Живлення вищих рослин органічними та синтетичними формами сполук і мікроелементами

Живлення рослин є основним питанням землеробства, тому з'ясування особливостей того, як і чим живляться рослини, становить одну з найважливіших задач біологічної сільськогосподарської науки.

Протягом останніх 120 років з питання живлення рослин поперемінно панували вкрай протилежні погляди. Гумусова теорія Тейєра в 30-х роках XIX століття змінилася теорією мінерального живлення рослин Лібіха - Буссенго, яка заперечувала будь-яку можливість надходження органічних сполук до рослин.

Разом з тим практика землеробства показала найважливіше значення органічних добрив, а вплив мінеральних добрив найбільш сильно проявлявся при внесенні їх разом з органічними або на тлі обробленої ґрунтом, добре заправленої ними.

Значення органічних добрив ще більше зросло у зв'язку з широким застосуванням органно-мінеральних сумішей, гноєво-земляних компостів і розвивається біологічною теорією ґрунтового живлення рослин.

Живлення рослин органічними сполуками

Вищі зелені рослини можуть живитися готовими безазотистими та азотистими органічними сполуками, але це живлення поступається нормальному — світловому живленню. Цукор і маніт можуть бути джерелами вуглецю для зелених рослин. Аміди та амінокислоти добре засвоюються ними, причому, на думку деяких авторів, навіть без попереднього відщеплення аміаку.

За наявності сонячної енергії рослина віддає перевагу фотосинтетичному шляху живлення, і надання рослині готових органічних сполук не може послабити фотосинтетичного процесу. Застосування штучного живлення готовими органічними сполуками давало для водоростей іноді більш позитивні результати, ніж для вищих рослин. Найбільш сприятливими формами органічного живлення для водоростей, як і для вищих рослин, є цукри та близькі до них багатоатомні спирти. Однак нижчі водорості все ж менш вимогливі, ніж вищі рослини, оскільки можуть отримувати необхідну їжу з амінокислот, жирних кислот, оксикислот і навіть з сечовини, гідантоїну, креатину тощо. Таким чином, нижчі водорості займають проміжне положення між вищими рослинами та безхлорофільними організмами.

Ретельно проведеними дослідами зі стерильними культурами вчені встановили, що рослини дуже добре використовують аспарагін. З того часу протягом тривалого періоду з'явилося лише кілька робіт, у яких зазначалося, що амінокислоти є кращим джерелом азоту, ніж нітрати та аміачні солі.

Фосфорне живлення рослин

Що стосується фосфору, то єдиним джерелом живлення рослинних організмів фосфором є лише похідні вищого солеутворюючого оксиду Р₂О₅, а саме: солі ортофосфорної, пірофосфорної кислот і органічні сполуки фосфору, що містять його у вигляді груп цього ступеня окиснення.

Різні органічні сполуки, значна частина яких може утворюватися в ґрунті як проміжні продукти розпаду, такі як креатинін, аргінін, гістидин, гуанідин, ксантин, гіпоксантин і нуклеїнова кислота, можуть засвоюватися рослинами замість нітратів і аміаку, цукру — як джерело вуглецю, лецитину, цистину — як джерела фосфору та сірки.

Однак цей спосіб живлення рослин є підлеглим за своїм значенням і може мати істотне значення для культури безхлорофільних організмів, таких як печериці.

Засвоєння органічних форм фосфору передбачає його відщеплення за допомогою виділюваних корінням ферментів — фосфатаз. Кореневі виділення поглинаються ґрунтом, видалення органічних виділень з поверхні коренів сприяло кращому надходженню фосфору до рослин кукурудзи.

Досліди в стерильних умовах продемонстрували можливість засвоєння кукурудзою аспарагіну та деяких амінокислот, а також доступність кукурудзі та гороху азоту, аспарагіну та фосфору фітину. З'явилася значна кількість досліджень у цьому напрямку, особливо за останні роки, коли до практики наукових лабораторій був введений метод мічених атомів.

Гош і Бурріс, використовуючи важкий азот (N¹⁵), виявили, що паростки конюшини та томатів у стерильних умовах частково засвоювали амінокислоти, тютюн же цих властивостей не проявляв. У водних культурах рослинами через коріння надходить і переміщується до надземної частини (до листя включно) ряд складних органічних речовин, таких як антибіотики (пеніцилін та ін.). В результаті досліду зі стерильними культурами гречки встановили, що мічена сіркою (S³⁵) метіонін і вітамін B₁ поглиналися корінням і використовувалися рослиною. Однак, експериментуючи також у стерильних умовах, дійшли висновку, що кукурудза не може розвиватися задовільно, якщо джерелом її азотного живлення є лише амінокислоти, у тому числі і найлегше синтезований у корінні з піровиноградної кислоти та аміаку аланін. У цих же дослідах кукурудза в стерильних умовах добре засвоювала фосфорно-органічну сполуку — гліцерофосфат кальцію.

