снижалась на 4% [18].
Кальций необходим для нормального роста растений и развития корней. В молодых клетках он локализован в цитоплазме, в старых — в клеточном соке. Кальций содержится в хромосомах для связывания ДНК с белками ядра. Он также содержится в рибосомах, хлоропластах, митохондриях. Кальций образует нерастворимые соли щавелевой и пектиновой кислот, ядовитых для растения.
Заключение.
Все элементы, участвующие в минеральном питании растений, принято классифицировать в зависимости от их содержания в растениях и в почве. Обычно их разделяют на макроэлементы и микроэлементы. По этой классификации, элементы, содержание которых в перерасчете на сухое вещество составляет от сотых долей процента до нескольких десятков процентов, являются макроэлементами.
Те элементы, содержание которых не превышает тысячных долей процента, относят к микроэлементам. Если придерживаться уточненной классификации, то к макроэлементам относятся азот, фосфор и калий, к мезоэлементам – сера, кальций, магний, к микроэлементам – бор, молибден, цинк, медь, кобальт, марганец, барий, кремний, хлор, натрий, титан, серебро, ванадий, железо, никель, селен, литий, йод, алюминий.
Важно понимать, что каждый питательный элемент, необходимый растениям, выполняет свою определенную роль и нельзя заменить недостаток одного элемента избыточным внесением другого.
Дефицит микроэлементов на начальных этапах не имеет визуальных проявлений, но это всегда приводит к снижению урожайности из-за торможения всех биохимических процессов.
Наличие достаточного количества питательных веществ в почве не дает гарантии их попадания в растения. Усваиваемость элементов питания культурами зависит от многих факторов, как внутренних, так и внешних. Прежде всего, каждое растение испытывает потребность в определенном наборе химических соединений, который связан с типом культуры, ее фазой развития и индивидуальными особенностями.
У каждой культуры свои потребности, которые различаются на разных стадиях развития. Поэтому очень важно, что и когда нужно растению и вовремя восполнить дефицит. Прорастающим побегам необходимо железо, цинк и магний. В период вегетативного роста необходимо дополнить комплекс медью. Во время цветения, завязывания плодов и налива зерна культурам нужны железо и бор. А после плодоношения и в период подготовки к зиме следует использовать составы с содержанием меди и молибдена.
Макро- и микроэлементы оказывают влияние друг на друга, в результате их биодоступность для растений меняется. Переизбыток фосфора приводит к нехватке цинка и образованию фосфатов меди и железа – то есть недоступности этих металлов для растений. Переизбыток серы уменьшает усвояемость молибдена. Излишек марганца приводит к хлорозу, вызванного недостатком железа. Высокие концентрации меди приводят к нехватке железа. При дефиците B нарушается всасываемость кальция.
Недостаток Сu, Zn, Mn, B, Fe, Co в почве ослабляет растения, многие реакции обмена протекают в замедленном темпе, происходит отклонение от нормы в росте и развитии, что в конечном итоге влияет на величину урожая. Особенно опасны недостаток бора у свеклы и цветной капусты (гниль сердечка, бурая красная гниль), у зерновых колосовых злаков - меди (скручивание и засыхание кончиков листьев), цинка — у растений кукурузы (белостебельность).
Элементы минерального питания тесно связаны между собой, они все участвуют в процессах жизнедеятельности растений, но роль каждого из них строго специфична. Это сформулировано в законе Либиха (закон минимума): «Определяющим урожай и его качество является элемент, находящийся в минимуме, независимо от того, в каком количестве он требуется растению». Поэтому роль микроэлементов в получении высоких и качественных урожаев сельскохозяйственных культур столь же велика, как и основных элементов питания - азота, фосфора и калия.
Все элементы, участвующие в минеральном питании растений, принято классифицировать в зависимости от их содержания в растениях и в почве. Обычно их разделяют на макроэлементы и микроэлементы. По этой классификации, элементы, содержание которых в перерасчете на сухое вещество составляет от сотых долей процента до нескольких десятков процентов, являются макроэлементами.
