К необходимым элементам для жизнедеятельности растений относится. Отбор на уровне видов не позволяет растениям утратить самонесовместимость

Проанализировав при помощи новейших статистических методов эволюционное дерево семейства пасленовых, американские и британские ученые пришли к выводу, что самонесовместимость (отторжение близкородственной пыльцы) в этой группе растений многократно исчезала в разных эволюционных линиях и, по-видимому, никогда не появлялась вновь. То, что до сих пор свыше 40% видов пасленовых сохранили самонесовместимость, объясняется межвидовым отбором. У самонесовместимых видов понижены темпы вымирания, и поэтому средняя скорость диверсификации (то есть разность скоростей появления видов и их вымирания) у них существенно выше, чем у видов, способных к самоопылению. Это пока один из немногих примеров, демонстрирующих действенность межвидового отбора.

Многие теоретики признают возможность действия отбора не только на уровне генов и особей, но и на более высоких уровнях, в том числе на уровне видов. Межвидовой отбор может иметь место, если какие-то наследственные признаки, передающиеся от родительских видов к дочерним, существенно влияют на темп диверсификации (r), который представляет собой разность скоростей (или вероятностей) появления видов (λ) и их вымирания (μ).

Могут быть, однако, и такие ситуации, в которых межвидовой отбор, несмотря на всю свою медленность и низкую эффективность, всё-таки способен повлиять на макроэволюционные процессы. Например, если признак, поддерживаемый межвидовым отбором, с точки зрения генов и особей является нейтральным или если частота мутаций, ведущих к исчезновению данного признака, очень низка (сопоставима с темпами появления и вымирания видов). Однако до сих пор известно очень мало конкретных фактов, указывающих на действенность межвидового отбора (Jablonski, 2008. Species Selection: Theory and Data ; Rabosky & McCune, 2010. Reinventing species selection with molecular phylogenies).

Проблема тут в том, что, хотя разные группы организмов могут сильно различаться по темпам появления и вымирания видов, эти различия, как правило, трудно увязать с какими-то конкретными признаками (морфологическими, физиологическими или поведенческими). Американские и британские биологи выбрали для проверки предположения о действенности межвидового отбора на редкость удобный объект - семейство пасленовых, и очень подходящий признак - самонесовместимость. Удобность объекта обусловлена огромным видовым разнообразием пасленовых и их хорошей изученностью, в том числе на генетическом уровне. Самонесовместимость, или отторжение родственной пыльцы (рис. 1), интересна тем, что, во-первых, этот признак, исходя из общих соображений, вполне может влиять на темпы видообразования и вымирания, во-вторых - и это главное - он распространен среди видов пасленовых достаточно хаотично. Во многих родах пасленовых одни виды имеют систему самонесовместимости, тогда как другие, в том числе близкородственные, виды такой системы не имеют. При этом наличие или отсутствие самонесовместимости практически не коррелирует с другими признаками этих растений. Это дает основания надеяться, что если удастся выявить корреляцию между самонесовместимостью и темпами диверсификации, то эта корреляция будет отражать причинную связь.

В семействе пасленовых около 2700 видов, из которых примерно 41% имеют систему самонесовместимости, 57% ее не имеют, а 2% видов - двудомные, то есть имеющие отдельные мужские и женские растения, так что для них проблема самооплодотворения не актуальна. Авторы построили филогенетическое (эволюционное) дерево для 356 видов пасленовых, по которым имеются необходимые молекулярные данные (дерево строилось по последовательностям двух ядерных генов и четырех пластидных) и для которых точно установлено наличие или отсутствие механизма самонесовместимости.

Анализ получившегося дерева показал (впрочем, это было понятно и раньше), что самонесовместимость унаследована пасленовыми от общего предка и с тех пор многократно утрачивалась в разных эволюционных линиях. Утратить эту систему легко, а восстановить обратно - трудно, потому что это сложный молекулярный комплекс, в котором участвует множество специализированных белков. Судя по всему, в эволюции пасленовых почти или вовсе не было случаев восстановления самонесовместимости после ее утраты.

Почему самонесовместимость часто утрачивается, более или менее понятно. Переход к самооплодотворению дает немедленное преимущество в эффективности распространения собственных генов (см.: , «Элементы», 23.10.2009); к тому же самооплодотворение может давать адаптивное преимущество, когда с доставкой пыльцы от неродственных особей возникают трудности - например, из-за большой разреженности популяции (см.: Чтобы превратить самок в гермафродитов, достаточно двух мутаций , «Элементы», 16.11.2009). Непонятно другое: если этот признак часто утрачивается и почти никогда не восстанавливается, почему до сих пор сохранилось так много видов, обладающих системой самонесовместимости?

Чтобы ответить на этот вопрос, авторы проанализировали филогенетическое дерево пасленовых при помощи новой методики, которая называется BiSSE (binary state speciation and extinction model); см.: Maddison et al., 2007. Estimating a Binary Character"s Effect on Speciation and Extinction . Этот метод предназначен как раз для анализа зависимости скоростей появления и вымирания видов от какого-нибудь бинарного (то есть принимающего одно из двух значений) признака, такого как наличие или отсутствие самонесовместимости. Метод позволяет подобрать шесть наиболее подходящих к данному дереву параметров: λ 1 и λ 2 - средние скорости видообразования для видов с двумя альтернативными состояниями признака, μ 1 и μ 2 - скорости вымирания, q 12 и q 21 - вероятности перехода признака из состояния 1 в 2 и обратно. В данном случае вероятность перехода от отсутствия самонесовместимости к ее наличию считалась равной нулю.

Расчеты показали, что темп видообразования у видов, практикующих самоопыление, значительно выше, чем у самонесовместимых. Однако темп вымирания у них еще выше, так что итоговая скорость диверсификации (r = λ – μ) оказывается выше у видов, обладающих системой самонесовместимости. Несмотря на то, что совокупность самоопыляющихся видов постоянно пополняется за счет превращения самонесовместимых видов в самоопыляющиеся, а обратное превращение «запрещено», численность самонесовместимых видов не снижается до нуля, а остается на постоянном уровне (порядка 30–40%), потому что такие виды эффективнее «размножаются», передавая своим видам-потомкам самонесовместимость по наследству. Это и есть межвидовой отбор в действии: именно благодаря межвидовому отбору самонесовместимость до сих пор не исчезла у пасленовых.

Повышенная скорость видообразования у растений, способных к самоопылению, очевидно, связана с тем, что у них не так остро стоит проблема «размывания» полезных комбинаций аллелей, сложившихся в ходе приспособления к местным условиям. Одно-единственное растение, попавшее в необычные условия, способно дать начало новому виду. Почему они чаще вымирают, тоже в общем-то понятно: у них должны быстрее накапливаться вредные мутации и реже фиксироваться мутации полезные (подробнее о пользе перекрестного оплодотворения см. в заметке Опыты на червях доказали, что самцы - вещь полезная , «Элементы», 23.10.2009).

Данная работа показала, что межвидовой отбор способен оказывать заметное влияние на макроэволюцию. Он может обеспечить длительное сохранение сложного признака, который в каждой отдельно взятой эволюционной линии имеет тенденцию исчезать и почти никогда не появляется вновь. Но нужно помнить, что медлительный и малоэффективный межвидовой отбор, конечно, не в состоянии создать такой признак «с нуля»: подобным творческим потенциалом обладает только отбор на более низких уровнях (в первую очередь на уровне генов и особей).

Татьяна Рудакова

Основными веществами, из которых состоит протоплазма клеток (как раз в них происходят важнейшие для жизни растений биохимические и физиологические процессы), являются белки. Белки состоят из углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора, серы, железа и других элементов. В крайне небольших количествах в растениях присутствуют микроэлементы: марганец, медь, цинк, молибден, бор и др.

Углерод растения получают из двух источников: углекислого газа воздуха в процессе фотосинтеза и из органических веществ почвы.

Кислород поступает в растения из воздуха при их дыхании и, частично, с водой из почвы.

