Конспект урока по курсу "Агрохимия" "Роль химических элементов в жизни растения"

Урок №2 13.09.2022

Тема: Роль химических элементов в жизни растения

Цель: Дать основные понятия темы (жизненнонеобходимые элементы, макроэлементы, микроэлементы, ультромикроэлементы). Сформировать знания и умения, необходимых для получения знаний по профессиональной подготовке профессионального образования по профессиям сельского хозяйства.

1. Организационный момент.

2. Актуализация опорных знаний: Опрос по д/з

3. Постановка учебной задачи.

4. Освоение новых знаний:

На данном этапе развития научных знаний, 24 химических элемента, физиологическая роль которых довольно полно изучена, относятся к необходимым элементам питания растений, и 21 элемент считается условно необходимым. Жизненнонеобходимыми являются элементы, без которых растения не могут полностью закончить цикл развития и которые не могут быть заменены другими элементами.

По содержанию и функциям в растении химические элементы подразделяют на макро-, микро- и ультрамикроэлементы.

Химические элементы, содержание которых в растении превышает 0,01%, называются макроэлементами.

Макроэлементами являются органогенные элементы, а также железо, калий, кальций, магний, сера и фосфор (железо функционально правильнее отнести к микроэлементам).

Микроэлементами называются химические элементы, содержание которых в растении составляет тысячные и стотысячные доли процента.

Химические элементы, содержащиеся в растении в меньшем, чем стотысячная доля процента, называются ультрамикроэлементами.

Химические элементы, поглощаемые растениями из почвы в разных количествах, играют вполне определенную биохимическую и физиологическую роль и ответственны за синтез тех или иных веществ в растительном организме.

Азот входит в состав аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, гормонов роста, многих витаминов, хлорофилла и других жизненно важных органических веществ.

Фосфор входит в состав фосфопротеинов, нуклеиновых кислот, фосфолипидов, фосфорных эфиров сахаров, нуклеотидов, принимающих участие в энергетическом обмене, витаминов и многих других соединений. Особо важную роль играет фосфор в энергетике клетки, поскольку именно в форме высокоэнергетических эфирных связей фосфора или пирофосфатных связей запасается энергия в живой клетке. Многие фосфорсодержащие витамины и их производные являются коферментами и принимают непосредственное участие в каталитическом акте, ускоряющем течение важнейших процессов обмена (фотосинтез, дыхание). Фосфор усиливает накопление сахара во фруктах и овощах, крахмала в клубнях картофеля.

Калий составляет основную часть катионов клеточного сока и служит основным противоионом для нейтрализации отрицательных зарядов неорганических и органических анионов. Он помогает растениям легче переносить засухи и заморозки. Калий необходим для поглощения и транспорта воды по растению. Он является одним из катионов – активаторов ферментативных систем. Известно 60 ферментов, активируемых калием с различной степенью специфичности.

Кальций присутствует во всех клеточных структурах и органеллах и стабилизирует их функции. Кальций и его комплексы с кальцийсвязывающими белками регулируют функциональную активность множества белков в клетках, включая ферменты, структурные и регуляторные ферменты. Этот элемент принимает участие в структуре хромосом, являясь связующим звеном между ДНК и белком, и выполняет многообразные функции в обмене веществ клеток и организма в целом. Ограничивая поступление других ионов в растения, он способствует устранению токсичности избыточных концентраций ионов аммония, алюминия, марганца, железа, повышает устойчивость растений к засолению почв.

Магний входит в состав хлорофилла, поддерживает структуру рибосом, связывая РНК в белок, способствует обмену веществ в клетке, активирует деятельность ферментов (ДНК- и РНК-полимеразы), необходим для процессов дыхания, фотосинтеза, синтеза нуклеиновых кислот и белков. Он усиливает синтез эфирных масел, каучука, витаминов А и С.

Сера участвует в образовании витаминов, аминокислот, белков и некоторых антибиотиков, в частности пенициллина. Она входит в состав важнейших аминокислот – цистина, цистеина и метионина, витаминов – липоевой кислоты, биотина, тиамина и многих коферментов. Другая важнейшая функция серы в растительном организме состоит в поддержании определенного уровня окислительно-восстановительного потенциала клетки.

Железо содержится в окислительно-восстановительных ферментах, таких, как цитохромы, цитохромоксидаза, каталаза, пероксидаза, и играет важную роль в дыхании растений. Оно необходимо для образования хлорофилла. При недостатке железа у растений обнаруживается хлороз (нарушение образования хлорофилла).

