Der Einfluss von Huminstoffen auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. Der Einfluss von Chemikalien auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. Die Rolle von Pflanzen in der Natur und im menschlichen Leben

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Ein pflanzlicher Organismus besteht aus vielen Zellen. Zellen stellen die grundlegenden biologischen Einheiten in der Pflanzenkörperstruktur dar. In allen Zellen laufen die wichtigsten Lebensvorgänge ab, allen voran der Stoffwechsel. Verschiedene Zellen sind daran angepasst verschiedene Arten Lebensaktivität. Eine Pflanze ist jedoch keine einfache Ansammlung von Zellen. Alle Zellen, Gewebe und Organe sind eng miteinander verbunden und bilden ein Ganzes. Verschiedene Zellen sind in unterschiedliche Richtungen spezialisiert; sie können ohne andere Zellen nicht leben. Beispielsweise könnten Wurzelzellen ohne die grünen Zellen des Blattmarks nicht leben. Die Mineralstoffversorgung durch die Pflanzenwurzel spielt eine wichtige Rolle im Pflanzenleben. Mangel oder Überschuss von irgendetwas Chemisches Element in der Pflanzenernährung wirkt sich negativ auf deren Wachstum und Entwicklung aus. Zweck Meine Arbeit bestand darin, die Wirkung von Chemikalien auf das Pflanzenwachstum zu untersuchen.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird Folgendes formuliert: Aufgaben :

Studium der Literatur zu diesem Thema;

Untersuchung der Wirkung bestimmter Chemikalien auf Pflanzen (am Beispiel von Zwiebeln).

Auf diese Weise, Objekt Forschung war die Zwiebelpflanze. Diese Pflanze wurde ausgewählt, weil ich in der 5. Klasse beim Studium des Themas „Zellstruktur“ gelernt habe, wie man einen Mikroobjektträger aus Zwiebelschalen anfertigt. Mithilfe von Mikropräparaten ist es möglich, die Wirkung von Chemikalien nicht nur auf das Pflanzenwachstum, sondern auch auf die Entwicklung von Pflanzenzellen zu untersuchen. Thema Die Studie konzentrierte sich auf die Wirkung von Chemikalien auf das Pflanzenwachstum.

Wurde formuliert Hypothese Forschung - Einige Chemikalien können das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen negativ beeinflussen

Kapitel I. Literaturübersicht

1. Die Rolle der Pflanzen in der Natur und im menschlichen Leben

Stellen wir uns vor, dass es auf der Welt keine einzige Pflanze mehr gibt. Was wird dann passieren? Die Tatsache, dass es nicht schön ist, ist nicht so schlimm. Aber die Tatsache, dass wir ohne Pflanzen nicht leben können, ist wirklich sehr schlimm. Schließlich haben Pflanzen ein sehr wichtiges Geheimnis!

In Pflanzenblättern finden erstaunliche Veränderungen statt. Wasser, Sonnenlicht Und Kohlendioxid- Das, was wir ausatmen, wird in Sauerstoff und organische Stoffe umgewandelt. Wir und alle Lebewesen benötigen Sauerstoff zum Atmen und organische Stoffe zur Ernährung. Wir können also sagen, dass Pflanzen echtes enthalten Chemielabor zur Produktion lebenswichtiger Stoffe. Darüber hinaus erhält der von Pflanzen freigesetzte Sauerstoff die Ozonschicht der Atmosphäre aufrecht. Es schützt alles Leben auf der Erde vor den schädlichen Auswirkungen kurzwelliger ultravioletter Strahlen.

Pflanzen spielen eine wichtige Rolle in unserem Leben: Sie sind an ökologischen Nahrungsketten beteiligt, produzieren Luftsauerstoff und erfüllen Funktionen zum Schutz der Umwelt. Daher ist es besonders wichtig zu wissen, wie Pflanzen auf verschiedene Chemikalien reagieren.

1. Der Einfluss verschiedener Chemikalien auf lebende Organismen

Chemikalien bestehen aus Elementen. Mineralische Elemente spielen eine wichtige Rolle im Pflanzenstoffwechsel sowie in den chemischen Eigenschaften des Zellzytoplasmas. Ohne mineralische Elemente kann es keine normale Entwicklung und kein normales Wachstum geben. Alle Nährstoffe sind in Makro- und Mikroelemente unterteilt. Zu den Makroelementen zählen diejenigen, die in Pflanzen in erheblichen Mengen vorkommen: Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff,

Phosphor, Kalium, Schwefel, Magnesium und Eisen. Zu den Mikroelementen zählen diejenigen, die in sehr geringen Mengen in Pflanzen vorkommen, wie Bor, Kupfer, Zink, Molybdän, Mangan, Kobalt usw.

Ohne diese Elemente können sich alle Pflanzen nicht normal entwickeln, da sie zu den wichtigsten Enzymen, Vitaminen, Hormonen und anderen physiologisch aktiven Verbindungen gehören, die im Pflanzenleben eine wichtige Rolle spielen. Makroelemente regulieren das Wachstum der vegetativen Masse und bestimmen die Größe und Qualität der Ernte, aktivieren das Wachstum des Wurzelsystems, fördern die Bildung von Zucker und deren Bewegung durch Pflanzengewebe; Mikroelemente sind an der Synthese von Proteinen, Kohlenhydraten, Fetten und Vitaminen beteiligt. Unter ihrem Einfluss erhöht sich der Chlorophyllgehalt in den Blättern und der Prozess der Photosynthese verbessert sich. Mikroelemente spielen bei den Befruchtungsprozessen eine äußerst wichtige Rolle. Sie wirken sich positiv auf die Entwicklung der Samen und deren Aussaateigenschaften aus. Unter ihrem Einfluss werden Pflanzen resistenter gegen ungünstige Bedingungen, Dürre, Krankheiten, Schädlinge usw.

Einige Elemente wie Bor, Kupfer, Zink werden in geringen Mengen benötigt; in höheren Konzentrationen sind sie sehr giftig. Ein zu hoher Gehalt im Boden wirkt toxisch auf die Pflanze. Mangan . Die schädliche Wirkung dieses Elements verstärkt sich auf sauren (Sand, sandiger Lehm, Torf) sowie verdichteten oder übermäßig feuchten Böden, die wenig mobile Phosphor- und Kalziumverbindungen enthalten. Das Fehlen dieser Elemente erhöht den Manganfluss in die Pflanze und seine schädlichen Auswirkungen auf das Gewebe. Bei Kartoffeln äußert sich dies durch braune Flecken an den Stielen und Blattstielen; die Stiele und Blattstiele werden wässrig und brüchig. Die Spitzen trocknen vorzeitig aus. Parallel zu den schädlichen Auswirkungen von Mangan auf die Pflanze können sie dies tun

Es treten auch Hungererscheinungen aufgrund eines Mangels an Molybdän und Magnesium auf, deren Versorgung der Pflanze in diesem Fall stark geschwächt ist.

Lange Zeit war es nicht möglich, die Rolle zu installieren Jod im Pflanzenstoffwechsel. Es ist bekannt, dass Gemüse und Pilze reicher daran sind als Obst. Darüber hinaus befindet sich in den oberirdischen Pflanzenteilen mehr Jod als in den Wurzeln. Landpflanzen enthalten ein Vielfaches weniger Jod als Meerespflanzen, in denen es 8800 mg/kg Trockengewicht erreicht. Zum Vergleich: Kohl kann beispielsweise 0,07 bis 10 mg Jod pro kg Trockenmasse anreichern. Welche Rolle spielt Jod im Pflanzenleben? Es stellte sich heraus, dass Jod in geringen Konzentrationen das Pflanzenwachstum stimuliert und die Erntequalität verbessert. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass Jod den Stickstoffstoffwechsel, insbesondere das Verhältnis von Protein- und Nicht-Protein-Stickstoff, beeinflusst und die Aktivität bestimmter Enzyme reguliert. Um die stimulierenden Eigenschaften zu nutzen, werden die Samen vor der Aussaat mit einer Kaliumjodidlösung (0,02 %) behandelt. Inhalt Natrium im Pflanzenkörper beträgt durchschnittlich 0,02 % (nach Gewicht). Natrium ist wichtig für den Stofftransport durch Membranen und ist Teil der sogenannten Natrium-Kalium-Pumpe (Na + /K +). Natrium reguliert den Transport von Kohlenhydraten in der Pflanze. Eine gute Natriumversorgung der Pflanzen erhöht ihre Winterhärte. Bei einem Mangel verlangsamt sich die Bildung von Chlorophyll. Natrium ist Bestandteil von Speisesalz, was sich negativ auf das Leben der Pflanzenzelle auswirkt. Unter dem Einfluss von Natriumchloridlösung wird eine Zellplasmolyse beobachtet (Anhang). Unter Plasmolyse versteht man die Trennung der Parietalschicht des Zytoplasmas von der Zellmembran einer Pflanzenzelle. Lösungen von Salzen oder Zuckern hoher Konzentration dringen nicht in das Zytoplasma ein, sondern entziehen ihm Wasser. Plasmolyse ist normalerweise reversibel. Wenn eine Zelle von einer Salzlösung in Wasser überführt wird, wird es wieder kräftig von der Zelle absorbiert und das Zytoplasma beginnt, seine ursprüngliche Position einzunehmen.

Kapitel II. Versuchsdurchführung

Die Forschung wurde im Jahr 2015 durchgeführt. Für meine Arbeit brauchte ich Zwiebeln zum Keimen und fütterte sie dann mit Chemikalien. Um die Wirkung von Chemikalien zu bestimmen, wurden die am besten zugänglichen Substanzen ausgewählt, die zu Hause vorkommen: Speisesalz, Kaliumpermanganat (Kaliumpermanganat), Jod.

Um die Wirkung von Chemikalien zu untersuchen, wurden 5 Proben hergestellt, die 2 Mal pro Woche mit verschiedenen Chemikalien gefüttert wurden (Abb. 1):

Nr. 1 - Kontrollprobe ( Leitungswasser, ohne Zusatz von Chemikalien)

Nr. 2 – Weihwasser

Nr. 3 – Kaliumpermanganatlösung

Nr. 4 - Kochsalzlösung

Nr. 5 - Jodlösung

Nach Beobachtung der Entwicklung des Wurzelsystems wurden die Versuchsproben vorbereitet, die resultierenden Schnitte unter einem Digitalmikroskop untersucht und Fotos gemacht.

Kapitel III. Ergebnisse unserer eigenen Forschung und deren Analyse

Während der Studie stellte ich fest, dass sich bei Proben mit Zusatz von Kaliumpermanganat und Speisesalz das Wurzelsystem über drei Wochen hinweg schlecht entwickelte. Das stärkste Wurzelsystem befand sich in der Kontrollprobe Nr. 1 ohne Zusatz von Chemikalien (Abb. 2). Sie sollten auf Probe Nr. 5 Jodlösung achten. Die Zwiebelpflanze hat nicht nur gut ausgeprägte Wurzeln, sondern auch Blätter. Während des Experiments konnte ich ab der zweiten Woche eine intensive Blattentwicklung beobachten.

Bei der Untersuchung von Zwiebelzellen unter dem Mikroskop wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Kontrollprobe Nr. 1 hatte glatte, helle Zellen ohne Anzeichen einer Verformung (Abb. 3).

Probe Nr. 2, Weihwasser, hatte glatte Zellen ohne Anzeichen einer Verformung, aber im Vergleich zu den Zellen der Kontrollprobe war die Zellgröße kleiner (Abb. 4).

