Өсімдктер пайдаланатын химиялық элементтер

Ал аздаған көлемде амин қышқылдарымен, қантпен, қанттың фосфорлы қосылыстарымен қоректенеді. Амин қышкылдары өсімдіктерге пайдаланылған кездерде қос минералды құбылыстардан аммиакты бөліп шығарады да басқа синтетикалық процестерге қатысады. Өсімдіктер азотты анион, катион күйінде пайдаланылады. Топырақтағы әр түрлі органикалық заттар микроорганизмдерден бөлініп шығатын аммиак аммонификация, нитрификация құбылыстарының әсерінен түзіліп тұрады. Азотты аммиак күйіндегі кетоқышқылдық формасы:

Өсімдіктер хлорды да ион түрінде пайдаланады. Ал кейбір тұзға төзімді өсімдіктер құрамында хлор анағұрлым көп болғанда олардың даму кезеңдеріне ешқандай теріс әсерлері байқалмайды. Бор және молибден өсімдіктер құрамында олардың, анион күйінде (бораттар, молибдаттар) пайдаланса, кальций, калий, магний, мыс, темір, мырыш катиондар күйінде, ал марганецке келетін болсақ катион және анион жағдайында пайдаланады.

Сілтілік металдардың иондары (К⁺, N+) цптоплазманың ылғалын сақтауға жақсы әсер етсе, сілтілік жер металдары (Са,⁺⁺ Мg⁺) азайтуға жағдайлар жасайды. Азот, күкірт белоктардың, т. б. қосылыстардың құрамына кіреді. Күкіртті қосылыстарды өсімдіктер Sа4~ аниондар түрінде бойларына сіңіреді. Сульфаттың 6 валентті қосылыстары тізбектеліп SОз~~ (суль­фит), одан соң сульфидке (S ) тотықсызданып, сутекпен қосылып (S-Н) сульфигидрильді дисульфид (-S-S) группаларып түзеді.

Ал фосфорлар [Н₂РО₄-, НРО₄-, РО₄-----] өсімдіктерге аниондар күйінде сіңіріледі. Ол нуклеин қышқылының құрамына кіргендіктен аса күрделі генетикалық аппараты ядросында шоғырланған фосфолипид т. б. қосылыстар құрамыпа кіреді.

Калий ионының өсімдіктер мен мал организмінің клеткаларында көп шоғырлануы (50-100 милликрон) белоктардың био­синтез, фотосинтез, дем алуына және полимерлі қосылыстардың көптеп түзілуіне жағдайлар (крахмал, май, углезодтар) жасайды.

Өсімдіктің қоректенуі күрделі процесс. Өйткені тіршілігін екі ортада (топырақта және атмосфераның төменгі қабатында) өткізіп, жапырағы арқылы ауадан көмір қышқыл газ, тамыры арқылы су, минералдық тұздардың иондарын, кейбір органикалық заттарды қабылдап, органикалық заттар дайындайды.

Өсімдіктердін айналадағы ортамен зат алмасуы қоректену болып саналады, бұл құбылыстар топырақ, ауадағы заттардың өсімдіктер құрамындағы кіретін органикалық заттардың түзілуіне алғашкы тұрған жерінен кетіп қалып, қоныс аударады.

Өсімдіктердіц көмір қышқылын пайдалануы көбіне ауа арқы­лы өтегіндіктен олар тамыр жүйелеріне қарағанда бірқалыпты өтеді. Фотосинтез процесінін белгілі нормаларда жүруіне жарық, жылу, ылғал, керекті элементтермен қамтамасыз етілуі, өсімдіктің бнологиялык ерекшеліктері, тығыздығы үлкен роль атқарса, тамыр жүйелерінің жақсы дамуына жоғарғы факторлардан басқа топырақтың құрылымы, аэрациясы, ортаның реакцпясы, қолданатын қоректік заттардын мөлшері, формалары, олардың ара қатынасы, микрофлора және тамырда бөлінетін заттар әсер етеді.

Өсімдіктердің коректенуі сыртқы факторларға жатқанымен температура, рН қарағанда ерекше жағдайда өтеді. Олар қоректі элементтерді бойларына сіңіргенде сыртқы ортада өтетін фактордан өсімдік организмінің ішкі факторына айналады. Тірі организмдер қоректенуі жағынан екі топқа бөлінеді: автогрофты -өсімдіктердің организмдері минералды тұздар, су, көмір қышқылын пайдаланып органикалық заттардың түзілуі, гетерогрофты -дайын органнкалық заттармен қоректенуі (адам, мал, аң, микроорганизмдер) жатады.

Өсімдіктердің биологиялық ерекшеліктері мен олардың өсіп өну жағдайлары тамыр жүйелерінің әр түрлі дәрежелерде дамуына ықпал етеді.