Алюминий предположительно имеет большое значение в обмене веществ у гидрофитов и считается необходимым только некоторым растениям (папоротники, чай). Этот элемент играет важную роль в повышении устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды: засухе, высоким и низким температурам и засолению почвы.

Кремний повышает солеустойчивость растений и устойчивость их к поражению грибными заболеваниями.

Растение нормально развивается и растет только на почвах, удовлетворяющих его потребности во всех элементах питания.

Например, при недостатке азота побеги у растений короткие и тонкие, листья мелкие с бледно-зеленой или желтовато-зеленой окраской, позднее переходящей в оранжевую или красноватую. Если растению не хватает фосфора, окраска листьев становится пурпурной или темно-бронзовой, задерживаются цветение и созревание. Характерным признаком кальциевой недостаточности являются некротические явления – коричневые пятна на плодах (томаты) и молодых листьях. Повышенная концентрация кальция в почвенном растворе (в карбонатных почвах) может отрицательно сказываться на поглощении железа, цинка, марганца и вызывать у растения хлороз. При недостатке калия наблюдаются побурение и опаленность краев (ожог) листьев, развивается бурая пятнистость, края листьев закручиваются. Дефицит магния в питании вызывает “малокровие” растений.

Итак, основную массу минеральных элементов питания растения усваивают в ионной форме через корневую систему, которая способна поглощать в незначительных количествах и органические соединения (аминокислоты, сахара, витамины, антибиотики). Углерод растения потребляют из воздуха. Максимальная продуктивность растений наблюдается при оптимуме всех элементов питания в почве.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ

Растительность принимает самое активное участие в процессах миграции и трансформации химических соединений на поверхности Земли. Интенсивность биогенной миграции химических элементов определяется химическим составом растений.

Наземные растения состоят из химических элементов, присутствующих в воздухе, воде и почве. Основную массу растений (обычно 90–95% их сухого веса) составляют три элемента, ассимилированные в ходе фотосинтеза: углерод, кислород и водород, которые усваиваются растениями из воздуха и воды. На долю остальных 5–10% растительных веществ приходятся минеральные элементы (азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, кремний, железо, натрий, хлор, алюминий, микроэлементы), поступающие из почвы.

Химические элементы в растительном организме распределены неравномерно. Например, самые высокие концентрации микроэлементов свойственны листьям и хвое. Это связано с основными функциями листа зеленого растения – фотосинтезом, транспирацией и синтезом разнообразных органических соединений. Распределение минеральных элементов в травянистой растительности более или менее равномерно. Повышенное количество марганца, меди, молибдена, бора часто наблюдается в репродуктивных органах и плодах. Так как растения обладают избирательной поглотительной способностью, в них наблюдается несколько иное соотношение элементов, чем в почвах. Например, результатом избирательного поглощения элементов из почвы является их неодинаковое накопление в растениях.

Растения – концентраторы химических элементов:

Si Злаки

Al, F Свекла, чай

Ca Бобовые, подсолнечник, капуста, картофель, конопля, гречиха

K Бобовые, картофель, подсолнечник, свекла, капуста, томаты, огурцы

Na Свекла

P Злаки

S Бобовые, лук, чеснок

Ti, As Чечевица

Mn Мхи, древесные (береза, рябина, осина), брусника, черника, голубика, малина, полынь, свекла Cu Мхи, папоротник, хвощ, чай, кукуруза, свекла

Zn Свекла, кукуруза, табак

Co Чай, хлопчатник

Mo Бобовые, гречиха, солянки, осоки

Ag Капуста, огурцы

Sr Гречиха

Se, Sn Кукуруза

B Бобовые, гречиха, свекла, овощные, плодовоягодные

I Морковь, свекла, картофель, капуста

V Бобовые

1. Закрепление полученных знаний.

Содержание питательных элементов для многих химических элементов (кроме азота) принято выражать в процентном содержании оксидов даже в том случае, когда вещество не содержит кислорода. Содержание калия выражается в К₂0, кальция — в СаО, фосфора — в Р₂0₅ и т. д. Содержание этих элементов в золе также выражается в процентах относительно оксидов.

• Рассчитайте содержание (в %) питательного элемента калия в хлориде калия. Было установлено, что содержание калия в золе семян сои составляет 1,26%. Ответ: 63,1%

• Рассчитайте, какой массе хлорида калия это соответствует, если было сожжено 200 г семян и получено 20% золы. Ответ: 0,8 г.

1. Домашнее задание. Выставление отметок. Подведение итогов урока.