Азот, калий, фосфор, железо, серу и другие элементы растения получают из почвы, где они находятся в виде минеральных солей и входят в состав органических веществ (аминокислот, нуклеиновых кислот и витаминов). Через кореньрастения поглощают из почвы главным образом ионы минеральных солей, а также некоторые продукты жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и корневые выделения других растений. Поглощённые соединения азота, фосфора и серы взаимодействуют с притекающими из листьев продуктами фотосинтеза с образованием аминокислот, нуклеотидов и других органических соединений. По сосудам растения элементы в форме ионов (калий, кальций, магний, фосфор) или органических молекул (азот, сера) в результате действия корневого давления и транспирации передвигаются в листья и стебли. В корне синтезируются также алкалоиды (например, никотин), гормоны роста (кинины, гиббереллины) и другие физиологически активные вещества. Корни выделяют также ауксины и другие вещества, стимулирующие рост растений.

Основная масса химических элементов, необходимых растениям для питания, находится в почве в нерастворимых соединениях, потому недоступна растениям для усвоения. Лишь небольшая часть веществ, содержащих питательные элементы, может растворяться в воде или слабых кислотах и усваиваться растениями. Нерастворимые питательные вещества принимают доступную для усвоения форму под воздействием почвенных микроорганизмов. Микроорганизмы также выделяют антибиотики, витамины и другие полезные растениям вещества.

Макроэлементы - это элементы, которые нужны растениям в значительных количествах, их содержание в растении достигает 0,1 - 5 %. К макроэлементам относятся азот, калий, фосфор, сера, кальций, магний.

Азот (N) входит в состав аминокислот, из которых состоят молекулы белка. Также он входит в состав хлорофилла, участвующего в фотосинтезе растений, и ферментов. Азотное питание сказывается на росте и развитии растений, при его недостатке растения слабо развивают зеленую массу, плохо ветвятся, их листья мельчают и быстро желтеют, цветки не раскрываются, засыхают и опадают.

Источником азота для питания растений могут служить соли азотной и азотистой кислоты, аммоний, карбамид (мочевина).

Калий (K) в растениях находится в ионной форме и не входит в состав органических соединений клетки. Калий помогает растениям усваивать углекислый газ из воздуха, способствует передвижению в растении углеводов; легче переносить засуху, поскольку удерживает в растении воду. При недостаточном калийном питании растение быстрее поражается различными заболеваниями. Дефицит калия вызывает ослабление деятельности некоторых ферментов, что приводит к нарушениям в белковом и водном обмене растения. Внешне признаки калийного голодания проявляются в том, что старые листья преждевременно желтеют, начиная с краев, затем края листьев буреют и отмирают. Поглощение калия растением впрямую зависит от прироста корневой массы: чем она выше, тем растение больше поглощает калия.

К калийным минеральным удобрениям относится хлористый калий и сернокислый калий.

Фосфор (P) входит в состав нуклеопротеидов, главной составной части клеточного ядра. Фосфор ускоряет развитие культур, повышает выход цветочной продукции, позволяет растениям быстро адаптироваться к низким температурам.

К фосфорным минеральным удобрениям относятся суперфосфат, фосфоритная мука, соли ортофосфорной кислоты. Необходимо учитывать только, что в нейтральной и щелочной среде образуются малорастворимые соли, фосфор которых недоступен растениям.

Сера (S) входит в состав белков, ферментов, других органических соединений клетки растений. При недостатке серы молодые листья равномерно желтеют, жилки становятся пурпурными. Постепенно теряют зеленую окраску и более старые листья.

Специальных серных удобрений обычно не вносят, т. к. она содержится в суперфосфате, сернокислом калии, навозе.

Кальций (Ca) необходим как надземным органам, так и корням растения. Его роль связана с фотосинтезом растения и развитием корневой системы (при недостатке кальция корни утолщаются, не образуется боковых корешков и корневых волосков). Недостаток кальция проявляется на концах побегов. Молодые листья светлеют, на них появляются светло-желтые пятна. Края листьев загибаются вниз, приобретая вид зонтика. При сильном дефиците кальция погибает верхушка побега.

Магний (Mg) входит в состав хлорофилла, активирует фермент, преобразующий углекислый газ при фотосинтезе. Участвует в реакциях переноса энергии.

Признаки недостатка магния начинают проявляться с нижних листьев, затем распространяются и на верхние. При недостатке этого элемента хлороз имеет характерный вид: у краев листа и между его жилками зеленая окраска изменяется не только на желтую, но и на красную и фиолетовую. Жилки и прилегающие к ним участки остаются зелеными. Листья при этом часто куполообразно выгибаются, так как у листа загибаются кончики и края.

Магниевым удобрением является препарат Калимаг .

На рынке макроудобрений присутствует большое количество удобрений, в которых бывает очень трудно разобраться и выбрать что-то подходящее. Качественно все удобрения отличаются тем, каков химический состав их компонентов, то есть насколько вещества, содержащие питательные элементы, быстро усваиваются растениями. Стоит отдавать предпочтение тем препаратам, которые содержат растворимые соли: монокалийфосфат, моноаммонийфосфат, сульфат калия, нитрат калия.

Микроэлементы в организме растения содержатся в значительно меньшем количестве, от 0,0001 до 0,01 %. К ним относятся: железо, марганец, медь, цинк, молибден, бор, никель, кремний, кобальт, селен, хлор и др. Как правило, это металлы переходной группы периодической системы элементов.

Микроэлементы не влияют на осмотическое давление клетки, не участвуют в образовании протоплазмы, их роль преимущественно связана с деятельностью ферментов. Все ключевые метаболические процессы, такие как реакции синтеза белков и углеводов, распада и обмена органических веществ, фиксация и ассимиляция некоторых главных питательных веществ (например, азота и серы) происходят при участии ферментов, которые обеспечивают их протекание при обычной температуре.

С помощью окислительно-восстановительных процессов ферменты оказывают регулирующее действие на дыхание растений, поддерживая его при неблагоприятных условиях на оптимальном уровне.

Под действием микроэлементов возрастает устойчивость растений к грибным и бактериальным болезням и таким неблагоприятным условиям внешней среды, как недостаток влаги в почве, пониженные или повышенные температуры, тяжелые условия зимовки.

Предполагается, что и сам синтез ферментов растений протекает при участии микроэлементов.

Исследования в области определения роли различных микроэлементов в метаболизме растений начались еще в середине 19 века. Детальное изучение началось с 30-х годов 20 века. Функция некоторых из микроэлементов до сих пор неясна и исследования в этой области продолжаются.

Железо (Fe) содержится в хлоропластах, является необходимым элементом многих ферментов. Участвует в важнейших биохимических процессах: в фотосинтезе и синтезе хлорофилла, метаболизме азота и серы, дыхании клетки, ее росте и делении.

Дефицит железа в растениях часто обнаруживается при избытке кальция в почве, что случается на карбонатных или кислых почвах после известкования. При недостатке железа развивается межжилковый хлороз молодых листьев. При нарастающем дефиците железа могут светлеть и жилки, лист бледнеет полностью.

Марганец (Mn) преобладает в метаболизме органических кислот и азота. Входит в состав ферментов, ответственных за дыхание растения, участвует в синтезе других ферментов. Активирует ферменты, ответственные за окисление, восстановление и гидролиз. Впрямую влияет на преобразование света в хлоропласте. Играет важную роль в механизме действия индолилуксусной кислоты на рост клеток. Участвует в синтезе витамина С.

Признаки недостатка марганца проявляются на молодых по возрасту листьях. Хлороз проявляется прежде у основания листа, а не на его концах (что напоминает дефицит калия). Затем, при нарастающем недостатке марганца, появляется межжилковый хлороз и, после отмирания хлорозной ткани, лист покрывается пятнами разной формы и окраски. Тургор листьев может быть ослабленным.

Марганцевая недостаточность усиливается при низкой температуре и высокой влажности почвы.

Медь (Cu) участвует в метаболизме белков и углеводов, активирует некоторые ферменты, участвует в фотосинтезе, важна в азотном обмене. Повышает устойчивость растения к грибным и бактериальным заболеваниям, защищает хлорофилл от распада. Для жизнедеятельности растения медь не может быть заменена другим элементом.

При недостатке меди на кончиках молодых листьев появляются белые пятна, они теряют тургор, опадают завязи и цветки. Растение имеет карликовый вид.

Цинк (Zn) участвует в образовании триптофана, предшественника ауксина (гормона роста), и в синтезе протеинов. Необходим для преобразования и потребления крахмала и азота. Повышает сопротивляемость растения к грибным заболеваниям, при резкой смене температуры повышает жаро- и морозоустойчивость растения.