Те элементы, содержание которых не превышает тысячных долей процента, относят к микроэлементам. Если придерживаться уточненной классификации, то к макроэлементам относятся азот, фосфор и калий, к мезоэлементам – сера, кальций, магний, к микроэлементам – бор, молибден, цинк, медь, кобальт, марганец, барий, кремний, хлор, натрий, титан, серебро, ванадий, железо, никель, селен, литий, йод, алюминий.
Важно понимать, что каждый питательный элемент, необходимый растениям, выполняет свою определенную роль и нельзя заменить недостаток одного элемента избыточным внесением другого.
Дефицит микроэлементов на начальных этапах не имеет визуальных проявлений, но это всегда приводит к снижению урожайности из-за торможения всех биохимических процессов.
Наличие достаточного количества питательных веществ в почве не дает гарантии их попадания в растения. Усваиваемость элементов питания культурами зависит от многих факторов, как внутренних, так и внешних. Прежде всего, каждое растение испытывает потребность в определенном наборе химических соединений, который связан с типом культуры, ее фазой развития и индивидуальными особенностями.
У каждой культуры свои потребности, которые различаются на разных стадиях развития. Поэтому очень важно, что и когда нужно растению и вовремя восполнить дефицит. Прорастающим побегам необходимо железо, цинк и магний. В период вегетативного роста необходимо дополнить комплекс медью. Во время цветения, завязывания плодов и налива зерна культурам нужны железо и бор. А после плодоношения и в период подготовки к зиме следует использовать составы с содержанием меди и молибдена.
Макро- и микроэлементы оказывают влияние друг на друга, в результате их биодоступность для растений меняется. Переизбыток фосфора приводит к нехватке цинка и образованию фосфатов меди и железа – то есть недоступности этих металлов для растений. Переизбыток серы уменьшает усвояемость молибдена. Излишек марганца приводит к хлорозу, вызванного недостатком железа. Высокие концентрации меди приводят к нехватке железа. При дефиците B нарушается всасываемость кальция.
Недостаток Сu, Zn, Mn, B, Fe, Co в почве ослабляет растения, многие реакции обмена протекают в замедленном темпе, происходит отклонение от нормы в росте и развитии, что в конечном итоге влияет на величину урожая. Особенно опасны недостаток бора у свеклы и цветной капусты (гниль сердечка, бурая красная гниль), у зерновых колосовых злаков - меди (скручивание и засыхание кончиков листьев), цинка — у растений кукурузы (белостебельность).
Элементы минерального питания тесно связаны между собой, они все участвуют в процессах жизнедеятельности растений, но роль каждого из них строго специфична. Это сформулировано в законе Либиха (закон минимума): «Определяющим урожай и его качество является элемент, находящийся в минимуме, независимо от того, в каком количестве он требуется растению». Поэтому роль микроэлементов в получении высоких и качественных урожаев сельскохозяйственных культур столь же велика, как и основных элементов питания - азота, фосфора и калия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шеуджен А.Х., Онищенко Л.М., Прокопенко В.В. / Удобрения, почвенные грунты и регуляторы роста растений. // Адыгея, 2005. 404 с.
2. Аристархов А.Н. / Сера в агросистемах России: мониторинг содержания в почвах и эффективность ее применения // Международный сельскохозяйственный журнал. 2016. № 5. С. 39-47.
3. Протасова Н.А. / Микроэлементы (Cr, V,Ni, Mn, Zn, Cu, Co, Ti, Zr, Ga, Be, Sr, Ba, B, I, Mo) в черноземах и серых лесных почвах Центрального. // Воронеж, 2003. 368 с.
4. Sulfur metabolism in plants: Mechanisms and application to food security, and responses to climate change / L. J. De Kok, M. Tausz, M. J. Hawkesford et al. Dordrecht, 2012. 284 p.
5. Маслова И.Я. / Оптимизация питания яровой пшеницы серой // Земледелие. 2010. № 1. С.16-17.
6. Teng Y., Li J, Wu J. et al. Environmental distribution and associated human health risk due to trace elements and organic compounds in soil in Jiangxi province, China // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2015. Vol. 122. P. 406-416.
