Микроэлементы являются активным веществом микроудобрений.
Показать все
- Физические и химические свойства
- Классификация микроэлементов
- Необходимые
- Полезные
- Содержание микроэлементов в природе
- Факторы, определяющие концентрацию микроэлементов в почвах
- Содержание микроэлементов в различных типах почв
- Озерно-ледниковые глины
- Моренные и лессовидные суглинки
- Оглееные пески
- Оглееные суглинки
- Пески с нейтральной
- Карбонатные супеси
- Солонцы, солонцеватые и засоленные почвы
- Роль в растении
- Биохимические функции
- Бор, молибден, цинк
- Недостаток (дефицит) микроэлементов в растениях
- Избыток микроэлементов в растениях
- Содержание микроэлементов в различных соединениях
- Способы применения микроудобрений и удобрений, содержащих микроэлементы
- Внесение в почву
- Предпосевная обработка семян
- Некорневые подкормки
- Эффект от применения удобрений, содержащих микроэлементы
- Марганцевые удобрения
- Медные удобрения
- Кобальтовые удобрения
- Молибденовые удобрения
- Цинковые удобрения
- Ванадийсодержащие удобрения
- Йодсодержащие удобрения
- Борсодержащие удобрения
Микроэлементы принимают самое активное участие во многих жизненных процессах, происходящих в растениях на молекулярном уровне. Путем воздействия на ферментную систему либо в непосредственной связи с биополимерами растений они стимулируют или ингибируют протекание физиологических процессов в тканях.
Микро и макроэлементы
Элементы
Для корректировки содержания микроэлементов в почве практикуют некорневые подкормки в течение вегетации, предпосевную обработку семян и посадочного материала, а также внесение в почву необходимых веществ в виде удобрений.
Физические и химические свойства
Микроэлементы различны по своим физическим и химическим свойствам. Среди них встречаются металлы (цинк, медь, марганец, кобальт, ванадий, молибден), неметаллы (бор), галогены (йод).
Роль микро- и макроэлементов в жизнедеятельности организмов. 7 класс.
Классификация микроэлементов
Химические элементы подразделяются на необходимые для растений и полезные им.
Необходимые
питательные элементы отвечают следующим требованиям:
- без элемента не может завершиться жизненный цикл растения;
- физиологические функции, выполняемые с участием конкретного элемента, не осуществляются при его замене на другой элемент;
- элемент обязательно вовлекается в метаболизм растения.
Однако существует ряд условностей в использовании данного термина. Дело в том, что сложности с его применением возникают уже при сравнении необходимости того или иного элемента для жизни высших и низших растений и, тем более, животных и человека. Так, например, не доказана необходимость бора для некоторых грибов, спорна необходимость наличия кобальта для осуществления физиологических функций целого ряда растений. К бесспорно необходимым элементам относят марганец, цинк, медь, молибден, бор, хлор, никель.
Полезные
– это питательные элементы, обладающие способностью стимулировать рост и развитие растений, но не в полной мере соответствующие трем требованиям, приведенным выше. К этой группе относятся и те элементы, которые необходимы только в определенных условиях и только для определенных видов растений. В настоящее время из микроэлементов полезными для растений считаются кобальт, селен, кремний, алюминий, йод и другие. [2]
В настоящее время жизненно необходимыми для растений считаются только около десяти микроэлементов, еще несколько – необходимыми узкому кругу видов. Для остальных элементов известно, что они могут оказывать стимулирующее действие на растения, но их функции не установлены. [5]
Некоторые физические и химические свойства микроэлементов, согласно данным: [3] [9]
Микроэлемент
Физическое состояние при нормальны условиях
порошок черного цвета
металл серебристого цвета
металл серебристого белого цвета
твердый, тягучий, блестящий металл
металл красного, в изломе розового цвета
Микроэлементы содержатся в небольших количествах практически повсеместно: в горных породах, почве, растениях и, естественно, в организме человека и животных.
