Биохимический процесс

Микроэлементы

Дыхание

Фотосинтез

Синтез белков

Кроветворение

Углеводный, жировой и белковый обмены

Синтез гумуса

Фиксация молекулярного азота

Медь, цинк, марганец, кобальт

Марганец, медь

Марганец, кобальт, медь, никель, хром

Кобальт, медь, марганец, никель, цинк

Молибден, ванадий, кобальт,

вольфрам, марганец, цинк

Медь

Микро

элемент

Роль микроэлемента

B

Исключительно важную функцию выполняет бор в углеводном обмене. Бор способствует и лучшему использованию кальция в процессах обмена веществ в растениях. Поэтому при недостатке бора растения не могут нормально использовать кальций, хотя последний находится в почве в достаточном количестве. Установлено, что размеры поглощения и накопления бора растениями возрастают при повышении содержания калия в почве.

Cu

Характерной особенностью действия меди является то, что этот микроэлемент повышает устойчивость растений против грибковых и бактериальных заболеваний, снижает заболевание зерновых культур различными видами головни, повышает устойчивость растений к бурой пятнистости, к грибковым и бактериальным заболеваниям и т.д.

Наибольшая потребность растений в меди отмечается в ранние фазы роста, и к началу периода цветения ее поступление почти заканчивается.

Медь в растении повышает содержание гидрофильных коллоидов, и поэтому в сухое и жаркое лето внекорневые подкормки этим элемен­том очень эффективны.

Мn

Роль марганца в обмене веществ у растений сходна с функциями магния и железа. Поскольку марганец активизирует ферменты в растении, его недостаток сказывается на многих процессах обмена веществ, в частности на синтезе углеводов и протеинов.

Физиологическая роль марганца в растениях связана, прежде всего, с его участием в окислительно-восстановительных процессах, проходящих в живой клетке, он входит в ряд ферментных систем и принимает участие в фотосинтезе, дыхании, углеводном и белковом обмене и т.п. Марганец участвует не только в фотосинтезе, но и в синтезе витамина С.

Mg

Магний входит в состав основного пигмента растений – хлорофилла. Магний поддерживает структуру рибосом, связывая РНК и белок. Магний активирует такие ферменты, как ДНК-и РНК- полимеразы, аденозинтрифос-фотазу, глутаматсинтетазу,  ферменты, катализирующие перенос карбоксильной группы-реакции карбоксилирования и декарбоксилирования, ферменты гликолиза и цикла Кребса, молочно-кислого и спиртового брожения. Магний может также инактивировать ряд ингибиторов ферментных реакций.

Mo

Физиологическая роль молибдена связана с фиксацией атмосферного азота, редукцией нитратного азота в растениях, с его участием в окисли­тельно-восстановительных процессах, углеводном обмене, в синтезе хлорофилла и витаминов.

В настоящее время, молибден по своему практическому значению выдвинут на одно из первых мест среди других микроэлементов, так как этот элемент оказался весьма важным фактором в решении двух кардинальных проблем современного сельского хозяйства – обеспечения растений азотом, а сельскохозяйственных животных белком. Под влиянием молибдена в растениях увеличивается содержание хлорофилла, углеводов, каротина и аскорбиновой кислоты, повыша­ется содержание белковых веществ.

Zn

 Цинк играет важную роль в окислительно-вос­становительных процессах, протекающих в растительном организме. Он является составляющей частью ферментов и непосредственно участвует в образовании хлорофилла, способствует синтезу витаминов.

Многие исследования подтвердили, что содержание белка в растениях при недостатке цинка уменьшается. Под влиянием цинка повышается синтез сахарозы, крахмала, общее содержание углеводов и белковых веществ. Применение цинковых удобрений увеличивает содержание аскорбиновой кислоты, сухого вещества. Цинковые удобрения повышают засухо-, жаро- и холодоустойчивость растений.

Co

Кобальт принимает активное участие в реакциях окисления и восстановления, оказывает положительное влияние на дыхание и энергетический обмен, а также биосинтез белка нуклеиновых кислот. Благодаря своему положи­тельному влиянию на обмен веществ, синтез белков, усвоение углеводов и т.п. он является мощным стимулятором роста.

Положительное действие кобальта на сельскохозяйственные растения проявляется в усилении азотфиксации бобовых, повышении содержания хлорофил­ла в листьях и снижении темпов его распада в темноте, повышении содержания витамина В12 в клубеньках.

