Значение органических веществ как непосредственно источника питания культурных растений. Химический состав растений. Минеральное питание

Растения строят свой организм из определенных химических элементов, находящихся в окружающей среде. Ткани растений состоят из воды и сухого вещества, соотношение которых у различных растений колеблется в широких пределах. Большинство сельскохозяйственных культур содержит в вегетативных органах 85 - 95% воды и 5 - 15 % сухих веществ. В созревших семенах на сухое вещество уже приходится 85 - 88 %, воду – 12 - 15 %.
В зерне зерновых и зернобобовых культур воды содержится 12 - 15%, семенах масличных культур - 7 - 10, клубнях картофеля, корнеплодах сахарной свеклы - 75 - 80, корнеплодах столовой свеклы и моркови - 85 - 90%, в зеленой массе злаковых, бобовых трав - 75 - 85, в плодах томатов и огурцов - 92 - 96%.
В составе сухого вещества растений 90 - 95% приходится на органические соединения и 5 - 10 % на минеральные соли. Органические вещества представлены в растениях белками, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектиновыми веществами и другими соединениями (табл. 3.1). Качество растениеводческой продукции определяется содержанием органических и минеральных соединений.
Вид и характер использования продукции определяют ценность отдельных органических соединений в ее составе. В зерновых культурах основные вещества, определяющие их качество, - белки и крахмал. Более высоким содержанием белка у зерновых культур отличается пшеница, а крахмала – пивоваренный ячмень. Накопление белка в зерне ячменя, используемого для пивоваренного производства, должно быть регламентировано (11 - 11,5 %), поскольку его повышенное содержание ухудшает качество сырья. Качество клубней картофеля оценивается по содержанию крахмала, сахарной свеклы - сахара. Лен возделывают для получения волокна, состоящего из клетчатки, масличные культуры (рапс, подсолнечник и др.) - масла. Качество продукции зависит также от содержания витаминов, алкалоидов, органических кислот и пектиновых веществ, эфирных и горчичных масел.
Накопление отдельных групп органических соединений может изменяться в зависимости от условий выращивания сельскохозяйственных культур, видовых и сортовых особенностей растений, применения удобрений. Создавая соответствующие условия питания с помощью удобрений, можно повысить урожайность и улучшить качество наиболее ценной части урожая. Усиление азотного питания позволяет увеличить содержание белка в растениях, а повышение фосфорно-калийного питания обеспечивает большее накопление углеводов - крахмала в клубнях картофеля, сахара – в корнеплодах сахарной свеклы.
В растениях обнаружено более 70 элементов. В среднем сухое вещество растений содержит 45% углерода, 42 % кислорода, 6,5 % водорода, на азот и зольные элементы приходится 6,5%.
При сжигании растительного материала органогенные элементы улетучиваются в виде газообразных соединений и паров воды, а в золе остаются преимущественно многочисленные зольные элементы, на которые приходится в среднем около 5% массы сухого вещества.
Азот и такие зольные элементы, как фосфор, калий, сера, кальций, магний, натрий, хлор и железо содержатся в растениях в относительно больших количествах (от нескольких процентов до сотых долей процента сухого вещества) и называются макроэлементами.
Содержание других необходимых для растений элементов - бора, меди, цинка, марганца, молибдена, ванадия и кобальта в растениях составляет от тысячных до стотысячных долей процента, и они относятся к микроэлементам.
В настоящее время 20 элементов (N, P, K, C,H, Ca, Mg, O, S, Mo, Zn, Cu, B, Mn, Co, Cl, J, Na, V, Fe) относятся к необходимым, так как растения без них не могут полностью закончить цикл развития. Они не могут быть заменены другими элементами.
К условно необходимым относятся 12 элементов (Li, Ag, Sr, Cd, Al, Si, Ti, Pb, Cz, Se, F, Ni). В ряде опытов получены данные, что эти элементы оказывали положительное влияние на рост и развитие растений.
Потребление растениями элементов минерального питания является сложным физиологическим процессом, зависящим от биологических особенностей самого растения и условий окружающей среды. Различные направления в синтезе органических соединений в известной мере обусловливают избирательную способность растений. Из одной и той же почвы разные культуры потребляют не только неодинаковые количества химических элементов, но и в различном их соотношении между собой.
Семена богаты азотом, а корнеплоды и клубни содержат больше калия. В зерне зерновых культур по сравнению с соломой больше содержится фосфора и магния. В соломе же больше накапливается калия и кальция. На накопление элементов минерального питания в растениях влияют концентрация питательных элементов в почве, их подвижность в связи с обеспеченностью влагой, степень кислотности, от которой зависит как растворимость отдельных элементов, так и процесс поглощения растительной клеткой катионов и анионов, наличие в почве воздуха.
Вынос питательных элементов из почвы возрастает с увеличением урожайности. В то же время при большем уровне урожайности затраты питательных элементов на формирование единицы продукции обычно снижаются.
Общая потребность сельскохозяйственных культур в элементах минерального питания характеризуется размерами биологического выноса - количеством питательных элементов во всей формирующейся биомассе растений, т. е. в надземных органах и корнях. В практических целях чаще всего потребность растений в питательных элементах характеризуется хозяйственным выносом, т. е. количеством питательных элементов, отчуждаемых из почвы с убираемым урожаем. При этом не учитывают ту часть питательных элементов, которая возвращается в почву, находясь в послеуборочных остатках и корнях. Хозяйственный вынос ниже биологического. В табл. 3.3 приведены обобщенные данные по хозяйственному выносу элементов питания основными сельскохозяйственными культурами на минеральных почвах, из которой видно, что большинство сельскохозяйственных культур больше выносит азота, меньше калия и еще меньше фосфора. Среди зерновых культур больше азота выносит яровая и озимая пшеница. Гречиха наряду с высоким выносом азота потребляет значительно больше калия, чем зерновые колосовые культуры. Больше калия, чем азота, потребляют также картофель, сахарная и кормовая свекла.
На торфяно-болотных почвах вынос питательных элементов на единицу продукции больше, чем на минеральных почвах.
Растения потребляют элементы питания в определенных соотношениях. Если за единицу принять удельный вынос фосфора, то для зерновых соотношение между N: Р2О5: К2О: СаО: Mg составляет примерно 2,4: 1,0: 2,0: 0,3: 0,2.
Относительное содержание элементов минерального питания в основной и побочной продукции различных сельскохозяйственных культур определяется прежде всего их видовыми особенностями, но зависит также от сорта и условий выращивания. Содержание азота, фосфора значительно выше в хозяйственно ценной части урожая - зерне, корне- и клубнеплодах, чем в соломе и ботве. Калия же содержится больше в соломе и ботве, чем в товарной части урожая.
Картофель, сахарная свекла, кормовые корнеплоды и силосные культуры для создания высокого урожая потребляют гораздо больше питательных элементов, чем зерновые культуры.
У картофеля и корнеплодов соотношение элементов питания резко отличается от такового в зерновых культурах и составляет соответственно 4: 1: 5: 1: 0,6 и 3,2: 1: 4,6: 1,3: 1,5.
Самое продуктивное использование сельскохозяйственными культурами питательных элементов из почвы и удобрений обеспечивается при наиболее благоприятных почвенно-климатических условиях, высоком уровне агротехники в сочетании с рациональным применением удобрений.
Для растений характерен автотрофный тип питания, т. е. они сами синтезируют органические вещества за счет минеральных соединений, в то время как для животных и подавляющего большинства микроорганизмов харакОтерен гетеротрофный тип питания - использование готовых органических веществ, ранее синтезированных другими организмами. Благодаря способности хлорофилла использовать солнечный свет, растения играют особую роль на земле. Вся жизнь на нашей планете обусловлена созидательной работой растений. Следует отметить, что доказана принципиальная возможность непосредственного усвоения растениями таких органических соединений, как витамины, антибиотики, ростовые вещества, аминокислоты. Однако усвоение этих органических соединений незначительно и имеет ограниченное значение в питании растений.
Питание растений - это процесс поглощения и усвоения питательных элементов из окружающей среды. Все необходимые для питания элементы растения получают через листья и корни - из воздуха и почвы. В связи с этим различают воздушное и корневое питание растений. Основным процессом, в результате которого создаются органические вещества в растениях, является фотосинтез. При фотосинтезе солнечная энергия в зеленых частях растений, содержащих хлорофилл, превращается в химическую энергию, которая используется на синтез углеводов из диоксида углерода и воды:
6 СО2 + 12Н2О + свет (686 ГДж) С6Н12О6+ 6Н2О + 6О2
хлорофилл
При световой фазе процесса фотосинтеза происходит реакция разложения воды с выделением кислорода и образованием богатых энергией соединений (АТФ) и восстановленных продуктов. Эти соединения участвуют в следующей теневой фазе - в синтезе углеводов и других органических соединений из СО2.
Простые углеводы используются для синтеза сложных (сахарозы, крахмала, органических кислот, а также белков, жиров, органических кислот и т.д.).
При фотосинтезе растения усваивают диоксид углерода, поступивший через листья из атмосферы. Лишь небольшая часть СО2 (до 5 % общего потребления) может поглощаться корнями растений. Через листья растения могут усваивать серу в виде SO2 из атмосферы, а также азот и зольные элементы из водных растворов при некорневых подкормках. Однако в естественных условиях через листья осуществляется главным образом углеродное питание, а основным путем поступления в растения воды, азота, фосфора, калия и других элементов питания является корневое питание.
Корни являются не только органами поглощения минеральных элементов и воды, но и органами обладающими синтетической способностью. В них синтезируются многие органические соединения: белки, аминокислоты, амиды, алкалоиды, фитогормоны, в частности, цитокинин и др.
В растениях наряду с образованием органических веществ происходит их распад в процессе дыхания. При дыхании происходит освобождение энергии:
С 6 Н12О6 + 6 О2 = 6 СО2+ 6Н2О + 686 Гдж.