Бор. В небольших количествах в составе различных соединений можно встретить во всех почвах, воде, в составе растительных и животных организмов. [5]
Йод. Образует мало самостоятельных минералов, но присутствует во многих в виде изоморфных примесей. [5]
Марганец. Один из наиболее распространенных в литосфере элементов. Преобладает в почвообразующих породах. [2]
Кобальт. Содержание в литосфере незначительно. Присутствует в растениях, при этом, бобовые культуры богаче кобальтом, чем злаковые. [6]
Медь. В земной коре – 0,01 %. Встречается в свободном состоянии в виде самородков, иногда очень значительных размеров. [7]
Цинк. Широко распространен в природе. В породах цинк содержится в виде простого сульфида, а также замещает магний в силикатах. [2]
Ванадий. Относится к рассеянным элементам и в свободном виде в природе не встречается. [7]
Молибден. Связан с гранитными и другими кислыми магматическими породами. Содержание его в этих породах колеблется в пределах 1–2 мг/кг. [5]
Факторы, определяющие концентрацию микроэлементов в почвах
Содержание микроэлементов в почвах зависит от многих факторов и подчинено ряду закономерностей:
Озерно-ледниковые глины
характеризуются самыми высокими концентрациями микроэлементов (исключение – барий).
Моренные и лессовидные суглинки
содержат в 2–2,5 раза больше кобальта, стронция и хрома, чем пески. Содержание ванадия, бора и марганца в тех же породах уже в 3–4 раза больше, чем в песчаных.
Оглееные пески
накапливают ванадий, хром, марганец, кобальт.
Оглееные суглинки
включают подвижные формы меди и марганца.
Пески с нейтральной
и близкой к нейтральной реакцией содержат больше марганца.
Карбонатные супеси
содержат больше валового и подвижного кобальта.
Солонцы, солонцеватые и засоленные почвы
подзолистая
0,08–0,38
0,05–5,0
0,12–20,0
50,0–150
0,04–0,97
0,12–3,0
Чернозем
0,38–1,58
4,5–10,0
0,10–0,25
1,0–75
0,02–0,33
1,10–2,2
Серозем
0,23–0,62
2,5–10,0
0,09–1,12
1,5-125
0,03-0,15
0,9-1,5
Каштановая
0,30–0,90
8,0–14,0
0,06–0,14
1,5–75
0,09–0,62
0,1–6,0
Бурая
0,38–1,95
6,0–12,0
0,03–0,20
1,5–75
0,06–0,12
0,57–2,25
Роль в растении
Биохимические функции
Роль микроэлементов для растений многогранна. Они призваны улучшать обмен веществ, устранять функциональные нарушения, содействовать нормальному течению физиолого-биохимических процессов, влиять на процессы фотосинтеза и дыхания. Под действием микроэлементов возрастает устойчивость растений к бактериальным и грибковым заболеваниям, неблагоприятным факторам окружающей среды (засухе, повышению или понижению температуры, тяжелой зимовке и прочим).
Установлено, что микроэлементы входят в состав большого числа ферментов, играющих важную роль в жизни растений. Все биохимические реакции синтеза, распада, обмена органических веществ протекают только при участии ферментов.
Бор, молибден, цинк
в составе микроудобрений повышают активность ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы как в семядолях, так и в корнях гороха, но не изменяют их активности в проростках. При этом, и у гороха, и у кукурузы пероксидазная окислительная система преобладает над полифенолоксидазной.
Микроэлементы с ферментами могут быть связаны прочно и непрочно. Непрочные связи присущи тем элементам, которые способны оказывать сходное действие на направленность фотосинтеза, окислительно-восстановительных процессов, обмен углеводов, накопление витаминов и ряд других процессов. Это микроэлементы, вступающие в биохимические реакции как двухвалентные металлы. Примером могут служить цинк и кобальт. [1]
Роль в растении и главные функции некоторых необходимых питательные микроэлементов, согласно данным: [5]
Микроэлемент
В какие компоненты входит
Процессы, в которых участвует
Метаболизм и перенос углеводов,
Синтез нуклеиновых кислот,
Утилизация фосфата,образование полифенолов.
Симбиотическая фиксация азота (возможно и у не клубеньковых растений), стимулирование окислительно-восстановительных реакций при синтезе хлорофилла и протеинов.
Разнообразные оксиданты, пластоцианины, ценилоплазмин.
Окисление, фотосинтез, метаболизм протеинов и углеводов,
Возможно, участвует в симбиотической фиксации азота и окислительно-восстановительных реакциях.