Zwiebelzellen aus einem Prototyp erhielten unter Zusatz von Kaliumpermanganat Nr. 3 eine Farbe von blauer Farbe. Die Zellen hatten eine gleichmäßige Struktur (Abb. 5)

In Probe Nr. 4 wird unter Zusatz von Kochsalz eine Plasmolyse beobachtet – die Parietalschicht des Zytoplasmas wird von der Zellmembran der Pflanzenzelle getrennt (Abb. 6)

Probe Nr. 5 mit Jodzusatz wies glatte, helle Zellen ohne Anzeichen einer Verformung auf, ähnlich den Zellen der Kontrollprobe (Abb. 7).

Abschluss

Als Ergebnis der Arbeit wurde festgestellt, dass sich einige Chemikalien in Pflanzenzellen ansammeln und deren Wachstum und Entwicklung negativ beeinflussen können, wodurch die Hypothese bestätigt wurde. Überschüssiges Kaliumpermanganat verfärbt die Zellen dunkler und verlangsamt das Wachstum des Wurzelsystems. Überschüssiges Speisesalz zerstört Pflanzenzellen und stoppt deren Wachstum.

Basierend auf den von mir untersuchten Literaturquellen konnte ich experimentell die stimulierende Wirkung von Jod auf das Pflanzenwachstum bestätigen.

Referenzliste

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Internetressourcen:

dachnik-odessa.ucoz.ru

biofile.ru

Anwendung

Plasmolyse pflanzlicher Zellen

Alle Huminstoffe entstehen durch postmortale (posthume) Umwandlung organischer Rückstände. Die Umwandlung organischer Reststoffe in Huminstoffe wird als Humifizierungsprozess bezeichnet. Es geschieht außerhalb lebender Organismen, sowohl unter deren Beteiligung als auch durch rein chemische Reaktionen der Oxidation, Reduktion, Hydrolyse, Kondensation usw.

Im Gegensatz zu einer lebenden Zelle, in der die Synthese von Biopolymeren gemäß dem genetischen Code erfolgt, gibt es beim Humifizierungsprozess kein festgelegtes Programm, sodass beliebige Verbindungen entstehen können, sowohl einfachere als auch komplexere als die ursprünglichen Biomoleküle. Die resultierenden Produkte werden erneut Synthese- oder Zersetzungsreaktionen usw. unterzogen der Prozess ist im Gange fast ununterbrochen.

Huminstoffe bestehen aus bestimmte Gruppe hochmolekulare, dunkel gefärbte Substanzen, die bei der Zersetzung organischer Rückstände im Boden entstehen, indem sie aus Zerfalls- und Zerfallsprodukten abgestorbener pflanzlicher und tierischer Gewebe synthetisiert werden. Die in Huminsäuren von Böden, Torf und Kohlen gebundene Kohlenstoffmenge ist fast viermal größer als die in der organischen Substanz aller Pflanzen und Tiere auf der Erde gebundene Kohlenstoffmenge. Aber Huminstoffe sind nicht nur Abfallprodukte lebenswichtiger Prozesse, sie sind natürliche und wichtige Produkte der gemeinsamen Evolution von Mineralstoffen und der Pflanzenwelt der Erde.

Huminstoffe können Pflanzen direkt beeinflussen, da sie eine Quelle mineralischer Nährstoffelemente (Nährstoffpool) sind. Organische Bodensubstanz enthält eine erhebliche Menge an Nährstoffen; die Pflanzengemeinschaft verbraucht sie, nachdem sie von Bodenmikroorganismen in mineralische Form umgewandelt wurden. In mineralischer Form gelangen Nährstoffe in die Pflanzenbiomasse.

Huminstoffe können indirekt auf Pflanzen wirken, also die physikalisch-mechanischen, physikalisch-chemischen und biologischen Eigenschaften des Bodens beeinflussen. Sie haben eine komplexe Wirkung auf den Boden und verbessern dessen physikalische, chemische und biologische Eigenschaften. Darüber hinaus üben sie eine Schutzfunktion aus, indem sie Schwermetalle, Radionuklide und organische Giftstoffe binden und so verhindern, dass sie in die Pflanzen gelangen. Indem sie den Boden beeinflussen, beeinflussen sie indirekt Pflanzen und fördern deren aktiveres Wachstum und Entwicklung.

In jüngster Zeit wurden neue Richtungen für den Einfluss von Huminstoffen auf Pflanzen entwickelt, nämlich: Pflanzen sind Heterotrophe, die sich direkt von Huminstoffen ernähren; Huminstoffe können eine hormonelle Wirkung auf die Pflanze haben und so deren Wachstum und Entwicklung anregen.

1. Biosphärenfunktionen von Huminstoffen mit Einfluss auf die Pflanzenentwicklung

IN letzten Jahren Wissenschaftler haben die allgemeinen biochemischen und umweltbezogenen Funktionen von Huminstoffen und ihren Einfluss auf die Pflanzenentwicklung identifiziert. Zu den wichtigsten zählen:

Wiederaufladbar- die Fähigkeit von Huminstoffen, in verschiedenen Umgebungen langfristige Reserven aller Nährstoffe, Kohlenhydrate und Aminosäuren anzusammeln;

Transport- Bildung komplexer organomineraler Verbindungen mit Metallen und Spurenelementen, die aktiv in Pflanzen wandern;

Regulatorisch- Huminstoffe prägen die Farbe des Bodens und regulieren die Mineralstoffernährung, den Kationenaustausch, die Pufferung und Redoxprozesse im Boden;

Schützend- Durch die Sorption von Giftstoffen und Radionukliden verhindern Huminstoffe deren Eindringen in Pflanzen.

Die Kombination all dieser Funktionen sorgt für höhere Erträge und die erforderliche Qualität landwirtschaftlicher Produkte. Besonders hervorzuheben ist die positive Wirkung von Huminstoffen unter ungünstigen Umweltbedingungen: niedrige und hohe Temperaturen, Feuchtigkeitsmangel, Salzgehalt, Ansammlung von Pestiziden und Vorhandensein von Radionukliden.

Die Rolle von Huminstoffen als physiologisch wirksame Substanzen ist unbestritten. Sie verändern die Durchlässigkeit von Zellmembranen, erhöhen die Aktivität von Enzymen, stimulieren die Atmungsprozesse sowie die Synthese von Proteinen und Kohlenhydraten. Sie erhöhen den Chlorophyllgehalt und die Photosyntheseproduktivität, was wiederum die Voraussetzungen für die Gewinnung umweltfreundlicher Produkte schafft.

Bei der landwirtschaftlichen Nutzung von Flächen ist ein ständiger Humusnachschub im Boden notwendig, um die erforderliche Konzentration an Huminstoffen aufrechtzuerhalten.

Bisher erfolgte diese Wiederauffüllung hauptsächlich durch die Ausbringung von Kompost, Mist und Torf. Da der Gehalt an eigentlichen Huminstoffen in ihnen jedoch relativ gering ist, sind die Einsatzmengen sehr hoch. Dadurch steigen die Transport- und sonstigen Produktionskosten, die um ein Vielfaches höher sind als die Kosten für die Düngemittel selbst. Darüber hinaus enthalten sie Unkrautsamen sowie pathogene Bakterien.

Um hohe und nachhaltige Erträge zu erzielen, reicht es nicht aus, sich auf die biologischen Fähigkeiten landwirtschaftlicher Nutzpflanzen zu verlassen, die bekanntermaßen nur zu 10-20 % genutzt werden. Natürlich ist es notwendig, ertragreiche Sorten, wirksame Methoden der Agro- und Phytotechnik sowie Düngemittel einzusetzen, aber auf Pflanzenwachstumsregulatoren, die bereits Ende des 20. Jahrhunderts eine nicht weniger wichtige Rolle spielen, kann man nicht mehr verzichten Rolle als Pestizide und Düngemittel.

2. Der Einfluss des Bodenhumusgehalts auf den Ertrag landwirtschaftlicher Pflanzen

Böden mit hohem Humusgehalt weisen einen höheren Gehalt an physiologisch aktiven Substanzen auf. Humus aktiviert biochemische und physiologische Prozesse, erhöht den Stoffwechsel und das Gesamtenergieniveau der Prozesse im Pflanzenkörper, fördert eine erhöhte Nährstoffversorgung des Pflanzenkörpers, was mit einer Ertragssteigerung und einer Qualitätsverbesserung einhergeht.

In der Literatur gibt es experimentelles Material, das die enge Abhängigkeit des Ertrags vom Humusgehalt im Boden zeigt. Der Korrelationskoeffizient zwischen dem Humusgehalt im Boden und dem Ertrag beträgt 0,7...0,8 (Daten von VNIPTIOU, 1989). So wurde in Studien des Weißrussischen Forschungsinstituts für Bodenkunde und Agrochemie (BelNIIPA) festgestellt, dass eine Erhöhung der Humusmenge in Soddy-Podsol-Böden um 1 % (im Bereich von 1,5 bis 2,5 ... 3 %) die Körnung erhöht Ertrag an Winterroggen und Gerste um 10...15 c/ha. Auf Kollektivwirtschaften und Staatswirtschaften der Region Wladimir mit einem Humusgehalt im Boden von bis zu 1 % betrug der Getreideertrag im Zeitraum 1976-1980. 10 c/ha nicht überschritten, bei 1,6...2 % waren es 15 c/ha, bei 3,5...4 % - 35 c/ha. IN Gebiet Kirow Eine Humuserhöhung um 1 % zahlt sich aus, indem zusätzlich 3...6 Zentner Getreide gewonnen werden, in der Region Woronesch - 2 Zentner, in der Region Krasnodar - 3...4 Zentner / ha.

Die Rolle des Humus bei der Ertragssteigerung durch den geschickten Einsatz chemischer Düngemittel ist noch bedeutender; seine Wirksamkeit erhöht sich um das 1,5- bis 2-fache. Es muss jedoch beachtet werden, dass chemische Düngemittel, die auf den Boden aufgetragen werden, zu einem verstärkten Humusabbau führen, was zu einer Verringerung seines Humusgehalts führt.

Die Praxis der modernen landwirtschaftlichen Produktion zeigt, dass die Erhöhung des Humusgehalts in Böden einer der Hauptindikatoren für deren Bewirtschaftung ist. Bei geringen Humusreserven führt die alleinige Ausbringung von Mineraldüngern nicht zu einer stabilen Steigerung der Bodenfruchtbarkeit. Darüber hinaus geht die Verwendung hoher Dosen mineralischer Düngemittel auf Böden mit wenig organischer Substanz oft mit einer ungünstigen Auswirkung auf die Mikro- und Makroflora des Bodens, der Anreicherung von Nitraten und anderen schädlichen Verbindungen in den Pflanzen und in vielen Fällen mit einem Rückgang der Ernteerträge einher .

3. Wirkung von Huminstoffen auf Pflanzen

Huminsäuren sind ein Produkt der natürlichen biochemischen Umwandlung organischer Stoffe in der Biosphäre. Sie stellen den Hauptbestandteil der organischen Bodensubstanz – Humus – dar und spielen eine Schlüsselrolle im Stoffkreislauf der Natur und bei der Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit.

Huminsäuren haben eine verzweigte Molekülstruktur mit einer Vielzahl funktioneller Gruppen und aktiver Zentren. Die Bildung dieser Naturstoffe erfolgt unter dem Einfluss physikalisch-chemischer Prozesse im Boden und der Aktivität von Bodenorganismen. Quellen für die Synthese von Huminsäuren sind pflanzliche und tierische Rückstände sowie Abfallprodukte der Bodenmikroflora.