7. Mendel R.R. Cell biology of molybdenum in plants // Plant Cell Reports. 2011. Vol. 30. № 10. P. 1787-1797.
8. Kovacik J., Dresler S., Wojciak-Kosior M. et al. Metabolic changes indused by manganes in chamomile // Plant Physiology and Biochemistry. 2016. Vol. 47. № 2. P. 293-302.
9. Kulal C., Padhi R.K., Venkatraj K. et.al. Study on trace elements concentration in medicinal plants using EDXRF technique // Biological Trace Element Reseach. 2020. Vol. 198. P. 293-302.
10. Лисник С.С., Корецкая Ю.Л. / Активность нитратредуктазы, пероксидазы и содержание пролина в листьях сахарной свеклы при избытке марганца в среде // Сборник материалов Всерос. науч. конф. с международным участием и школы молодых ученых. // Иркутск, 2018. С. 466-470.
11. Битюцкий Н.П. / Микроэлементы высших растений. // СПб., 2011. 368 с.
12. Фролова О.А., Тафеева Е.А., Бочаров Е.П. / Региональные особенности содержания цинка в почвах и продуктах растительного и животного // Гигиена и санитария. 2017. Т. 96. № 3. С. 226-229.
13. Ospina-Alvarez N., Glaz N., Dmowski K. et.al. Mobility of toxic elements in carbonate sediments from a mining area in Poland // Environ Chem Lett. 2014. Vol. 12. № 3. P. 435-441.
14. Жуйков Д.В. / Мониторинг содержания микроэлементов (Mn, Zn, Co) в агроценозах юго-западной части центрально-черноземного района России // Земледелие. 2020. № 5. С. 9-13.
15. Панасин В.И., Шатохин А.Ю., Рымаренко Д.А. / Эколого-агрохимические аспекты распространения кобальта в почвах сельскохозяйственных угодий Калининградской области // Плодородие. 2015. № 5(86). С. 22-24.
16. Хижняк Р.М. / Кобальт в черноземах Белгородской области // Достижения науки и техники АПК. 2013. № 4. С.7-8.
17. Alexeev S.V., Alexeeva L.P., Kononov A.M. / Trace elements and rare earth elements in ground ice in kimberlites and sedimentary rocks of Western Yakutia // Cold Regions Science and Technology. 2016. Vol. 123. P. 140-148.
18. Спицина С.Ф., Томаровский А.А., Оствальд Г.В. / Поведение бора в системе почва-растение на территориях сухой, засушливой и умеренно-засушливой степи Алтайского края // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2015. № 11(133). С. 30-35.
1. Шеуджен А.Х., Онищенко Л.М., Прокопенко В.В. / Удобрения, почвенные грунты и регуляторы роста растений. // Адыгея, 2005. 404 с.
2. Аристархов А.Н. / Сера в агросистемах России: мониторинг содержания в почвах и эффективность ее применения // Международный сельскохозяйственный журнал. 2016. № 5. С. 39-47.
3. Протасова Н.А. / Микроэлементы (Cr, V,Ni, Mn, Zn, Cu, Co, Ti, Zr, Ga, Be, Sr, Ba, B, I, Mo) в черноземах и серых лесных почвах Центрального. // Воронеж, 2003. 368 с.
4. Sulfur metabolism in plants: Mechanisms and application to food security, and responses to climate change / L. J. De Kok, M. Tausz, M. J. Hawkesford et al. Dordrecht, 2012. 284 p.
5. Маслова И.Я. / Оптимизация питания яровой пшеницы серой // Земледелие. 2010. № 1. С.16-17.
6. Teng Y., Li J, Wu J. et al. Environmental distribution and associated human health risk due to trace elements and organic compounds in soil in Jiangxi province, China // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2015. Vol. 122. P. 406-416.
7. Mendel R.R. Cell biology of molybdenum in plants // Plant Cell Reports. 2011. Vol. 30. № 10. P. 1787-1797.
8. Kovacik J., Dresler S., Wojciak-Kosior M. et al. Metabolic changes indused by manganes in chamomile // Plant Physiology and Biochemistry. 2016. Vol. 47. № 2. P. 293-302.