Тирозин и его производные у покрытосеменных и водорослей
Многие ферментные системы
Фотопродукция кислорода в хлоропластах и косвенное участие в восстановлении NO3 —
Нитратредуктаза, нитрогеназа, оксидазы и молибденоферридоксин
Фиксация азота, восстановление NO3 —
Метаболизм липидов, фотосинтез в зеленых водорослях и, возможно, участие в фиксации N2
Ангидразы, дегидрогеназы, протеиназы и пептидазы
Метаболизм углеводов и белков
Недостаток (дефицит) микроэлементов в растениях
Изменения листьев при дефиците цинка
Изменения листьев при дефиците цинка
1 – хлороз листьев пшеницы; 2 – бурые пятна на листьях риса
При недостаточном поступлении какого-либо микроэлемента из числа необходимых питательных элементов рост растения отклоняется от нормы или прекращается вовсе, а дальнейшее развитие растения, в особенности его метаболические циклы, нарушаются. [5]
При недостатке микроэлементов активность многих ферментов резко снижается. Например, установлено, что при недостатке меди резко падает активность ферментов, в состав которых входит медь, а именно, полифенолоксидазы и аскорбатоксидазы. [1]
Симптомы недостаточности (дефицита) трудно свести к одному знаменателю, но, все же, они характерны для конкретных микроэлементов. Наиболее часто наблюдается хлороз.
Визуальная симптоматика очень важна для диагностики недостаточности, но нарушения метаболических процессов и, как следствие, потеря биомассы продукции могут наступать прежде, чем симптомы недостаточности будут заметны. Для улучшения методов диагностики дефицита микроэлементов ряд авторов предлагает биохимические индикаторы. К сожалению, широкое применение этого способа ограничено в связи с большой изменчивостью энзиматической активности и трудностью определения данного показателя.
В любом случае, формирование дефицита микроэлементов в растениях является результатом сложного взаимодействия нескольких факторов. Многочисленные наблюдения доказали, что свойства и генезис почв – это главные причины, вызывающие дефицит микроэлементов в растении. Обычно недостаток микроэлементов связан с почвами высокой кислотности (светлыми песчанистыми) и щелочными (известковистыми) почвами с неблагоприятным водным режимом, а также с избытком фосфатов, азота, кальция, оксидов железа и марганца. [5]
Симптомы недостатка микроэлементов питания у сельскохозяйственных культур, согласно данным: [5]
Элемент
Симптомы
Чувствительные культуры
Хлороз и покоричневение молодых листьев,
Погибшие верхушечные почки,
Нарушение развития цветов,
Поражение сердцевины растений и корней,
Мультипликация при делении клеток
Капуста и близкие виды,
Фруктовые деревья (груши и яблони)
Белые скрученные макушки,
Ослабление образования метелок,
Источник: www.pesticidy.ru
I.2. Химический состав клетки. Микро и макро элементы
Обычно 70–80 % массы клетки составляет вода, в которой растворены разнообразные соли и низкомолекулярные органические соединения. Наиболее характерные компоненты клетки – белки и нуклеиновые кислоты.
Некоторые белки являются структурными компонентами клетки, другие – ферментами, т.е. катализаторами, определяющими скорость и направление протекающих в клетках химических реакций. Нуклеиновые кислоты служат носителями наследственной информации, которая реализуется в процессе внутриклеточного синтеза белков.
Часто клетки содержат некоторое количество запасных веществ, служащих пищевым резервом. Растительные клетки в основном запасают крахмал – полимерную форму углеводов. В клетках печени и мышц запасается другой углеводный полимер – гликоген.
К часто запасаемым продуктам относится также жир, хотя некоторые жиры выполняют иную функцию, а именно служат важнейшими структурными компонентами. Белки в клетках (за исключением клеток семян) обычно не запасаются. Описать типичный состав клетки не представляется возможным прежде всего потому, что существуют большие различия в количестве запасаемых продуктов и воды.
В клетках печени содержится, например, 70% воды, 17% белков, 5% жиров, 2% углеводов и 0,1% нуклеиновых кислот; оставшиеся 6% приходятся на соли и низкомолекулярные органические соединения, в частности аминокислоты. Растительные клетки обычно содержат меньше белков, значительно больше углеводов и несколько больше воды; исключение составляют клетки, находящиеся в состоянии покоя.