Somit sind Huminsäuren Akkumulatoren organischer Bodensubstanz – Aminosäuren, Kohlenhydrate, Pigmente, biologisch aktive Substanzen und Lignin. Darüber hinaus konzentrieren sich wertvolle Huminsäuren anorganische Komponenten Boden - Elemente der mineralischen Ernährung (Stickstoff, Phosphor, Kalium) sowie Mikroelemente (Eisen, Zink, Kupfer, Mangan, Bor, Molybdän usw.).

Unter dem Einfluss natürlicher Prozesse im Boden werden alle oben genannten Komponenten in einem einzigen Molekülkomplex zusammengefasst – den Huminsäuren. Die Vielfalt der Ausgangskomponenten für die Synthese dieses Komplexes bestimmt die komplexe Molekülstruktur und damit ein breites Spektrum physikalischer, chemischer und biologischer Wirkungen von Huminsäuren auf Boden und Pflanzen.

Huminsäuren kommen als Humusbestandteil in fast allen Bodenarten vor. Sie sind Bestandteil fester fossiler Brennstoffe (harte und weiche Braunkohle) sowie Torf und Sapropel. In ihrem natürlichen Zustand sind diese Verbindungen jedoch inaktiv und liegen fast vollständig in unlöslicher Form vor. Physiologisch aktiv sind nur Salze, die Huminsäuren mit Alkalimetallen – Natrium, Kalium (Humate) – bilden.

3.1 Der Einfluss von Humaten auf die Bodeneigenschaften

Der Einfluss von Humaten auf die physikalischen Eigenschaften von Böden

Der Mechanismus dieses Effekts variiert je nach Bodenart.

Auf schweren Lehmböden fördern Humate die gegenseitige Abstoßung von Tonpartikeln, indem sie überschüssige Salze entfernen und die kompakte dreidimensionale Struktur des Tons zerstören. Dadurch wird der Boden lockerer, überschüssige Feuchtigkeit verdunstet leichter und die Luftzirkulation verbessert sich, was die Atmung und Wurzelbewegung erleichtert.

Bei der Anwendung auf leichten Böden umhüllen und verkleben Humate die Mineralpartikel des Bodens und tragen so zur Bildung einer sehr wertvollen, wasserbeständigen, klumpigen, körnigen Struktur bei, die die Durchlässigkeit und das Wasserhaltevermögen des Bodens sowie seine Luftdurchlässigkeit verbessert. Diese Eigenschaften sind auf die Gelierfähigkeit der Huminsäuren zurückzuführen.

Feuchtigkeitsspeicherung. Die Wasserretention durch Humate erfolgt aufgrund der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen und geladenen Humatgruppen sowie an ihnen adsorbierten Metallionen. Dadurch wird die Wasserverdunstung um durchschnittlich 30 % reduziert, was auf trockenen und sandigen Böden zu einer erhöhten Feuchtigkeitsaufnahme der Pflanzen führt.

Bildung dunkler Farbe. Humate färben den Boden dunkel. Dies ist besonders wichtig für Gebiete mit kaltem und gemäßigtem Klima, da eine dunkle Färbung die Aufnahme und Speicherung von Sonnenenergie durch Böden verbessert. Dadurch steigt die Bodentemperatur.

Der Einfluss von Humaten auf Chemische Eigenschaften Böden und Bodenfeuchtigkeitseigenschaften.

Huminsäuren sind von Natur aus Polyelektrolyte. In Verbindung mit organischen und mineralischen Bodenpartikeln bilden sie einen Bodenabsorptionskomplex. Huminsäuren besitzen eine große Anzahl unterschiedlicher funktioneller Gruppen und sind in der Lage, in den Boden gelangende Nährstoffe, Makro- und Mikroelemente zu adsorbieren und zu speichern. Durch Huminsäuren zurückgehaltene Nährstoffe werden nicht von Bodenmineralien gebunden und nicht vom Wasser ausgewaschen, sodass sie in einem für Pflanzen zugänglichen Zustand sind.

Erhöhung der Pufferkapazität des Bodens. Die Zugabe von Humaten erhöht die Pufferkapazität von Böden, also die Fähigkeit des Bodens, auch bei einem Überangebot an sauren oder alkalischen Stoffen einen natürlichen pH-Wert aufrechtzuerhalten. So sind Humate bei der Anwendung in der Lage, den überschüssigen Säuregehalt des Bodens zu entfernen, was im Laufe der Zeit die Aussaat von Pflanzen ermöglicht, die auf einen hohen Säuregehalt empfindlich reagieren.

Der Einfluss von Humaten auf den Transport von Nährstoffen und Mikroelementen in Pflanzen.

Im Gegensatz zu freien Huminsäuren sind Humate wasserlösliche, mobile Verbindungen. Durch die Adsorption von Nährstoffen und Mikroelementen tragen sie zu deren Transport vom Boden zu den Pflanzen bei.
Bei der Anwendung von Humaten besteht eine deutliche Tendenz, den Gehalt an verfügbarem Phosphor (1,5-2-fach), austauschbarem Kalium und assimilierbarem Stickstoff (2-2,5-fach) in der Ackerbodenschicht zu erhöhen.

Alle Mikroelemente, die Übergangsmetalle sind (außer Bor und Jod), bilden mit Humaten mobile Chelatkomplexe, die leicht in Pflanzen eindringen, was ihre Aufnahme gewährleistet, und Eisen und Mangan werden laut Wissenschaftlern ausschließlich in Form von Humaten dieser Metalle aufgenommen .

Der vermutliche Mechanismus dieses Prozesses besteht darin, dass Humate unter bestimmten Bedingungen in der Lage sind, Metallionen zu absorbieren und diese bei veränderten Bedingungen wieder freizusetzen. Die Zugabe positiv geladener Metallionen erfolgt aufgrund der negativ geladenen funktionellen Gruppen der Huminsäuren (Carbonsäure, Hydroxyl usw.).

Während der Wasseraufnahme durch Pflanzenwurzeln gelangen lösliche Metallhumate in die Wurzelzellen enge Räume. Die negative Ladung des Wurzelsystems übersteigt die negative Ladung von Humaten, was zur Ablösung von Metallionen aus Huminsäuremolekülen und zur Aufnahme von Ionen durch die Zellmembran führt.

Viele Forscher glauben, dass kleine Huminsäuremoleküle zusammen mit Metallionen und anderen daran gebundenen Nährstoffen direkt von der Pflanze aufgenommen und assimiliert werden können.
Dank der beschriebenen Mechanismen wird die Bodenernährung der Pflanzen verbessert, was zu einem effizienteren Wachstum und einer effizienteren Entwicklung beiträgt.

Der Einfluss von Humaten auf die biologischen Eigenschaften von Böden.

Huminsäuren sind Quellen für verfügbare Phosphate und Kohlenstoff für Mikroorganismen. Huminsäuremoleküle sind in der Lage, große Aggregate zu bilden, auf denen sich aktiv Kolonien von Mikroorganismen entwickeln. Somit intensivieren Humate die Aktivität deutlich verschiedene Gruppen Mikroorganismen, bei denen die Mobilisierung von Bodennährstoffen und die Umwandlung potenzieller Fruchtbarkeit in effektive Fruchtbarkeit eng miteinander verbunden sind.
Durch die Zunahme der Silikatbakterien wird das von den Pflanzen aufgenommene austauschbare Kalium ständig erneuert.

Humate erhöhen die Zahl der Mikroorganismen im Boden, die schwerlösliche mineralische und organische Phosphorverbindungen abbauen.

Humate verbessern die Versorgung des Bodens mit verdaulichen Stickstoffreserven: Die Zahl der ammonifizierenden Bakterien steigt um das Drei- bis Fünffache, teilweise wurde eine Verzehnfachung der ammonifizierenden Bakterien verzeichnet; die Zahl der nitrifizierenden Bakterien erhöht sich um das 3- bis 7-fache. Durch die Verbesserung der Lebensbedingungen frei lebender Bakterien erhöht sich ihre Fähigkeit, molekularen Stickstoff aus der Atmosphäre zu binden, um fast das Zehnfache.

Dadurch wird der Boden mit verfügbaren Nährstoffen angereichert. Bei der Zersetzung organischer Stoffe entstehen große Mengen organischer Säuren und Kohlendioxid. Unter ihrem Einfluss werden schwer zugängliche Mineralverbindungen von Phosphor, Kalzium, Kalium und Magnesium in für die Pflanze zugängliche Formen umgewandelt.

Schutzeigenschaften von Humaten

Die komplexe Wirkung von Humaten auf den Boden sorgt für ihre schützenden Eigenschaften.
Irreversible Bindung von Schwermetallen und Radionukliden. Diese Eigenschaft von Humaten ist besonders wichtig bei erhöhter anthropogener Belastung der Böden. Verbindungen von Blei, Quecksilber, Arsen, Nickel und Cadmium, die bei der Verbrennung von Kohle, dem Betrieb metallurgischer Betriebe und Kraftwerke freigesetzt werden, gelangen aus der Atmosphäre in Form von Staub und Asche sowie mit Fahrzeugabgasen in den Boden. Gleichzeitig hat die Strahlenbelastung in vielen Regionen deutlich zugenommen.
Beim Einbringen in den Boden binden Humate Schwermetalle und Radionuklide irreversibel. Dadurch entstehen unlösliche, sesshafte Komplexe, die dem Stoffkreislauf im Boden entzogen werden. Somit verhindern Humate, dass diese Verbindungen in Pflanzen und damit in landwirtschaftliche Produkte gelangen.

Gleichzeitig führt die Aktivierung der Mikroflora durch Humate zu einer zusätzlichen Anreicherung des Bodens mit Huminsäuren. Dadurch wird der Boden aufgrund des oben beschriebenen Mechanismus widerstandsfähiger gegen technogene Verschmutzung.
Beschleunigung des Abbaus organischer Ökotoxika. Durch die Aktivierung der Aktivität von Bodenmikroorganismen tragen Humate zur beschleunigten Zersetzung giftiger organischer Verbindungen bei, die bei der Kraftstoffverbrennung entstehen, sowie giftiger Chemikalien.
Die mehrkomponentige Zusammensetzung von Huminsäuren ermöglicht es ihnen, schwer zugängliche organische Verbindungen effektiv zu sorbieren und so ihre Toxizität für Pflanzen und Menschen zu reduzieren.

3.2 Wirkung von Humaten auf die allgemeine Entwicklung von Pflanzen, Samen und Wurzelsystem

Intensivierung physikalisch-chemischer und biochemischer Prozesse. Humate steigern die Aktivität aller Pflanzenzellen. Dadurch steigt die Energie der Zelle, die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Protoplasmas verbessern sich und der Stoffwechsel, die Photosynthese und die Atmung der Pflanzen intensivieren sich.

Dadurch beschleunigt sich die Zellteilung, wodurch sich das Gesamtwachstum der Pflanze verbessert. Verbesserung der Pflanzenernährung. Durch die Verwendung von Humaten entwickelt sich das Wurzelsystem aktiv, die Wurzelernährung der Pflanzen wird verbessert und die Feuchtigkeitsaufnahme verbessert. Die Intensivierung der Wurzelernährung wird durch die komplexe Wirkung von Humaten auf den Boden erleichtert. Eine Zunahme der pflanzlichen Biomasse und eine Aktivierung des Stoffwechsels führen zu einer erhöhten Photosynthese und der Anreicherung von Kohlenhydraten durch Pflanzen.