9. Kulal C., Padhi R.K., Venkatraj K. et.al. Study on trace elements concentration in medicinal plants using EDXRF technique // Biological Trace Element Reseach. 2020. Vol. 198. P. 293-302.
10. Лисник С.С., Корецкая Ю.Л. / Активность нитратредуктазы, пероксидазы и содержание пролина в листьях сахарной свеклы при избытке марганца в среде // Сборник материалов Всерос. науч. конф. с международным участием и школы молодых ученых. // Иркутск, 2018. С. 466-470.
11. Битюцкий Н.П. / Микроэлементы высших растений. // СПб., 2011. 368 с.
12. Фролова О.А., Тафеева Е.А., Бочаров Е.П. / Региональные особенности содержания цинка в почвах и продуктах растительного и животного // Гигиена и санитария. 2017. Т. 96. № 3. С. 226-229.
13. Ospina-Alvarez N., Glaz N., Dmowski K. et.al. Mobility of toxic elements in carbonate sediments from a mining area in Poland // Environ Chem Lett. 2014. Vol. 12. № 3. P. 435-441.
14. Жуйков Д.В. / Мониторинг содержания микроэлементов (Mn, Zn, Co) в агроценозах юго-западной части центрально-черноземного района России // Земледелие. 2020. № 5. С. 9-13.
15. Панасин В.И., Шатохин А.Ю., Рымаренко Д.А. / Эколого-агрохимические аспекты распространения кобальта в почвах сельскохозяйственных угодий Калининградской области // Плодородие. 2015. № 5(86). С. 22-24.
16. Хижняк Р.М. / Кобальт в черноземах Белгородской области // Достижения науки и техники АПК. 2013. № 4. С.7-8.
17. Alexeev S.V., Alexeeva L.P., Kononov A.M. / Trace elements and rare earth elements in ground ice in kimberlites and sedimentary rocks of Western Yakutia // Cold Regions Science and Technology. 2016. Vol. 123. P. 140-148.
18. Спицина С.Ф., Томаровский А.А., Оствальд Г.В. / Поведение бора в системе почва-растение на территориях сухой, засушливой и умеренно-засушливой степи Алтайского края // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2015. № 11(133). С. 30-35.
REFERENCES
1. Sheudzhen A.Kh., Onishchenko L.M., Prokopenko V.V. / Fertilizers, soils and plant growth regulators. Adygea, 2005. 404 p.
2. Aristarkhov A.N. / Sulfur in the agrosystems of Russia: monitoring the content in soils and the effectiveness of its use. International Agricultural Journal. 2016; 5: 39-47.
3. Protasova N.A. / Trace elements (Cr, V, Ni, Mn, Zn, Cu, Co, Ti, Zr, Ga, Be, Sr, Ba, B, I, Mo) in chernozems and gray forest soils of the Central. // Voronezh, 2003. 368 p.
4. Sulfur metabolism in plants: Mechanisms and application to food security, and responses to climate change / L. J. De Kok, M. Tausz, M. J. Hawkesford et al. Dordrecht, 2012. 284 p.
5. Maslova I.Ya. Optimization of nutrition of spring gray wheat. Agriculture. 2010; 1: 16-17.
6. Teng Y., Li J, Wu J. et al. Environmental distribution and associated human health risk due to trace elements and organic compounds in soil in Jiangxi province, China. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2015; 122: 406-416.
7. Mendel R.R. Cell biology of molybdenum in plants. Plant Cell Reports. 2011; 30; 10: 1787-1797.
8. Kovacik J., Dresler S., Wojciak-Kosior M. et al. Metabolic changes induced by manganes in chamomile. Plant Physiology and Biochemistry. 2016; 47; 2: 293-302.
9. Kulal C., Padhi R.K., Venkatraj K. et.al. Study on trace elements concentration in medical plants using EDXRF technique. Biological Trace Element Research. 2020; 198: 293-302.