Покоящаяся клетка пшеничного зерна, являющегося источником питательных веществ для зародыша, содержит около 12% белков (в основном это запасаемый белок), 2% жиров и 72% углеводов. Количество воды достигает нормального уровня (70–80%) только в начале прорастания зерна. Каждая клетка содержит множество химических элементов, участвующих в различных химических реакциях.
Химические процессы, протекающие в клетке — одно из основных условий её жизни, развития и функционирования. Одних химических элементов в клетке больше, других — меньше. На атомарном уровне различий между органическим и неорганическим миром живой природы нет: живые организмы состоят из тех же атомов, что и тела неживой природы. Однако соотношение разных химических элементов в живых организмах и в земной коре сильно различается. Кроме того, живые организмы могут отличаться от окружающей их среды по изотопному составу химических элементов. Условно все элементы клетки можно разделить на три группы:
Макроэлементы. К макроэлементам относят кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий (0,15—0,4 %), сера (0,15—0,2 %), фосфор (0,2—1,0 %), хлор (0,05—0,1 %), магний (0,02—0,03 %), натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %). Такие элементы, как C, O, H, N, S, P входят в состав органических соединений.
Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO2 фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO3 входит в состав минеральных скелетов.
Кислород — входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды. Водород — входит в состав всех органических веществ клетки.
В наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии. Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена.
В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления. Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-Иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.
Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов). Магний — кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла.
В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем. Кальций — участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза).
Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных. Натрий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессы осморегуляции (в том числе работу почек у человека) и создании буферной системы крови. Калий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы. Содержится в межклеточных веществах. Хлор — поддерживает электронейтральность клетки.
Микроэлементы: К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк Цинк — входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина. Медь — входит в состав окислительных ферментов, участвующих в синтезе цитохромов. Селен — участвует в регуляторных процессах организма.
Ультрамикроэлементы. Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны. Молекулярный состав клетки (таб №1)
| СОЕДИНЕНИЯ | |||
| НЕОРГАНИЧЕСКИЕ | ОРГАНИЧЕСКИЕ | ||
| Вода | 70 — 80% | Белки | 10-20% |
| Минеральные соли | 1,0-1,5% | Углеводы | 0,2-2,0% |
| Жиры | 1-5% | ||
| Нуклеиновые кислоты | 1,0-2,0% | ||
| АТФ,соли и др ве-ва | 0,1-0,5% |
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Основные химические элементы клетки и их значение для жизнедеятельности организмов
В клетках живых организмов обнаружено около 70 элементов периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Все эти элементы встречаются и в неживой природе, что указывает на единство живой и неживой природы.
Содержание химических элементов существенно отличается в клетках живых организмов и в Земной коре. Имеються различия в составе и биологической роли химических элементов в клетках растений и животных.
| ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ |
| МАКРОЭЛЕМЕНТЫ › 99% О, С, Н, N, P, K, Cl, Ca, Mg, Na, Fe |
| МИКРОЭЛЕМЕНТЫ ≈0,01% I, Co, Mn, Cu идр. |
| УЛЬТРАМИКРОЭЛЕМЕНТЫ От 10 -4 до 10 -6 % Pb, Br,Ag и др. |
В зависимости от содержания химических элементов в клетке их разделяют на группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.
Отдельную групу среди макроелементов составляют органогенные элементы (O, C, H, N), которие образуют молекулы всех органических веществ.
Макроэлементы, их роль в клетке. Органогенные элементы — кислород, углерод, водород и азот составляют ≈ 98% химического содержания клетки. Они легко образуют ковалентные связи за счет обобщения двух электронов (по одному от каждого атома) и благодаря этому формируют большое разнообразие органических веществ в клетке.
Жизненно важными являются и другие макроэлементы в клетках животных и человека (калий, натрий, магний, кальций, хлор, железо), на долю которых приходится около 1,9%.