Этот микроэлемент влияет на накопление сахаров и жиров в растениях, благоприятно действует на процесс синтеза хлорофилла в листьях растений, уменьшает его распад в темноте, увеличивает интенсивность дыхания, содержание аскорбиновой кислоты в растениях. В результате внекорневых подкормок кобальтом в листьях растений повышается общее содержание нуклеиновых кислот. Доказано положительное действие кобальта на томаты, горох, гречиху, ячмень, овес и другие культуры.

Fe

 Железо в составе органических соединений необходимо для окислительно-восстановительных процессов, происходящих при дыхании и фотосинтезе. Это объясняется очень высокой степенью каталитических свойств этих соединений. Неорганические соединения железа также способны катализировать многие биохимические реакции, а в соединении с органическими веществами каталитичес­кие свойства железа возрастают во много раз.

Каталитическое действие железа связано с его способностью менять степень окисления. Атом железа окисляется и восстанавливается сравнительно легко, поэтому соединения железа являются переносчиками электронов в биохимических процессах. Процессы эти осуществляются ферментами, содержащими железо. Железу также принадлежит особая функция – непременное участие в биосинтезе хлорофилла. Поэтому любая причина, ограничивающая доступность железа для растений, приводит к тяжелым заболеваниям, в частности к хлорозу.

При недостатке железа листья растений становятся светло-желтыми, а при голодании – совсем белыми (хлоротичными). Чаще всего хлороз, как заболева­ние, характерен для молодых листьев. При остром недостатке железа наступает гибель растений. У деревьев и кустарников зеленая окраска верхушечных листьев исчезает полностью, они становятся почти белыми и постепенно усыхают. Недо­статок железа для растений чаще всего отмечается на карбонатных, а также на плохо дренированных почвах.

В большинстве случаев микроэлементы в растении не реутилизируются, то есть не передвигаются из старых листьев в молодые при недостатке какого-либо из них. Установлено, что на засоленных почвах применение микроэлементов усиливает поглощение растениями питательных веществ из почвы, снижает поглощение хлора, при этом повышается накопление сахаров и аскорбиновой кислоты, наблюдается некоторое увеличение содержания хлорофилла и повышается продуктивность фотосинтеза.

Se

Имеет огромную пищевую ценность для кормовых культур. Усиливает устойчивость растений к разного рода стрессам и заболеваниям за счёт воздействия на накопление в листьях аминокислоты пролина.

Главный его положительный эффект – противоопухолевая активность. Селен активирует ген р53, ответственный за окислительно-восстановительные реакции, входит в состав ферментов, осуществляющих реакции детоксикации в клетках, нейтрализующих свободные радикалы. Селен участвует в обмене белков и нуклеиновых кислот, входит в состав ферментов и гормонов, участвует в реакциях иммунитета (в том числе в защите организма от вирусов гриппа, гепатита, герпеса, лихорадки Эбола), воспаления и регенерации. Селенсодержащие белки формируют костную и хрящевую ткани, поддерживают работу скелетных и гладких мышц. Селен участвует в формировании гормона щитовидной железы тироксина, стимулирует рост клеток поджелудочной железы. Потребность в селене для животных и человека составляет 50–100 мкг на 1 кг рациона. Накапливается селен прежде всего в почках, печени, костном мозге, сердечной мышце, поджелудочной железе, легких, коже и волосах. Селен содержится в сетчатке глаз: у человека – 7 мкг, у орла – 780 мкг. Он участвует в преобразовании световой энергии в энергию электрического потенциала сетчатки глаза.По данным ВОЗ, для поддержания здоровья нужно совсем немного селена: мужчине – 70 мкг в сутки, женщине – 55 мкг, ребенку – 1 мкг на 1 кг веса ребенка. Предельно допустимая доза препарата – 400 мкг в сутки. Недостаток селена в организме животных и человека вызывает те же изменения, что и недостаток витамина Е, приводит к тяжелым функциональным расстройствам.

V

Есть основания полагать, что ванадий является специфическим катализатором в процессах фиксации молекулярного азота, в частности клубеньковыми бактериями рода Rhizobium, а в качестве переносчика N2 он может частично замещать в этой функции молибден

Ванадий оказывает влияние на азотный обмен в растениях, а так же влияет на активность нитроредуктазы и каталазы.

Увеличивает интенсивность фотосинтеза и дыхания, способствует повышению содержания хлорофилла в листьях и белка.

