Минеральное питание часть2

1. Минеральное питание

2. Минеральное питание

Макроэлементы: N ~ 1,5%, K ~ 1,0%, P ~ 0,2%, S ~ 0,1%, Ca ~
0,5%, Mg ~ 0,2%
Микроэлементы: Fe, B, Mn, Cu, Zn, Mo, Cl, Ni, Na
Макроэлементы не оказывают на растение вредного влияния при
концентрации питательного раствора 200-300 мг/л, микроэлементы
угнетают рост при концентрации 0,1-0,5 мг/л
Процентное содержание макроэлементов в сухом веществе больше
0,1% (1000ppm)

3. Циркуляция минерального питания в растении

4.

В специальные сосуды, вставленные
один в другой, посадили проростки
таким образом, что одна половина
корней находилась в одном, а вторая —
в другом сосуде. Корни получали 32Р и
45Са только в одном из сосудов. Из
всего количества этих элементов,
внесенных в почву, за время опыта
поступило в растения около 25 % 32Р
и только 10 % 45Са. Через некоторое
время меченые фосфор и кальций были
обнаружены в корнях, расположенных в
том сосуде, в который эти элементы не
вносились. Правда, содержание 32Р в
этих корнях было в 2 — 3 раза, а 45Са
— в 10—15 раз меньше, чем в
остальных частях растения.

5.

From plant surface to plant metabolism:
the uncertain fate of foliar-applied nutrients
Victoria Fernández1,* and Patrick H. Brow

6. Основные различия в потоке веществ, перемещающихся по флоэме и ксилеме

• По ксилеме не переносятся сахара (исключение-зимний и весенний
транспорт у деревьев, у кукурузы после образования пестиков)
• По флоэме не переносятся ионы нитрата и сульфата
• Концентрация фосфора, органического азота и многих других ионов
во флоэме выше
• Флоэмный сок – слабощелочной, ксилемный – слабокислый
• Скорость флоэмного потока ниже ксилемного

7.

Подвижные элементы:
фосфор, азот, калий, магний, молибден, цинк;
малоподвижные элементы:
кальций, сера, железо, марганец, медь, бор;
два типа
распределения
элементов
минерального
питания:
количество элемента
уменьшается от
основания к верхушке
растения уменьшается
(базипетальный
градиент)
кальций, железо, бор
или увеличивается
(акропетальный
градиент)
азот, калий,
фосфор

8.

Цветки хлопчатника раскрываются
утром, а к вечеру того же дня их лепестки уже начинают увядать.
За одну ночь перед распусканием цветка в венчик поступает
примерно 20 % максимального количества фосфора и более 50 %
азота и калия, накапливаемого в этом органе, а за следующие сутки
половина запаса фосфора, азота и калия уже оттекает из лепестков.

9.

10. Азот

нитрат NO3аммоний NH4+
• Основные типы азотсодержащих
соединений
• Нуклеиновые кислоты
• Белки
• АТФ ГТФ

11.

12.

Первыми высветляются и скручиваются нижние листья томатов. При этом жилки с
их тыльной стороны приобретают голубоватый оттенок с красным отливом. Такой
же окрас появляется и на стеблях, и на листовых черешках. Становится заметной
задержка в развитии растений. Новая листва растет мелкой, матовой, бледнозеленой. Наступает преждевременное цветение. Образуются мелкие плоды и, как
следствие, небольшой некачественный урожай (плоды бывают деревянистыми).
Источник: https://www.botanichka.ru/article/chego-ne-hvataet-tomatam/#chego-ne-hvataet1

13.

14.

15.

Фото 1) Старые листья приобретают равномерную окраску от бледно-зеленого
до желтого; позже симптомы распространяются на молодые листья. (Фото 2)
Нижняя часть огурца заострена и загнута.
Для лечения необходимо внесение в грунт азотных удобрений или раз в две
недели обильное опрыскивание листвы 2% раствором мочевины. Для
предотвращения возможного ожога листьев при опрыскивании листвы,
опрыскивание проводят в конце дня или во время облачной погоды. Для культур,
выращиваемых без почвы, используется питательный раствор, содержащий 150200 ppm азота.

16. Азот почвы

• Биологическая азотфиксация – способность
некоторых прокариот восстанавливать N2
до NH4+
• Получение NH4+ в результате разложения
органического вещества гетеротрофными
бактериями
• Бактерии нитрификаторы окисляют NH4+ до
NO3-

17.

18. Три основные группы симбиотических азотфиксирующих организмов

• Rhizobium sp – Бобовые
• Цианобактерии – Голосеменные
• Актиномицеты - небобовые
покрытосеменные растения

19.

Wagner, S. C.. (2011) Biological Nitrogen Fixation.
Nature Education Knowledge 3(10):15

20.

Формирование клубенька

21.