При недостатке цинка в растениях нарушается синтез витаминов В1 и В6. Недостаток цинка проявляется чаще на старых нижних листьях, но, с нарастанием дефицита, желтеют и более молодые листья. Они становятся пятнистыми, затем ткань этих участков проваливается и отмирает. Молодые листья могут быть мелкими, их края закручиваются кверху.

Цинковые удобрения повышают засухо-, жаро- и холодоустойчивость растений.

Молибден (Mо) входит в состав фермента, превращающего нитраты в нитриты. Необходим растению для фиксации азота. Под его влиянием в растениях увеличивается содержание углеводов, каротина и аскорбиновой кислоты. Увеличивается содержание хлорофилла и активность фотосинтеза.

При недостатке молибдена у растения нарушается азотный обмен, у старых, а затем у средних по возрасту листьев появляется крапчатость. Участки такой хлоротичной ткани затем вздуваются, края закручиваются вверх. На верхушках листьев и по их краям развивается некроз.

Бор (B) участвует в синтезе РНК и ДНК, в образовании гормонов. Необходим для нормальной жизнедеятельности точек роста растения, т. е. самых молодых его частей. Он влияет на синтез витаминов, цветение и плодоношение, созревание семян. Усиливает отток продуктов фотосинтеза из листьев в луковицы и клубни. Необходим для водообеспечения растения. Бор необходим растениям в течение всего вегетационного периода. Для жизнедеятельности растения бор не может быть заменен другим элементом.

При недостатке бора у растений поражается точка роста, отмирают как верхушечные почки, так и молодые корешки, разрушается сосудистая система. Молодые листья бледнеют, становятся курчавыми. Усиленно развиваются боковые побеги, но они очень ломкие, цветки опадают.

Хлор (Cl) является активатором ферментов, которые при фотосинтезе высвобождают кислород из воды. Регулятор тургора клетки, способствует засухоустойчивости растений.

У растений чаще проявляются признаки не недостатка, а избытка хлора, выраженные в преждевременном засыхании листьев.

Некоторые макро- и микроэлементы могут взаимодействовать, что приводит к изменению их доступности для растения. Вот некоторые примеры такого влияния:

Цинк-фосфор , высокий уровень доступного фосфора провоцирует дефицит цинка.

Цинк-азот , высокий уровень азота провоцирует дефицит цинка.

Железо-фосфор , избыток фосфора приводит к образованию нерастворимого фосфата железа, т.е. недоступности железа для растения.

Медь-фосфор, избыток фосфора приводит к образованию нерастворимого фосфата меди, то есть возникновению дефицита меди.

Молибден-сера , усвоение молибдена растениями уменьшается при избытке серы.

Цинк-магний , при использовании карбоната магния происходит увеличение pH почвы и образование нерастворимых соединений цинка.

Железо-марганец , избыток марганца препятствует продвижению железа от корней растения вверх, приводя к железистому хлорозу.

Железо-молибден , в низких концентрациях молибден способствует усвоению железа. При высоких же концентрациях взаимодействует с ним, образуя нерастворимый молибдат железа, что приводит к дефициту железа.

Медь-азот , внесение больших доз азотных удобрений повышает потребность растений в меди и усиливает симптомы медной недостаточности.

Медь-железо, избыток меди провоцирует дефицит железа, особенно у цитрусовых.

Медь-молибден, избыток меди препятствует усвоению молибдена и повышает уровень нитратов в растении.

Медь-цинк , избыток цинка приводит к дефициту меди. Механизм этого влияния в настоящее время не изучен.

Бор-кальций , имеются данные, что при недостатке бора растения не могут нормально использовать кальций, который в почве может находиться в достаточном количестве.

Бор-калий, размеры поглощения и накопления бора растениями возрастают с увеличением в почве калия.

В настоящее время ведутся работы по изучению роли в физиологии растений таких элементов, как мышьяк (As), ртуть (Hg), фтор (F), иод (I) и др. Эти элементы были обнаружены в растениях в еще более незначительных количествах. Например, в некоторых антибиотиках, вырабатываемых растениями.

Дефицит элементов впрямую связан со свойством почвы: на очень кислых или щелочных почвах растения, как правило, испытывают дефицит микроэлементов. К этому же приводит избыток в них фосфатов, азота, карбоната кальция, оксидов железа и марганца.

Недостаток микроэлементов в почве не обязательно приводит к гибели растения, но является причиной снижения скорости и согласованности протекания процессов, ответственных за развитие организма.

Симптомы недостаточности конкретного элемента могут быть весьма характерны и наиболее часто проявляются в хлорозе. Хотя объективно для выявления дефицита какого-то элемента требуется анализ почв и тканей растений.

Диагностика недостаточности отдельных элементов по внешнему виду растения для неспециалиста представляет трудности:

Изменение внешнего вида растения, сходного с недостатком элементов, может быть вызвано поражением вредителями, болезнями или неблагоприятными факторами: температурой, заливом или пересушенностью земляного кома, так же недостаточной атмосферной влажностью;

Внешние признаки минерального голодания, вызванного дефицитом конкретного элемента, у разных растений могут несколько отличаться (например, симптомы недостатка серы у винограда и бобовых). А конкретно для хой этот вопрос вообще не изучен;

В случае недостатка нескольких питательных элементов внешние признаки накладываются, растение восполняет прежде всего недостаток того элемента, которого недостает больше. Признаки недостатка другого элемента остаются, внешне хлороз растения продолжается;

Для определения того, какого элемента растению не хватает, необходима динамика в изменении внешних признаков, а она различна при нехватке разных элементов. Любители на изменения в характере проявлений обращают мало, что диагностику затрудняет;

Питательные элементы в почве присутствуют, но недоступны растению из-за ее неподходящей кислотности.

Для того, чтобы по внешним признакам определить, какого конкретно элемента питания растению недостает, вначале следует обратить внимание на то, на каких листьях, молодых или старых, проявляются симптомы дефицита.

Если они проявляются на старых листьях, можно предположить недостаток азота, фосфора, калия, цинка или магния. Эти элементы при недостатке их в растении перемещаются от старых частей к молодым, растущим. И в них признаков голодания не заметно, в то время как на нижних листьях проявляется хлороз.

Если симптомы дефицита проявляются в точках роста или на молодых листьях, можно предположить недостаток кальция, бора, серы, железа, меди и марганца. По-видимому, эти элементы не способны перемещаться по растению из его одной части в другую. И если в почве этих элементов мало, растущие части их не получают.

Поэтому любителям в ситуации, когда у их растений начинается хлороз, но они уверены, что растение здорово и находится в благоприятных условиях, следует провести обработку своего растения целым комплексом макро- или микроэлементов. При выборе препаратов следует понимать, что эффективность воздействия микроэлемента на растение прямо зависит от формы, в которой он пребывает. И недостаточное поступление микроэлементов в растение нередко связано с нахождением их в почве в нерастворимой, недоступной для растения форме.

О том, какие виды микроудобрений предлагает рынок.

Прежде всего, на рынке присутствует множество микроудобрений, представляющих собой растворимые минеральные (неорганические)соли этих элементов (сульфат магния, сульфат цинка и пр.). Их применение относительно недорого, но имеет ряд серьезных недостатков:

Эти соли растворимы, то есть доступны растениям, только в почвах со слабокислой и кислой почвой;

При использовании растворимых солей микроэлементов происходит засаливание почвы различными катионами и анионами (Na, Cl);

При смешивании различных солей металлов возможно их взаимодействие с образованием нерастворимых солей, то есть недоступных растениям соединений.

Потому более перспективным является применение натриевых и калийных солей гуминовых кислот. Они являются слабыми природными хелатами и хорошо растворимы.

Гуминовые препараты Гумат+7 , Гумисол , ГроуАП Энерджи , Лигногумат , Вива и др. содержат 60-65% гуматов (в сухом виде) и семь основных микроэлементов (Fe, Си, Zn, Mn, Mo, Co, В) в виде комплексных соединений с гуминовыми кислотами. Они могут содержать макроэлементы и витамины. Получают эти удобрения обработкой торфа или бурого угля раствором щелочи при высокой температуре и извлечением из него основного продукта. По своей сути эти удобрения являются органическими, микроэлементов в них не содержится больше, чем в навозе, и они не могут рассматриваться полноценной микроэлементной подкормкой.

