ЧЕМ ПИТАЮТСЯ РАСТЕНИЯ

Наука и Жизнь 1982 №5

Белки, жиры, углеводы - вот три основные составные части нашей пищи. Все эти вещества мы получаем вместе с растительными и животными продуктами питания. А поскольку мясо-молочные продукты нам поставляют травоядные животные, то получается, что приготовлением нашей органической пищи из неорганических веществ мы в первую очередь обязаны растениям.

Какие же неорганические вещества служат пищей самим растениям?

Если взвесить только что выдернутое из почвы растение, потом его высушить и снова взвесить, то окажется, что на 90 процентов растительные ткани состоят из воды. Нет необходимости говорить о её значении для живых организмов - это среда, в которой находятся компоненты клетки, это растворитель, это химический реагент.

Примерно 9 процентов от веса растения составляет углерод, входящий в состав всех органических соединений. Растения получают его из воздуха, точнее, из углекислого газа, находящегося в воздухе. Углерод усваивается растением в процессе фотосинтеза, идущего с поглощением световой энергии и с выделением кислорода.

На долю остальных элементов приходится лишь процент от веса растения. Около четверти этого процента составляет азот. Усваивать атмосферный азот растения не могут (такая способность дана только некоторым микроорганизмам) и вынуждены высасывать его из почвы в виде соединения, точнее, в виде либо нитратных ионов NO3-, либо ионов аммония NH4+. Обычно в почве таких соединений содержится недостаточно, поэтому земледельцам приходится подкармливать выращиваемые растения искусственно полученными производными азота - азотными удобрениями.

Среди них наиболее распространена аммиачная селитра NH4NO3. Судя по формуле, в этой соли присутствуют оба вышеназванных разноимённо заряженных иона. Доказать присутствие иона аммония в аммиачной селитре легко: добавьте к раствору удобрения в воде раствор щёлочи (например, едкого натра). Выделяющийся аммиак определите по характерному запаху. В сельском хозяйстве применяют также другие виды селитры: натриевую NaNO3, калийную KNO8, кальциевую Ca(NO3)2. Чтобы их различить между собой, насыпте на раскалённый уголь с кончика ножа немного порошка удобрения. Натриевая селитра вспыхнет и сгорит ярко-жёлтым огнем, пламя калийной селитры будет окрашено в лиловый цвет, кальциевая селитра расплавится и сгорит красным пламенем, оставив белую известь. Аммиачная селитра пламя не окрашивает, но сгорает с белым дымом и запахом аммиака. Добавьте в пробирке или на дне стакана к раствору кальциевой селитры раствор оксалата аммония - выпадет белый осадок.

Другое азотное удобрение - сульфат аммония (NH4)2SO4 - легко обнаружить, поставив два опыта. Растворите немного этой соли в воде и раствор поместите в две пробирки. В одну добавьте раствор щёлочи (выделяется аммиак), в другую - раствор хлористого бария (выпадает белый осадок сульфата бария, который не растворяется в уксусной кислоте).

Какую же роль выполняет азот в растении? Дело в том, что этот элемент входит в состав жизненно наиважнейших соединений - белков (конкретнее - аминокислот, из которых построены белки) и нуклеиновых кислот, не считая многих других биологически весьма активных веществ, среди которых витамины, алкалоиды и другие выделяемые из растений и полезные человеку соединения.

Если в корень растения азот попал в виде нитрат-аниона, он быстро восстанавливается в аммиак. При участии фермента нитратредуктазы нитрат-ион NO3- сначала переходит в нитрит-ион NO2-, затем в гидроксиламин NH2OH и, наконец, в аммиак. Аммиак в клетках растений реагирует с так называемыми кетокислотами, в которых кетонная группа соседствует с карбоксилом: R-CO-COOH. Эти кетокислоты образуются в клетках растении при окислении сахара, в результате чего растение получает энергию. Соединяясь под действием ферментов с кетокислотами, аммиак образует различные аминокислоты R-CH(NH2)COOH, которые передвигаются в стебель и листья и далее используются для синтеза белков.

С такой же целью аминокислоты необходимы и для нормальной жизнедеятельности всех животных и синтезируются в их организмах, хотя и не в полном ассортименте. Например, в организме человека не могут синтезироваться восемь аминокислот (оттого их называют незаменимыми) - они обязательно должны поступать с пищей.

Второй весьма важный элемент, содержащийся в растениях,- фосфор (0,06 процента). Его в почве тоже часто не хватает, поэтому и производятся в огромном количестве фосфорные удобрения. Например, суперфосфат, состоящий из смеси гидрофосфата кальция Ca(H2PO4)2*H2O с сульфатом кальция CaSO4.