Erhöhte Pflanzenresistenz. Humate sind unspezifische Aktivatoren des Immunsystems. Durch die Behandlung mit Humaten erhöht sich die Pflanzenresistenz gegen verschiedene Krankheiten deutlich. Das Einweichen von Samen in Humatlösungen ist äußerst wirksam, um Sameninfektionen und insbesondere Wurzelfäule vorzubeugen. Gleichzeitig erhöht sich bei der Behandlung mit Humaten die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber ungünstigen Umweltfaktoren – extreme Temperaturen, Staunässe, starker Wind.

Die Wirkung von Humaten auf Samen

Durch die Behandlung mit Präparaten auf Huminstoffbasis wird die Widerstandsfähigkeit des Saatguts gegen Krankheiten und traumatische Schäden erhöht und Oberflächeninfektionen gelindert.

Bei Behandlung erhöhen die Samen die Keimfähigkeit und Keimenergie und stimulieren das Wachstum und die Entwicklung der Sämlinge.
Somit erhöht die Behandlung die Samenkeimung und beugt der Entstehung von Pilzkrankheiten, insbesondere Wurzelinfektionen, vor.

Die Wirkung von Humaten auf das Wurzelsystem

Die Durchlässigkeit der Wurzelzellmembran nimmt zu. Dadurch verbessert sich das Eindringen von Nährstoffen und Mikroelementen aus der Bodenlösung in die Pflanze. Dadurch werden Nährstoffe überwiegend in Form von Komplexen mit Humaten zugeführt.

Die Entwicklung des Wurzelsystems verbessert sich, die Verankerung der Pflanzen im Boden nimmt zu, das heißt, die Pflanzen werden widerstandsfähiger gegen starke Winde, Auswaschungen durch starke Regenfälle und Erosionsprozesse.
Es ist besonders wirksam bei Kulturpflanzen mit unterentwickelten Wurzelsystemen: Sommerweizen, Gerste, Hafer, Reis, Buchweizen.

Die Entwicklung des Wurzelsystems intensiviert die Feuchtigkeits- und Sauerstoffaufnahme der Pflanze sowie die Nährstoffversorgung des Bodens.
Dadurch wird die Synthese von Aminosäuren, Zuckern, Vitaminen und organischen Säuren im Wurzelsystem gefördert. Der Stoffwechsel zwischen Wurzeln und Boden nimmt zu. Von den Wurzeln abgesonderte organische Säuren (Kohlensäure, Äpfelsäure usw.) wirken sich aktiv auf den Boden aus und erhöhen die Verfügbarkeit von Nährstoffen und Mikroelementen.

4. Fazit

Huminstoffe beeinflussen zweifellos das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. Die organische Substanz des Bodens dient als Nährstoffquelle für Pflanzen. Mikroorganismen, die Huminstoffe abbauen, versorgen Pflanzen mit Nährstoffen in mineralischer Form.

Huminstoffe haben einen erheblichen Einfluss auf die komplexen Eigenschaften des Bodens und beeinflussen dadurch indirekt die Entwicklung von Pflanzen.

Huminstoffe, die die physikalisch-chemischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Bodens verbessern, stimulieren ein intensiveres Wachstum und eine intensivere Entwicklung der Pflanzen.

Aufgrund der stark zunehmenden anthropogenen Einflüsse auf die Umwelt im Allgemeinen und auf den Boden im Besonderen ist derzeit auch die Schutzfunktion von Huminstoffen von großer Bedeutung. Huminstoffe binden Giftstoffe und Radionuklide und tragen so zur Herstellung umweltfreundlicher Produkte bei.

Huminstoffe wirken sich sicherlich positiv auf den Boden und die Pflanzen aus.

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Bestrahlungslaser für Saatgerste

Der wichtigste und wirksamste Teil der Behandlung ist die chemische Beizung bzw. Saatgutbeizung.

Noch vor viertausend Jahren Antikes Ägypten In Griechenland und Griechenland wurden die Samen in Zwiebelsaft eingeweicht oder mit Zypressennadeln gelagert.

Im Mittelalter, mit der Entwicklung der Alchemie und dank ihr, begannen Chemiker, Samen in Stein- und Kalisalz einzuweichen. Kupfersulfat, Arsensalze. In Deutschland waren die einfachsten Methoden beliebt – die Aufbewahrung der Samen in heißem Wasser oder in einer Mistlösung.

Zu Beginn des 16. Jahrhunderts wurde festgestellt, dass Samen, die sich während eines Schiffbruchs im Meerwasser befanden, Pflanzen hervorbrachten, die weniger von Schmutz befallen waren. Viel später, vor 300 Jahren, wurde die Wirksamkeit der chemischen Saatgutbehandlung vor der Aussaat durch Experimente des französischen Wissenschaftlers Thiele wissenschaftlich nachgewiesen, der die Wirkung der Saatgutbehandlung mit Salz und Kalk auf die Ausbreitung von Brandflecken durch Saatgut untersuchte.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war die Verwendung von Zubereitungen mit Arsen als lebensgefährlich verboten, zu Beginn des 20. Jahrhunderts begann man jedoch mit der Verwendung quecksilberhaltiger Substanzen, deren Verwendung erst 1982 verboten wurde in Westeuropa.

Erst in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden systemische Fungizide zur Vorbehandlung von Saatgut entwickelt und in Industrieländern aktiv eingesetzt. Seit den 90er Jahren werden Komplexe moderner, hochwirksamer und relativ sicherer Insektizide und Fungizide eingesetzt.

Abhängig von der Saatgutbehandlungstechnologie gibt es drei Arten: einfaches Beizen, Schwenken und Inkrustieren.

Die Standardbeizung ist die gebräuchlichste und traditionellste Methode der Saatgutbehandlung. Wird am häufigsten in Gehöften und Bauernhöfen sowie bei der Saatgutproduktion verwendet. Erhöht das Samengewicht um nicht mehr als 2 %. Wenn die filmbildende Zusammensetzung die Samen vollständig bedeckt, kann sich deren Gewicht um bis zu 20 % erhöhen

Verkrustung – Samen werden mit klebrigen Substanzen überzogen, um sicherzustellen, dass Chemikalien an ihrer Oberfläche haften. Behandelte Samen können bis zu fünfmal schwerer werden, die Form ändert sich jedoch nicht.

Pelletieren – Substanzen bedecken die Samen mit einer dicken Schicht, wodurch sich ihr Gewicht um das 25-fache erhöht und ihre Form in eine kugelförmige oder elliptische Form verändert. Durch das „stärkste“ Schwenken (Pelletisieren) werden die Samen bis zu 100-mal schwerer.

Die am häufigsten verwendeten Präparate zur Behandlung von Getreidesamen sind Raxil, Premix, Vincit, Divident und Colfugo Super Color. Hierbei handelt es sich um systemische Fungizide, die Steinsporen, staubigen und harten Brandbrand sowie Nematoden abtöten und Fusarium, Septoria und Wurzelfäule wirksam bekämpfen. Sie werden in Form von Flüssigkeiten, Pulvern oder konzentrierten Suspensionen hergestellt und zur Verarbeitung von Saatgut in speziellen Geräten in einer Menge von 0,5 bis 2 kg pro 1 Tonne Saatgut verwendet.

In Privathaushalten und landwirtschaftlichen Betrieben ist der Einsatz starker Chemikalien nicht immer gerechtfertigt. Relativ kleine Mengen kleine Samen Gemüse- oder Zierpflanzen wie Ringelblumen, Karotten oder Tomaten können mit weniger giftigen Substanzen behandelt werden. Es ist nicht nur wichtig, zunächst die gesamte Infektion auf den Samen zu zerstören, sondern auch, in der Pflanze bereits im Stadium des Samenembryos eine Resistenz gegen Krankheiten, also eine dauerhafte Immunität, zu bilden.

Zu Beginn der Keimung ist auch der Einfluss von Wachstumsstimulanzien sinnvoll, die die Entwicklung einer großen Anzahl von Seitenwurzeln in Pflanzen fördern und so ein starkes Wurzelsystem schaffen. Pflanzenwachstumsstimulanzien, die vor Beginn der Keimung in den Embryo gelangen, bewirken einen aktiven Nährstofftransport zu den oberirdischen Pflanzenteilen. Mit solchen Präparaten behandelte Samen keimen schneller und ihre Keimrate erhöht sich. Sämlinge werden nicht nur widerstandsfähiger gegen Krankheiten, sondern auch gegen Temperaturschwankungen, Feuchtigkeitsmangel und andere Stressbedingungen. Als langfristigere Folgen einer ordnungsgemäßen Vorbehandlung mit Saatpräparaten werden eine Ertragssteigerung und eine Verkürzung der Reifezeit angesehen.

Viele Präparate zur Saatgutbehandlung vor der Aussaat werden auf Huminbasis hergestellt. Sie sind eine konzentrierte (bis zu 75 %) wässrige Lösung aus Huminsäuren und Humaten, Kalium und Natrium, gesättigt mit einem Komplex von für die Pflanze notwendigen Mineralstoffen, die auch als Dünger verwendet werden kann. Solche Präparate werden auf der Basis von Torf, einem wässrigen Extrakt, hergestellt.

Z.F. Rakhmankulova und Co-Autoren untersuchten die Wirkung der Behandlung von Weizensamen (Triticum aestivum L.) vor der Aussaat mit 0,05 mm Salicylsäure (SA) auf deren endogenen Gehalt und das Verhältnis von freien und gebundenen Formen in den Trieben und Wurzeln der Sämlinge. Während des zweiwöchigen Wachstums der Sämlinge wurde ein allmählicher Rückgang des gesamten SA-Gehalts in den Trieben beobachtet; Es wurden keine Veränderungen an den Wurzeln festgestellt. Gleichzeitig kam es zu einer Umverteilung der SA-Formen in den Trieben – ein Anstieg des Konjugationsspiegels und ein Rückgang freie Form. Die Behandlung von Samen vor der Aussaat mit Salicylat führte zu einer Verringerung des Gesamtgehalts an endogenem SA sowohl in den Trieben als auch in den Wurzeln der Sämlinge. Der Gehalt an freier SA nahm in den Trieben am stärksten ab, in den Wurzeln etwas weniger. Es wurde angenommen, dass dieser Rückgang durch eine Verletzung der SA-Biosynthese verursacht wurde. Damit einher ging eine Zunahme der Masse und Länge der Triebe und insbesondere der Wurzeln, eine Stimulierung der totalen Dunkelatmung und eine Veränderung des Verhältnisses der Atemwege. In den Wurzeln wurde ein Anstieg des Anteils des Cytochrom-Atmungswegs und in den Trieben ein alternativer Cyanid-resistenter Weg beobachtet. Es werden Veränderungen im antioxidativen System von Pflanzen aufgezeigt. Der Grad der Lipidperoxidation war in den Trieben stärker ausgeprägt. Unter dem Einfluss der SA-Vorbehandlung stieg der MDA-Gehalt in den Trieben um das 2,5-fache, während er in den Wurzeln um das 1,7-fache abnahm. Aus den vorgelegten Daten folgt, dass die Art und Intensität der Wirkung von exogenem SA auf das Wachstum, den Energiehaushalt und den Antioxidationsstatus von Pflanzen mit Veränderungen seines Gehalts in Zellen und mit der Umverteilung zwischen freien und konjugierten Formen von SA zusammenhängen kann.