Стимулирует фиксацию атмосферного азота и рост Azotobakter chroococcum в почве. Недостаток этого элемента значительно снижает содержание хлорофилла, вдвое уменьшает скорость фотосинтеза (при высокой интенсивности освещения). Установлена также положительная роль ванадия в фиксации микроорганизмами атмосферного азота.

Cr

Физиологическая роль хрома в растительных организмах впервые выявлена в 1937 г. Д. Арноном. По его сведениям, добавление хрома в сочетании с молибденом и никелем в водные культуры ячменя улучшало рост ячменя. В последующие годы эти опыты были повторены на других растениях, и рядом исследователей вновь было отмечено положительное действие хрома на рост растений. По данным А.Т.Щеглова, небольшие концентрации хрома (0,05–0,0005%) стимулируют активность каталазы и протеолиз.

М. Диксон и Э. Уэбб указывают на участие хрома в ферментативных реакциях растений: он неспецифично активирует некоторые ферменты. Установлено, что концентрация этого элемента в нуклеотидах семян примерно в 100 раз выше, чем в общей массе растительной клетки, что, возможно, обусловлено какой-то его функциональной ролью. Хром также повышает содержание хлорофилла и продуктивность фотосинтеза в листьях. Положительное влияние этого элемента на продуктивность фотосинтеза было показано А.Т. Щегловым. Обработка семян кукурузы раствором хромата калия привела к возрастанию продуктивности фотосинтеза у выросших из них растений на 24–40%, содержания хлорофилла на 16–29 %, веса зеленой и сухой массы – на 34–65%.При низкой концентрации Cr6+ (0,05 мг/л) в водной среде (на 3-и сутки его действия на зеленые водоросли Dunaliella viridis Teod.) наблюдалась стимуляция биосинтеза хлорофилла на 45% по сравнению с контролем. Авторы делают выводы, что при маленьких концентрациях этот элемент действовал как микроэлемент.

Ni

Никель поступает в растения в виде иона Ni2+, но может также находиться в виде Ni+ и Ni3+. Роль никеля для высших растений как микроэлемента была доказана недавно. До этого считали никель необходимым микроэлементом многих бактерий. У высших растений никель входит в состав фермента уреазы, который осуществляет реакцию разложения мочевины. Показано, что в растениях, обеспеченных никелем, активность уреазы выше и соответственно ниже содержание мочевины по сравнению с необеспеченными. Никель активирует ряд ферментов, в т. ч. нитратредуктазу и другие, оказывает стабилизирующее влияние на структуру рибосом. Имеются еще и такие элементы, которые усиливают рост лишь определенных групп растений.

Li

Существует взаимосвязь между потреблением лития и калия растениями риса. Однако функции этих элементов в растительном организме не совпадают. Именно по этой причине попытка их взаимно заменить не устраняла негативного влияния недостатка калия в питательной среде. Вместе с тем, вероятно, существуют отдельные метаболические процессы, в которых литий и калий могут взаимозаменяться. Об этом свидетельствует небольшая компенсация негативных последействий дефицита калия у риса при введении в питательную среду лития в эквивалентных количествах.

Потребление и утилизация-элементов минерального питания растениями риса в значительной степени зависят от их обеспеченности литием. Содержание азота в надземных вегетативных органах и корнях опытных растений превышало контроль в фазу кущения соответственно на 0,35 и 0,17 %, выметывания — на 0,15 и 0,13 %, полной спелости зерна - на 0,10 и 0,07 % сухой массы. Обеспеченность растений литием влияла на количество азота в зерне, которое было выше, чем с растений, не получивших микроэлемент, на 0,07 %.