Наибольшего внимания заслуживают микроэлементы в хелатной форме (хелаты) . И прежде, чем говорить о конкретных названиях микроудобрений в этой форме, следует остановиться на том, что такое хелаты. Они получаются при взаимодействии металлов (микроэлементов) с природными или синтетическими органическими кислотами определенного строения (их называют комплексонами, хелантами или хелатирующими агентами). Получающиеся устойчивые соединения называют хелатами (от греч. «chele» — клешня) или комплексонатами.

При взаимодействии с металлом органическая молекула как бы захватывает металл в «клешню», а мембрана клетки растения распознает этот комплекс как вещество, родственное своим биологическим структурам, и далее ион металла усваивается растением, а комплексон распадается на более простые вещества.

Основная идея применения комплексонов для улучшения растворимости удобрительных солей построена на том, что многие хелаты металлов имеют большую растворимость (иногда на порядок), чем соли неорганических кислот. Учитывая также, что в хелате металл находится в полуорганической форме, для которой характерна высокая биологическая активность в тканях растительного организма, можно получить удобрение гораздо лучше усваиваемое растением.

Кислоты, наиболее часто используемые при производстве хелатных микроудобрений, можно разделить на две группы. Это комплексоны, содержащие в своем составе карбоксильные группы :

• ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота), синоним: комплексон-III, трилон-Б, хелатон III.
• ДТПА (диэтилентриаминпентауксусная кислота)
• ДБТА (дигидроксибутилендиаминтетрауксусная кислота)
• ЭДДНМА (этилендиаминди (2-гидрокси-4-ме-тилфенил) уксусная кислота)
• ЛПКК (лигнинполикарбоксиловая кислота)
• НТА (нитрилотриуксусная кислота)
• ЭДДЯ (этилендиаминдиянтарная кислота)

и комплексоны на основе фосфоновых кислот :

• ОЭДФ (оксиэтилидендифосфоновая кислота)
• НТФ (нитрилтриметиленфосфоновая кислота)
• ЭДТФ (этилендиаминтетрафосфоновая кислота)

Из комплексонов, содержащих карбоксильные группы, наиболее оптимальной является ДТПА , она позволяет использовать комплексонаты (особенно железа) на карбонатных почвах и при рН выше 8, где другие кислоты малоэффективны.

На нашем рынке, как и за рубежом (Голландия, Финляндия, Израиль, Германия), подавляющее большинство препаратов основывается на ЭДТА . Это связано, прежде всего, с ее доступностью и относительно низкой стоимостью. Хелаты на ее основе можно использовать на почвах с рН меньше 8 (комплекс железа с ЭДТА эффективен при борьбе с хлорозом только на умеренно-кислых почвах; в щелочной же среде он нестабилен). Кроме того хелаты с ЭДТА разлагаются почвенными микроорганизмами, что приводит к переходу микроэлементов в нерастворимую форму. Данные препараты проявляют противовирусную активность.

Хелаты на основе ЭДДНМА являются высокоэффективными, их можно использовать в интервалах рН от 3,5 до 11,0. Однако стоимость этого комплексона, а значит и микроудобрения, велика.

Из комплексонов, содержащих фосфоновые группы, наиболее перспективной является ОЭДФ . На ее основе могут быть получены все индивидуальные комплексонаты металлов, применяемых в сельском хозяйстве, а также композиции различного состава и соотношения. По своей структуре она наиболее близка к природным соединениям на основе полифосфатов (при ее разложении образуются химические соединения, легко усваиваемые растениями). Хелаты на ее основе можно использовать на почвах с рН 4,5-11. Отличительная черта этого комплексона в том, что он может, в отличие от ЭДТА, образовывать устойчивые комплексы с молибденом и вольфрамом. Однако ОЭДФ является очень слабым комплексоном для железа, меди и цинка, в прикорневой зоне они замещаются кальцием и выпадают в осадок. По этой же причине недопустимо приготовление рабочих растворов хелатов на основе ОЭДФ в жесткой воде (ее нужно подкислить несколькими каплями лимонной или уксусной кислоты). ОЭДФ устойчива по отношению к действию микроорганизмов почвы.

В настоящее время ведутся исследования хелатирующих свойств гумусовых (гуминовых и фульвокислот) а так же аминокислот и коротких пептидов .

Однозначного ответа на вопрос, какой комплексон следует использовать для получения биологически активных микроэлементов, дать невозможно: сами комплексоны для растений практически инертны. Главная роль принадлежит катиону металла, а комплексон играет роль транспортного средства, обеспечивающего доставку катиона и его устойчивость в почве и питательных растворах. Но именно комплексоны определяют в конечном счете эффективность удобрения в целом, то есть степень усвоения микроэлементов растениями. Если сравнивать усвоение растениями микроэлементов из неорганических солей и их хелатных соединений, то соединения на основе лигнинов (например, Брексил от Валагро) усваиваются в 4 раза лучше, на основе цитратов в 6 раз, а на основе ЭДТА, ОЭДФ, ДТПА - в 8 раз лучше.

Согласно Директиве Евросоюза ЕС 2003/2003 от 13 октября 2003г. (это документ, регламентирующий деятельность всех без исключения европейских производителей минеральных удобрений), к свободному товарообороту в странах ЕС допустимы следующие хелатирующие агенты: EDTA, DTPA, EDDHA, HEEDTA, EDDHMA, EDDCHA, EDDHSA. Все другие виды хелатирующих агентов подлежат обязательной регистрации в соответствующих государственных инстанциях отдельно в каждой стране.

Согласно Директиве, константа устойчивости хелатов микроэлементов, выраженная в %, должна быть не меньше 80. В химии комплексных соединений константа устойчивости характеризует прочность комплексного соединения и указывает, каково соотношение хелатированного микроэлемента и его свободного катиона в удобрении. В рекламных же материалах появился неизвестный химикам термин «процент хелатизации».

Следует с осторожностью относиться к рекламной информации. Не стоит основывать свои знания о продукте исключительно на рекламных проспектах - производитель удобрений не несет ответственности за описанную в рекламе информацию. Основной и наиболее достоверной информацией о продукте является его ЭТИКЕТКА. Производитель удобрений обязан на этикетке указать, какой хелатирующий агент использовался для образования хелата того или иного микроэлемента.

Производитель, особенно отечественный, тем не менее не всегда указывает на упаковке название комплексона, который он использовал для производства микроудобрения. Но, неукоснительно следуя инструкции, удобрение можно максимально эффективно использовать: если указано, что предпочтительнее листовая обработка, нужно этому следовать, видимо эти хелаты сильно зависят от кислотности почвы или разрушаются почвенной микрофлорой. Если возможен и полив растений, значит хелаты стойки к перечисленным факторам.

Способы применения микроудобрений могут быть различными:

Предпосевная обработка семян (путем опыления или увлажнения);

Некорневая подкормка в течение вегетации (так называемый фолиарный или листовой метод);

Полив рабочими растворами микроудобрений.

Самыми рациональными и экономически выгодными являются первые два приема. В этих случаях растения используют 40-100% всех микроэлементов, но при внесении их в почву растения усваивают лишь несколько процентов, а в некоторых случаях даже десятые доли процента от внесенного в почву микроэлемента.

По физическому состоянию микроудобрения могут быть:

Жидкими, это растворы или суспензии с содержанием металлов 2-6%;

Твердыми, это кристаллические или порошкообразные вещества с содержанием металлов 6-15%.

По составу микроудобрения бывают:

1. Удобрения NPK + микроэлементы в хелатной форме, которые содержат различные комбинации макроэлементов N, P, K (возможны так же Mg, Ca, S) и фиксированное во всем ассортиментном ряду количество микроэлементов.

2. Препараты, содержащие только микроэлементы, которые в свою очередь тоже подразделяются на:

• комплексные - содержащие композицию микроэлементов в определенной пропорции;
• моноудобрения (хелаты моноэлементов) - соединения отдельных металлов: железа, цинка, меди. Как правило, они используются при появлении симптомов болезней, связанных с недостатком конкретного элемента.

3. Удобрения, содержащие помимо микроэлементов биологически активные вещества: стимуляторы, ферменты, аминокислоты и пр.

