Влияние минеральных веществ на рост и развитие растений

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«МОЗЫРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТ им. И.П. ШАМЯКИНА»

 

 

 

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

КАФЕДРА ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

 

 

 

 

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ  ВЕЩЕСТВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ

 

Курсовая работа по дисциплине «физиология растений»

 

 

 

Исполнитель:

 

 

Руководитель:

 

 

 

МОЗЫРЬ 2011

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

 

ГЛАВА 1. ОБЗОР  ЛИТЕРАТУРЫ 5

1.1 Содержание минеральных  элементов в растениях 5

1.2 Азот 6

1.3 Фосфор 9

1.4 Сера 12

1.5 Калий 13

1.6 Кальций 16

1.7 Магний 17

 

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ  И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 20

2.1 Методы определения  минеральных веществ 20

2.2 Микрохимический анализ  золы 21

 

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ 24

3.1 Симптомы недостаточности  минеральных веществ 24

3.2 Физиологическое действие  недостатка минеральных веществ 26

3.3 Избыток минеральных  веществ 27

3.4 Недостаток азота 29

3.5 Недостаток фосфора 29

3.6 Недостаток серы 30

3.7 Недостаток калия 30

3.8 Недостаток кальция 31

3.9 Недостаток магния 31

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 34

ВВЕДЕНИЕ

 

Минеральное питание растений – совокупность процессов поглощения, передвижения и усвоения растениями химических элементов, получаемых из почвы  в форме ионов минеральных  солей.

Каждый химический элемент  играет в жизни растения особую роль.

Азот является составной  частью аминокислот – строительных блоков, из которых состоят белки. Азот входит также во множество других соединений: в пурины, алкалоиды, ферменты, регуляторы роста, хлорофилл и клеточные  мембраны

Фосфор усваивается растением  в виде солей фосфорной кислоты (фосфатов) и находится в нём  в свободном состоянии или  совместно с белками и другими  органическими веществами, входящими  в состав плазмы и ядра.

Сера поглощается растением  в виде солей серной кислоты, входит в состав белков и эфирных масел.

Калий сосредоточен в молодых  органах, богатых плазмой, а также  в органах накопления запасных веществ  – семенах, клубнях, вероятно, играет роль нейтрализатора кислой реакции  клеточного сока и участвует в  тургоре.

Магний содержится в растении там же, где и калий, и, кроме  того, входит в состав хлорофилла.

Кальций накапливается во взрослых органах, особенно в листьях, служит нейтрализатором вредной  для растения щавелевой кислоты  и защищает его от токсического действия различных солей, участвует в  образовании механических оболочек.

Кроме указанных жизненно необходимых элементов, определённое значение имеют хлористый натрий, марганец, железо, фтор, йод, бром, цинк, кобальт, стимулирующие рост растений, и др.

 

 

 

Цель: Изучить влияние минеральных веществ на рост и развитие растений.

Задачи:

1. Изучить  материал  об основных видах минеральных  веществ и их влияние на  рост и развитие растений.

2. Ознакомиться с методами  определения минеральных веществ в тканях растений.

3. Выявить симптомы недостаточного  и избыточного содержания минеральных  веществ в растениях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. ОБЗОР  ЛИТЕРАТУРЫ

 

9. Содержание минеральных элементов в растениях 

Растения способны поглощать  из окружающей среды в больших  или меньших количествах практически  все элементы периодической системы. Между тем для нормального  жизненного цикла растительного  организма необходима лишь определенная группа основных питательных элементов, функции которых в растении не могут быть заменены другими химическими  элементами. В эту группу входят следующие 19 элементов:

Углерод	C	Калий	K	Цинк	Zn
Водород	H	Кальций	Ca	Молибден	Mo
Кислород	O	Магний	Mg	Бор	B
Азот	N	Железо	Fe	Хлор	Cl
Фосфор	P	Марганец	Mn	(Натрий)	Na
Сера	S	Медь	Cu	(Кремний)	Si
				(Кобальт)	Co

 

Среди этих основных питательных  элементов лишь 16 являются собственно минеральными, так как С, Н и O поступают в растения преимущественно в виде СO₂, O₂ и H₂O. Элементы Na, Si и Co приведены в скобках, поскольку их необходимость для всех высших растений пока не установлена. Натрий поглощается в относительно высоких количествах некоторыми видами сем. Chenopodiaceae (маревых), в частности свеклой, а также видами, адаптированными к условиям засоления, и в этом случае является необходимым. То же справедливо для кремния, который в особенно больших количествах встречается в соломине злаковых, для риса он является необходимым элементом.