Так, ионы Калия и Натрия регулируют осмотическое давление в клетке, обуславливают нормальный ритм сердечной деятельности, возникновение и проведение нервного импульса. Ионы Кальция принимают участие в свертывание крови, сокращении мышечных волокон. Нерастворимые соли Кальция принимают участие в формировании костей и зубов.
Ионы магния играют важную роль в функционировании рибосом и митохондрий. Железо входит в состав гемоглобина.
Ультрамикроэлементы, их роль в клетке. Их концентрация не привышает 0,000001 %. Это такие элементы: золото, серебро, свинец, уран, селен, цезий, берилий, радий, и др. Физиологическая роль многих химических элементов еще не установлена, но они необходимы для нормального функционирования организма. Например, дефицит ультрамикроэлемента Селена приводит к развитию раковых заболеваний.
Обобщенные сведения о биологическом значении основных химических элементов, содержащихся в клетках живых организмов, представлены в таблице 4.1.
При недостаче важного химического элемента в почве определенного региона, что обусловливает дефицит его в организме местных жителей, возникают так называемые эндемические болезни.
Все химические элементы содержатся в клетке в виде ионов или входят в состав химических веществ.
Табл. 4.1.Основные химические элементы клетки и их значение для жизнидеятольности организмов
| Элемент | Символ | Содержание | Значение для клетки и организма |
| Углерод | o | 15—18 | Главный структурный компонент всех органических соединений клетки |
| Кислород | N | 65—75 1,5—3,0 | Главный структурный компонент всех органических соединений клетки |
| Азот | H | 8—10 | Обязательный компонент аминокислот |
| Водород | K | 0.0001 | Главный структурный компонент всех органических соединений клетки |
| Фосфор | S | 0,15—0,4 | Входит в состав костной ткани и зубной эмали, нуклеиновых кислот, АТФ и некоторых ферментов |
| Калий | Cl | 0,15—0,20 | Содержится в клетке только в виде ионов, активирует ферменты белкового синтеза, обуславливает ритм сердечной деятельности, участвует в процессах фотосинтеза |
| Сера | Ca | 0,05—0,10 | Входит в состав некоторых аминокислот, ферментов, витамина В |
| Хлор | Mg | 0,04—2,00 | Важнейший отрицательный ион в организме животных, компонент НС1 в желудочном соке |
| Кальций | Na | 0,02—0,03 | Входит в состав клеточной стенки растений, костей и зубов, активирует свертывание крови и сокращение мышечных волокон |
| Магний | Fe | 0,02-0,03 | Входит в состав молекул хлорофилла, а также костей и зубов, активирует энергетический обмен и синтез ДНК |
| Натрий | I | 0,010—0,015 | Содержится в клетке только в виде ионов, обуславливаетнормальный ритм сердечной деятельности, влияет на синтез гормонов |
| Железо | Cu | 0,0001 | Входит в состав многих ферментов, гемоглобина и миоглобина, участвует в биосинтезе хлорофилла, в процессах дыхания и фотосинтеза |
| Йод | Mn | 0,0002 | Входит в состав гормонов щитовидной железы |
| Медь | Mo | 0.0001 | Входит в состав некоторых ферментов, участвует в процессах кровообразования, фотосинтеза, синтеза гемоглобина |
| Марганец | Co | 0,0001 | Входит в состав некоторых ферментов или повышает их активность, принимает участие в развитии костей, ассимиляции азота и процессе фотосинтеза |
| Молибден | Zn | 0.0001 | Входит в состав некоторых ферментов, участвует н процессах связывания атмосферного азота растениями |
| Кобальт | o | 0,0003 | Входит в состав витамина В12, участвует в фиксации ат- мосферного азота растениями, развитии эритроцитов |
| Цинк | N | 15—18 | Входит в состав некоторых ферментов, участвует в синтезе растительных гормонов (фуксина) и спиртовом брожении |
Химические вещества клетки
| ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА |
| НЕОРГАНИЧЕСКИЕ |
| ОРГАНИЧЕСКИЕ |
| ВОДА 85-90% |
| МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ 1-1,5% |
| ГАЗЫ (О2,СО2) |
| БЕЛКИ 7-10 % |
| ЛИПИДЫ 1-2 % |
| НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ 1-1,5 % |
| УГЛЕВОДЫ 0,2-2 % |
Источник: infopedia.su