Энергия, выделившаяся в процессе дыхания, используется на синтез более сложных органических веществ, на получение корнями питательных элементов и воды из почвы и передвижение их к листьям, а от них - к растущим частям: точкам роста, цветкам, семенам, клубням и т.д. Большое значение в синтезе органических веществ как источник энергии имеет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).
В обычных условиях растения используют не более 2 - 3% солнечной энергии. Чтобы увеличить фотосинтетическую деятельность, необходимо создать оптимальные условия для роста и развития растений. Этому способствуют увеличение листовой поверхности и удлинение периода ее жизнедеятельности, выведение более продуктивных сортов, разработка новых технологий возделывания, оптимизация условий питания растений.
Для рационального использования удобрений и получения наибольшей отдачи от них необходимо знать закономерности и особенности минерального питания сельскохозяйственных культур.
Потребление питательных элементов растениями является сложным физиологическим процессом, зависящим от биологических особенностей самого растения и условий окружающей среды, в которых развивается растительный организм.
Мощность корневой системы, ее строение и характер распределения в почве у различных сельскохозяйственных культур значительно различаются. Различные участки корня неравноценно участвуют в поглощении питательных элементов. Опыты с применением меченых атомов показали, что поглощение ионов происходит с наибольшей скоростью в растущей зоне роста, так называемой, меристеме (длина которой обычно не более 1,5 мм), и снижается по мере удаления от кончика корня. В расчете же на клетку наибольшая скорость была отмечена в зоне корневых волосков, или всасывания (длина 1 - 2 см), и хотя зона роста (меристема) способна к интенсивному поглощению ионов и солей, они используются почти полностью для собственных потребностей делящихся клеток. Зрелые участки корня также поглощают и переносят к побегам значительные количества питательных элементов.
Потребление растениями элементов питания зависит от массы и распространения корней в почве, их усвояющей способности. Наибольшее количество корней в пахотном горизонте почвы накапливает клевер, наименьшее – картофель. Зерновые по количеству корней занимают промежуточное место. Продуктивность корневых систем в накоплении сухого вещества носит обратный характер: у картофеля этот показатель значительно больше, чем у клевера. Наибольшее количество азота и фосфора в 1 т сухого вещества накапливают бобовые культуры и картофель.
По мнению многих ученых, отзывчивость сортов сельскохозяйственных культур на удобрения определяется не столько мощностью корневой системы, сколько более активной физиологической деятельностью. У сортов, более отзывчивых на удобрительный фон, меньшая недеятельная адсорбирующая поверхность корней, более длительное функционирование зародышевых и придаточных корней, повышенный приток углеводов к корням, увеличенное содержание в корневых окончаниях физиологически активных веществ.
Исследования показали, что более высокопродуктивные сорта имеют повышенную продуктивность фотосинтеза в основном за счет увеличения площади верхних листьев, особенно флага и элемента колоса, т.е. тех органов, которые функционируют в период налива зерна. Имеются данные о том, что короткостебельные сорта пшеницы отличаются повышенной способностью к поглощению азота после цветения, что, по-видимому, связано с более высокой продуктивностью фотосинтеза.
Схематически процесс поступления питательных элементов в корневую систему можно представить следующим образом. Питательные элементы в виде ионов (NH4+, NO3-, H2PO4-, SO4-, K+, Ca2+, Mg2+, Na+ и др.) передвигаются из почвенного раствора с током воды и за счет процесса диффузии. Клеточные оболочки имеют довольно крупные поры и каналы, легко проницаемые для ионов. Установлено, что при высокой концентрации ионов в почвенном растворе они поступают к корням с потоком раствора, при низкой насыщенности почвенного раствора ионами и высокой потребности в них растений ионы передвигаются к корням диффузией.
Фосфор и кальций доставляются к растениям в основном диффузией, а кальций и магний - с током почвенного раствора.
Первый этап поглощения - адсорбция на наружной поверхности цитоплазматической мембраны, состоящей из двух слоев фосфолипидов, между которыми встроены молекулы белков, имеющие участки с положительными и отрицательными зарядами. На этих участках происходит обмен между ионами почвенного раствора (например, катиона калия, аниона NО3 и др.) и ионами, выделяемыми клеткой корня. Обменным фондом катионов и анионов у растений могут быть ионы Н+ и ОН -, а также Н+ и НСО3-, образующиеся при диссоциации угольной кислоты, выделяемой при дыхании.
В настоящее время сложилось представление, что питательные элементы поступают в корень в основном в виде ионов с обязательным переходом через плазмолемму клетки. Этот процесс может быть пассивным, т.е. по электрохимическому градиенту, и активным, т. е. против электрохимического градиента. Наибольшее значение имеет механизм активного транспорта ионов через плазмолемму, который происходит с затратой дополнительной энергии. Процесс дыхания служит источником энергии, необходимой для активного поглощения элементов минерального питания. Механизм такого “активного” переноса очень сложен и осуществляется с участием специальных переносчиков и так называемых ионных насосов. При этом перенос внутрь клетки через цитоплазматическую мембрану одних необходимых для растений ионов сопряжен с встречным транспортом наружу других ионов, находящихся в клетке в функционально избыточном количестве.
В настоящее время установлено наличие калий-натриевого и протонного ионных насосов. Механизм действия калий-натриевого насоса заключается в том, что специфический фермент калий - натриевая АТФ- аза осуществляет выкачивание из клеток ионов Nа+ и вхождение ионов калия. Свое название АТФ-азы получили в связи с присущей им способностью расщеплять АТФ. Освобождаемая энергия используется для транспорта веществ, а транспортная АТФ-аза обратимо фосфорилируется параллельно с фосфорилированием и дефосфорилированием транспортной АТФ-азы, осуществляя связывание и освобождение иона, Одновременно происходят конформационные изменения молекулы АТФ-азы, позволяющие осуществлять перенос ионов внутрь клетки.
Протонный насос выкачивает из клеток ионы Н+ (антипорт), что создает отрицательный заряд клеток и доставляет внутрь клетки для сохранения электронейтральности ион с тем же зарядом, например калия.
Закачивание в клетку по электрохимическому градиенту протонным насосом протона и какого-либо дополнительного “седока” (фосфора и др.) называют симпортом. Таким образом, АТФ-зависимый мембранный Н+ насос служит универсальным энергетическим приводом к ионным потокам на плазмолемме растительных клеток.
Транспорт веществ внутрь клетки через цитаплазматические мембраны может идти с помощью имеющихся в плазмолемме каналов. В частности, установлено наличие в растительных клетках одиночных каналов, пропускающих кальций.
Главенствующую роль в потреблении элементов питания играют биологические особенности видов растений, а также генетические свойства сортов, полученных в результате селекционной работы, направленной на создание популяций, устойчивых к неблагоприятным условиям, отличающихся высокой урожайностью, повышенным содержанием белка, крахмала, сахара и других органических веществ, характеризующих качество урожая.
Многочисленными исследованиями установлено, что получить максимальный, генетически обусловленный уровень урожайности даже на высокоокультуренных почвах можно только при направленном регулировании питания растений с учетом законов формирования урожая, требований культуры, особенностей сорта. Процессом питания растений управляют путем дифференциации форм, доз, сроков, периодичности и способов внесения органических и минеральных удобрений с учетом биологических, физиологических особенностей растений, с одной стороны, и закономерностей взаимодействия факторов внешней среды - с другой.
Поступление питательных элементов в растения заметно снижается при плохой аэрации почвы, низкой температуре, избытке или резком недостатке влаги в почве. Особенно сильно на поступление питательных элементов влияют реакция почвенного раствора, концентрация и соотношение солей в нем. При повышенной кислотности ухудшается развитие корней и поступление в них питательных элементов.
Питание растений осуществляется при тесном взаимодействии с окружающей средой, в том числе с огромным количеством разнообразных ризосферных и почвенных микроорганизмов. Микроорганизмы разлагают находящиеся в почве органические вещества и органические удобрения, в результате чего содержащиеся в них элементы питания переходят в усвояемую для растений минеральную форму. Некоторые микроорганизмы способны разлагать труднорастворимые минеральные соединения фосфора и калия и переводить их в доступную для растений форму. Ряд азотфиксирующих бактерий, усваивая азот воздуха, обогащает почву этим элементом. В связи с этим одна из важных задач земледелия - создание соответствующими приемами агротехники благоприятных условий для развития полезных микроорганизмов.
Массовые опыты, проведенные в Беларуси, показали, что в оптимальных вариантах за счет удобрений формируется 30 - 45% урожая зерновых, 19 %- зернобобовых культур, 41% - картофеля и 21 - 26% - многолетних трав. Еще сильнее удобрения влияют на накопление питательных элементов в растениях. В зерновых культурах под влиянием удобрений содержание азота увеличивается на 34 - 56%, фосфора - на 29 - 43 и калия - на 34 - 56 % в зависимости от биологических особенностей культур. При этом прирост накопления элементов питания обусловлен не только потреблением их растениями из удобрений, но и дополнительным поглощением из почвы.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ
Химический состав растений - комплекс веществ от минеральных солей до высокомолекулярных органических соединений в растительном организме. Вегетативные органы и сочные плоды большинства растений содержат 80-95 % воды и только 5-20% сухого вещества. В семенах в процессе созревания количество воды уменьшается, а содержание сухого вещества повышается до 85-90% от общ. веса. Сухое вещество состоит из углерода (45%), кислорода (42%), водорода (6,5%) и азота (1,5%). Остальные (5%) приходится на т. н. зольные элементы (зола). Среди них различают: макроэлементы, содержание которых выражается величинами от десятков процентов до сотых долей процента; микроэлементы - от тысячных до стотысячных долей процента; ультрамикроэлементы - миллионные доли процента и менее.