Из удобрений NPK + микроэлементы в продаже есть несколько препаратов компании ННПП «Нэст М» (Россия): Цитовит (N, P, K, Mg, S, Fe, Mn, B, Zn, Cu, Mn, Co) и Силиплант (Si, K, Fe, Mg, Cu, Zn, Mn, Mo, Co, B). Нужно заметить, что это первое отечественное микроудобрение, которое содержит кремний (калий в препарате присутствует для более эффективного его усвоения). Он выпускается в нескольких наименованиях с разным соотношением микроэлементов.

Буйский химический завод (Россия) изготавливает препарат Акварин (№5, №13, №15).

Компания ВАЛАГРО (Италия) предлагает удобрения Мастер (16 наименований, из которых наиболее интересны «18+18+18+3», «13+40+13», «15+5+30+2», «3+11+38+4»), Плантафол (в единой пропорции микроэлементов + вариации NPK) и Брексил Микс .

Хотелось бы отметить, что данные удобрения надо рассматривать скорее как корректоры минерального питания, а не как источник микроэлементов.

Из препаратов, содержащих только микроэлементы , ННПП «Нэст М» (Россия) предлагает Феровит (содержание хелатного железа не менее 75 г/л, N-40 г/л).

Фирма Реаком (Украина) предлагает микроудобрение Реаком-Миком (комплексоном является ОЭДФ) с разным соотношением основных микроэлементов (Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Mo) и B , предназначенное под потребности самых различных культур: томатов, огурцов, винограда, цветочных культур.

Компания ВАЛАГРО производит так же микроудобрения в виде однокомпонентных формул, таких как Брексил Zn , Брексил Fe , Брексил Mg , Брексил Mn , Брексил Сa (хелаты этих удобрений изготовлены на основе комплексона ЛПКК).

К микроудобрениям с добавлением биостимуляторов относится препарат от фирмы Реаком (Украина) под торговой маркой Реастим, который представляет собой комплекс микроудобрений с известными стимуляторами роста (гетеро- и гипероауксинами, янтарной кислотой, гиббериллином, гуминовыми кислотами и др.).

ООО «Наномикс» (Украина) выпускает жидкое микроудобрение Наномикс , содержащее хелаты Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Mg, Ca, Мо, (плюс В и S) с добавкой природных биостимуляторов-адаптогенов на базе поликарбоновых кислот. В качестве комплексонов использованы ОЭДФ и ЭДДЯ (что позволяет использовать удобрение на кислых, нейтральных и слабо щелочных почвах). Препарат для обработки семян включает так же стимулятор роста корневой системы - гетероауксин.

Питание растений зависит как от внешних факторов (свет, тепло, состав почвы), так и от того, в какой фазе развития находится растение (в фазе роста, цветения, состоянии покоя). Поэтому при покупке удобрений следует обращать внимание на то, в каком соотношении в нем находятся питательные элементы. Так повышенное содержание азота необходимо растению весной, в фазе активного роста. Летом для цветения и плодоношения в удобрении должно содержаться больше фосфора. Осенью для вызревания молодых побегов в удобрении совсем не должно быть азота, а калий должен присутствовать в повышенной концентрации. Зимой комнатные растения удобряются крайне редко (и в низкой концентрации), т. к. в состоянии покоя растение не потребляет много питательных веществ. Их внесение может обжечь корни или в условиях повышенной температуры и короткого светового дня спровоцирует рост, который будет ослабленным.

Роль элементов в жизни растений -

Азот

Азот - один из основных элементов, необходимых для растений. Он входит в состав всех белков (содержание его колеблется от 15 до 19%) нуклеиновых кислот, аминокислот, хлорофилла, ферментов, многих витаминов, липоидов и других органических соединений, образующихся в растениях. Общее содержание азота в растении составляет 0,2 - 5 % и более массы воздушно - сухого вещества.

В свободном состоянии азот является инертным газом, которого в атмосфере содержится 75,5 % ее массы. Однако в элементарной форме азот не может усваиваться растениями, за исключением бобовых, которые используют азотные соединения, вырабатываемые развивающимися на их корнях клубеньковыми бактериями, способными усваивать атмосферный азот и переводить его в доступную для высших растений форму.

Азот поглощается растениями только после соединения его с другими химическими элементами в форме аммония и нитратов - наиболее доступных форм азота в почве. Аммоний, являясь восстановленной формой азота, при поглощении растениями легко используется в синтезе аминокислот и белков. Синтез аминокислот и белков из восстановленных форм азота происходит быстрее и с меньшими затратами энергии, чем синтез из нитратов, для восстановления которых до аммиака растению необходимы затраты дополнительной энергии. Однако нитратная форма азота более безопасна для растений, чем аммиачная, так как высокие концентрации аммиака в тканях растений вызывают их отравление и гибель.

Аммиак накапливается в растении при нехватке углеводов, которые необходимы для синтеза аминокислот и белков. Дефицит углеводов в растениях наблюдается обычно в начальный период вегетации, когда ассимиляционная поверхность листьев не развилась еще настолько, чтобы удовлетворить потребность растений в углеводах. Поэтому аммиачный азот может быть токсичен для культур, семена которых бедны углеводами (сахарная свекла и др.). По мере развития ассимиляционной поверхности и синтеза углеводов эффективность аммиачного питания возрастает, и растения усваивают лучше аммиак, чем нитраты. В начальный период роста эти культуры должны обеспечиваться азотом в нитратной форме, а такие культуры, как картофель, клубни которого богаты углеводами, могут использовать азот в аммиачной форме.

При недостатке азота замедляется рост растений, ослабляется интенсивность кущения злаковых и цветения плодовых и ягодных культур, сокращается вегетационный период, уменьшается содержание белка и снижается урожай.

Фосфор

Фосфор участвует в обмене веществ, делении клеток, размножении, передаче наследственных свойств и в других сложнейших процессах, происходящих в растении. Он входит в состав сложных белков (нуклеопротеидов), нуклеиновых кислот, фосфатидов, ферментов, витаминов, фитина и других биологически активных веществ. Значительное количество фосфора содержится в растениях в минеральной и органической формах. Минеральные соединения фосфора находятся в виде ортофосфорной кислоты, которая используется растением прежде всего в процессах превращения углеводов. Эти процессы влияют на накопление сахара в сахарной свекле, крахмала в клубнях картофеля и т. д.

Особенно велика роль фосфора, входящего в состав органических соединений. Значительная часть его представлена в виде фитина - типичной запасной формы органического фосфора. Больше всего этого элемента содержится в репродуктивных органах и молодых тканях растений, где идут интенсивные процессы синтеза. Опытами с меченым (радиоактивным) фосфором было установлено, что в точках роста растения его в несколько раз больше, чем в листьях.

Фосфор может передвигаться из старых органов растения в молодые. Особенно необходим фосфор для молодых растений, так как способствует развитию корневой системы, повышает интенсивность кущения зерновых культур. Установлено, что увеличивая содержание растворимых углеводов в клеточном соке, фосфор усиливает зимостойкость озимых культур.

Как и азот, фосфор является одним из важных элементов питания растений. В самом начале роста растение испытывает повышенную потребность в фосфоре, которая покрывается за счет запасов этого элемента в семенах. На бедных по плодородию почвах у молодых растений после расхода фосфора из семян проявляются признаки фосфорного голодания. Поэтому на почвах, содержащих небольшое количество подвижного фосфора, рекомендуется одновременно с посевом проводить рядковое внесение гранулированного суперфосфата.

Фосфор в отличие от азота ускоряет развитие культур, стимулирует процессы оплодотворения, формирования и созревания плодов.

Основным источником фосфора для растений являются соли ортофосфорной кислоты, называемой обычно фосфорной. Корни растений поглощают фосфор в виде анионов этой кислоты. Наиболее доступными для растений являются водорастворимые однозамещенные соли ортофосфорной кислоты: Са (H 2 PO 4) 2 - H 2 O, КН 2 РO 4 NH 4 H 2 PO 4 NaH 2 PO 4 , Mg(H 2 PO 4) 2 .

Калий

Калий не входит в состав органических соединений растений. Однако он играет важнейшую физиологическую роль в углеводном и белковом обмене растений, активизирует использование азота в аммиачной форме, влияет на физическое состояние коллоидов клетки, повышает водоудерживающую способность протоплазмы, устойчивость растений к увяданию и преждевременному обезвоживанию и тем самым увеличивает сопротивляемость растений кратковременным засухам.