E.K. In Produktionsexperimenten untersuchte Eskov die Wirkung der Behandlung von Maissamen vor der Aussaat mit Eisen-Nanopartikeln auf die Intensivierung von Wachstum und Entwicklung, wodurch der Ertrag an Grünmasse und Getreide dieser Kulturpflanze gesteigert wird. Dadurch intensivierten sich photosynthetische Prozesse. Der Gehalt an Fe, Cu, Mn, Cd und Pb variierte in der Ontogenese von Mais stark, die Adsorption von Fe-Nanopartikeln jedoch Anfangsstadien Die Pflanzenentwicklung beeinflusste die Abnahme des Gehalts dieser chemischen Elemente im reifenden Getreide, was mit einer Veränderung seiner biochemischen Eigenschaften einherging.

Daher ist die Behandlung von Saatgut vor der Aussaat mit Chemikalien mit hohen Arbeitskosten und einer geringen technologischen Effizienz des Prozesses verbunden. Darüber hinaus verursacht der Einsatz von Pestiziden zur Desinfektion von Saatgut großen Schaden für die Umwelt.

Ziel ist es, die Wirkung von Chemikalien auf das Pflanzenwachstum zu untersuchen. Ziele: Studium der vorhandenen Literatur zu diesem Thema; Studium der vorhandenen Literatur zu diesem Thema; Untersuchung der Wirkung bestimmter Chemikalien auf Pflanzen (am Beispiel von Zwiebeln). Untersuchung der Wirkung bestimmter Chemikalien auf Pflanzen (am Beispiel von Zwiebeln).

Versuchsdurchführung

Um den Einfluss von Chemikalien zu untersuchen, wurden 4 Proben hergestellt: 1 – Nickelsulfat 1 – Nickelsulfat 2 – Eisensulfat 2 – Eisensulfat 3 – Kontrollprobe (ohne Zusatz von Chemikalien) 3 – Kontrollprobe (ohne Zusatz von Chemikalien) 4 – Kaliumpermanganat 4 – Kaliumpermanganat

Schlussfolgerungen: Überschüssiges Eisensulfat verfärbt die Zellen dunkel und verlangsamt das Wachstum des Wurzelsystems. Überschüssiges Eisensulfat verfärbt die Zellen dunkel und verlangsamt das Wachstum des Wurzelsystems. Kaliumpermanganat hat eine ähnliche Wirkung. Kaliumpermanganat hat eine ähnliche Wirkung. Überschüssiges Nickelsulfat zerstört Pflanzenzellen und stoppt deren Wachstum. Überschüssiges Nickelsulfat zerstört Pflanzenzellen und stoppt deren Wachstum.
Referenzen 1. Bezel V.S., Zhuikova T.V. Chemische Umweltverschmutzung: Entfernung chemischer Elemente durch oberirdische Phytomasse krautiger Vegetation // Ökologie. – – 4. – S Dobrolyubsky O.K. Mikroelemente und Leben. – M., Ilkun G.M. Luftschadstoffe und Pflanzen. – Kiew: Naukova Dumka, – 248 S. 4. Kulagin Yu.Z. Gehölze und das industrielle Umfeld. – M.: Nauka, – 126 S. 5. Solyarnikova Z.N. Baum- und Strauchpflanzen unter Reifenproduktionsbedingungen // Einführung und experimentelle Ökologie von Pflanzen: Coll. Artikel. – Dnepropetrowsk: Wissenschaft, – S Shkolnik M.Ya., Makarova N.A. Mikroelemente in der Landwirtschaft. – M., 1957.

Studierende, Doktoranden und junge Wissenschaftler, die die Wissensbasis in ihrem Studium und ihrer Arbeit nutzen, werden Ihnen sehr dankbar sein.

Veröffentlicht am http://www.allbest.ru/

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BILDUNGSMINISTERIUM DER REPUBLIK WEISSRUSSLAND

Bildungseinrichtung

„MOZYR-STAAT

PÄDAGOGISCHE UNIVERSITÄT benannt nach. I.P. SHAMYAKIN"

ABTEILUNG FÜR BIOLOGIE

ABTEILUNG FÜR NATURMANAGEMENT UND NATURSCHUTZ

Studienleistungen in der Disziplin

"Pflanzenphysiologie"

Der Einfluss von Mineralien auf Pflanzenwachstum und -entwicklung

Testamentsvollstrecker:

Bogdanowitsch Wladimir Grigorjewitsch

MOZYR 2011

EINFÜHRUNG

KAPITEL 1. LITERATURÜBERSICHT

1.3 Phosphor

1,6 Kalzium

1,7 Magnesium

3.4 Stickstoffmangel

3.5 Phosphormangel

3.6 Schwefelmangel

3.7 Kaliummangel

3.8 Kalziummangel

3.9 Magnesiummangel

ABSCHLUSS

BIBLIOGRAPHISCHES VERZEICHNIS

EINFÜHRUNG

Mineralstoffpflanze

Die mineralische Ernährung von Pflanzen ist eine Reihe von Prozessen der Absorption, Bewegung und Assimilation chemischer Elemente durch Pflanzen, die aus dem Boden in Form von Ionen von Mineralsalzen gewonnen werden.

Jedes chemische Element spielt im Leben einer Pflanze eine besondere Rolle.

Stickstoff ist ein Bestandteil von Aminosäuren, den Bausteinen, aus denen Proteine ​​bestehen. Stickstoff kommt auch in vielen anderen Verbindungen vor: Purinen, Alkaloiden, Enzymen, Wachstumsregulatoren, Chlorophyll und Zellmembranen

Phosphor wird von der Pflanze in Form von Phosphorsäuresalzen (Phosphaten) aufgenommen und liegt darin in freiem Zustand oder zusammen mit Proteinen und anderen organischen Substanzen vor, aus denen Plasma und Zellkern bestehen.

Schwefel wird von der Pflanze in Form von Schwefelsäuresalzen aufgenommen, ist Bestandteil von Proteinen und essentielle Öle.

Kalium ist in jungen, plasmareichen Organen sowie in Organen, die Reservestoffe speichern – Samen, Knollen – konzentriert. Es spielt wahrscheinlich die Rolle eines Neutralisators der sauren Reaktion des Zellsafts und ist am Turgor beteiligt.

Magnesium kommt in der Pflanze an der gleichen Stelle wie Kalium vor und ist darüber hinaus Bestandteil von Chlorophyll.

Kalzium reichert sich in erwachsenen Organen, insbesondere in Blättern, an, dient als Neutralisator der für die Pflanze schädlichen Oxalsäure, schützt sie vor der toxischen Wirkung verschiedener Salze und ist an der Bildung mechanischer Membranen beteiligt.

Neben den genannten lebenswichtigen Elementen sind Natriumchlorid, Mangan, Eisen, Fluor, Jod, Brom, Zink, Kobalt von besonderer Bedeutung, die das Pflanzenwachstum usw. anregen.

Zweck: Untersuchung der Wirkung von Mineralien auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen.

1. Studienmaterial über die wichtigsten Arten von Mineralien und ihre Wirkung auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen.

2. Machen Sie sich mit Methoden zur Bestimmung von Mineralien in Pflanzengeweben vertraut.

3. Identifizieren Sie Symptome eines unzureichenden und übermäßigen Mineralstoffgehalts in Pflanzen

KAPITEL 1. LITERATURÜBERSICHT

Pflanzen sind in der Lage, nahezu alle Elemente aus der Umwelt in größeren oder kleineren Mengen aufzunehmen. Periodensystem. Mittlerweile ist für den normalen Lebenszyklus eines Pflanzenorganismus nur eine bestimmte Gruppe von Grundnährstoffen notwendig, deren Funktionen in der Pflanze nicht durch andere chemische Elemente ersetzt werden können. Diese Gruppe umfasst die folgenden 19 Elemente:

Von diesen Grundnahrungselementen sind nur 16 tatsächlich mineralisch, da C, H und O hauptsächlich in Form von CO 2, O 2 und H 2 O in Pflanzen gelangen. Die Elemente Na, Si und Co sind in Klammern angegeben, da sie es sind Die für alle höheren Anlagen notwendigen Anlagen sind noch nicht installiert. Natrium wird von einigen Arten der Familie in relativ großen Mengen aufgenommen. In diesem Fall sind auch Chenopodiaceae (Chenopodiaceae), insbesondere Rüben, sowie an Salzbedingungen angepasste Arten erforderlich. Gleiches gilt für Silizium, das in besonders großen Mengen im Getreidestroh vorkommt; für Reis ist es ein essentieller Bestandteil.

Die ersten vier Elemente – C, H, O, N – werden Organogene genannt. Kohlenstoff macht im Durchschnitt 45 % der Trockenmasse des Gewebes aus, Sauerstoff – 42, Wasserstoff – 6,5 und Stickstoff – 1,5, insgesamt also 95 %. Die restlichen 5 % stammen aus Aschesubstanzen: P, S, K, Ca, Mg, Fe, Al, Si, Na usw. Die Mineralzusammensetzung von Pflanzen wird normalerweise durch Analyse der nach der Verbrennung der organischen Substanz der Pflanzen verbleibenden Asche beurteilt. Der Gehalt an mineralischen Elementen (bzw. deren Oxiden) in einer Pflanze wird in der Regel als Prozentsatz der Trockenmasse oder als Prozentsatz der Aschemasse ausgedrückt. Die oben aufgeführten Aschestoffe werden als Makroelemente klassifiziert.

Elemente, die in Geweben in Konzentrationen von 0,001 % oder weniger der Trockenmasse des Gewebes vorhanden sind, werden als Mikroelemente bezeichnet. Einige von ihnen spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel (Mn, Cu, Zn, Co, Mo, B, C1).

Der Gehalt des einen oder anderen Elements in Pflanzengeweben ist nicht konstant und kann unter dem Einfluss von Umweltfaktoren stark variieren. Beispielsweise können sich Al, Ni, F und andere in Pflanzen in toxischen Mengen anreichern. Unter höheren Pflanzen gibt es Arten, die sich stark im Gehalt an Elementen wie Na, wie bereits erwähnt, und Ca im Gewebe unterscheiden, und daher sind die Pflanzengruppen Natriephile, Calciumphile (die meisten Hülsenfrüchte, einschließlich Bohnen, Hülsenfrüchte, Klee), Kalziumphobe (Lupine, Weißkraut, Sauerampfer usw.). Diese Artenmerkmale werden durch die Beschaffenheit der Böden an den Herkunftsorten und den Lebensraum der Arten bestimmt, eine bestimmte genetisch festgelegte Rolle, die diese Elemente im Pflanzenstoffwechsel spielen.

Die Blätter sind am reichsten an mineralischen Elementen, wobei Asche zwischen 2 und 15 % des Trockenmassegewichts ausmachen kann. Der minimale Aschegehalt (0,4-1 %) wurde in Baumstämmen gefunden.

Stickstoff wurde 1772 vom schottischen Chemiker, Botaniker und Arzt D. Rutherford als Gas entdeckt, das die Atmung und Verbrennung nicht unterstützt. Deshalb wurde es Stickstoff genannt, was „Nichtleben“ bedeutet. Stickstoff ist jedoch Bestandteil von Proteinen, Nukleinsäuren und vielen lebenswichtigen organischen Substanzen. Die Beseitigung des Mangels an einigen essentiellen stickstoffhaltigen Verbindungen – Aminosäuren, Vitaminen usw. – ist das akuteste Problem der Ernährungsprogramme der Menschheit.