Взболтайте с водой фосфорное удобрение, отфильтруйте через промокательную бумагу и прибавьте к фильтрату несколько капель раствора нитрата серебра (ляписа). Выпадает жёлтый осадок фосфата серебра. Комбинированное фосфорное удобрение - аммофос NH4H2PO4,- помимо этой реакции, при действии щёлочи выделяет аммиак, и поэтому его легко распознать.

Роль фосфора в организме весьма важна. В виде фосфат-иона он включается в состав вещества наследственности - нуклеиновой кислоты. Присоединение и отщепление остатка фосфорной кислоты к аденозинфосфатам позволяет клетке запасать впрок, переносить, хранить и использовать по мере надобности энергию (см. «Наука и жизнь» №9, 1978 г., стр. 17.) Кроме того, фосфор является составной частью важных биологических веществ - фосфолипидов, коферментов и других.

Чтобы понять роль, которую играют в жизни растения некоторые металлы и особенно калий (в процентном отношении его в растениях столько же, сколько и азота), проделайте такой опыт. Срежьте стебель какого-нибудь комнатного растения и наденьте на оставшийся в земле пенёк стеклянную трубку. Полейте растение. Постепенно в трубку из сосудов стебля выделится жидкость, которая поднимется по трубке на какую-то высоту. Эта высота отражает величину давления, под которым корень, словно насос, гонит воду в листья.

Каким же образом создаётся это давление? Здесь «работает» принцип осмоса. Если разделить два раствора перегородкой, проницаемой только для молекул воды, и создать по разные стороны от перегородки различную концентрацию какой-либо соли, то молекулы воды из части, содержащей меньше соли, будут пытаться перейти в ту часть, где соли больше, выровнять её концентрацию. Такой перегородкой, проницаемой лишь для молекул воды, может выступать оболочка клетки. Благодаря осмосу вода из почвы всасывается в сосуды корня, жидкость в которых отличается значительной концентрацией ионов калия. Будучи разбавлена водой, эта жидкость увеличивается в объёме, ей становится тесно в сосудах корня, и она поднимается по ним в сосуды стеблей, а затем и листьев.

Поместите веточку комнатного растения или дерева в стакан с чистой водой. Хорошо известно, что несколько часов или даже дней ветка не будет вянуть. По добавьте в воду немного калийной селитры, и вы увидите, как и стебель и листочки быстро потеряют упругость, как бы увянут. Дело в том, что вода из клеток выделилась в межклеточное пространство, дабы разбавить раствор соли, поступившей сюда из корня. В результате потеря упругости, напряжения клетки, которое у ботаников называется тургором.

Как азот и фосфор, калий - дефицитный в почве элемент. Его недостаток восполняется калийными удобрениями. Они представляют собой смесь хлоридов калия и натрия или смесь хлорида калия с сульфатом магния. Отличить их легко при помощи реакции с нитратом серебра: выпадает белый осадок хлорида серебра. Что же касается других видов калийных удобрений (сульфата калия, смеси сульфата калия с сульфатами других металлов), то их отличительная способность - белый осадок при добавлении раствора хлорида бария.

Помимо калия, растению необходимы и другие металлы. Так, кальций служит для нейтрализации, связывания органических кислот. Магний входит в состав хлорофилла - непременного участника фотосинтеза. Железо, марганец, кобальт, молибден, медь участвуют в окислительно - восстановительных процессах. Однако потребность в этих элементах невелика, и их почти всегда оказывается достаточно в почве. Из неметаллов растениям необходима также сера, входящая в состав аминокислот и других веществ. Ее в почве тоже достаточно.

Теперь, когда мы познакомились с ролью различных элементов в жизни растений, становится понятным состав раствора, который позволяет выращивать в комнате растения без почвы. Вот два рецепта растворов, дающих растениям полноценное питание (граммы солей на 1 литр воды).

1.

Калиевая селитра0,2
Фосфат калия0,15
Сульфат магния0,13
Аммиачная селитра0,19
Сульфат аммония0,05
Бура0,05
Сульфат марганца0,03
Сульфат цинка0,02
Сульфат меди0,02

2.

Аммиачная селитра 0,7
Фосфат аммония 0,7
Калиевая селитра 0,5
Хлорид калия 0,5
Сульфат магния 0,5
Молибдат аммония 0,01
Сульфат цинка 0,001
Сульфат меди 0,001
Борная кислота 0,04
Сульфат железа 0,05

Кандидат химических наук Г. ШУЛЬГИН

BACKHOME