В процессах минерального питания и фотосинтеза проявляется одна из наиболее ярких особенностей растений — их автотрофность, т. е. способность формировать свои органы и ткани из неорганических веществ. Для нормального роста и развития сельскохозяйственных культур и получения высоких урожаев необходимо обеспечить их элементами минерального питания, недостаток которых в почве восполняют внесением удобрений.
Минеральные вещества являются необходимой составной частью живой материи, хотя занимают лишь 5%. Количество золы в различных частях растения, а также в разных растениях неодинаково (табл. 16).
Как видно из данных таблицы, в состав золы семян входит значительное количество калия (30%) и фосфора (50%), а в стеблях и листьях пшеницы и кукурузы содержится большое количество кремния (40-67%).
Меньше всего золы (около 1%) в древесине (мертвые оболочки клеток), в семенах — 3%, корнях, стеблях — 4-5, листьях — 10-15, древесной коре — около 7%. В листьях картофеля содержится 5-13% золы, свеклы — 11-12, репы — 8-15%.
Содержание золы в растительных тканях зависит от типа и влажности почвы и фазы, развития растения. Наибольшее ее количество обнаружено в тканях растений, состоящих преимущественно из живых клеток.
Многочисленными исследованиями установлено, что в состав клеток растений входят все химические элементы, встречающиеся в природе. По данным В. И. Вернадского, в клетках растений найдены редкие и радиоактивные элементы.
Все элементы, входящие в состав растений, можно разделить на три группы.
Макроэлементы составляют от 10 до 0,01%. К ним относятся, кроме распространенных в растениях органогенов (кислород, водород, углерод, азот, фосфор), кремний, калий, кальций, сера, магний, натрий, алюминий.
Микроэлементы обнаруживаются в растениях в количестве от 0,001 до 0,00001%. Это марганец, бор, стронций, медь, цинк, бром, фтор, олово, никель, титан, рубидий, железо, барий, молибден, кобальт, йод, хлор.
| Орган растения | К2О | Na2O | СаО | MgO | Fe2О3 | Р2О5 | SO2 | SIO2 | Cl |
| Семена: | |||||||||
| Пшеница: | 30,2 | 0,6 | 3,5 | 13,2 | 0,6 | 47,9 | - | 0,7 | - |
| Кукуруза: | 29,8 | 1,1 | 2,2 | 15,5 | 0,8 | 45,6 | 0,8 | 2,1 | 0,9 |
| Стебли и листья: | |||||||||
| Пшеница: | 13,6 | 1,4 | 5,8 | 2,5 | 0,6 | 4,8 | - | 67,7 | - |
| Кукуруза: | 27,2 | 0,8 | 5,7 | 11,4 | 0,8 | 9,1 | - | 40,2 | - |
| Клубни и корни: | |||||||||
| Картофель: | 6,6 | 3,0 | 2,6 | 4,9 | 1,1 | 16,9 | 6,5 | 2,1 | 3,4 |
| Сахарная свекла: | 53,1 | 8,9 | 6,1 | 7,9 | 1,1 | 12,2 | 4,2 | 2,3 | 4,8 |
Кроме того, в растениях встречаются ультрамикроэлементы (10-6-10-12%), к которым относятся мышьяк, германий, свинец, золото, радий, ртуть, серебро, литий.
Физиологическая роль органогенов общеизвестна. Из этих элементов образуются углеводы, белковые вещества, составляющие основу живой материи. В состав цитоплазмы входят фосфор и сера. Роль металлов в растительном организме длительное время оставалась невыясненной. Еще в середине прошлого столетия считали, что они нужны лишь на начальных этапах роста и развития растений.
В настоящее время физиологическая роль минеральных веществ в растении хорошо известна. Они непосредственно влияют на обмен веществ и внутреннюю архитектонику клеток, на строение и состояние, протопласта. Минеральные вещества проявляют токсическое и антитоксическое действие на живые ткани и органы, выполняют функции катализаторов биохимических реакций, играют роль в изменении тургора и проницаемости цитоплазмы и, наконец, служат основой электрических и радиоактивных явлений в растительных организмах.
Следует отметить, что разделение элементов на макро- и микроэлементы по их содержанию в растениях не признается сейчас достаточно убедительным, поскольку, например, количество относимых к микроэлементам Мn, Fe и Сl в растениях может быть значительным. Поэтому классификация элементов, по-видимому, более целесообразна на основе их биохимической роли и физиологических функций. Например, С, Н, О, N, Р и S — это основные компоненты органического вещества: К, Mg, Са, Мn, Сl обладают неспецифическими функциями — участвуют в осмотической регуляции, балансе электронов и проницаемости мембран; Мn активирует киназы, трансферазы, декарбоксилазы, дегидрогеназы, которые могут активироваться также Mg; Cl и Мn обладают определенными функциями в фотосинтезе; Мn оказывает влияние на Fe; элементы Fe, Сu, Zn, Мо в растениях и почве представлены в форме хелатов, они способны вытеснять друг друга из хелатов в клетках в следующем порядке: Cu>Zn>Mo>Fe, что может вести к нарушению обмена веществ при избытке одного из этих элементов; Se, Br, I, F, Al, Ni, Cr, Pb, Cd токсичны для растений.