Stickstoff ist eines der am weitesten verbreiteten Elemente in der Natur. Seine Hauptformen auf der Erde sind gebundener Stickstoff der Lithosphäre und gasförmiger molekularer Stickstoff (N 2) der Atmosphäre, der 75,6 Massen-% der Luft ausmacht. Berechnungen zufolge werden die N 2 -Reserven in der Atmosphäre auf 4 * 10 15 Tonnen geschätzt. Eine Luftsäule über 1 m 2 der Erdoberfläche enthält 8 Tonnen Stickstoff. Molekularer Stickstoff als solcher wird jedoch von höheren Pflanzen nicht aufgenommen und kann nur durch die Aktivität stickstofffixierender Mikroorganismen in eine für sie zugängliche Form umgewandelt werden.

Die Reserven an festem Stickstoff in der Lithosphäre sind ebenfalls erheblich und werden auf 18 * 10 15 Tonnen geschätzt. Allerdings ist nur ein minimaler Teil des lithosphärischen Stickstoffs der Erde im Boden konzentriert und nur 0,5 - 2 % der Gesamtreserve im Boden Der Boden steht den Pflanzen direkt zur Verfügung. Im Durchschnitt enthält 1 Hektar Acker-Chernozem nicht mehr als 200 kg pflanzenverfügbaren Stickstoff, bei Podsolen ist die Menge drei- bis viermal geringer. Dieser Stickstoff liegt hauptsächlich in Form von NH 4 + - und NO 3 -Ionen vor.

Stickstofffixierende Mikroorganismen. Mikroorganismen, die eine biologische Stickstofffixierung durchführen, lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen: a) frei lebende Stickstofffixierer und b) Mikroorganismen, die in Symbiose mit höheren Pflanzen leben.

Frei lebende Stickstofffixierer sind Heterotrophe, benötigen eine Kohlenhydratquelle als Nahrungsquelle und werden daher häufig mit Mikroorganismen in Verbindung gebracht, die Zellulose und andere Polysaccharide abbauen können. Bakterien der Gattungen Azotobacter und Beijerinckia siedeln sich in der Regel auf der Wurzeloberfläche höherer Pflanzen an. Solche Assoziationen werden durch die Tatsache erklärt, dass Bakterien Produkte, die von Wurzeln in die Rhizosphäre abgegeben werden, als Kohlenstoffquelle nutzen.

In letzter Zeit wurde den Cyanobakterien, insbesondere Tolypothrix tenius, große Aufmerksamkeit geschenkt. Die Anreicherung von Reisfeldern damit steigert den Reisertrag um durchschnittlich 20 %. Im Allgemeinen ist die landwirtschaftliche Bedeutung frei lebender Stickstofffixierer nicht so groß. In gemäßigten Klimazonen beträgt ihre jährliche Stickstofffixierung in der Regel mehrere Kilogramm Stickstoff pro 1 ha, sofern sie jedoch im Boden vorhanden sind Bevorzugte Umstände(z. B. eine große Menge organischer Reststoffe) kann 20 - 40 kg N/ha erreichen.

Zur Gruppe der symbiotischen Stickstofffixierer zählen vor allem Bakterien der Gattung Rhizobium, die an den Wurzeln von Hülsenfrüchten Knötchen bilden, sowie einige Actinomyceten und Cyanobakterien. Derzeit gibt es etwa 190 Pflanzenarten verschiedener Familien, die in der Lage sind, Stickstoff symbiotisch aufzunehmen. Dazu gehören einige Bäume und Sträucher: Erle, Wachskraut, Oleaster, Sanddorn usw. Die an den Wurzeln von Erle und einigen anderen Nicht-Hülsenfrüchten wachsenden Knötchen werden von Actinomyceten der Gattung Frankia bewohnt.

Von größtem Interesse für die Landwirtschaft sind die Knöllchenbakterien der Gattung Rhizobium, die in Symbiose mit Hülsenfrüchten leben und durchschnittlich 100 bis 400 kg N/ha pro Jahr binden. Unter den Hülsenfrüchten kann Luzerne bis zu 500 – 600 kg N/ha pro Jahr ansammeln, Klee – 250 – 300, Lupine – 150, Saubohnen, Erbsen und Bohnen – 50 – 60 kg N/ha. Durch Ernterückstände und Gründüngung reichern diese Pflanzen den Boden deutlich mit Stickstoff an.

Die Stickstoffreserven im Boden können auf unterschiedliche Weise wieder aufgefüllt werden. Beim Anbau landwirtschaftlicher Nutzpflanzen wird viel Wert auf die Ausbringung von Mineraldüngern gelegt. Unter natürlichen Bedingungen spielen spezialisierte Gruppen von Mikroorganismen die Hauptrolle. Dies sind Stickstofffixierer sowie Bodenbakterien, die in der Lage sind, organischen Stickstoff aus pflanzlichen und tierischen Rückständen und Humusstickstoff, der den Großteil des nicht verfügbaren Bodenstickstoffs ausmacht, zu mineralisieren und in die Form NH 4 + oder NO 3 umzuwandeln zu Pflanzen.

Der für Pflanzen im Boden verfügbare Stickstoffgehalt wird nicht nur durch die mikrobiologischen Prozesse der Mineralisierung von organischem Stickstoff und der Stickstofffixierung sowie der Geschwindigkeit der Stickstoffaufnahme durch Pflanzen und seiner Auswaschung aus dem Boden bestimmt, sondern auch durch den Verlust von Stickstoff im Denitrifikationsprozess, der von anaeroben Mikroorganismen durchgeführt wird, die das NO 3 -Ion zu gasförmigem N 2 reduzieren können. Besonders intensiv findet dieser Vorgang in nassen, überfluteten, schwach belüfteten Böden, insbesondere in Reisfeldern, statt.

Somit ist Stickstoff ein sehr labiles Element, das zwischen der Atmosphäre, dem Boden und lebenden Organismen zirkuliert.

1.3 Phosphor

Phosphor ist wie Stickstoff ein wesentlicher Bestandteil der Pflanzenernährung. Es wird von ihnen in Form des höheren Oxids PO 4 3- absorbiert und verändert sich nicht, da es in organischen Verbindungen enthalten ist. In Pflanzengeweben beträgt die Phosphorkonzentration 0,2–1,3 % der Trockenmasse der Pflanze.

Für Pflanzen verfügbare Formen von Phosphorverbindungen

Die Phosphorreserven in der Ackerbodenschicht sind relativ gering und betragen etwa 2,3 – 4,4 t/ha (bezogen auf P 2 O 5). Davon stammen 2/3 aus Mineralsalzen der Orthophosphorsäure (H 3 PO 4) und 1/3 aus phosphorhaltigen organischen Verbindungen (organische Reststoffe, Humus, Phytat etc.). Phytate machen bis zur Hälfte des organischen Phosphors im Boden aus. Die meisten Phosphorverbindungen sind in Bodenlösung schwer löslich. Dadurch wird einerseits der Verlust von Phosphor aus dem Boden durch Auswaschung verringert, andererseits aber auch die Möglichkeiten seiner Nutzung durch Pflanzen eingeschränkt.

Die wichtigste natürliche Quelle für den Eintrag von Phosphor in die Ackerschicht ist die Verwitterung des bodenbildenden Gesteins, wo es hauptsächlich in Form von Apatiten 3Ca 3 (P0 4) 2 * CaF 2 usw. enthalten ist. Trisubstituierte Phosphorsalze von Calcium und Magnesium und Salze von Sesquioxiden von Eisen und Aluminium (FeP0 4, AIPO 4 in sauren Böden) sind schwer löslich und für Pflanzen unzugänglich. Dibasische und insbesondere monosubstituierte Calcium- und Magnesiumsalze, insbesondere Salze einwertiger Kationen und freier Orthophosphorsäure, sind wasserlöslich und werden von Pflanzen als Hauptquelle für Phosphor in der Bodenlösung genutzt. Pflanzen sind auch in der Lage, einige organische Formen von Phosphor (Zuckerphosphate, Phytin) aufzunehmen. Die Phosphorkonzentration in der Bodenlösung ist gering (0,1 - 1 mg/l). Phosphor aus organischen Reststoffen und Humus wird durch Bodenmikroorganismen mineralisiert und größtenteils in schwerlösliche Salze umgewandelt. Pflanzen gewinnen daraus Phosphor und machen ihn dadurch mobiler. Dies wird durch die Sekretion organischer Säuren durch die Wurzeln erreicht, die zweiwertige Kationen chelatisieren und die Rhizosphäre ansäuern, wodurch der Übergang HPO 4 3-> HPO 4 2-> HP0 4 - gefördert wird. Einige landwirtschaftliche Nutzpflanzen nehmen schwerlösliche Phosphate gut auf (Lupine, Buchweizen, Erbsen). Diese Fähigkeit nimmt bei Pflanzen mit zunehmendem Alter zu.

Beteiligung von Phosphor am Stoffwechsel

In pflanzlichen Geweben liegt Phosphor in organischer Form sowie in Form von Orthophosphorsäure und ihren Salzen vor. Es ist Bestandteil von Proteinen (Phosphoproteinen), Nukleinsäuren, Phospholipiden, Phosphorestern von Zuckern, am Energiestoffwechsel beteiligten Nukleotiden (ATP, NAD+ usw.), Vitaminen und vielen anderen Verbindungen.

Phosphor spielt eine besonders wichtige Rolle für die Energie der Zelle, da er in Form von hochenergetischen Esterbindungen des Phosphors (CO ~ P) oder Pyrophosphatbindungen in Nukleosiddi-, Nukleosidtriphosphaten und Polyphosphaten Energie liefert in einer lebenden Zelle gespeichert. Diese Verbindungen haben einen hohen Standard freie Energie Hydrolyse (zum Beispiel 14 kJ/mol für Glucose-6-phosphat und AMP, 30,5 für ADP und ATP und 62 kJ/mol für Phosphoenolpyruvat). Dies ist eine so universelle Art der Energiespeicherung und -nutzung, dass fast alle Stoffwechselwege den einen oder anderen Phosphorester und (oder) Nukleotide beinhalten und der Zustand des Adenin-Nukleotidsystems (Energieladung) ein wichtiger Mechanismus zur Steuerung der Atmung ist.

In Form eines stabilen Diesters ist Phosphat ein integraler Bestandteil der Struktur von Nukleinsäuren und Phospholipiden. IN Nukleinsäuren Phosphor bildet Brücken zwischen Nukleosiden und verbindet sie zu einer Riesenkette. Das Phosphat macht das Phospholipid hydrophil, während der Rest des Moleküls lipophil ist. Daher sind Phospholipidmoleküle an der Phasengrenze in Membranen polar ausgerichtet, wobei ihre Phosphatenden nach außen zeigen, und der lipophile Kern des Moleküls wird fest in der Lipiddoppelschicht gehalten, wodurch die Membran stabilisiert wird.

Eine weitere einzigartige Funktion von Phosphor ist seine Beteiligung an der Phosphorylierung zellulärer Proteine ​​mithilfe von Proteinkinasen. Dieser Mechanismus steuert viele Stoffwechselprozesse, da der Einbau von Phosphat in ein Proteinmolekül zu einer Umverteilung der elektrischen Ladungen darin und infolgedessen zu einer Veränderung seiner Struktur und Funktion führt. Die Proteinphosphorylierung reguliert Prozesse wie die RNA- und Proteinsynthese, Zellteilung, Zelldifferenzierung und viele andere.

Die wichtigste Reserveform von Phosphor in Pflanzen ist Phytin – ein Calcium-Magnesium-Salz der Inositphosphorsäure (Inosithexaphosphat):

In den Samen reichern sich erhebliche Mengen Phytin an (0,5–2 % des Trockengewichts), die bis zu 50 % des gesamten darin enthaltenen Phosphors ausmachen.