Электронная микрофотография клеток клубенька соевых бобов
Бактериоид Bradyrhizobium japonicum

22.

23.

24.

25.

NH4+

26. Восстановление нитратов идет в два этапа

27.

28.

Повреждающий и
мутагенный эффект
нитрита
H 2O
H
N2

29.

Повреждающий и
мутагенный эффект
нитрита

30. Восстановление нитритов

31.

• Восстановление из нитратов
• Растения усваивают NH4+ из почвы
• NH4+ образуется эндогенно в результате
распада органических веществ

32.

33. ГС/ГОГАТ путь ассимиляции аммония

GS – Глутаминсинтетаза
GOGAT - Глутаминоксиглутаратаминотрансфераза

34.

На один атом ассимилированного азота идет минимум 12 АТФ.
На этот процесс растения тратят до четверти своего энергетического запаса,
хотя азот обычно составляет не более 2% от сухой массы растения…
Основная часть энергии используется в хлоропластах за счет фотосинтеза.

35.

Фосфор
Основные типы фосфорсодержащих соединений
Нуклеиновые кислоты
Фосфолипиды
АТФ АДФ НАДФН НАДН
Кофермент А
Фосфат и пирофосфат
Основная запасная форма фосфора – фитин

36.

37.

Механизм транспорта: симпорт с 2Н+ или с 4Н+
• Главный биохимический путь включения
фосфата – включение в молекулу АТФ

38. Фосфор

Симпорт с Н+

39.

Отмечается
усиленный рост
корней,
преимущественное
развитие боковых
корней, увеличение
количества
корневых волосков

40.

томат

41.

42.

43.

Фото 1) Растение с
дефицитом фосфора
чахнет и имеет
маленькие, темнозеленые, тусклые
листья. Здоровое
растение находится
справа. (Фото 2)
Старейший нижний
лист растения с
фосфорным
голоданием яркожелтый, но лист над
ним остается темнозеленым. (Фото 3)
Старые листья имеют
коричневые,
выжженные пятна
между жилками.

44.

Физиологические реакции на недостаток фосфора
1 Выделение органических кислот
2 Выделение хелатирующих агентов для удаления
двухвалентных катионов
3 Выделение фосфотаз

45.

46.

Калий
• Регуляция мембранного потенциала
• Регуляция активности ферментов
• Регуляция катионно-анионного баланса
• Осморегуляция
• Калий обеспечивает поддержание
«комфортной среды» для протекания
всех физиолого-биохимических процессов
в клетках

47.

48.

49. Калий

50.

Некроз листьев начинается от их кончиков, постепенно распространяясь
по всему периметру. Вскоре появляются бурые пятна. Через время листья
скручиваются и опадают. Стебель становится слабым, вянет.

51.

(Фото 1) Дефицит калия (растение слева) имеет желтые обгоревшие старые
листья, которые становятся сухими. Растение справа здоровое. (Фото 2) Огурцы
тонкие на конце, близком к стеблю. (Фото 3) Пожелтение и опаление старых
листьев начинается по краям (слева и в центре) и в конечном итоге
распространяется между жилками по направлению к центру листа (справа).

52.

Сера
витамины — тиамин, биотин, липоевая
кислота
Кофермент А
Глутатион не только защищает
клетку от токсичных свободных
радикалов, но и в целом
определяет окислительновосстановительные характерис
тики внутриклеточной среды
трипептид γ-глутамилцистеинилглицин

53.

54.

Схема ассимиляторного восстановления сульфата
3H+
ферредоксин
SO42АФС
Вакуоль
ФАФС
Реакция сульфатирования
АФС - Аденозин-5′-фосфосульфат
ФАФС - 3′-Фосфоаденозин-5′-фосфосульфат

55.

56.

57.

58.

Кальций
Связывание внутримолекулярных сайтов белков
Связывание белков с мембраной
Связывание белков с пектиновыми веществами
Сигналинг

59.

Кальций

60.

Stael et al.,
2012

61.

В растительной клетке в ответ на
действие различных стимулов
увеличивается концентрация кальция
в цитозоле, что является сигналом
для передачи информации

62.

63.

64.

65.

Xu et al., 2022

66.

67.

Это так называемая вершинная гниль, не является инфекционным
заболеванием, а лишь исключительно реакцией помидоров на недостаток
кальция.

68.

69.

Магний
Хлорофиллы!
Необходим для работы многих ферментов,
например,
Рубиско (Рибулозобисфосфаткарбоксилаза),
Глутаминсинтетазы
Наряду с калием поддерживает общий гомеостаз клетки
Механизм поступления: унипорт

70.

71.

72.

Визуальные признаки недостатка
магния:
Листочки томата, начиная с нижнего
яруса, куполообразно выгибаются
наверх, желтеют, их край
морщинится и усыхает. Жилки и
пространство вокруг них окраску не
меняют.

73.

74.

