Макро- и микроэлементы минерального питания растений. Механизмы поступления ионов воды в растительную клетку.

Минеральное питание – это совокупность процессов поглощения из почвы, передвижения и усвоения химических биогенных элементов, то есть элементов, необходимых для жизни растительных организмов. В особенно больших количествах растениям необходимы макроэлементы N, S, P, K, Mg, Ca. Напротив, в крайне малых количествах необходимы такие микроэлементы, как B, Mn, Cu, Zn, Mo, Co.

Макроэлементы

Азот - элемент образования органического вещества. Регулирует рост вегетативной массы. Определяет уровень урожайности.

Фосфор - элемент энергетического обеспечения (АТФ, АДФ). Активизирует рост корневой системы и закладки генеративных органов. Ускоряет развитие всех процессов. Повышает зимостойкость.

Калий - элемент молодости клеток. Сохраняет и удерживает воду. Усиливает образование сахаров и их передвижение по тканям. Повышает устойчивость к болезням, засухе и заморозкам.

Магний - повышает интенсивность фотосинтеза и образование хлорофилла. Влияет на окислительно-восстановительные процессы. Активирует ферменты и ферментативные процессы.

Кальций - стимулирует рост растения и развитие корневой системы. Усиливает обмен веществ, активирует ферменты. Укрепляет клеточные стенки. Повышает вязкость протоплазмы.

Сера - Участвует в азотном и белковом обменных процессах, входит в состав аминокислот, витаминов и растительных масел. Влияет на окислительно-восстановительные процессы.

Микроэлементы

Железо - Регулирует фотосинтез, дыхание, белковый обмен и биосинтез ростовых веществ – ауксинов.

Медь - Регулирует дыхание, фотосинтез, углеводный и белковый обмен. Повышает засухо -, морозо -, и жароустойчивость

Марганец - Регулирует фотосинтез, дыхание, углеводный и белковый обмен. Входит в состав и активирует ферменты.

Цинк - Регулирует белковый, липоидный, углеводный, фосфорный обмен и биосинтез витаминов и ростовых веществ - ауксинов.

Бор - Регулирует опыление и оплодотворение, углеводный и белковый обмен. Повышает устойчивость к болезням.

Молибден - Регулирует азотный, углеводный и фосфорный обмен, синтез хлорофилла и витаминов, стимулирует фиксацию азота воздуха.

Поглощение питательных веществ клеткой может быть пассивным и активным. Пассивное поглощение — это поглощение, не требующее затраты энергии. Оно связано с процессом диффузии и идет по градиенту концентрации данного вещества. С термодинамической точки зрения направление диффузии определяется химическим потенциалом вещества. Чем выше концентрация вещества, тем выше его химический потенциал. Передвижение идет в сторону меньшего химического потенциала. Необходимо заметить, что направление движения ионов определяется не только химическим, но также электрическим потенциалом. Следовательно, пассивное передвижение ионов может идти по градиенту химического и электрического потенциала. Таким образом, движущей силой пассивного транспорта ионов через мембраны является электрохимический потенциал. Электрический потенциал на мембране — трансмембранный потенциал — может возникать в силу разных причин:

1. Поступление ионов идет по градиенту концентрации (градиенту химического потенциала), однако благодаря разной проницаемости мембраны с большей скоростью поступает либо катион, либо анион. В силу этого на мембране возникает разность электрических потенциалов, что, в свою очередь, приводит к диффузии противоположно заряженного иона.

2. При наличии на внутренней стороне мембраны белков, фиксирующих определенные ионы. За счет фиксированных зарядов создается дополнительная возможность поступления ионов противоположного заряда.

3. В результате активного (связанного с затратой энергии) транспорта либо катиона, либо аниона. В данном случае противоположно заряженный ион может передвигаться пассивно по градиенту электрического потенциала.