Die radiale Bewegung von Phosphor in der Absorptionszone der Wurzel zum Xylem erfolgt entlang des Symplasten, und seine Konzentration in den Wurzelzellen ist zehn- bis hundertmal höher als die Phosphatkonzentration in der Bodenlösung. Der Transport durch das Xylem erfolgt hauptsächlich oder vollständig in Form von anorganischem Phosphat; In dieser Form gelangt es in die Blätter und Wachstumszonen. Phosphor kann wie Stickstoff leicht zwischen den Organen umverteilt werden. Von den Blattzellen gelangt es in Siebröhren und wird durch das Phloem zu anderen Teilen der Pflanze transportiert, insbesondere zu Wachstumszapfen und sich entwickelnden Früchten. Ein ähnlicher Ausfluss von Phosphor erfolgt aus alternden Blättern.

Schwefel ist einer der essentiellen Nährstoffe, die für das Pflanzenleben notwendig sind. Es gelangt hauptsächlich in Form von Sulfat in sie. Sein Gehalt im Pflanzengewebe ist relativ gering und beträgt 0,2-1,0 % bezogen auf das Trockengewicht. Der Bedarf an Schwefel ist bei proteinreichen Pflanzen wie Hülsenfrüchten (Luzerne, Klee) hoch, besonders ausgeprägt ist er jedoch bei Vertretern der Familie der Kreuzblütler, die schwefelhaltige Senföle in großen Mengen synthetisieren.

Im Boden kommt Schwefel in anorganischer und organischer Form vor. In den meisten Böden überwiegt organischer Schwefel aus pflanzlichen und tierischen Rückständen, in Torfböden kann er bis zu 100 % des gesamten Schwefels ausmachen. Die wichtigste anorganische Form von Schwefel im Boden ist Sulfat, das in Form der Salze CaSO 4, MgSO 4, Na 2 SO 4 in der Bodenlösung in ionischer Form vorliegen oder an Bodenkolloiden adsorbiert sein kann. In Na 2 SO 4-Salzböden kann der Sulfatgehalt 60 % der Bodenmasse erreichen. In überschwemmten Böden liegt Schwefel in reduzierter Form in Form von FeS, FeS 2 oder H 2 S vor. Der Gesamtschwefelgehalt in gemäßigten Böden Klimazonen durchschnittlich 0,005 - 0,040 %.

Pflanzen nehmen Schwefel hauptsächlich in Form von Sulfat auf. Der Transmembrantransfer von Sulfat erfolgt im Cotransport mit H + oder im Austausch gegen HCO 3 – -Ionen. Weniger oxidierte (SO 2) oder stärker reduzierte (H 3 S) anorganische Schwefelverbindungen sind giftig für Pflanzen. Pflanzen und organische Verbindungen (Aminosäuren), die reduzierten Schwefel enthalten, werden sehr schlecht aufgenommen.

Schwefel kommt in Pflanzen hauptsächlich in zwei Formen vor: oxidiert (in Form von anorganischem Sulfat) und reduziert. Der absolute Gehalt und das Verhältnis von oxidierter und reduzierter Schwefelform in Pflanzenorganen hängt sowohl von der Aktivität der in ihnen ablaufenden Reduktions- und Assimilationsprozesse von Sulfat als auch von der Konzentration von SO 4 2- im Nährmedium ab.

Ein Teil des von der Pflanze aufgenommenen Schwefels wird im Sulfatpool der Wurzeln zurückgehalten, möglicherweise in Form von CaSO 4 oder metabolischem Sulfat, das durch sekundäre Oxidation von reduziertem Schwefel neu gebildet wird. Der Hauptteil des Sulfats wandert von den Wurzeln zu den Xylemgefäßen und wird mit dem Transpirationsstrom zu jungen wachsenden Organen transportiert, wo es intensiv am Stoffwechsel beteiligt ist und an Beweglichkeit verliert.

Von den Blättern können Sulfat und reduzierte Formen von Schwefel (schwefelhaltige Aminosäuren, Glutathion) durch das Phloem sowohl akropetal als auch basipetal zu den wachsenden Pflanzenteilen und Speicherorganen gelangen. In Samen liegt Schwefel überwiegend in organischer Form vor und geht während der Keimung teilweise in oxidierte Form über. Während der Samenreife wird eine Reduzierung des Sulfats und die Synthese schwefelhaltiger Aminosäuren und Proteine ​​beobachtet.

Der Anteil von Sulfat am gesamten Schwefelhaushalt im Gewebe kann zwischen 10 und 50 % oder mehr betragen. In jungen Blättern ist er minimal und nimmt mit zunehmendem Alter aufgrund des zunehmenden Abbaus schwefelhaltiger Proteine ​​stark zu.

Schwefel gehört zu den wichtigsten Aminosäuren Cystein und Methionin, die in Pflanzen sowohl in freier Form als auch als Bestandteil von Proteinen vorkommen. Methionin gehört zu den 10 essentiellen Aminosäuren und verfügt dank seiner Schwefel- und Methylgruppe über einzigartige Eigenschaften.

Eine der Hauptfunktionen von Schwefel in Proteinen und Polypeptiden ist die Beteiligung von SH-Gruppen an der Bildung von kovalenten, Wasserstoff- und Mercaptidbindungen, die die dreidimensionale Struktur des Proteins aufrechterhalten.

Schwefel ist auch Bestandteil der wichtigsten biologischen Verbindungen – Coenzym A und Vitamine (Liponsäure, Biotin, Thiamin) – und nimmt in Form dieser Verbindungen an enzymatischen Reaktionen der Zelle teil.

Kalium ist eines der wichtigsten Elemente der mineralischen Ernährung von Pflanzen. Sein Gehalt im Gewebe beträgt durchschnittlich 0,5 - 1,2 % bezogen auf das Trockengewicht. Die Hauptquelle für Kalium war lange Zeit Asche, was sich im Namen des Elements widerspiegelt (Kalium kommt vom Wort Potashes – Tiegelasche). Der Kaliumgehalt in der Zelle ist 100-1000-mal höher als in der äußeren Umgebung. Davon ist im Gewebe viel mehr vorhanden als von anderen Kationen.

Die Kaliumreserven im Boden sind 8- bis 40-mal höher als der Phosphorgehalt und 5- bis 50-mal höher als der Stickstoffgehalt. Im Boden kann Kalium in folgenden Formen vorliegen: als Teil des Kristallgitters von Mineralien, in austauschbarem und nicht austauschbarem Zustand in kolloidalen Partikeln, in Ernterückständen und Mikroorganismen, in Form von Mineralsalzen der Bodenlösung.

Die beste Nahrungsquelle sind lösliche Kaliumsalze (0,5 - 2 % der Gesamtreserven im Boden). Wenn mobile Formen von Kalium verbraucht werden, können seine Reserven im Boden auf Kosten austauschbarer Formen wieder aufgefüllt werden, und wenn letztere abnehmen, auf Kosten nicht austauschbarer, fester Formen von Kalium. Das abwechselnde Trocknen und Befeuchten des Bodens sowie die Aktivität des Wurzelsystems von Pflanzen und Mikroorganismen tragen zur Umwandlung von Kalium in zugängliche Formen bei.

Bei Pflanzen ist Kalium in den größten Mengen in jungen, wachsenden Geweben konzentriert, die durch einen hohen Stoffwechsel gekennzeichnet sind: Meristeme, Kambium, junge Blätter, Triebe, Knospen. In Zellen liegt Kalium hauptsächlich in ionischer Form vor; es ist kein Bestandteil organischer Verbindungen, weist eine hohe Mobilität auf und kann daher leicht wiederverwendet werden. Der Transport von Kalium von alten zu jungen Blättern wird durch Natrium erleichtert, das es im Gewebe von Pflanzen ersetzen kann, die nicht mehr wachsen.

In Pflanzenzellen sind etwa 80 % des Kaliums in Vakuolen enthalten. Es macht den Großteil der Kationen im Zellsaft aus. Daher kann Kalium durch Regen aus Pflanzen ausgewaschen werden, insbesondere aus alten Blättern. Während des Kaliummangels wird die lamellar-granuläre Struktur der Chloroplasten gestört und die Membranstrukturen der Mitochondrien werden desorganisiert. Bis zu 20 % des Zellkaliums werden an zytoplasmatischen Kolloiden adsorbiert. Im Licht ist die Bindungsstärke zwischen Kalium und Kolloiden höher als im Dunkeln. Nachts kann es sogar zu einer Kaliumfreisetzung über das Wurzelsystem der Pflanzen kommen.

Kalium hilft, den Hydratationszustand der zytoplasmatischen Kolloide aufrechtzuerhalten und reguliert deren Wasserhaltekapazität. Eine Erhöhung der Proteinhydratation und der Wasserhaltekapazität des Zytoplasmas erhöht die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen Trockenheit und Frost.

Kalium ist für die Aufnahme und den Transport von Wasser in der Pflanze unerlässlich. Berechnungen zeigen, dass der Betrieb des „unteren Endmotors“, d. h. des Wurzeldrucks, aufgrund des Vorhandenseins von Kaliumionen im Saft zu 3/4 erfolgt. Kalium ist wichtig für das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen. Im Licht steigt in den Vakuolen der Schließzellen der Stomata die Konzentration von Kaliumionen stark an (4-5-fach), was zu einem schnellen Wassereintritt, einem Anstieg des Turgors und der Öffnung der Stomatalspalte führt. Im Dunkeln beginnt Kalium die Schließzellen zu verlassen, der Turgordruck in ihnen sinkt und die Spaltöffnungen schließen sich.

Kalium wird von Pflanzen als Kation aufgenommen und geht mit verschiedenen Verbindungen in der Zelle nur schwache Bindungen ein. Dies ist wahrscheinlich der Grund, warum es Kalium ist, das ionische Asymmetrie und Unterschiede erzeugt elektrische Potentiale zwischen der Zelle und der Umgebung (Membranpotential).

Kalium ist eines der Kationen – Aktivatoren enzymatischer Systeme. Derzeit sind mehr als 60 Enzyme bekannt, die mit unterschiedlicher Spezifität durch Kalium aktiviert werden. Es ist notwendig für den Einbau von Phosphat in organische Verbindungen, Übertragungsreaktionen von Phosphatgruppen, für die Synthese von Proteinen und Polysacchariden und ist an der Synthese von Riboflavin, einem Bestandteil aller Flavindehydrogenasen, beteiligt. Unter dem Einfluss von Kalium nimmt die Anreicherung von Stärke in Kartoffelknollen, Saccharose in Zuckerrüben, Monosacchariden in Obst und Gemüse, Cellulose, Hemicellulosen und Pektinstoffen in der Zellwand von Pflanzen zu. Dadurch erhöht sich die Standfestigkeit von Getreidestroh und die Faserqualität von Flachs und Hanf verbessert sich. Eine ausreichende Kaliumversorgung der Pflanzen erhöht ihre Widerstandsfähigkeit gegen Pilz- und Bakterienkrankheiten.

1,6 Kalzium

Der Gesamtkalziumgehalt in verschiedenen Pflanzenarten beträgt 5-30 mg pro 1 g Trockengewicht. Pflanzen werden in Bezug auf Kalzium in drei Gruppen eingeteilt: kalziumphile, kalziumphobe und neutrale Arten. Hülsenfrüchte, Buchweizen, Sonnenblumen, Kartoffeln, Kohl und Hanf enthalten viel Kalzium; Getreide, Flachs und Zuckerrüben enthalten viel weniger. Das Gewebe zweikeimblättriger Pflanzen enthält in der Regel mehr von diesem Element als das von einkeimblättrigen Pflanzen.