К макроэлементов, кроме углерода, кислорода, водорода и азота, относятся кальций, кремний, натрий, хлор и железо; к микроэлементам - алюминий, барий, стронций, титан, фтор, рубидий, ванадий, хром, бром, германий, никель, свинец, олово, мышьяк, кобальт, йод, литий, молибден, иттрий и цезий; к ультрамикроелементам - селен, кадмий, уран, ртуть, серебро, золото, радий. Содержание одного и того же элемента в тканях одного растения может меняться под влиянием различных условий и зависит в основном от количества его в почве. Напр., в различных условиях культуры содержание фосфора в тканях растения может колебаться от 2,5 до 0,04%; бора от 0,01 до 0,001%, марганца - от 0,01 до 0,0001% и т. д. Из органов растений богаты на золу листья, кора деревьев и корни. Несколько меньше золы в стеблях травянистых растений, древесине и семенах. Клубни картофеля, корень и др.. корнеплоды богаты калием. Все элементы, входящие в растительный организм, содержащиеся в нем в виде органических соединений, минеральных солей, окислов и др.. Они локализуются в неодинаковом количестве в определенных местах цитоплазмы, органоидах клеток, тканях и органах растения. Важнейшими веществами живой клетки являются белки. В зеленых частях растения в комплексе с белком содержится - вещество, с помощью которого осуществляется .