При недостатке калия (несмотря на достаточное количество углеводов и азота) в растениях подавляется передвижение углеводов, снижается интенсивность фотосинтеза, восстановления нитратов и синтеза белка.

Калий влияет на образование клеточных оболочек, повышает прочность стеблей злаков и их устойчивость к полеганию.

От калия заметно зависит качество урожая. Недостаток его приводит к щуплости семян, понижению их всхожести и жизненности; растения легко поражаются грибными и бактериальными заболеваниями. Калий улучшает форму и вкусовые качества картофеля, повышает содержание сахара в сахарной свекле, влияет не только на окраску и аромат земляники, яблок, персиков, винограда, но и на сочность апельсинов, улучшает качество зерна, листа табака, овощных культур, волокна хлопчатника, льна, конопли. Наибольшее количество калия требуется растениям в период их интенсивного роста.

Повышенная требовательность к калийному питанию отмечается у корнеплодов, овощных культур, подсолнечника, гречихи, табака.

Калий в растении находится преимущественно в клеточном соке в виде катионов, связанных органическими кислотами, и легко вымывается из растительных остатков. Для него характерно многократное использование (реутилизация). Он легко передвигается из старых тканей растения, где был уже использован, в молодые.

Недостаток калия, так же как и его избыток, отрицательно сказывается на количестве урожая и его качестве.

Магний

Магний входит в состав хлорофилла и непосредственно участвует в фотосинтезе. В хлорофилле содержится магния около 10 % от общего количества его в зеленых частях растений. С магнием также связано образование в листьях таких пигментов, как ксантофилл и каротин. Магний также входит в состав запасного вещества фитина, содержащегося в семенах растений и пектиновых веществ. Около 70 - 75 % магния в растениях находится в минеральной форме, в основном в виде ионов.

Ионы магния, адсорбционно связаны с коллоидами клеток и наряду с другими катионами поддерживают ионное равновесие в плазме; подобно ионам калия, они способствуют уплотнению плазмы, уменьшению ее набухаемости, а также участвуют как катализаторы в ряде биохимических реакций, происходящих в растении. Магний активизирует деятельность многих ферментов, участвующих в образовании и превращении углеводов, белков, органических кислот, жиров; влияет на передвижение и превращение фосфорных соединений, плодообразование и качество семян; ускоряет созревание семян зерновых культур; способствует повышению качества урожая, содержания в растениях жира и углеводов, морозоустойчивости цитрусовых, плодовых и озимых культур.

Наибольшее содержание магния в вегетативных органах растений отмечается в период цветения. После цветения в растении резко снижается количество хлорофилла, и происходит отток магния из листьев и стеблей в семена, где образуются фитин и фосфат магния. Следовательно, магний, подобно калию, может перемещаться в растении из одних органе в другие.

При высоких урожаях сельскохозяйственные культуры потребляют магния до 80 кг с 1 га. Наибольшее количество его поглощают картофель, кормовая и сахарная свекла, табак, бобовые травы.

Самой важной формой для питания растений является обменный магний, составляющий в зависимости от вида почвы 5 - 10 % общего содержания этого элемента в почве.

Кальций

Кальций участвует в углеводном и белковом обмене растений, образовании и росте хлоропластов. Подобно магнию и другим катионам, кальций поддерживает определенное физиологическое равновесие ионов в клетке, нейтрализует органические кислоты, влияет на вязкость и проницаемость протоплазмы. Кальций необходим для нормального питания растений аммиачным азотом, он затрудняет восстановление в растениях нитратов до аммиака. От кальция в большей степени зависит построение нормальных клеточных оболочек.

В отличие от азота, фосфора и калия, находящихся обычно в молодых тканях, кальций содержится в значительных количествах в старых тканях; при этом его больше в листьях и стеблях, чем в семенах. Так, в семенах гороха кальций составляет 0,9 % воздушно - сухого вещества, а в соломе - 1,82 %

Наибольшее количество кальция потребляют многолетние бобовые травы - около 120 кг СаО с 1 га.

Недостаток кальция в полевых условиях отмечается на очень кислых, особенно песчаных, почвах и солонцах, где поступление кальция в растения тормозится ионами водорода на кислых почвах и натрия на солонцах.

Сера

Сера входит в состав аминокислот цистина и метионина, а также глутатиона - вещества, содержащегося во всех клетках растений и играющего определенную роль в обмене веществ и в окислительно - восстановительных процессах, так как является переносчиком водорода. Сера - непременный компонент некоторых масел (горчичное, чесночное) и витаминов (тиамин, биотин), она влияет на образование хлорофилла, способствует усиленному развитию корней растений и клубеньковых бактерий, усваивающих атмосферный азот и живущих в симбиозе с бобовыми культурами. Часть серы находится в растениях в неорганической окисленной форме.

В среднем в растениях содержится около 0,2 - 0,4 % серы от сухого вещества, или около 10 % в золе. Больше всего серы поглощают культуры из семейства крестоцветных (капуста, горчица и др.). Сельскохозяйственные культуры потребляют следующее количество серы (кгга): зерновые и картофель - 10 - 15, сахарная свекла и бобовые - 20 - 30, капуста - 40 - 70.

Серное голодание чаще всего наблюдается на бедных органическим веществом супесчаных и песчаных почвах нечерноземной полосы.

Железо

Железо потребляется растениями в значительно меньших количествах (1 - 10 кг с 1 га), чем другие макроэлементы. Оно входит в состав ферментов, участвующих в создании хлорофилла, хотя в него этот элемент не входит. Железо участвует в окислительно - восстановительных процессах, протекающих в растениях, так как оно способно переходить из окисленной формы в закисную и обратно. Кроме того, без железа невозможен процесс дыхания растений, поскольку оно является составной частью дыхательных ферментов.

Недостаток железа ведет к распаду ростовых веществ (ауксинов), синтезируемых растениями. Листья становятся светло - желтыми. Железо не может, как калий и магний, передвигаться из старых тканей в молодые (т. е. повторно использоваться растением).

Железное голодание чаще всего проявляется на карбонатных и сильноизвесткованных почвах. Особенно чувствительны к недостатку железа плодовые культуры и виноград. При длительном железном голодании у них происходит отмирание верхушечных побегов.

Бор

Бор содержится в растениях в ничтожном количестве: 1 мг на 1 кг сухого вещества. Различные растения потребляют от 20 до 270 г бора с 1 га. Наименьшее содержание бора наблюдается в злаковых культурах. Несмотря на это бор оказывает большое влияние на синтез углеводов, их превращение и передвижение в растениях, формирование репродуктивных органов, оплодотворение, рост корней, окислительно - восстановительные процессы, белковый и нуклеиновый обмен, на синтез и передвижение стимуляторов роста. С наличием бора также связаны активность ферментов, осмотические процессы и гидратация плазменных коллоидов, засухо - и солеустойчивость растений, содержание в растениях витаминов - аскорбиновой кислоты, тиамина, рибофлавина. Поглощение растениями бора увеличивает потребление других питательных веществ. Этот элемент не способен передвигаться из старых тканей растений в молодые.

При недостатке бора замедляется рост растений, отмирают точки роста побегов и корней, не раскрываются бутоны, опадают цветки, распадаются клетки в молодых тканях, появляются трещины, органы растений чернеют и приобретают неправильную форму.

Недостаток бора чаще всего проявляется на почвах с нейтральной и щелочной реакцией, а также на известкованных почвах, так как кальций мешает поступлению бора в растение.

Молибден

Молибден поглощается растениями в меньших количествах, чем другие микроэлементы. На 1 кг сухого вещества растений приходится 0,1 - 1,3 мг молибдена. Наибольшее количество этого элемента содержится в семенах бобовых культур - до 18 мг на 1 кг сухого вещества. С 1 га растения выносят с урожаем 12 - 25 г молибдена.