Железо
Входит в состав ферментов (гем, железосерные белки)
В ответ на дефицит железа растения выделяют в почву хелатирующие
агенты (лимонную кислоту, мугеновую кислоту), в составе комплекса ионы
железа переносятся в цитоплазму.

75.

двудольные, незлаковые
однодольные, а также дрожжи
злаки, а также
грибы и бактерии
Фитосидерофоры – низкомолекулярные соединения
(часто - небелковые аминокислоты – никотинамин,
которые заием превращаются в мугеновую кислоту),
синтезирующиеся из метионина и содержащие три
карбоксила, за счет которых и хелатируют железо
Выделение органических кислот (например,
лимонной), хелатирующее железо, усиление
работы Н+-помпы

76.

Suzuki, M., Urabe, A.,
Sasaki, S. et al.
Development of a
mugineic acid family
phytosiderophore analog
as an iron fertilizer. Nat
Commun 12, 1558
(2021)

77.

78.

79.

80.

Медь
Входит в состав цитохромоксидазы,
пластоцианина, супероксиддисмутазы

81.

82.

Copper bioavailability, uptake, toxicity and
tolerance in plants: A comprehensive
review

83.

Марганец – кофактор более 35 ферментов
Входит в состав водоокисляющего
комплекса
Mn2+

84.

85.

Молибден необходим для ключевого
фермента нитратредуктазы
MoO42-

86.

87.

Цинк
Zn2+

88.

89.

B(OH)3 B(OH)4
-
Бор

90.

91.

92.

В растениях кобальт находится в свободной ионной (Со2+ и Со3+) и связанной
форме. Он концентрируется в генеративных органах, накапливается в пыльце,
ускоряя ее прорастание. У растений из семейства Fabaceae (Бобовые) металл
стимулирует размножение клубеньковых бактерий. Входит в состав
нитрогеназы, необходимой для фиксации атмосферного азота

93.

Никель. Необходимость никеля для растений как микроэлемента была
установлена лишь в 1987 году П. Брауном. В растении он представлен в
виде Ni2+. Никель входит в состав ряда ферментов, наиболее изученным из
которых является уреаза, участвующая в расщеплении мочевины. Помимо
этого никель активирует работу ряда ферментов (пептидаз,
нитратредуктазы), стабилизирует структуру рибосом, влияет на
поступление и транспорт питательных веществ. До сих пор четких
доказательств проявления дефицита никеля у растений нет. В
экспериментальных условиях недостаток металла вызывает нарушения
метаболизма мочевины.

94.

Хлор в растениях содержится в
больших количествах, чем
фосфор и сера.
Хлор – полезный элемент, необходим
для регуляции осмотических
процессов

95.

Минеральный обмен зависит от других
физиологических функции:
• От дыхания
• От потребностей растения
• Косвенно от фотосинтеза и транспирации

96.

Влияние внешних факторов на
минеральный обмен
• Состояние почвы (скорость потока питательных
веществ к поверхности корня, почвенный воздух,
увлажненность почвы)
• Температура
• Свет
• рН
• Концентрация ионов в среде

97.

Зависимость поглощения ионов
К+ от их концентрации в растворе

98. Циркуляция минерального питания в растении

Микориза –
симбиотическая
ассоциация мицелия гриба
с корнями высших
растений.
• Эктомикориза - гифы гриба
проникают
сквозь ризодерму корня и
распространяются по
межклетникам, не
проникая в клетки.
• Эндомикориза - гифы
гриба проникают в клетки
коры корня
• Эктоэндомикориза Сочетает в себе признаки и
эндо- и эктомикоризы

99.

100.

• все голосеменные,
• 70% однодольных
• 80—90% двудольных

101.

Gastrodia elata, Galeola
lindleyana и другие
бесхлорофильные
орхидеи паразитирует на
микоризных грибах
Gastrodia elata
Galeola lindleyana

102.

Sarcodes sanguinea (Ericaceae), распространенное в лесах Калифорнии и
паразитирующее на грибе Rhizopogon. Это необычное растение
редуцировано до коралловидных структур, которые развиваются в почве,
тесно контактируя с грибными гифами, и лишь в период цветения образуют
короткоживу
щие генеративные побеги (Bruns, Bidartondo, 2002).

103. Минеральный обмен зависит от других физиологических функции:

Препараты для микоризации
Кормилица Микориза
Биопрепарат (концентрат),
выращенный в лабораторных
условиях, на основе смеси полезных
микоризных грибов рода Glomus (не
менее 2000 спор на 15 мл
биопрепарата), мицелия Трюфеля
черного и Масленка сибирского.
Препарат Био-микориза
Споры гриба Glomus intraradices
complex

104. Влияние внешних факторов на минеральный обмен

105. Зависимость поглощения ионов К+ от их концентрации в растворе

Применение ростостимулирующих микроорганизмов