Қоректі элементтерге кедей топырақтар мен құрғақшылық жылдары қоректі элементтерді, суды іздестіру үшін өсімдік тамырларын тереңге салады. Сондықтан да тыңайтқыштарды қолдану өсімдіктердің тамыр жүйелері мен жер бетіндегі массаларының арасындағы тепе-теңдікті реттеумен қатар олардың жалпы массасының өсуіне қолайлы жағдай жасайды. Өсімдіктердің та­мыр жүйелері үнемі адамдардың күнделікті бақылауларында болмағандықтан назардан тыс қалып келеді. Оларды жете зерттеп білудің аса қиынға түсуіне қарамастан тамыр туралы әр түрлі пікірлер айтылып та жүр. Өсімдік тамырларының сабақтарынан айырмашылығы сол -олардың жапырақтары, бүршіктері болмайды. Тамырдың жоғарғы жағында әдетте оймақ аудандары болады. Олар жаңадан шығып келе жатқан жас тамырды әр түрлі кінәрәттардан, жарақаттардан сақтайды. Тамыр түкшелерінің көлемі жағынан ұзындығы 80--1500 микрон болса, онда тамыр беттерін толық жауып тұрады. Көп уақыт өсімдіктердің тамырла­ры мына екі міндеттерді -өсімдіктердің денесін ұстап туру мен өсу кезеңдерінде су мен қоректік заттарды бойына сіңіруді орындайды деген тұжырым айтылып келеді. Өсімдіктердің тамыр жүйелеріне арнайы жүргізілген зерттсу жұмыстары көрсетіп отырғандай, олар қоректік заттарды бойларына сіңіріп қана қоймайды, сонымен бірге өз денелерінен метаболит (қоқыс тәрізді) заттарды бөліп шығарады. Мұның өзі топыраққа және оның өзін қоршаған микрофлорасына көмекші қоректі заттардың жинақталуына жағдайлар жасайды. Қазіргі кезде өсімдік тамырларының суларды, минерал тұздарды сіңіру кабілеті туралы әр түрлі көз-қарастар айтылып келеді. Қоректік заттарды тамырлардың пайдалануы, әрі олардың ара қатынасы көптеген факторларға, топырактағы олардың мөлшеріне су -физикалық қасиеттеріне, өсімдіктердің биологиялық ерекшеліктсріне байланысты өзгеріп отырады. Мысалы, ас бұршақ және бидай бірдей жағдайларда өсірілгенде, ас бұршақтың тамыры калийді 3 есе, күздік бидайдың тамыры калийді натрийге қарағанда 20 есе артық пайдаланады.

Кейбір өсімдіктер өзінің құрамында кремнийді, алтынды, литийді т. б. элементтерді көптеп жинақтайды. Мысалы, теңіз балдырлары өзі өсіп тұрған теңіз суының құрамына қарағанда титан элементін 1000 есе көп жинақтаса, теңіз капустасы (ламикариясы) 120 есе артық жинайды. Теңіз суларында 0,0001 процент иод болса, капуста құрамындағы бұл көрсеткіш 0,3 процентке жетеді екен.

Өсімдіктердіц клеткаларының қоректі элементтерді пайда­лануы диффузия құбылыстарымен түсіндіріліп келді. Топырақ ертінділері иондарының қозғалысы жоғарғы концентрациялы ерітіндіден сұйытылған ерітіндіге қарай қозғалады деп есептейді. Ал шын мәнінде өсімдік тамырлары сөлінің концентрациясы қоршаған ортадағы топырақ ерітінділерінен көп жоғары болады.

Сондықтан да клеткалардың қоректі элементтерді пайдала­нуы, әрі қозғалысы күрделі физиологиялық құбылыс ретінде олардың дем алу, фотосинтез, басқа да биохимиялық процестердің әсерінен кейін белгілі энергия жұмсалуына байланысты болады.

Кез келген өсімдіктер қоректі элементтерді пайдаланғанда өзінің биологиялық ерекшеліктеріне қарай талғампаздық танытады. Мұндай талғампаздықты түрлі топырақ ортасының қышқылдылығына қарай тыңайтқыштарды қолдану арқылы байқауға болады. Қазіргі кезде қоректі заттарды өсімдіктердің топырақ ерітінділеріндегі катион, аниондардан, өсімдік клеткасының құрамындағы иондармен пайдаланатыны анықталды. Жоғарыда айтылғандай тамыр клеткаларының оң және теріс зарядталған иондары (катиондар және аниондар) керекті элементтерді бойына сіңіру қабілеті көп уақыт түсініксіз болып келген еді. Өсімдік құрамына кіретін белокты қосылыстар екі жақты қасиеттер көрсететін группалардан тұрады.