В растениях молибден входит в состав ферментов, участвующих в восстановлении нитратов до аммиака. При недостатке молибдена в растениях накапливаются нитраты и нарушается азотный обмен. Молибден улучшает кальциевое питание растений. Благодаря способности изменять валентность (отдавая электрон, он становится шестивалентным, а присоединяя - пятивалентным) молибден участвует в окислительно - восстановительных процессах, происходящих в растении, а также в образовании хлорофилла и витаминов, в обмене фосфорных соединений и углеводов. Большое значение имеет молибден в фиксации молекулярного азота клубеньковыми бактериями.

При нехватке молибдена растения отстают в росте и снижают урожайность, листья приобретают бледную окраску (хлороз), в результате нарушения азотного обмена теряют тургор.

Молибденовое голодание чаще всего наблюдается на кислых почвах, имеющих рН менее 5,2. Известкование увеличивает подвижность молибдена в почве и потребление его растениями. Особенно чувствительны к недостатку этого элемента в почве бобовые культуры. Под влиянием молибденовых удобрений не только увеличивается урожай, но и улучшается качество продукции - повышается содержание сахара и витаминов в овощных культурах, белка в зернобобовых культурах, протеина в сене бобовых трав и т. д.

Избыток молибдена, как и его недостаток, сказывается на растениях отрицательно - листья теряют зеленую окраску, задерживается рост и снижается урожай растений.

Медь

Медь, как и другие микроэлементы, потребляется растениями в очень малых количествах. На 1 кг сухой массы растений приходится 2 - 12 мг меди.

Медь играет большую роль в окислительно - восстановительных процессах, обладая способностью переходить из одновалентной формы в двухвалентную и обратно. Она является компонентом ряда окислительных ферментов, повышает интенсивность дыхания, влияет на углеводный и белковый обмен растений. Под влиянием меди в растении увеличивается содержание хлорофилла, усиливается процесс фотосинтеза, повышается устойчивость растений к грибным и бактериальным болезням.

Недостаточная обеспеченность растений медью отрицательно сказывается на водоудерживающей и водопоглощающей способности растений. Чаще всего недостаток меди наблюдается на торфяно - болотных почвах и некоторых почвах легкого механического состава.

В то же время слишком высокое содержание в почве доступной для растений меди, как и других микроэлементов, отрицательно влияет на урожай, поскольку нарушается развитие корней и уменьшается поступление в растение железа и марганца.

Марганец

Марганец, как и медь, играет важную роль в окислительно - восстановительных реакциях, протекающих в растении; он входит в состав ферментов, с помощью которых происходят данные процессы. Марганец участвует в процессах фотосинтеза, дыхания, в углеводном и белковом обмене. Он ускоряет отток углеводов из листьев в корень.

Кроме того, марганец участвует в синтезе витамина С и других витаминов; он увеличивает содержание сахара в корнях сахарной свеклы, белков в зерновых культурах.

Марганцевое голодание чаще всего отмечается на карбонатных, торфяных и сильноизвесткованных почвах.

При недостатке данного элемента замедляется развитие корневой системы и рост растений, снижается урожайность. Животные, поедающие корма с низким содержанием марганца, страдают ослаблением сухожилий, у них слабо развивается костяк. В свою очередь, избыточное количество растворимого марганца, наблюдающееся на сильнокислых почвах, может отрицательно действовать на растения. Токсическое действие избытка марганца устраняют известкованием.

Цинк

Цинк входит в состав ряда ферментов, например, карбоангидразы, катализирующей расщепление угольной кислоты на воду и углекислый газ. Этот элемент принимает участие в происходящих в растении окислительно - восстановительных процессах, в обмене углеводов, липоидов, фосфора и серы, в синтезе аминокислот и хлорофилла. Роль цинка в окислительно - восстановительных реакциях меньше, чем роль железа и марганца, так как он не обладает переменной валентностью. Цинк влияет на процессы оплодотворения растений и развитие зародыша.

Недостаточная обеспеченность растений усвояемым цинком наблюдается на гравийных, песчаных, супесчаных и карбонатных почвах. Особенно страдают от недостатка цинка виноградники, цитрусовые и плодовые деревья в засушливых районах страны на щелочных почвах. При длительном цинковом голодании у плодовых деревьев наблюдается суховершинность - отмирание верхних ветвей. Из полевых культур наиболее острую потребность к данному элементу проявляют кукуруза, хлопчатник, соя и фасоль.

Вызываемое недостатком цинка нарушение процессов синтеза хлорофилла приводит к появлению на листьях хлоротичных пятен светло - зеленого, желтого и даже почти белого цвета.

Кобальт

Кроме всех вышеописанных микроэлементов, в растениях найдены также такие микроэлементы, роль которых в растениях изучена недостаточно (например, кобальт, йод и др.). Вместе с тем установлено, что они имеют большое значение в жизни человека и животных.

Так, кобальт входит в состав витамина В 12 , при недостатке которого нарушаются процессы обмена веществ, в частности, ослабляется синтез белков, гемоглобина и т. д.

Недостаточная обеспеченность кормов кобальтом при содержании его менее 0,07 мг на 1 кг сухой массы приводит к значительному снижению продуктивности животных, а при резком недостатке кобальта скот заболевает сухоткой.

Иод

Иод является составной частью гормона щитовидной железы - тироксина. При недостатке йода резко уменьшается продуктивность скота, нарушаются функции щитовидной железы, происходит ее увеличение (появление зоба). Наименьшее содержание йода наблюдается в подзолистых и серых лесных почвах; более обеспечены йодом черноземы и сероземы. В почвах легкого механического состава, бедных коллоидными частицами, йода меньше, чем в почвах глинистых.

Как показывает химический анализ, в растениях содержатся и такие элементы, как натрий, кремний, хлор, алюминий.

Натрий

Натрий составляет от 0,001 до 4% сухой массы растений. Из полевых культур наибольшее содержание этого элемента наблюдается в сахарной, столовой и кормовой свекле, турнепсе, кормовой моркови, люцерне, капусте, цикорие. С урожаем сахарной свеклы выносится около 170 кг натрия с 1 га, а кормовой - около 300 кг.

Кремний

Кремний содержится во всех растениях. Наибольшее количество кремния отмечено в злаковых культурах. Роль кремния в жизни растений не установлена. Он увеличивает поглощение растениями фосфора благодаря повышению растворимости почвенных фосфатов под действием кремнекислоты. Из всех зольных элементов больше всего в почве содержится кремния, и недостатка в нем растения не испытывают.

Хлор

Хлор в растениях содержится в больших количествах, чем фосфор и сера. Однако необходимость его для нормального роста растений не установлена. Хлор быстро поступает в растения, отрицательно влияя при этом на ряд физиологических процессов. Хлор снижает качество урожая, затрудняет поступление в растение анионов, в частности фосфатного.

Очень чувствительны к высокому содержанию в почве хлора цитрусовые культуры, табак, виноград, картофель, гречиха, люпин, сераделла, лен, смородина. Менее чувствительны к большому количеству хлора в почве злаковые и овощные культуры, свекла, травы.

Алюминий

Алюминий в растениях может содержаться в значительных количествах: на его долю в золе некоторых растений приходится до 70 %. Алюминий нарушает обмен веществ в растениях, затрудняет синтез Сахаров, белков, фосфатидов, нуклеопротеидов и других веществ, что отрицательно сказывается на урожайности растений. Наиболее чувствительными культурами к наличию подвижного алюминия в почве (1 - 2 мг на 100 г почвы) являются сахарная свекла, люцерна, клевер красный, озимая и яровая вики, озимая пшеница, ячмень, горчица, капуста, морковь.

Помимо упомянутых макро - и микроэлементов в растениях содержится ряд элементов в ничтожно малых количествах (от 108 до 10 - 12 %), называемых ультрамикроэлементами. К ним относятся цезий, кадмий, селен, серебро, рубидий и др. Роль этих элементов в растениях не изучена.
читайте так-же

Комнатные растения живут в неестественных условиях: объем грунта ограничен горшком, а значит и количество питательных элементов ограничено.

Когда вы пересаживаете цветок в новый грунт вы даете ему достаточно элементов питания (в современных грунтах, продаваемых в магазинах, обычно достаточно сбалансированный состав, что позволяет обойтись без подкормок примерно 2 месяца), но по мере роста количество питательных веществ в почве уменьшается и растение начинает голодать в прямом смысле этого слова. А ослабленное растение — легкая добыча для вредителей и болезней.