Надходження органічних речовин через коріння та листя

Рослини корінням, як і мікроорганізми, виділяють у ґрунт ті ж самі ферменти. Квасоля, наприклад, поглинає нерозщеплені цукрофосфати, і це має місце не тоді, коли у рослини немає вибору, а за наявності мінеральних солей фосфорної кислоти і, отже, не є «вимушеним» (завдяки застосуванню міченого фосфору Р³² були розпізнані надійшли до коренів органічні та мінеральні сполуки фосфорної кислоти).

Глюкоза та фруктоза, мічені важким вуглецем (С¹⁴), виявлялися в коренях вже через 15 хвилин після внесення цих цукрів у живильний розчин. Надходження у соняшник солей етилендіамінтетраоцтової кислоти, які сприяли переміщенню у рослині заліза. Надходження через коріння паростків пшениці та переміщення до її листя антибіотика гризеофульвіну, що було на прикладі інших антибіотиків встановлено.

На виділення з ґрунту якихось летючих органічних сполук, які частково поглинаються корінням і покращують їх розвиток. Позитивний ефект від внесення в піщані культури томатів невеликих кількостей пектину. Це пояснюється участю останнього в живленні мікроорганізмів, які виділяють необхідний рослинам тіамін (вітамін B₁).

В останні роки отримано нові дані про безпосереднє надходження органічних речовин ззовні до тіла рослини через листя та через коріння. На цьому, зокрема, засноване застосування так званих системних отрут, тобто отрут, що всмоктуються рослиною і надають отруйну дію всім частинам рослини по відношенню до шкідливих комах. До таких системних отрут належать деякі фосфорорганічні сполуки.

На засвоєнні рослиною органічних речовин засноване застосування селективних гербіцидів та активаторів росту, у тому числі гібереліну.

Введені ззовні фізіологічно активні речовини типу альфа-нафтилооцтової кислоти, роданистого калію та ін. включаються в загальний обмін речовин у рослинах і переміщуються з висхідним і низхідним струмом, накопичуючись у наймолодших ростучих органах. При цьому в рослинах відбувається детоксикація деяких синтетичних органічних сполук — етилового спирту, етиленхлоргідрину, роданистого амонію, тіосечовини та багатьох інших.

Кращою формою азотного добрива для позакореневого підживлення рослин є сечовина. У водних культурах рослинами засвоюються фітин і лецитин.

Вплив органічних сполук фосфору на врожай

У дослідах з кукурудзою в умовах стерильних культур застосовували як джерело фосфору гліцерофосфат, лецитин, рибонуклеїнову кислоту, фітин та мінеральний фосфор. У цих дослідах гліцерофосфат виявився цілком повноцінним джерелом фосфору для рослин, не поступаючись легкодоступному мінеральному фосфору, а в ряді випадків і перевершуючи його.

У вегетаційних дослідах, проведених нами в піщаних культурах з цукровим буряком, застосовувалися як джерело фосфору органічні сполуки у вигляді фітину та гліцерофосфату кальцію. Вони добре засвоювалися рослинами. Мікродобриво гумат калію значно підвищило ефективність цих сполук фосфору, що видно з даних таблиці 6.

Дані вегетаційного досліду з конюшиною, наведені в таблиці 7, показують, що фосфор використовувався конюшиною з фітину та гліцерофосфату кальцію, а препарат гумат калію сприяв кращому надходженню фосфору до рослин.

Використання органічних сполук рослинами

Для з'ясування можливого використання рослинами органічних сполук, що містять мічений вуглець, у наших дослідженнях застосовувалася амінокислота — тирозин. Через 2 дні після ін'єкції в корінь визначався ступінь включення його в тканини листя цукрового буряка. Результати визначень показали досить швидке переміщення вуглецю тирозину і майже рівномірний його розподіл у молодих і старих листках, а також знаходження великої кількості його в конституційних білках, що свідчить про важливе значення амінокислот у живленні рослин.

Висновки

На підставі всього вищевикладеного можна зробити висновок про те, що поряд з мінеральними речовинами рослини використовують і органічні сполуки. Це підтверджується як швидким надходженням органічних речовин через листя та коріння, так і їх активним включенням в обмін речовин рослинного організму.