Особую группу соединений белковой природы, обеспечивающих обмен веществ в растительном организме, составляют ферменты. Решающую роль во внутриклеточном обмене веществ играют нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК), неся генетическую информацию и определяя тип и строение белков в клетке. Содержание их в растениях не превышает 10 % количества белка.

Почти 90% сухой массы растений составляют углеводы, входящие в состав цитоплазмы клеток (сахара, крахмал, инулин), является осн. частью клеточной оболочки ( , гемицеллюлозы), образуют межклеточные пластинки (пектиновые вещества). Ради углеводов выращивают многие культуры (например, картофель, в растениеводстве свекла, злаки). Важную высокоэнергетическую группу органических соединений в растениях составляют жиры (масла) и липоиды.

Регулируют процессы роста растительного организма ростовые вещества ( , гетероауксин, кинетин). Количественное содержание их в тканях растений очень малое (в 1 кг прорастающих семян содержится ок. 0,5 мг ростовых веществ).

Важную роль в обмене веществ растительного организма играют органические кислоты, образующиеся в растительном организме в процессе дыхания растений и также промежуточными продуктами синтеза др.. соединений. В виде солей органических кислот в растениях встречаются алкалоиды. Другими достаточно распространенными в растительных организмах биологически активными соединениями являются глюкозиды. В особых органах растениях образуются эфирные масла и смолы, которые представляют собой смесь ряда соединений, осн. из которых терпены - ненасыщенные углеводороды.

К летучим биологическим активным веществам растительного происхождения относятся и . Фитонцидные свойства определенной степени имеют все растения. Наряду с соединениями, которые принимают участие в активном обмене веществ, в растениях синтезируется ряд полимеров, остаются в стороне интенсивного метаболизма (обмена веществ). Это клетчатка, каучук, гуттаперча, лигнин (вещество, что приводит одеревенение оболочек растительных клеток). Каучук могут образовывать ок. 2000 видов растений, но больше всего его в тропич. дереве - гевеи, в котором содержится гуттаперча. Много каучука есть и в коксагизи, и таусагизи. Лигнины различных групп растений несколько отличаются между собой. Особенно много лигнина в древесине (у хвойных пород - до 50%) и соломе. В процессе роста и хим. состав отдельных органов и растений в целом в определенной степени изменяется (например, накапливаются питательные вещества в зерне и плодах при их созревании, увеличивается содержание целлюлозы и лигнина в древесине и уменьшается относительное количество элементов питания с возрастом растения и т.п.). Органические соединения, которые содержатся в растительных организмах, берут начало от первичных продуктов фотосинтеза и является источником существования всего животного мира.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Тема: Органические вещества растительной клетки, доказательства их наличия в растении.