Тогда приходят на помощь подкормки.
Подкормка растений почти всегда улучшает их состояние. Обнаружить недостаток питательных веществ в почве можно по внешним признакам: листочки начали желтеть, белеть, растение замедлило рост и т.п.

Макроэлементы для растений — это завтрак, обед и ужин

Это вещества, необходимые растениям в большом количестве, их концентрация составляет 0,1-10%.

Азот нужен для роста побегов и листьев. Если в почве недостает азота, окраска растений меняется: из насыщенно зеленой она становится бледной, желтоватой. Листья желтеют, мельчают и опадают, растение сбрасывает бутоны. Это называется хлороз — не болезнь, но ослабление растения.

Избыток азота приводит к буйному росту растения. Но это не хорошо, потому что ткани становятся рыхлыми, как будто слепленными на скорую руку, цветение оттягивается и растение становится подвержено заболеваниям. Обычное жидкое удобрение почти всегда содержит азот. Посмотрите на состав удобрения и вы увидите там латинскую букву N. Это и есть азот. Нужнее всего азотные удобрения в начале роста растения — весной. К осени его потребление снижается, а зимой азот нужно полностью исключить из подкормок.

Калий обеспечивает крепость тканей и иммунитет растения. Если калия недостаточно, края листьев закручиваются к низу, становятся морщинистыми, желтеют или буреют и отмирают. Сильная нехватка калия приводит к отмиранию старых листьев, молодые листья при этом сохраняются. Особенно нуждаются растения в калии во время цветения и плодоношения.

Фосфор необходим для здоровья растений, образования цветков, плодов и семян, формирует придаточные корни у черенков. Если фосфора мало, задерживается рост и развитие растений, они поздно зацветают или не зацветают вообще. При недостатке фосфора листья приобретают темно-зеленую или голубоватую окраску, на них появляются красно-фиолетовые пятна, а засыхающие листья имеют почти черный цвет. Избыток фосфора приводит к тому, что растение мельчает, нижние листья сморщиваются, желтеют и опадают. Особенно необходим фосфор в период бутонизации и цветения.

Кальций регулирует водный баланс. Недостаток кальция прежде всего сказывается на молодых побегах и листьях: они бледнеют и скручиваются, на них появляются коричневые пятна. Однако, излишек кальция намного вреднее его недостатка: он делает недоступными для растения соединения железа, вызывая хлороз.

Если вы заметили на поверхности почвы бело-бурые полосы, постарайтесь сменить почву полностью, пересадив растение в новый грунт. Если растение слишком большое — смените верхний слой почвы. Иначе растение может погибнуть. Качество воды для полива тоже имеет значение: жесткая вода содержит много кальция, который, в отличие от других элементов, вносится в почву с каждым поливом. Используйте для полива мягкую воду.

Магний способствует усвоению растениями фосфора. Недостаток магния ведет к хлорозу: листья становятся желтыми, красными, фиолетовыми между жилками и по краю листа. Листья скручиваются, плохо развивается корневая система, это приводит к истощению растений.

Железо участвует в образовании хлорофилла и дыхании. Если растению не хватает железа, листья становятся бледно-зелеными, но не отмирают. Недостаток железа ведет к полному хлорозу: бледнеет и обесцвечивается вся поверхность сначала молодых, а потом и всех остальных листьев. Появляются белые листья.

При недостатке серы растения отстают в росте, листья бледнеют.

Микроэлементы для растений — это витамины

Микроэлементы нужны растениям в очень малых дозах, их концентрация составляет менее 0,01%.
Белеют кончики листьев — растению недостает меди .
Верхушечные почки и корешки отмирают, растение не цветет, буреют и отмирают листья — в почве мало бора .
Растение не растет, а листья стали пестрыми — это недостаток марганца
При недостатке кобальта плохо развивается корневая система растений.
Появились светлые участки между жилками листьев, пожелтели кончики, листья стали отмирать — растению мало цинка.
Недостаток молибдена приводит к нарушению азотного обмена, вызывает желтение и пятнистость листьев, отмирание точки роста.
Натрий и хлор необходимы для для растений с морских побережий и солончаков. Однако в культуре эти растения обычно не предъявляют повышенных требований к засолению почвы.

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.

Кальций. В довольно значительных количествах кальций можно обнаружить в клеточных стенках, и находится он там в виде пектата кальция, который, вероятнее всего, оказывает влияние на эластичность клеточных стенок. Помимо этого, он участвует в метаболизме азота, активируя несколько ферментов, в том числе амилазу. Кальций относительно мало подвижен. Недостаток кальция отражается на меристематических участках кончиков корней, а излишек – накапливается в виде кристаллов оксилата кальция в листьях и одревесневших тканях.

Магний. Входит в молекулу хлорофилла и участвует в работе ряда ферментных систем, участвует в поддержании целостности рибосом и легко передвигается. При недостатке магния обычно наблюдается хлороз.

Железо. Большая часть железа расположена в хлоропластах, где участвует в синтезе пластичных белков, а также входит в ряд дыхательных ферментов, например, таких как перокисдаза, каталаза, ферредоксин и цитохромокисдаза. Железо относительно неподвижно, что способствует развитию его дефицита.

Марганец. Необходимый элемент для синтеза хлорофилла, основной функцией его является активация ферментных систем и, вероятно, влияет на доступность железа. Марганец относительно неподвижен и ядовит, причем в листьях некоторых древесных культур его концентрация часто приближается к токсичному уровню. Недостаток марганца зачастую вызывает деформацию листьев и образование хлоротичных или мертвых участков.

Цинк. Этот элемент присутствует в составе карбоангидразы. Цинк, даже в относительно низких концентрациях, очень токсичен, а его недостаток приводит к деформациям листьев.

Медь. Медь является компонентом некоторых ферментов, в том числе аскорбинотоксидазы и тирозиназы. Растениям обычно необходимы очень небольшие количества меди, высокие концентрации которой токсичны, а ее недостаток вызывает суховершинность.

Бор. Элемент, также как и медь, необходим растению в очень маленьких количествах. Вероятнее всего, бор необходим для передвижения сахаров, а его недостаток вызывает серьезные повреждения и отмирание апикальных меристем.

Молибден. Это элемент необходимый растению в ничтожной концентрации, входит в состав нитратредуктазной ферментной системы и выполняет, скорее всего, и другие функции. Недостаток редок, но при его наличии может снижаться азотофиксация у облепихи.

Хлор. Функции его мало исследованы, по всей видимости, он участвует в расщеплении воды при фотосинтезе.

Симптомы недостатка минеральных веществ

Недостаток минеральных веществ вызывает изменения биохимических и физиологических процессов, что приводит к морфологическим изменениям. Зачастую из-за дефицита наблюдается подавление роста побегов. Наиболее заметный их недостаток проявляется в пожелтении листьев, а оно, в свою очередь, вызывается уменьшением биосинтеза хлорофилла. Исходя из наблюдений, можно отметить, что наиболее уязвимой частью растения являются листья: у них уменьшаются размеры, форма и структура, бледнеет окраска, образуются мертвые участки на кончиках, краях или между главными жилками, изредка листья собираются в пучки или даже розетки.

Следует привести примеры недостатка различных элементов у ряда наиболее распространенных культур.

Недостаток азота , прежде всего, сказывается на размере и окраске листьев. В них уменьшается содержание хлорофилла и теряется интенсивная зеленая окраска, а листья становятся светло-зелеными, оранжевыми, красными или пурпурными. Черешки листьев и их жилки приобретают красноватый оттенок. Одновременно с этим уменьшается и размер листовой пластинки. Угол наклона черешка к побегу становится острым. Отмечается ранний листопад, резко уменьшается число цветков и плодов одновременно с ослабеванием роста побегов. Побеги становятся коричнево-красными, а плоды – мелкими и ярко окрашенными. Отдельно стоит упомянуть землянику, у которой недостаток азота приводит к слабому образованию усов, покраснению и раннему пожелтению старых листьев. Но и обилие азота также неблагоприятно сказывается на растении, вызывая излишнее укрупнение листьев, их насыщенный, слишком темно-зеленый цвет и, напротив, слабую окраску плодов, их раннее опадение и плохое хранение. Растение–индикатор на недостаток азота – яблоня.

Окончание следует

Николай Хромов, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник, отдел ягодных культур ГНУ ВНИИС им. И.В. Мичурина, член академии НИРР