10. Lisnik S.S., Koretskaya Yu.L. Activity of nitrate reductase, peroxidase and proline content in sugar beet leaves with an excess of manganese in the medium. Irkutsk, 2018: 466-470.
11. Bityutsky N.P. Microelements of higher plants. SPb., 2011. 368 p.
12. Frolova O.A., Tafeeva E.A., Bocharov E.P. Regional features of zinc content in soils and plant and animal products. Hygiene and Sanitation. 2017; 96; 3: 226-229.
13. Ospina-Alvarez N., Glaz N., Dmowski K. et.al. Mobility of toxic elements in carbonate sediments from a mining area in Poland. Environ Chem Lett. 2014; 12; 3: 435-441.
14. Zhuikov D.V. Monitoring of the content of microelements (Mn, Zn, Co) in agrocenoses of the south-western part of the Central Chernozem region of Russia. Agriculture. 2020; 5: 9-13.
15. Panasin V.I., Shatokhin A.Yu., Rymarenko D.A. Ecological and agrochemical aspects of the distribution of cobalt in the soils of agricultural lands of the Kaliningrad region. Soil Fertility. 2015; 5(86): 22-24.
16. Khizhnyak R.M. Cobalt in the chernozems of the Belgorod region. Achievements of science and technology of the AIC. 2013; 4: 7-8.
17. Alexeev S.V., Alexeeva L.P., Kononov A.M. Trace elements and rare earth elements in ground ice in kimberlites and sedimentary rocks of Western Yakutia. Cold Regions Science and Technology. 2016; 123: P. 140-148.
18. Spitsina S.F., Tomarovsky A.A., Ostvald G.V. Boron behavior in the soil-plant system in the territories of the dry, arid and moderately arid steppe of the Altai Territory. Bulletin of the Altai State Agrarian University. 2015; 11(133): 30-35.
1. Sheudzhen A.Kh., Onishchenko L.M., Prokopenko V.V. / Fertilizers, soils and plant growth regulators. Adygea, 2005. 404 p.
2. Aristarkhov A.N. / Sulfur in the agrosystems of Russia: monitoring the content in soils and the effectiveness of its use. International Agricultural Journal. 2016; 5: 39-47.
3. Protasova N.A. / Trace elements (Cr, V, Ni, Mn, Zn, Cu, Co, Ti, Zr, Ga, Be, Sr, Ba, B, I, Mo) in chernozems and gray forest soils of the Central. // Voronezh, 2003. 368 p.
4. Sulfur metabolism in plants: Mechanisms and application to food security, and responses to climate change / L. J. De Kok, M. Tausz, M. J. Hawkesford et al. Dordrecht, 2012. 284 p.
5. Maslova I.Ya. Optimization of nutrition of spring gray wheat. Agriculture. 2010; 1: 16-17.
6. Teng Y., Li J, Wu J. et al. Environmental distribution and associated human health risk due to trace elements and organic compounds in soil in Jiangxi province, China. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2015; 122: 406-416.
7. Mendel R.R. Cell biology of molybdenum in plants. Plant Cell Reports. 2011; 30; 10: 1787-1797.
8. Kovacik J., Dresler S., Wojciak-Kosior M. et al. Metabolic changes induced by manganes in chamomile. Plant Physiology and Biochemistry. 2016; 47; 2: 293-302.
9. Kulal C., Padhi R.K., Venkatraj K. et.al. Study on trace elements concentration in medical plants using EDXRF technique. Biological Trace Element Research. 2020; 198: 293-302.
10. Lisnik S.S., Koretskaya Yu.L. Activity of nitrate reductase, peroxidase and proline content in sugar beet leaves with an excess of manganese in the medium. Irkutsk, 2018: 466-470.
11. Bityutsky N.P. Microelements of higher plants. SPb., 2011. 368 p.
12. Frolova O.A., Tafeeva E.A., Bocharov E.P. Regional features of zinc content in soils and plant and animal products. Hygiene and Sanitation. 2017; 96; 3: 226-229.