Выполнил: Тимофеев Алексей Михайлович.

Группа: 1-2КЮ

Преподаватель: Винник Валерия Константиновна.

1.Определение органическим веществам.

2.История появления.

3.Их классификация.

4.Структурный анализ.

5.Рассмотрение на практике.

6.Заключение.

1.Определение органическим веществам.органические вещества - класс соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов).Органические вещества (соединения) клетки – химические соединения, в состав которых входят атомы углерода (белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты и др. соединения, которых нет в неживой природе).Разные типы клеток содержат разные количества органических соединений.Растительные клетки – больше углеводов.Животные клетки – больше белков.

2.История появления.Название органические вещества появилось на ранней стадии развития химии во время господства виталистических воззрений, продолжавших традицию Аристотеля и Плиния Старшего о разделении мира на живое и неживое. Вещества при этом разделялись на минеральные - принадлежащие царству минералов, и органические - принадлежащие царствам животных и растений. Считалось, что для синтеза органических веществ необходима особая «жизненная сила» присущая только живому, и поэтому синтез органических веществ из неорганических невозможен. Это представление было опровергнуто Фридрихом Вёлером в 1828 году путём синтеза «органической» мочевины из «минерального» цианата аммония, однако деление веществ на органические и неорганические сохранилось в химической терминологии и по сей день.

3.Их классификация.Основные классы органических соединений биологического происхождения - белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты - содержат, помимо углерода, преимущественно водород, азот, кислород, серу и фосфор. Именно поэтому «классические» органические соединения содержат прежде всего водород, кислород, азот и серу - несмотря на то, что элементами, составляющими органические соединения, помимо углерода могут быть практически любые элементы.БелкиАминокислоты - структурные компоненты белков.Белки, или протеины - это биологические гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.Липиды - это жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях. Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам. Нуклеиновые кислоты - фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации.УглеводыСамо название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих вешеств в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы.

4.Структурный анализ.Структурный анализ органических веществ.В настоящее время существует несколько методов характеристики органических соединений.Кристаллография (рентгеноструктурный анализ) - наиболее точный метод, требующий, однако, наличия высококачественного кристалла достаточного размера для получения высокого разрешения. Поэтому пока этот метод не используется слишком часто.Элементный анализ - деструктивный метод, использующийся для количественного определения содержания элементов в молекуле вещества.Инфракрасная спектроскопия- используется главным образом для доказательства наличия (или отсутствия) определенных функциональных групп.Масс-спектрометрия-используется для определения молекулярных масс веществ и способов их фрагментации.

5.Рассмотрение на практике.Органические соединения присутствуют практически во всех растениях.Они существенно различаются по содержанию основных органических компонентов: углеводов, жиров, белков.Вегетативные части растений - древесина, соломина, стебли, листья - содержат небольшое количество белка и жиров и высокий уровень нерастворимых, трудно разлагаемых полисахаридов: целлюлозы, гемицеллюпозы, а также полимера - лигнина. Вегетативные части растений обычно используют в качестве основы субстрата.Генеративные части растений - плоды, семена - содержат много белка и жиров, высокий уровень легко доступных углеводов (крахмал, моносахара, дисахариды) и низкий уровень трудно доступных полимеров - целлюлозы, гемицеллюпозы и лигнина. Генеративные части используют в качестве питательных белково-жировых добавок.Все это растения получают при питании,которое делится на воздушное и корневое.При воздушном питании растения поглощают из атмосферы диоксид углерода для образования органического вещества в процессе фотосинтеза. Среднее содержание диоксида углерода в воздухе обычно составляет около 0.03%. В приземном слое его может быть больше. Увеличения диоксида углерода в приземном слое воздуха достигают путем внесения в почву органических удобрений. Микроорганизмы в почве перерабатывая эти удобрения выделяют диоксид углерода. Его повышенное содержание в приземном слое воздуха усиливает фотосинтез и заметно повышает урожай. При корневом питании воду и все необходимые элементы минерального питания растения поглощают из почвы с помощью корневой системы. Из воды, являющейся источником водорода, а также диоксида углерода воздуха растения создают углеводы (сахар, крахмал и клетчатку), на долю которых приходится до 90% всех сухих органических веществ растений. Для образования белков растениям необходимы еще азот, сера фосфор. Большую роль в обмене веществ растений играют также калий, кальций, бор, цинк, медь, молибден, иод, кобальт, которые принято называть микроэлементами. Недостаток в почве хотя бы одного из элементов питания ухудшат рост и развитие растений и понижает их продуктивность

На данный момент вопрос о природном органическом земледелии является как актуальным, так и злободневным. Судить об этом можно исходя из того, что большое количество различной информации посвящается данной теме.

Так как природное органическое земледелие привносит много полезного, улучшая при этом общую экологическую обстановку и создавая безопасные продукты питания, но для него не характерна обработка растений химическими , пестицидами и другими веществами, что в корне задевает интересы производителей данный товаров, а также аграриев со стандартным набором знаний. Исходя из этого у подобного земледелия есть много противников и сторонников.

Однако в США, странах ЕС и Канаде данный вид земледелия быстро развивается. Там создана особая законодательная и правовая база на продукцию этого вида земледелия. Годовой рост органических продуктов на мировом рынке составляет до 20%. А весь рынок, например в 2006 году уже превысил 40 млрд. долларов.

В России в этом отношении власти ничего не предпринимают. В свое время, когда Главным санитарным врачом РФ был Г.Онищенко были созданы некоторые требования на товары органического земледелия, но это не правовые документы. Получение чистых продуктов сейчас в большом интересе у владельцев частных участков. При этом знания особенностей выращивания является первостепенной целью для данного земледелия.