Протоплазманын сыртқы және ішкі клетка шырынының құрылымы мен қасиеттері жағынан олардың жуақ ортасына қарағанда бөлек болып келетіндігі, осыған байланысты протоплазманың сыртқы қабаты плазмалема, ортасы мезоплазма, ішкі қабаты тонопласт болып аталады. Мұнда плазмалема және тонопласт өздерінің өткізгіштік қасиеттері жағынан жартылай өткізгіш сүзгі есебінде, яғни судағы заттарды жақсы өткізіп, суда еритін әр түрлі органикалық заттарды өткізбейтін заттар болып саналып келді. Араларында жартылай өткізгіш (сүзгілері) бар жалғаскан ыдысқа құйылған ерітінділердің әр түрлі концентрацпяларының теңесуі диффузиялық емес осмос құбылысымен пайда болады.

Гипертониялық ерітінділерде (клетка шырындарында) еріген заттар жоғарыдағы аталған жартылай өткізгіштсн өте алмайды, сөйтіп әр түрлі ерітінділердің концентрациялары, тепе-теңдігі сақталады. Сонымен өсімдік тамырларындағы судың және еріген заттардың сүзгілерден өту қозғалысының байқалуы клетка туралы осматикалық система ретінде қарауды талап етеді, диффузиялы осмос теориясының қалыптасуына жағдайлар жасады. Қазіргі кезде де бұл теорияны әлі де болса қуаттаушылар кездеседі. Бұл теорияның негізгі қағидаларында, қарама-қарсы пікірлер кездеседі. Мысалы, диффузия құбылысы бойынша, ондағы бөлшектердің қозғалысы жоғары концентрациялы ерітіндіден аз концентрациялы ерітіндіге қарай ауытқиды. Ал өсімдіктер сөлінде еріген заттар мөлшері топырақтағы еріген заттар концентрациясынан едәуір артық болуына қарамастан өсімдіктер құрамында еріген иондардың қозғалысы топырақтан өсімдіктерге қарай жылжып отырады -деп түсіндіріп келді. Сол сияқты таңбалы атомдармен жүргізілген тәжірнбелерде өсімдіктер құрамына жекелеген қоректі элементтерді сіңіруі және пайдалануы диффузия құбылысынан бірнеше есе артық жүреді.

Сакстың 1867 жылы жүргізгеи тәжірибесінде өсімдіктер тамырлары фосфор қышкылын сумен салыстырғанда 900 есе ар­тық пайдаланатыны анықталды. Сонымен диффузиялы-осмостық теорияда клеткалардың заттарды бойына сіңіруі биологнялық емес, фпзикалық құбылыстар түрінде қаралып, клеткадағы иондардың алмасу процостері туралы ешнәрсе айтылмайды, тек қана жартылай; өгкізгіш протоплазманың қабаты әңгіме бо­лады.

Өсімдік тамырларының қоректі заттарды және суды сіңіруі туралы айтқанда олардың өзара әсерлері туралы байланыстар сөз болмайды. Сондықтан да тамырлардың, осмосты және диффузиялы түрде қоректі заттарды пайдалануы негізгі көрсеткіштер болып табылмайды.

1897 жылы Авертон өзінің жүргізген тәжірибелерінде аналин краскасы ерітіндісінің өсімдік клеткасындағы қозғалысын анықтау арқылы клеткаға заттардың кіруі, олардың липондты қосылыстарындағы ерітінділер арқылы пайдаланатындығы дәләлденді. Сонымен липоидты теория дүниеге келді.

Онын диффузия-осмотикалық теориядан айырмашылығы сонда -еріген заттарды жекелеп пайдалануы химиялық реак­ция арқылы протоплазманың сыртқы қабатында болатындығы еді.

Бұл кезкарас өсімдік тамырларының осмостық және диффузиялық сіңірілуі теориясына қарағанда бір қадам ілгері басқандық болып саналады. Сонда да болса бұл теория адсорбция құбылысының маңызын бір клеткадан бөтен организмдердегі заттардың қозғалысын түсіндіре алмалы. Бұл теорияның орнына Руланның 1912 жылы ашқан ультрафильтрация теориясы дүниеге келді. Ол жасанды және малдың терісінен жасалған мембрананың (жартылай өткізгіш) зерттегенде протоплазма қабықшасы тесіктерінің өткізу қабілеті молекулалардың прото­плазманың тесіктерінің көлеміне байланысты болады деп дәлелденді.