Активный транспорт — это транспорт, идущий против градиента электрохимического потенциала, т. е. по направлению от меньшего к большему его значению. Активный транспорт не может происходить самопроизвольно и требует затраты энергии, выделяющейся в процессе метаболизма. Активный перенос имеет решающее значение, поскольку обеспечивает избирательное концентрирование необходимых для жизнедеятельности клетки веществ. Имеется ряд доказательств существования активного транспорта ионов. В частности, это опыты по влиянию внешних условий. Так, оказалось, что поступление ионов зависит от температуры. В определенных пределах с повышением температуры скорость поглощения веществ клеткой возрастает. В отсутствие кислорода, в атмосфере азота, поступление ионов резко тормозится и может даже наблюдаться выход солей из клеток корня наружу. Под влиянием дыхательных ядов, таких, как KCN, СО, поступление ионов также затормаживается. С другой стороны, увеличение содержания АТФ усиливает процесс поглощения. Все это указывает на то, что между поглощением солей и дыханием существует тесная связь. Как известно дыхание является основным поставщиком энергии в клетке. Многие исследователи приходят к выводу о тесной взаимосвязи между поглощением солей и синтезом белка. Способность клетки к избирательному накоплению питательных солей, зависимость поступления от интенсивности обмена служат доказательством того, что наряду с пассивным имеет место и активное поступление ионов. Оба процесса часто идут одновременно и бывают настолько тесно связаны, что их трудно разграничить.

 

Механизмы поступления Н2О в растительную клетку: Осмотический механизм - поступление за счет осмоса, где главную роль играет вакуоль

2. Коллоидно-химический механизм (набухание) - поглощение воды биоколлоидами протоплазмы и структурными элементами клеточной оболочки

3. Электроосмотический механизм - поступление за счет электроосмоса, обусловленного РП на мембране

Осмотическая система – система, которая содержит растворы разных концентраций (или раствор и растворенное вещество), разделенные мембранной. Осмотическая ячейка - пространство, окруженное избирательно проницаемой мембраной и заполненное каким-либо водным раствором. Клетка представляет собой осмотическую систему: более концентрированный раствор – клеточный (вакуолярный) сок, менее концентрированный – раствор в свободном пространстве клеточной стенки, роль полупроницаемой мембраны, разделяющей эти пространства, играют плазмалемма, тонопласт и расположенная между ними цитоплазма. Любая органелла цитоплазмы, окруженная мембраной, - осмотическая ячейка. Осмос – односторонняя диффузия молекул воды или другого растворителя через избирательно проницаемую мембрану; концентрация растворенных веществ в вакуоли служит мерой максимальной способности клетки поглощать воду.

Для расчета осмотического давления используют формулу, предложенную Я. Вант-Гоффом:

π = iСRT

С – концентрация раствора в молях; Т – абсолютная температура; R – газовая постоянная; i – изотонический коэффициент, равный 1 + a(n – 1), a – степень ионизации, n – количество ионов, на которое диссоциирует молекула электролита.

Выражение справедливо для разбавленных растворов и означает, что осмотическое давление при постоянной температуре определяется концентрацией частиц (молекул, ионов) растворимого вещества ( количеством в единице объема раствора). Потенциальное осмотическое давление отражает максимально возможное давление, которое имеет раствор данной концентрации, или максимальную способность раствора в ячейке поглощать воду.

Водный потенциал - разность между свободной энергией Н2О внутри и вне клетки при той же температуре и атмосферном давлении. Разность химического потенциала Н2О в клетке (mw ) и химического потенциала чистой Н2О (mw ⁰), отнесенная к парциальному молярному объему Н2О в клетке (Vw )

(Vw ) - парциальный молярный объем воды, Vw характеризует способность Н2О поглощаться, диффундировать или испаряться

Электроосмос – это перемещение диполей воды, вызванное электрическим потенциалом, возникающим на мембране. Разность потенциалов (РП) на мембране возникает в результате ассиметричного распределения ионов по двум ее сторонам, что обусловлено избирательной проницаемостью мембраны.

В настоящее время клетку не рассматривают только как осмотическую систему: открытие аквапоринов; в водном обмене большую роль играет и протоплазма; затрата энергии при выталкивании Н2О из клетки.

Аквапорины – специальные белки, которые, встраиваясь в мембраны, образуют в липидном бислое водные каналы, или поры. Транспортная активность аквапоринов регулируется их фосфорилированием/ дефосфорилированием.

 

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: