CC BY
255ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ИОНОВ КАЛИЯ, КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ Журова В.Г.1, Светличная М.С.2
1Журова Виктория Геннадьевна - кандидат педагогических наук, кафедра экологии и химии, естественно-географический факультет, Смоленский государственный университет;
2Светличная Мария Сергеевна - учитель химии, Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 2, г. Смоленск
Аннотация: в статье рассматривается физиологическая роль ионов металлов в растениях, описывается вегетационный опыт по выращиванию перца сладкого в условиях водной культуры в полной питательной смеси и с исключением макроэлементов калия, кальция и магния.
Ключевые слова: ионы калия, магния, кальция, вегетационный метод, питательный раствор.
Растительные организмы имеют очень сложный химический состав. Они содержат большое число различных химических элементов, которые поступают из внешней среды и оказывают влияние на жизнедеятельность растений. Десять металлов: калий, натрий, магний, кальций, марганец, кобальт, молибден, цинк, медь и железо, ионы которых жизненно необходимы для живого организма, называются «металлами жизни» [4, с. 4]. Исключение какого-либо из этих элементов приводит к нарушению структуры и обмена веществ растений, торможению роста и в дальнейшем - к их гибели.
Химические элементы, поступающие в растения, выполняют важные функции: входят в состав биологически важных органических веществ; участвуют в создании определенной ионной концентрации, стабилизации макромолекул и коллоидных частиц, участвуют в каталитических реакциях, входя в состав или активируя отдельные ферменты. Для ионов металлов главным образом характерно участие в каталитических реакциях.
Наиболее необходимыми и достаточными для нормального развития растения являются макроэлементы - металлы: калий, кальций и магний [2, с. 154]. Они представлены в растительных клетках ионами.
Содержание в тканях растений калия составляет 0,5 - 1,2% в расчете на сухую массу растения [1, с. 19]. Основная роль катионов калия - в поддержании определенного осмотического давления, удержании воды тканями и в регуляции водного обмена, также калий активирует ряд ферментов [3, с. 286]. Недостаток калия снижает продуктивность фотосинтеза.
Ионы кальция входят в состав растений в количестве 0,2% [1, с. 18]. Катионы кальция присутствуют во всех клеточных структурах и стабилизируют их функции, особенно важны ионы кальция для нормального развития и функционирования корневой системы.
Содержание ионов магния в растениях составляет 0,17% [1, с. 19]. Катионы магния входят в состав основного пигмента зеленых листьев - хлорофилла; поддерживают структуру рибосом, связывая РНК и белок. Недостаток магния сопровождается хлорозом листьев — они начинают бледнеть (или розоветь) между жилками, становятся пестрыми, а края листьев скручиваются.
Немецкий агрохимик И. Кноп и немецкий ботаник Ю. Сакс в своих опытах показали, что вполне возможно вырастить нормальное растение на воде до полного созревания при его обеспечении лишь смесью элементов: азотом, фосфором, серой, калием, кальцием, магнием [5; с. 164]. Эти опыты окончательно утвердили теорию
минерального питания и создали основу вегетационного метода, в том числе водных и песчаных культур. Питательный раствор, разработанный И. Кнопом, использован нами при постановке эксперимента. Расчет реактивов для приготовления питательных смесей осуществлялся по таблице 1. В первую неделю опыта использовалась питательная смесь половинной концентрации.
Таблица 1. Качественный и количественный состав солей для приготовления питательного
раствора
Основные соли Замещенные соли
Формул а соли Са(КОэ)2 *4 Н2О КН2Р О4 MgSO А П 4 7 Н2О КС1 CaSO4 *2 Н2О №Н2РО4 *Н2О №С1 КЧО3
Масса соли на 500 мл р-ра, г 14,4 2,5 2,5 1,25 10,5 2,5 1,0 1,23
Для проведения эксперимента была использована рассада перца сладкого с приблизительно одинаковой высотой побегов, без видимых дефектов. Систематически отслеживались такие показатели, как высота надземной части и длина корневой системы.
При выращивании перца сладкого на полной питательной смеси растения развиваются без значительных недостатков. Отставания в росте надземной части и корневой системы не обнаружено. Состояние опытных растений хорошее.
Аналогично проводились наблюдения за растениями, лишенными макроэлемента калия. При выращивании перца сладкого на водной питательной среде с исключением из нее макроэлемента калия состояние растения ухудшается. Спустя 7 дней после закладки опыта особенно заметна вялость листьев растений, спустя 14 дней после закладки опыта листья стали бледные, а их жилки покраснели. Наблюдается замедленный рост надземной части. Корневая система развивается интенсивно, опережает развитие в полной питательной среде. Это объясняется тем, что у растения нарушается водный обмен, и оно пытается восстановить тургор, поэтому происходит интенсивный рост корней. Через 21 день после закладки опыта растения погибли.
При выращивании перца сладкого на водной питательной среде с исключением из нее элемента кальция состояние растения ухудшатся. Спустя 7 дней после закладки опыта наблюдается вялость верхушки побега и пожелтение листьев. Через 14 дней после закладки опыта листья вялые и желтые. Наблюдается задержка в развитии корневой системы и ее ослизнение. Спустя 21 день растения погибли.
В опыте с исключением макроэлемента магния отслеживались те же показатели, что и ранее. При выращивании перца сладкого на водной питательной среде с исключением из нее элемента магния состояние растения ухудшается. Наблюдается задержка в росте надземной части растения и корневой системы. Спустя 7 дней после закладки опыта наблюдается хлороз листьев, через 14 дней литья пожелтели, нижние опали. В конце опыта растения погибли.
Сравнительная характеристика результатов опытов по выращиванию перца в полной питательной среде и с исключением из питательной среды макроэлементов -металлов представлена в таблице 2 и на рисунке 1.
Параметры ППС Исключение магния Исключение калия Исключение кальция
Длина надземной части, см +1,4 +0,74 +0,8 +1,7
Длина корней, см +1,6 +0,4 +4,4 +0,6
Состояние растения хорошее погибло погибло погибло
Рис. 1. Зависимость развития надземной части и корней перца сладкого от состава
питательной среды
Проведенный нами вегетационный опыт по выращиванию растений в условиях водной культуры в полной питательной смеси и с исключением макроэлементов калия, кальция и магния, подтвердил известные литературные данные о значении макроэлементов в жизни растений. Проанализировав полученные результаты, можно сделать вывод, что ионы металлов в растительных организмах выполняют важные функции и при отсутствии или недостатке необходимых для жизнедеятельности металлов, состояние растений ухудшается и может наступить гибель.
Список литературы
1. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Издательский центр «Академия», 2003. 400 с.
2. Кожанова О.Н., Дмитриева А.Г. Физиологическая роль металлов в жизнедеятельности растительных организмов. М.: МГУ, 1989. 55 с.
3. Куркаев В.Т. Шеуджен А.Х. Агрохимия. Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2000. 552 с.
4. Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. М., Просвещение, 1986. 32 с.
5. Якушкина Н.И. Физиология растений. М., Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2005. 303 с.