Химический элемент

Суточная потребность, Мг

Химический элемент

Суточная потребность, Мг

Ca

800-1500

Al

49,1

P

1000-1300

Br

0,8

Na

4000-6000

V

0,01-0,08

K

2500-5000

Fe

18

Mg

300-400

Cd

0,02

Fe

15

Si

30

Zn

10-15

Mn

5-7

Cr

2-2,5

Cu

2-3

Co

0,1-0,2

As

0,01-0,03

Mo

0,5

Ni

0,1-0,6

Se

0,5

Sn

2

F

0,5-3,0

Hg

0,02

I

0,1-0,2

Rb

0,35-0,5

Pb

0,35-0,5

Ag

0,02-0,09

Sr

1

Sb

0,01-0,02

Ti

0,5

Te

0,5-1

Микро

элемент

Роль микроэлемента

B

Для многих растений этот элемент необходим в течение всего вегетационного периода. Внешние признаки борного голодания изменяются в зависимости от вида растений, однако, можно привести ряд общих признаков, которые характерны для большинства высших растений. При недостатке бора наблюдается замедление роста корня и стебля, затем появляется хлороз верхушечной точки роста, а позже при сильном борном голодании следует полное её отмирание. Из пазух листьев развиваются боковые побеги, растение усиленно кустится, однако вновь образовавшиеся побеги, вскоре тоже останавливаются в росте и повторяются все симптомы заболевания главного стебля. Особенно сильно страдают от недостатка бора репродуктивные органы растений, при этом больное растение может совершенно не образовывать цветков или их образуется очень мало, отме­чается пустоцвет, опадание завязей.

Cu

Различные сельскохозяйственные культуры обладают неодинаковой чувствительностью к меди. Растения можно расположить в следующем порядке по убывающей отзывчивости на медь: пшеница, ячмень, овес, лен, кукуруза, морковь, свекла, лук, шпинат, люцерна и белокочанная капуста. Средней отзывчивостью отличаются картофель, томат, клевер красный, фасоль, соя. Сортовые особенности растений в пределах одного и того же вида имеют большое значение и существенно влияют на степень проявления симптомов медной недостаточности.

Признаки медного голодания проявляются чаще всего на торфянистых и на кислых песчаных почвах. Симптомы заболевания растений при недостатке в почве меди проявляются для зерновых в побелении и засыхании кончиков листовой пластинки. При сильном недостатке меди растения начинают усиленно куститься, но в дальнейшем колошения не происходит, и весь стебель постепенно засыхает.

Недостаток меди часто совпадает с недостатком цинка, а на песчаных почвах также с недостатком магния. Внесение высоких доз азотных удобрений уси­ливает потребность растений в меди и способствует обострению симптомов мед­ной недостаточности.

Характерной особенностью действия меди является то, что этот микроэлемент повышает устойчивость растений против грибковых и бактериальных заболеваний, снижает заболевание зерновых культур различными видами головни, повышает устойчивость растений к бурой пятнистости, к грибковым и бактери­альным заболеваниям и т.д..

Наибольшая потребность растений в меди отмечается в ранние фазы роста, и к началу периода цветения ее поступление почти заканчивается.

Плодовые культуры при недостатке меди заболевают так называемой суховершинностью или экзантемой. При этом на листовых пластинках слив и абрикосов между жилками развивается отчетливый хлороз. У томатов при недостатке меди отмечается замедление роста побегов, слабое развитие корней, появление темной синевато-зеленой окраски листьев и их закручивание, отсутствие образования цветков.

Mn

Роль марганца в обмене веществ у растений сходна с функци­ями магния и железа. Поскольку марганец активизирует ферменты в растении, его недостаток сказывается на многих процессах обмена веществ, в частности на синтезе углеводов и протеинов.

Физиологическая роль марганца в растениях связана, прежде всего, с его участием в окислительно-восстановительных процессах, проходящих в живой клетке, он входит в ряд ферментных систем и принимает участие в фотосинтезе, дыхании, углеводном и белковом обмене и т.п. Марганец участвует не только в фотосинтезе, но и в синтезе витамина С. При недостатке марганца по­нижается синтез органических веществ, уменьшается содержание хлорофилла в растениях, и они заболевают хлорозом.

Симптомы марганцевой недостаточности у растений проявляются чаще всего на карбонатных, торфянистых и других почвах с высоким содержанием органического вещества. Недостаток марганца у растений проявляется в появлении на листьях мелких хлоротичных пятен, располагающихся между жилками, кото­рые остаются зелеными. При марганцевом голодании отмечается также слабое развитие корневой системы растений. Наиболее чувствительными культурами к недостатку марганца являются свекла сахарная, кормовая и столовая, овес, карто­фель, яблоня, черешня и малина. У плодовых культур наряду с хлорозным забо­леванием листьев отмечается слабая облиственность деревьев, более раннее, чем обычно опадание листьев, а при сильном марганцевом голодании – засыхание и отмирание верхушек веток. При недостатке марганца в первую очередь стра­дают молодые, растущие органы. Поступление марганца в растения снижается при низкой температуре и высокой влажности почвы, что чаще всего наблюдается ранней весной, и от этого в значительной степени страдают озимые.