Общий взгляд работников села на вещества перегнойной природы почвы, обычно основывался как на источник для питания растений с давних времен. Это произошло из-за ряда наблюдений и более частого совпадения, когда почва урожайная она имеет темный цвет. Отчасти это мнение складывалось из-за различных представителей агроэкономических наук, а также физиологии растений. Так во множестве работ, которые относятся непосредственно к 18 веку, говорилось о твердой уверенности, что не только питательные вещества может давать перегной, но и необходимый углерод может получать растение из перегноя находящегося в грунте. Высказывались также мысли о том, что почвенный гумус являлся, чуть ли не важнейшим источником питания для растений, и что остальная часть различных веществ является лишь помощниками в растворении “жира” данного гумуса.

Исследования показывают, что растения с легкостью усваивают не только минеральные соединения (простые), но и сложные органические вещества. Любопытно, то, что представления об органическом питании растений возникли раньше, нежели о питании с помощью минеральных элементов и положили основу для гумусной теории. На данный момент уже нельзя сомневаться в том, что растения на основе углекислоты, воды и различных минеральных солей и при усвоении солнечного света производить сложные соединения органического характера.

При развитии подобных представлений в первой половине 19 века отбросили представления Ж.А.Хассенфратца и А. Тэзера о питании растений с помощью органической почвы. Данные представления, получили название теории гумусов, и в основу этой теории было положено то, что урожай у растений чаще выше, если богат перегноем, и из-за того что органические удобрения (навоз) повышают общую урожайность. Используя эту теорию, в те времена строилась агротехника и многое другое.

После детального исследования Ю. Либиха о теории минерального питания и после изучения основных особенностей микробиологических процессов в грунте оказалось вполне возможным все явления жизнедеятельности и продуктивности растений разъяснить фотосинтезом и поступлением воды и солее, а также минерализации вещества в грунте с помощью микроорганизмов. Гумусу отводилась роль коллоида-адсорбента, который может улучшить питательный, а также водно-физический режим в грунте. Этого оказалось достаточно для обоснования и удовлетворения множества людей. Следственно гумусная теория пала в забвение, хотя до конца 19 века у нее еще было несколько сторонников.

Начиная с 20 века, в частности с ее второй половины, исследования по органическому питанию возобновились и уже получили развитие во множестве стран, в том числе и в СССР. Результаты были довольно любопытными. Но до текущего времени данным вопросом занималось очень мало специалистов, хотя и данный вид питания имеет немалое значение в жизни каждого растения. Мы уже хорошо знаем общие закономерности поступления ионов солей (минеральных) через корни и при подкормке внекорневого характера, но до настоящего момента не способны предоставить объяснения лучшего действия органоминеральных и органических удобрений, чем при применении минеральных.

Конечно же, значение данного питания надо оценивать правильно. Так как можно получить хороший урожай на минеральной среде, стоит также вспомнить технологию Миттлайдера, но в естественной среде растения всегда растут на субстрате с определенным количеством органических веществ. Количество растворимого гумуса в грунтах может быть от 1 до 2% от общей массы грунта, т.е. где-то до 100 тонн на 1 га. При этом возникает вопрос, могут ли растения воспользоваться этими запасами в качестве источника органического питания? Важное ли значение играет органическое питание в естественной среде для образования массы урожая и определении качество данной массы? В большей степени на подобные вопросы ученые отвечают положительными ответами.

Основными трудностями в экспериментальных исследованиях направленных на поступление гумусных или других веществ органического происхождения являются невозможность определения приемов биохимического анализа данных веществ в составе различных растений. Гумусные и другие вещества органического происхождения близки к органическим соединениям, которые входят в растительный состав. Применение новых методов (радиохроматография, изотопные индикаторы и др.) позволяют полностью изучить вопросы участия гумусных и других кислот, которые содержатся в грунте органических соединений, в росте, питании и общем развитии. И подобные методы уже широко применяются в последнее время во многих странах.

Результаты показали, что при участии гумусных кислот грунта в минеральном питании растений, которое заключается в связывании элементов, становящихся более доступными в их ионной форме при их непосредственном освобождении в результате процесса минерализации гумуса с помощью микроорганизмов, растения могут поглощать и сами гумусные кислоты из низкомолекулярных соединений и в виде средних и высокомолекулярных соединений. Также обнаружено то, что кислоты гумусные благодаря воздействию клеточной мембраны растений могут повысить их общую проницаемость, что способно увеличить поступление в растение минеральных веществ и соединений органической природы. Соединения металлоорганические попадают в растение без особого расщепления до неорганических фрагментов. Низкомолекулярные, а также высокомолекулярные частицы гумусных кислот которые поглощаются растениями, подвержены внутри растения различным преобразованиям, при этом участвуют в биосинтезе, а также являются источником физиологически активных веществ и способны оказывать положительный эффект на развитие, рост и общую продуктивность.

Могут ли высшие растения использовать фосфор?

Для того чтобы разрешить вопрос, могут ли растения (высшие) использовать фосфор в органических соединениях И.Шулов взял для своих опытов наиболее распространенные виды растений и соединений в почвах (фитин, лецитин). Работа происходила в стерильных условиях, при этом было доказана возможность поглощать и усваивать растениями (кукурузой и горохом) фосфора фитина. При изучении возможности использования растениями (высшими) азотных органических соединений отличился Г.Петров, который работал тоже в стерильных условиях и доказал, что аспарагин, может поглощаться растениями (кукурузой) и при этом является отличным источником азотистого вида питания. При этом автор выдвинул предположение, о том, что в данном случае употреблялся амидный азот из аспарагиновой кислоты. Также было констатирована возможность употребления растениями (кукурузой) лейцина, азота тирозина и пентона. Позднее ученый доказал, что растения (кукуруза) способно поглощать не только азот аспарагина амидный, но и усваивать азот непосредственно из аспарагиновой кислоты.