Первые четыре элемента —  С, Н, O, N — называют органогенами. Углерод в среднем составляет 45% сухой массы тканей, кислород — 42, водород — 6,5 и азот — 1,5, а все вместе—95%. Оставшиеся 5% приходятся на зольные вещества: Р, S, К, Са, Mg, Fe, Al, Si, Na и др. О минеральном составе растений обычно судят по анализу золы остающейся после сжигания органического вещества растений. Содержание минеральных элементов (или их окислов) в растении выражают, как правило, в процентах по отношению к массе сухого вещества или в процентах к массе золы. Перечисленные выше вещества золы относят к макроэлементам.

Элементы, которые присутствуют в тканях в концентрациях

0,001 % и ниже от сухой  массы тканей, называют микроэлементами.  Некоторые из них играют важную  роль в обмене веществ (Mn, Сu, Zn, Со, Мо, В, С1).

Содержание того или другого  элемента в тканях растений непостоянно  и может сильно изменяться под  влиянием факторов внешней среды. Например, Al, Ni, F и другие могут накапливаться в растениях до токсического уровня. Среди высших растений встречаются виды, резко различающиеся по содержанию в тканях таких элементов, как Na, о чем уже говорилось, и Са, в связи с чем выделяют группы растений натриефилов, кальциефилов (большинство бобовых, в том числе фасоль, бобы, клевер), кальциефобов (люпин, белоус, щавелек и др.). Эти видовые особенности обусловлены характером почв в местах происхождения и обитания видов, определенной генетически закрепленной ролью, которую указанные элементы играют в обмене веществ растений.

Наиболее богаты минеральными элементами листья, у которых зола может составлять от 2 до 15% от массы  сухого вещества. Минимальное содержание золы (0,4—1%) обнаружено в стволах  древесных.

 

1.2 Азот

Азот был открыт в 1772 г. Шотландским химиком, ботаником  и врачом    Д. Резерфордом  как газ, не поддерживающий дыхание  и горение. Поэтому он и был  назван азотом, что значит «нежизненный». Однако азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот и многих жизненно важных органических веществ. Ликвидация недостатка некоторых незаменимых азотсодержащих соединений — аминокислот, витаминов и др. — наиболее острая проблема продовольственных программ человечества.

Азот — один из наиболее широко распространенных элементов  в природе. Основными его формами  на Земле являются связанный азот литосферы и газообразный молекулярный азот (N₂) атмосферы, составляющий 75,6% воздуха по массе. Согласно подсчетам запасы N₂ в атмосфере оцениваются величиной 4 • 10¹⁵ т. Столб воздуха над 1 м² земной поверхности содержит 8 т азота. Однако молекулярный азот как таковой не усваивается высшими растениями и может переходить в доступную для них форму только благодаря деятельности микроорганизмов-азотфиксаторов.

Запасы связанного азота  в литосфере также значительны  и оцениваются величиной 18 • 10¹⁵ т. Однако в почве сосредоточена лишь минимальная часть литосферного азота Земли, и только 0,5 — 2% от общего запаса в почве прямо доступно растениям. 1 га пахотного чернозема в среднем содержит не более 200 кг доступного растениям азота, а на подзолах его количество в 3 — 4 раза меньше. Этот азот представлен главным образом в форме NH₄⁺- и NO₃^–ионов.

Азотфиксирующие микроорганизмы. Микроорганизмы, осуществляющие биологическую азотфиксацию, можно разделить на две основные группы: а) свободноживущие азотфиксаторы и б) микроорганизмы, живущие в симбиозе с высшими растениями.

