Минеральное питание растений
Минеральное питание растений — это поглощение корнями воды и растворённых в ней минеральных солей, их перемещение по растению и использование клетками. Вода служит растворителем и участником реакций, а минеральные элементы необходимы для построения клеток, образования органических веществ и нормального роста.
Что поглощает корень
Корень закрепляет растение в почве и поглощает из неё воду с растворёнными солями. Строение корня, включая корневой чехлик, зоны роста и всасывания, изучается на странице корне. В зоне всасывания находятся корневые волоски — длинные выросты клеток покровной ткани. Они многократно увеличивают площадь контакта корня с почвой.
Почвенный раствор содержит воду и ионы минеральных веществ: например, \(NO_3^-\), \(K^+\), \(Ca^{2+}\), \(Mg^{2+}\) и \(H_2PO_4^-\). Растение не получает из почвы готовые белки, крахмал или сахар в необходимом количестве. Органические вещества оно в основном создаёт самостоятельно в процессе фотосинтеза, используя воду и углекислый газ.
Минеральное питание — поступление из почвы в растение воды и растворённых минеральных солей, а также их использование в жизнедеятельности растения.
Как вода и соли поступают в корень
Вода поступает в клетки корневых волосков главным образом вследствие осмоса: через полупроницаемую клеточную мембрану вода перемещается из области с большей концентрацией воды в область с меньшей концентрацией воды. Обычно клеточный сок корневого волоска содержит больше растворённых веществ, чем почвенный раствор, поэтому вода входит в клетку.
Минеральные ионы могут поступать пассивно, если их концентрация в почве выше, чем внутри клетки. Но часто растение поглощает ионы активно — против градиента концентрации. Для этого клеткам нужна энергия АТФ, образующаяся при дыхании растений. Поэтому недостаток кислорода в переувлажнённой почве нарушает поглощение солей.
Из клеток корневого волоска вода и ионы перемещаются через ткани корня к проводящим сосудам. Затем они поднимаются по проводящим тканям к стеблю и листьям. Подробное объяснение движения воды и причин, усиливающих её поступление, дано на странице поглощение воды корнями.
Вода проходит через полупроницаемую мембрану в сторону раствора с большей концентрацией растворённых веществ, пока не установится равновесие или не возникнет противодействующее давление.
На поглощение влияют влажность почвы, температура, содержание солей, доступ кислорода и состояние корней. При пересыхании почвы воды становится недостаточно. При чрезмерной концентрации солей почвенный раствор может стать более концентрированным, чем клеточный сок, и вода начнёт выходить из клеток.
Почему корневые волоски особенно важны для минерального питания?
Значение минеральных элементов
Минеральные элементы нужны в определённых количествах. Элементы, требующиеся растению в больших количествах, называют макроэлементами; к ним относят азот, фосфор, калий, кальций, магний и серу. Подробнее их функции приведены на странице макроэлементы растений. Другие элементы необходимы в очень малых количествах и называются микроэлементами.
| Элемент | Основное значение | Признак недостатка |
|---|---|---|
| Азот | Входит в состав белков, нуклеиновых кислот и хлорофилла; нужен для роста побегов и листьев. | Замедление роста, пожелтение старых листьев. |
| Фосфор | Участвует в обмене энергии, входит в состав АТФ и нуклеиновых кислот. | Слабый рост, иногда фиолетовый оттенок листьев. |
| Калий | Регулирует водный обмен и работу клеток, повышает устойчивость растения. | Побурение и отмирание краёв листьев. |
| Магний | Входит в состав хлорофилла. | Пожелтение листа между жилками. |
| Кальций | Участвует в образовании клеточных стенок и работе растущих тканей. | Повреждение верхушек корней и побегов. |
Минеральные соли нужны не только как строительный материал. Ионы поддерживают определённую концентрацию клеточного сока, участвуют в работе ферментов, регулируют открывание устьиц и движение воды. Через устьица происходит транспирация, которая помогает перемещать воду от корней к листьям.
Вода поступает в основном осмотически, а минеральные ионы могут поглощаться избирательно и активно. Поэтому состав раствора внутри растения не обязан совпадать с составом почвы.
Разбор задания: определить причину нарушения роста
Ситуация: два одинаковых растения выращивали при одинаковом освещении и поливе. Одно растение получало полный раствор минеральных солей, другое — только воду. Через несколько недель второе растение стало низким, его листья пожелтели. Как объяснить результат?
Нужно связать наблюдаемые признаки с функциями минеральных элементов и условиями опыта.
1. Нельзя говорить, что растение «питается почвой»: оно поглощает из почвы воду и минеральные ионы. 2. Пожелтение листьев не всегда означает недостаток азота: нужно учитывать, какие листья изменились и какие условия были нарушены. 3. Нельзя считать, что удобрение заменяет свет, воду или углекислый газ. 4. Избыток солей тоже вреден: он затрудняет поступление воды и может повредить корни.
Минеральное питание и условия среды
Для нормального питания необходима подходящая почва: она должна удерживать воду, содержать доступные ионы и пропускать воздух. Корни лучше работают при достаточном количестве кислорода и умеренной влажности. Удобрения восполняют недостаток элементов, но их количество должно соответствовать потребностям растения.
Недостаток конкретного элемента вызывает характерные нарушения, однако внешние признаки могут быть похожими. Например, пожелтение листьев бывает связано с нехваткой азота, магния, железа или с повреждением корней. Поэтому в задании нужно опираться на все данные: возраст листьев, расположение симптомов, состав раствора и условия выращивания. Подробнее признаки разобраны на странице недостаток минеральных веществ.
Если в условии сравнивают растения, сначала выпишите одно различие в условиях опыта. Затем свяжите его с функцией вещества и только после этого объясняйте наблюдаемый признак.
Быстрая проверка
Главное
- Корни поглощают из почвы воду и растворённые минеральные ионы; важную роль играют корневые волоски.
- Вода поступает преимущественно осмотически, а минеральные ионы могут переноситься пассивно или активно.
- Азот, фосфор, калий, магний и другие элементы выполняют разные функции: участвуют в росте, фотосинтезе, обмене энергии и регуляции воды.
- Недостаток или избыток солей нарушает рост; вывод нужно делать по условиям опыта и характерным признакам.
- Для питания необходимы не только соли, но и вода, кислород, подходящая температура и работающие корни.