Например, опыты, проводимые с кукурузой показали поступление и интенсивное перемещение из корней низко -, средне- и высокомолекулярных ароматических соединений гуминовых кислот. Также стоит сказать, что физиологическую активность имели различные по молекулярной массе и в особенности низкомолекулярные соединения гуминовых кислот. При поступлении в растение они способны усилить окислительно - восттановительные, а также ферментативные процессы, которые связаны с азотным и фосфорным обменом. С помощью гуминовых кислот грунта наблюдается высокий рост корневой системы и ее надземной части, также отмечалось повешение количества элементов питания – фосфора, азота, кальция и калия.

Исследования, проводимые на различных растениях, смогли показать, что при наличии в растворе низкоконцентрированных гуминовых кислот в растении наблюдается увеличение общего количества фосфора и азота. Также увеличивается вынос питательных веществ. Объяснить это можно тем, что под определенным воздействием гуминовых кислот ускоряется развитие, и рост надземной части и корневой системы и увеличивается общая способность к поглощению питательных веществ. Совместно с веществами с гумусовой кислоты, которые отличаются высокой активностью, в растение также могут поступать аминокислоты, витамины, металлы (поливалентные) и другие вещества, которые играют важную роль при развитии и росте.

Показанные данные проведенных исследований свидетельствуют о том, что растения способны применять для питания органические вещества, содержащиеся в почве. Данные соединения в основном играют роль структурного элемента, при этом данные элементы входят в состав самого растения. Различные опыты, направленные на изучение поступления этих веществ, проводились на множестве видов, которые относились к различным семействам. Оказалось, что растения способны усваивать не только вещества органической природы из почвы, но и микроорганизмов, выделения растений, которые содержатся в почве.

Так что высшие растения могут питаться органикой. Низшие зеленые растения, склонны к питанию только готовыми соединениями органической природы. Например, эвгленовые водоросли в составе своем имеют множество бесхлорофилльных форм, которые используются как органические вещества как источник углерода. Зеленые водоросли, в частности хлорелла способны очень хорошо развиваться в воде, которая богата растворимыми веществами органической природы. Под влиянием подобных веществ – аминокислот, сахаров и др. – водоросли могут снижать общую интенсивность фотосинтезирующих процессов, т.е. питание органикой заменяет им фотосинтез.

Также при исследовании было замечено, что корни у растения могут отлично поглощать сахар и аминокислоты. Очевидно, что данные вещества после их попадания в растение ничем не отличаются от подобных соединений, которые образуются при фотосинтезе. Обычно они расходуются на обменные процессы и на общее построение тела у растения. Однако растение могут еще поглощать и специфические виды соединений, к ним можно отнести пестициды и гербициды.

Было обнаружено проникновение антибиотиков, которые продуцируются микроорганизмами, различных алкалоидов из почвы, при этом эти вещества являются ядами или противоядами. Стоит упомянуть о поступлении ряда фенольных и других соединений органического происхождения в грунте из-за жизнедеятельности микроорганизмов и растений, являются они в большинстве своем замедлителями развития и роста. Общий механизм поглощения сложных веществ органической природы полностью еще не изучен. Существует теории подобного поглощения.

Способность воспринимать культурными растениями азота из мочевины, а также из кислоты мочевой была подтверждена исследованиями Томсона в данной области, который исходя из целей устранения питания у растений (ячменя, льна, гороха) продуктами распада различных азотистых веществ помещал растения каждый день в новый раствор (при этом было предварительно протестирован раствор, и устанвлено, что состав данного раствора, а в частности его продуктов может начинать распадать не ранее чем через 2 дня или 48 часов). Тажке были попытки вести растения непосредственно на органических субстратах в стерильных условиях, где будет полностью исключена возможность разложения и дальнейшей минерализации данных субстратов. В этом исследовании брали растворы, которые вводились в вещества органической природы: крахмал, сахара и др. Растения которые переносились в растворы упомянутых ранее веществ, росли и развивались нормальными темпами, а вот наблюдение за видами в дестилированной воде не прибавили в весе. Наиболее здоровым видом обладали растения, которые были помещены в раствор с гиминовыми веществами, а также крахмалом.

Растения не только поглощают органику но и выделяют ее назад, в почву!

Растения же способны не только употреблять органические фрагменты, находящиеся в среде, но и выделять в почву подобные соединения. Интересным фактом является взаимный обмен органических соединений и неорганических. Данный обмен соединениями затрагивает экологическую и аллелопатическую роль органического питания. Довольно яркое представление о поступлении веществ, которые выделяются растениями, дали опыты которые проводились с участием меченого углерода.

Например, опыты, проводимые с полевыми растениями, смогли показать, что в составе корневых выделений растений являющихся донорами входят вещества органической природы с радиоактивной меткой этого углерода, который был усвоен при фотосинтезе. Далее данные вещества усваивались корневой системой соседних акцепторов (растений).

Сама передача осуществлялась быстро, и буквально через несколько дней были отмечено значительное увеличение количества углерода содержащего радиоактивную метку в растения -акцептора. Сама переда от культурных растений – люпина, посевного проса к сорнякам – пырею, ежовнику, проходила довольно неплохо, и также, наоборот, от сорных растений непосредственно к культурным проходило слабо (от овса к люпину) или же вовсе не проходила (от пырея к люпину). Наблюдался довольно быстрый обмен между сорняками различных видов (непахучая ромашка, пастушья сумка). Растения, принадлежащие к одному виду сорняков, обменивались тоже хорошо (непахучая ромашка и ежовник), другие случаи показали слабый обмен (пырей с пыреем). Если брать культурные растения, то неплохо происходил обменный процесс между вики и овсом. Стоит отметить, что чем ближе были расположены акцептор и донор, тем быстрее происходила передача выделений.