13. Ospina-Alvarez N., Glaz N., Dmowski K. et.al. Mobility of toxic elements in carbonate sediments from a mining area in Poland. Environ Chem Lett. 2014; 12; 3: 435-441.
14. Zhuikov D.V. Monitoring of the content of microelements (Mn, Zn, Co) in agrocenoses of the south-western part of the Central Chernozem region of Russia. Agriculture. 2020; 5: 9-13.
15. Panasin V.I., Shatokhin A.Yu., Rymarenko D.A. Ecological and agrochemical aspects of the distribution of cobalt in the soils of agricultural lands of the Kaliningrad region. Soil Fertility. 2015; 5(86): 22-24.
16. Khizhnyak R.M. Cobalt in the chernozems of the Belgorod region. Achievements of science and technology of the AIC. 2013; 4: 7-8.
17. Alexeev S.V., Alexeeva L.P., Kononov A.M. Trace elements and rare earth elements in ground ice in kimberlites and sedimentary rocks of Western Yakutia. Cold Regions Science and Technology. 2016; 123: P. 140-148.
18. Spitsina S.F., Tomarovsky A.A., Ostvald G.V. Boron behavior in the soil-plant system in the territories of the dry, arid and moderately arid steppe of the Altai Territory. Bulletin of the Altai State Agrarian University. 2015; 11(133): 30-35.
MACRO AND MICRO ELEMENTS IN PLANT BIOCHEMICAL PROCESSES
Ekaterina A. Zhuk
Life Force Group, LLC, Saratov, Russia
Abstract.
Each nutrient required by plants performs its specific role and it is impossible to replace the lack of one element with the excessive introduction of another. Different cultures have different needs, which differ at different stages of development.
Microelement deficiency at the initial stages does not have visual manifestations, but this always leads to a decrease in yield due to the inhibition of all biochemical processes. The elements of mineral nutrition are closely related to each other, they are all involved in the life processes of plants, but the role of each of them is strictly specific.
This is formulated in Liebig’s law (the law of the minimum): “The determinant of the yield and its quality is the element that is in the minimum, regardless of how much it is required by the plant.”
Therefore, the role of microelements in obtaining high and high-quality crop yields is as great as the main nutrients - nitrogen, phosphorus and potassium.
Keywords: macro elements; micro elements; metabolism; photosynthesis; enzymes; mineral nutrition; element deficiency; biologically active substance.
Life Force Group, LLC, Saratov, Russia
Abstract.
Each nutrient required by plants performs its specific role and it is impossible to replace the lack of one element with the excessive introduction of another. Different cultures have different needs, which differ at different stages of development.
Microelement deficiency at the initial stages does not have visual manifestations, but this always leads to a decrease in yield due to the inhibition of all biochemical processes. The elements of mineral nutrition are closely related to each other, they are all involved in the life processes of plants, but the role of each of them is strictly specific.
This is formulated in Liebig’s law (the law of the minimum): “The determinant of the yield and its quality is the element that is in the minimum, regardless of how much it is required by the plant.”
Therefore, the role of microelements in obtaining high and high-quality crop yields is as great as the main nutrients - nitrogen, phosphorus and potassium.
Keywords: macro elements; micro elements; metabolism; photosynthesis; enzymes; mineral nutrition; element deficiency; biologically active substance.
Статья поступила в редакцию 7.09.2021; одобрена после рецензирования 23.09.2021; принята к публикации 01.10.2021.
The article was submitted 7.09.2021; approved after reviewing 23.09.2021; accepted for publication 01.10.2021.
The article was submitted 7.09.2021; approved after reviewing 23.09.2021; accepted for publication 01.10.2021.
Для цитирования: Жук Е. А. / Макро - и микроэлементы в биохимических процессах растений // Основы и перспективы органических биотехнологий. 2021. № 4. С. 6-11
For citation: Zhuk E.A. / Macro and micro elements in plant biochemical processes // Osnovy i perspektivy organicheskikh biotekhnologiy = Fundamentals and perspectives of organic biotechnologies. 2021;(4): 6-11 (In Russ.) http://organic-academy.online/