Бұл теория липоидты теориямен салыстырғанда протоплаз­маның қоректі заттардың пайдалануын жоққа шығарып, молекулалардың көлемі мен қозғалысы протоплазманың бетіндегі тесіктерден өту қабілетіне байланысты болады деп дәріптеледі. Бұл кезде осы теорияны жоққа шығаратын фактылары жинақталып қалды. Анорганикалық тұздардың молекулалары мен иондарының және органикалық бояулы заттардың бөлшектерінін көлемдері мен диаметрлері бірдей болғанда, оны тірі клеткалардың органнзмдеріне әр түрлі жылдамдықта пайдаланатындығы анықталды. Бұдан басқа да зерттеулерде иондардың, молекулалардың амин қышқылдарынан, фитинді протоплазма­ның сыртқы қабатынан үлкен болғанда да оларды бойларына сіңіретіндігі дәлелденді. Сондықтан да мүндай құбылыстарды ультрафнльтрацня теориясын түсіндіру өте қиынға соқты. Қазіргі кезде заттардың тірі клеткаға өткізгіштігі туралы физика-химиялық алмасу реакциясы арқылы түсіндіруге негіз қаланды.

Өсімдік клеткасының дем алу кезінде бөлінетін алмасу қо­ры сутек катионы көмір қышқылының анионы болып саналады. Клетка қабығында әр түрлі тесіктердің болуына орай иондардың клетка ішінде қозғалуына жоғары және төмен қозғалуына мүмкіншілік туады.

Д. А. Сабинян 1921-1928 жылдары клетканың заттарды бойына сіңіруі адсорбция реакцпиясымен өтетіндігін анықтады. Тамырлардың қоректі заттарды бойына сіңіру қабілетін анықтағанда қышқылды ортада аниондарды, сілтілік ортада катиондарды көп сіңіреді де ол физикалық және химиялық алмасу реакциясымен жүзеге асады. Сонымен бірге минералды тұздардың иондарын өсімдіктің протоплазмасының сыртқы қабатының сіңіруі электростатистикалық тарту күші және адсорбция арқылы жүреді. Кейінгі жылдары А. Хоун, П. Стивенс (1952), Р. К. Саляев (1969) т. б. өсімдік тамыр-ларының клеткаларында бос кеңістіктердің көптеген беттерінің болуынан, әрі молекула құрамында карбоксил, метоксил амин группаларының болуы, ондағы әр түрлі қосылыстардың өзара өтетін химиялық реакцилсының белсенділігін арттыратынын дәлелдеді. Д. А. Сабинин (1940), тамыр жүйелерінің синтетикалық (жасанды) заттар түзілуі туралы төмендегі теориясын ұсынды.

1) Тамыр жүйелері мпнералды элементгерді бойына сіңіруме қатар оларды бөлек қосылыстарға айналдырып, топырақ бетіндегі өсімдіктерге ауыстырып тұрады.

2) Олардың жүру қарқыны тамыр бетінің көлеміне, фото­синтез процесіне байланысты өтеді.

3) Олардың әсері сумен және қоректі элементтермен толық қамтамасыз етілген жағдайда қарқынды өтеді.

Тамыр жүйелері қуатты әрі дамыған өсімдіктердің вегетациялық өсу, даму кезеңдерінде ықпал жасайды. Топырақ ерітінділерінің кониентрацпялары ондағы элементтердің ара қатынасы өсімдіктердің қоршаған ортадағы әсерлерінің бірі болып саналады. Олар жеткіліксіз, немесе артық болғанда өсім-діктердің дамуына теріс ықпал етеді. Олардың қолайлы концентрациясы өсімдіктердің өнімділігін арттыруға жақсы жағдайлар жасайды. Алайда олардың мөлшері өсімдіктердің даму кезеңдерінде ауытқып, өзгеріп тұрады. Қоректі заттардың концентоациясы 0,01-0,05 проценттен аз болғанда тамыр жүйелері оларды бойына жақсы сіңіреді. Сондықтан да өсімдіктердің қоректі элементтер пайдалануы олардың топырақ ерітінділерінің белгілі бір концентрацияда болуын талап етеді.

Д. Н. Прянишников (1865-1948) өсімдікте азот алмасу, топыраққа азот тыңайтқыштарын сіңіру жолдарын түсіндіру негізінде өсімдіктердің тамыр арқылы қоректену ілімін ашты. Сондай-ақ отандық агрохимия мектебі өсімдіктерге қоректік заттың енуі мен өсімдікте қоректік заттың алмасу байланыстылығын үнемі зерттеп, өсімдіктерге тыңайтқыш беру арқылы тұқымның құрамы мен өнімді арттыруға болатындығы ғылыми тұрғыда дәлелдеді. Осы жұмыстардың негізінде өсімдіктердің қоректену ілімі қалыптасты.