Mo

При недостатке молибдена в тканях растений накапливается большое количество нитратов и нарушается нормальный обмен веществ у растений. Симпто­мам молибденовой недостаточности предшествует в первую очередь изменение в азотном обмене у растений. При недостатке молибдена тормозится процесс биологической редукции нитратов, замедляется синтез аминов, аминокислот и белков. Все это приводит не только к снижению урожая, но и к резкому ухудшению его качества. Недостаток молибдена в растениях проявляется в светло-зелёной окраске листьев, при этом сами листья становятся узкими, края их закручиваются вовнутрь и постепенно отмирают, появляется крапчатость, жилки листа остаются светло-зелёными .

Zn

Агрохимическими исследованиями установлена необходимость цинка для большого количества видов высших растений.

Недостаток цинка для растений чаще всего наблюдается на песчаных и карбонатных почвах, мало доступного цинка на торфяниках. Недостаток цинка сильнее сказывается на образовании семян, чем на развитии вегетативных органов. Симптомы цинковой недостаточности широко встречаются у различных плодовых культур (яблоня, черешня, японская слива, орех, пекан, абрикос, лимон, виноград). Особенно страдают от недостатка цинка цитрусовые культуры.

При цинковой недостаточности у растений появляются хлоротичные пятна на листьях, которые становятся бледно-зелеными, а у некоторых растений почти белыми. У яблони, груши и ореха при недостатке цинка развивается так называе­мая розеточная болезнь, выражающаяся в образовании на концах ветвей мелких листьев, которые располагаются в форме розетки. При цинковом голодании плодовых почек закладывается мало. Урожайность семечковых резко падает. Черешня еще более чувствительна к недостатку цинка, чем яблоня и груша. Из полевых культур цинковая недостаточность чаще всего проявляется на кукурузе в виде образования белого ростка или побеления верхушки. Показателем цинкового голодания у бобовых (фасоль, соя) является наличие хлороза на листьях, а иногда и асимметричное развитие листовой пластинки. Недостаток цинка для растений чаще всего наблюдается на песчаных и супесчаных почвах с низким его содержа­нием, а также на карбонатных и старопахотных почвах.

Co

Кобальт принимает активное участие в реакциях окисления и восстановления, оказывает положительное влияние на дыхание и энергетический обмен, а также биосинтез белка нуклеиновых кислот. Благодаря своему положи­тельному влиянию на обмен веществ, синтез белков, усвоение углеводов и т.п. он является мощным стимулятором роста.

Положительное действие кобальта на сельскохозяйственные растения про­является в усилении азотфиксации бобовых, повышении содержания хлорофил­ла в листьях и снижении темпов его распада в темноте, повышении содержания витамина В12 в клубеньках.

Этот микроэлемент влияет на накопление сахаров и жиров в растениях, благоприятно действует на процесс синтеза хлорофилла в листьях растений, уменьшает его распад в темноте, увеличивает интенсивность дыхания, содержа­ние аскорбиновой кислоты в растениях. В результате внекорневых подкормок ко­бальтом в листьях растений повышается общее содержание нуклеиновых кислот. Доказано положительное действие кобальта на томаты, горох, гречиху, ячмень, овес и другие культуры.

Применение кобальта в виде удобрений под полевые культуры повышает урожай сахарной свеклы, зерновых культур и льна. Ячмень под влиянием этого элемента быстрее созревает, а в семенах льна отмечено накопление большего ко­личества жира. При удобрении винограда кобальтом перед цветением повышает­ся урожай его ягод, их сахаристость и снижается кислотность.

Fe

 По мнению ученых, из всех содержащихся в растениях микроэлементов железу принадлежит, несомненно, ведущая роль. Это подтверждается более высоким уровнем его содержания в растениях по сравнению с другими элементами.

 Любая причина, ограничивающая доступность железа для растений, приводит к тяжелым заболеваниям, в частности к хлорозу.

При недостатке железа листья растений становятся светло-желтыми, а при голодании – совсем белыми (хлоротичными). Чаще всего хлороз, как заболевание, характерен для молодых листьев. При остром недостатке железа наступает гибель растений. У деревьев и кустарников зеленая окраска верхушечных листьев исчезает полностью, они становятся почти белыми и постепенно усыхают. Недостаток железа для растений чаще всего отмечается на карбонатных, а также на плохо дренированных почвах.