Свободноживущие азотфиксаторы  — гетеротрофы, нуждаются в углеводном источнике питания и поэтому  часто связаны с микроорганизмами, способными к разложению целлюлозы  и других полисахаридов. Бактерии родов  Azotobacter и Beijerinckia, как правило, поселяются на поверхности корней высших растений. Такие ассоциации объясняются тем, что в качестве источника углерода бактерии используют продукты, выделяемые корнями в ризосферу.

Большое внимание в последнее  время уделяют цианобактериям, в частности Tolypothrix tenius. Обогащение ими рисовых полей увеличивает урожай риса в среднем на 20%. В целом же сельскохозяйственное значение свободноживущих азотфиксаторов не столь велико. В умеренном климате ежегодная фиксация ими азота составляет, как правило, несколько килограммов азота на 1 га, но при наличии в почве благоприятных условий (например, большое количество органических остатков) она может достигать 20 — 40 кг N/га.

К группе симбиотических азотфиксаторов прежде всего относятся бактерии рода Rhizobium, образующие клубеньки на корнях бобовых растений, а также некоторые актиномицеты и цианобактерии. В настоящее время насчитывается около 190 видов растений разных семейств, способных симбиотически усваивать азот. К их числу относятся некоторые деревья и кустарники: ольха, восковница, лох, облепиха и др. Клубеньки, вырастающие на корнях ольхи и некоторых других небобовых растений, населены актиномицетами рода Frankia.

Наибольший интерес для  сельского хозяйства представляют клубеньковые бактерии рода Rhizobium, живущие в симбиозе с бобовыми растениями и фиксирующие в среднем от 100 до 400 кг N/га в год. Среди бобовых культур люцерна может накопить за год до 500 — 600 кг N/га, клевер — 250 — 300, люпин — 150, кормовые бобы, горох, фасоль — 50 — 60 кг N/га. За счет пожнивных остатков и сидерации эти растения значительно обогащают почвы азотом.

Запасы азота в почве  могут пополняться разными путями. При возделывании сельскохозяйственных культур много внимания уделяют  внесению минеральных удобрений. В  естественных же условиях основная роль принадлежит специализированным группам  микроорганизмов. Это   азотфиксаторы, а также почвенные бактерии, способные  минерализовать и переводить в форму NH₄⁺ или NO₃^- не доступный растениям органический азот растительных и животных остатков и азот гумуса, на долю которых приходится основная часть почвенного азота.

Содержание в почве  доступного растениям азота определяется не только микробиологическими процессами минерализации органического азота  и азотфиксации, а также скоростью поглощения азота растениями и его вымыванием из почвы, но и потерями азота в процессе денитрификации, осуществляемой анаэробными микроорганизмами, способными восстанавливать ион N0₃^- до газообразного N₂. Этот процесс особенно интенсивно протекает во влажных затопляемых слабоаэрируемых почвах, в частности на рисовых полях.

   Таким образом,  азот — очень лабильный элемент,  циркулирующий между атмосферой, почвой и живыми организмами.

 

1.3 Фосфор

Фосфор, как и азот, —  важнейший элемент питания растений. Он поглощается ими в виде высшего  окисла РО₄^3- и не изменяется, включаясь в органические соединения. В растительных тканях концентрация фосфора составляет 0,2—1,3% от сухой массы растения.

Доступные для  растений формы фосфорных соединений

Запасы фосфора в пахотном слое почвы относительно невелики, порядка 2,3 — 4,4 т/га (в пересчете  на Р₂O₅). Из этого количества 2/3 приходится на минеральные соли ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄), а 1/3 — на органические соединения, содержащие фосфор (органические остатки, гумус, фитат и др.). Фитаты составляют до половины органического фосфора почвы. Большая часть фосфорных соединений слабо растворима в почвенном растворе. Это, с одной стороны, снижает потери фосфора из почвы за счет вымывания, но, с другой, — ограничивает возможности использования его растениями.