Довольно быстрое передвижение продуктов имеющих радиоактивную метку от доноров непосредственно к акцепторам может говорить о том, что вещества органической природы, входящие в состав выделений корнями, являются легкорастворимыми и подвижными веществами наподобие углерода, аминокислот, органических кислот. Из полученных данных можно говорить, о широком распространении обменного процесса органическими веществами происходящих между растениями, и о довольно большой скорости, а также о количестве веществ участвующих в данном процессе. Также установлено, что неорганические и органические продукты, а также вода может свободно перемещаться сквозь корни растений одного или же разных видов. Например, часто можно встретить срастание корней у древесных растений.

Обмен осуществляется не только при срастании их корней, но и через почвенный раствор. В этой теме будут любопытны исследования, сделанные И.Н. Рахтенко проведенные в лесных насаждениях в Белоруссии. Исследование проводилось над древесными породами в возрасте 1-20 лет, растущих на супесчаных, песчаных и суглинистых грунтах: липа, клен, дуб обыкновенный, береза бородавчатая и др. Растениям вводили радиоактивный фосфор через смачивание листьев, в отверстия, проделанные в стволе дерева или через корневые окончания. Спустя 2-3 дня после этого брали пробы с соседних растений, который располагались от 0,25 до 6 метров. Таким образом, было обработано 156 деревьев, в 474 случаях было обнаружено передвижение радиоактивной метки фосфора.

И.Н. Рахтенко, также говорит о том, что в схожих условиях исследования перемещение метки из липы в дуб было более интенсивным, нежели наоборот. Из клена в дуб фосфор перемещался быстрее, чем из дуба в клен или из одного клена в другой. Также выявлено, что при перемещении фосфора из одного растения в другое происходило при соприкосновении корней. При отсутствии контакта у древесных растений отсутствовал обменный процесс. Из исследований И.Н. Рахтенка можно сказать, что различия, которые были отмечены при передаче питательных элементов внутри одного вида и между разными видами могут быть осуществляться из-за разной ритмики поглотительной и выделительной деятельности. Здесь дело в том, что при вегетации растения имеют разные соотношения между этими процессами. У различных видов поглощение и выделение может не совпадать, у особей, принадлежащих к одному виду, они будут синхронными. Из-за у растений разных видов обменный процесс происходит гораздо интенсивнее, чем у одного вида растений.

В подобных изучениях перемещений меченого фосфора было отмечено и по общему направлению от древесных пород непосредственно к травянистым растениям (мятлику луговому, ползучему пырею) в случае, если их корни соприкасались. Передача происходила довольно быстро и через почвенный раствор без контакта корневых систем, они лишь находились на близком расстоянии. Перемещение фосфора было от одного травянистого растения непосредственно к другому, при этом как при прямом контакте корней, так и через почву. Некоторые ученые считают, что растения находясь в растительном сообществе, питаются из грунта как единое целое. Данное утверждение имеет под собой серьезную основу. Исходя из этого, можно говорить о том, что развитие, рост, продуктивность, а также общее качество урожая во многом зависят от находящихся рядом соседей.

Подведем выводы из всего вышесказанного

Во-первых, исследования, проведенные в последних десятилетиях, показали нам, что растения высшего класса вместе с почвенными минеральным типом питания пользуются и соединениями органической природы. Гумусные кислоты, которые присутствуют в почве, увеличивают поступление в растение органических и минеральных веществ. Происходит это благодаря проницаемости мембран у клеток, именно благодаря этому происходит стимулирование развития и роста. Соединения органической природы, состоящие из низко- и высокомолекулярных частиц гумусных кислот, довольно хорошо могут поглощаться растениями, именно там происходит преобразование и уже вместе с поступающими из грунта углеводами и другими соединениями, особо не отличающиеся от соединений которые создаются при фотосинтезе, включаются во множество различных обменных процессов связанных с биосинтезом, направлены они в основном на развитие и рост растений. Также гумусные кислоты, в частности, состоящие из низкомолекулярных частиц, являются неплохими активными стимуляторами для роста растений.

Высшие растение способны поглощать не только органоминеральные и органические вещества из грунта, но и вещества органической природы образующие из выделений деятельности различных микроорганизмов, ризосферных и микоризных грибов, а также других растений, соединений из деятельности животных и человека. Данные продукты принимают участие в биосинтезе растения. Также эти продукты несут определенную информацию для иных растений, например о нападении врагов, насекомых вредителей, что уже доказано учеными. Немаловажное значение имеет выделение в грунт продуктов фотосинтеза и других соединений органических и минеральных. Обменный процесс для растений, принадлежащих к одному виду, может не отразиться на росте, для растений которые являются разными видами и растениями одного вида с сорняками может стимулировать процесс меньшего выделения обменных продуктов в грунт и большего их поглощения непосредственно из почвы. Торможение и ускорение роста при разном виде растений и сорняков может быть при наличии в обменных продуктах особых для каждого вида органических соединений коли – нов. Данное воздействие растений друг на друга будет называться аллелопатией. Это воздействие является основной причиной почвоутомления.

Однако, к сожалению, невзирая на большие достижения в изучении особенности питания органическими веществами растений, если брать практическую часть, то в России им не уделяется внимания. Подобными достижениями в основном пользуются в США, странах ЕС и Канаде и в некоторых других странах. В России же основным вниманием пользуется минеральное питание, превозносятся заслуги гидропоники и выращивания культур на средах синтетического происхождения, иногда можно услышать почести методу Миттлайдера. Если взять любую газету по садоводству, можно встретить только пользу от использования подкормок и удобрений растений с помощью минеральных удобрений. Хотя по многим опытам, уже известно, что качество продукции – биологическая и питательная ценность, срок хранения продукта – всегда другое по сравнению с продукцией, выращенной в естественной среде и без применения или очень малом применении минеральных удобрений и полном отсутствии различных гербицидов и пестицидов. Но несмотря на это продукция органического земледелия уже пользуется спросом в указанных ранее странах.