Kalzium reichert sich in alten Organen und Geweben an. Dies liegt daran, dass der Transport entlang des Xylems erfolgt und das Recycling schwierig ist. Wenn Zellen altern oder ihre physiologische Aktivität nachlässt, wandert Kalzium vom Zytoplasma zur Vakuole und lagert sich in Form unlöslicher Salze von Oxalsäure, Zitronensäure und anderen Säuren ab. Die dadurch entstehenden kristallinen Einschlüsse erschweren die Bewegung und Wiederverwendung dieses Kation.

Bei den meisten Kulturpflanzen reichert sich Kalzium in vegetativen Organen an. Im Wurzelsystem ist sein Gehalt geringer als im oberirdischen Teil. In Samen liegt Calcium hauptsächlich als Salz der Inositphosphorsäure (Phytin) vor.

Calcium erfüllt vielfältige Funktionen im Stoffwechsel der Zellen und des gesamten Körpers. Sie sind mit seinem Einfluss auf die Struktur von Membranen, den Ionenfluss durch sie und bioelektrische Phänomene, auf Umlagerungen des Zytoskeletts, Polarisationsprozesse von Zellen und Geweben usw. verbunden.

Calcium aktiviert eine Reihe von Zellenzymsystemen: Dehydrogenasen (Glutamatdehydrogenase, Malatdehydrogenase, Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase, NADP-abhängige Isocitratdehydrogenase), Amylase, Adenylat- und Argininkinasen, Lipasen, Phosphatasen. In diesem Fall kann Calcium die Aggregation von Proteinuntereinheiten fördern, als Brücke zwischen Enzym und Substrat dienen und den Zustand des allosterischen Zentrums des Enzyms beeinflussen. Überschüssiges Kalzium in ionischer Form hemmt die oxidative Phosphorylierung und Photophosphorylierung.

Eine wichtige Rolle spielen Ca 2+ -Ionen bei der Membranstabilisierung. Durch die Wechselwirkung mit negativ geladenen Gruppen von Phospholipiden stabilisiert es die Membran und verringert ihre passive Permeabilität. Bei einem Mangel an Kalzium steigt die Membranpermeabilität, es kommt zu Brüchen und Fragmentierungen, Membrantransportprozesse werden gestört.

Es ist wichtig zu beachten, dass fast die gesamte Kationenaustauschkapazität der Wurzeloberfläche durch Kalzium und teilweise durch H + besetzt ist. Dies weist auf die Beteiligung von Kalzium an den primären Mechanismen des Ioneneintritts in Wurzelzellen hin. Indem es den Eintritt anderer Ionen in Pflanzen begrenzt, trägt Kalzium dazu bei, die Toxizität übermäßiger Konzentrationen von Ammonium-, Aluminium-, Mangan- und Eisenionen zu beseitigen, erhöht die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber Salzgehalt und verringert den Säuregehalt des Bodens. Es ist Kalzium, das am häufigsten als Ausgleichion bei der Schaffung eines physiologischen Gleichgewichts in der Ionenzusammensetzung der Umwelt fungiert, da sein Gehalt im Boden recht hoch ist.

Die meisten Bodenarten sind reich an Kalzium, ein ausgeprägter Kalziummangel kommt jedoch selten vor, beispielsweise in stark sauren oder versalzten Böden, auf Torfmooren, bei gestörter Entwicklung des Wurzelsystems oder bei ungünstigen Witterungsbedingungen.

1,7 Magnesium

Gemessen am Gehalt in Pflanzen steht Magnesium nach Kalium, Stickstoff und Kalzium an vierter Stelle. Bei höheren Pflanzen beträgt sein durchschnittlicher Gehalt pro Trockengewicht 0,02 – 3,1 %, bei Algen 3,0 – 3,5 %. Es kommt besonders häufig in Kurztagpflanzen vor – Mais, Hirse, Sorghum, Hanf sowie Kartoffeln, Rüben, Tabak und Hülsenfrüchte. 1 kg frische Blätter enthalten 300 – 800 mg Magnesium, davon sind 30 – 80 mg (also 1/10) Bestandteil von Chlorophyll. Besonders viel Magnesium ist in jungen Zellen und wachsenden Geweben sowie in Geschlechtsorganen und Speichergeweben enthalten. In Körnern reichert sich Magnesium im Embryo an, wo sein Gehalt um ein Vielfaches höher ist als der Gehalt im Endosperm und in der Schale (bei Mais 1,6, 0,04 bzw. 0,19 % des Trockengewichts).

Die Anreicherung von Magnesium in jungen Geweben wird durch seine relativ hohe Mobilität in Pflanzen erleichtert, die seine sekundäre Verwendung (Wiederverwendung) aus alternden Geweben bestimmt. Allerdings ist der Verwertungsgrad von Magnesium deutlich geringer als der von Stickstoff, Phosphor und Kalium. Die leichte Mobilität von Magnesium erklärt sich aus der Tatsache, dass etwa 70 % dieses Kations in der Pflanze mit Anionen organischer und anorganischer Säuren verbunden sind. Magnesium wird sowohl durch Xylem als auch durch Phloem transportiert. Ein Teil des Magnesiums bildet unlösliche Verbindungen, die sich nicht in der Pflanze bewegen können (Oxalat, Pektat), der andere Teil wird durch hochmolekulare Verbindungen gebunden. In Samen (Embryo, Schale) ist der größte Teil des Magnesiums in Phytin enthalten.

Und schließlich sind etwa 10-12 % des Magnesiums Teil von Chlorophyll. Diese letzte Funktion von Magnesium ist einzigartig: Kein anderes Element kann sie im Chlorophyll ersetzen. Magnesium ist für die Synthese von Protoporphyrin IX, der unmittelbaren Vorstufe der Chlorophylle, notwendig.

Im Licht werden Magnesiumionen aus der Thylakoidhöhle in das Stroma des Chloroplasten freigesetzt. Eine Erhöhung der Magnesiumkonzentration im Stroma aktiviert RDP-Carboxylase und andere Enzyme. Es wird angenommen, dass eine Erhöhung der Mg 2 + -Konzentration (bis zu 5 mmol/l) im Stroma zu einer Erhöhung der Affinität der RDP-Carboxylase für CO 2 und einer Aktivierung der CO 2 -Reduktion führt. Magnesium kann die Konformation des Enzyms direkt beeinflussen und auch bereitstellen optimale Bedingungen für seine Arbeit, indem es den pH-Wert des Zytoplasmas als Gegenion zu Protonen beeinflusst. Kaliumionen können ähnlich wirken. Magnesium aktiviert während der Photophosphorylierung eine Reihe von Elektronentransferreaktionen: Reduzierung von NADP+, der Geschwindigkeit der Hill-Reaktion, die für die Übertragung von Elektronen von PS II auf PS I notwendig ist.

Die Wirkung von Magnesium auf andere Bereiche des Stoffwechsels wird am häufigsten mit seiner Fähigkeit in Verbindung gebracht, die Arbeit von Enzymen zu regulieren, und seine Bedeutung für eine Reihe von Enzymen ist einzigartig. Nur Mangan kann in manchen Prozessen Magnesium ersetzen. In den meisten Fällen ist jedoch eine Enzymaktivierung durch Magnesium (in optimale Konzentration) höher als Mangan.

Magnesium ist für viele Enzyme bei der Glykolyse und dem Krebszyklus essentiell. Bei Mitochondrien mit ihrem Mangel kommt es zu einer Abnahme der Anzahl, einer Störung der Form und schließlich zum Verschwinden der Cristae. Neun der zwölf glykolytischen Reaktionen erfordern die Beteiligung aktivierender Metalle, sechs davon werden durch Magnesium aktiviert.

Magnesium fördert die Synthese ätherischer Öle, Gummi, Vitamine A und C. Es wird angenommen, dass es durch die Bildung einer komplexen Verbindung mit Askorbinsäure, es verzögert seine Oxidation. Mg2+ ist für die Bildung von Ribosomen und Polysomen, für die Aktivierung von Aminosäuren und die Proteinsynthese notwendig und wird für alle Prozesse in einer Konzentration von mindestens 0,5 mmol/l eingesetzt. Es aktiviert DNA- und RNA-Polymerasen und ist an der Bildung einer bestimmten räumlichen Struktur von Nukleinsäuren beteiligt.

Mit zunehmender Magnesiumversorgung in Pflanzen steigt der Gehalt an organischen und anorganischen Formen von Phosphorverbindungen. Dieser Effekt ist wahrscheinlich auf die Rolle von Magnesium bei der Aktivierung von Enzymen zurückzuführen, die am Phosphorstoffwechsel beteiligt sind.

Vor allem auf sandigen Böden mangelt es Pflanzen an Magnesium. Podzolische Böden sind arm an Magnesium und Kalzium, während graue Böden reich sind; Tschernozeme nehmen eine Zwischenstellung ein. Wasserlösliches und austauschbares Magnesium im Boden beträgt 3-10 %. Der Bodenabsorptionskomplex enthält die meisten Calciumionen, Magnesium steht an zweiter Stelle. Pflanzen leiden unter einem Magnesiummangel, wenn dieser weniger als 2 mg pro 100 g Erde enthält. Wenn der pH-Wert der Bodenlösung sinkt, gelangt Magnesium in geringeren Mengen in die Pflanzen.

KAPITEL 2. MATERIALIEN UND FORSCHUNGSMETHODEN

2.1 Methoden zur Bestimmung von Mineralien

Die Bestimmung des Gehalts eines chemischen Elements in einer Pflanze umfasst z obligatorisches Verfahren, vor der eigentlichen Bestimmung, das Stadium der Zersetzung (Aufschluss) der Probe.

In der Praxis der biochemischen Analyse werden hauptsächlich zwei Methoden verwendet – Trocken- und Nassveraschung. In beiden Fällen gewährleistet das Verfahren die Mineralisierung aller Elemente, d. h. deren Umwandlung in eine in dem einen oder anderen anorganischen Lösungsmittel lösliche Form.

Die Nassveraschung ist die Hauptmethode zur Zersetzung organischer Stickstoff- und Phosphorverbindungen und in einigen Fällen zuverlässiger bei der Bestimmung vieler anderer Elemente. Bei der Bestimmung von Bor kann nur die Trockenveraschung eingesetzt werden, da sich die meisten Borverbindungen mit Wasser und Säuredampf verflüchtigen.

Die Trockenveraschungsmethode eignet sich zur Analyse des Gehalts fast aller Makro- und Mikroelemente in biologischem Material. Typischerweise wird die Trockenveraschung von Pflanzenproben in einem elektrischen Muffelofen in Porzellan-, Quarz- oder Metalltiegeln (oder -bechern) bei einer Temperatur von nicht mehr als 450–500 °C durchgeführt. Am besten eignen sich Tiegel aus Quarz, aber Tiegel aus feuerfestem Glas In der Regel werden Keramik oder Porzellan verwendet. Für einige spezielle Forschung Möglicherweise sind Platintiegel erforderlich. Niedrige Temperatur bei der Verbrennung und die richtige Wahl des Tiegelmaterials ermöglichen es, Verluste durch Verflüchtigung und Verluste durch die Bildung von in Salzsäure schwer löslichen Oxiden des zu bestimmenden Elements zu vermeiden. Bei der Reaktion mit dem Material, aus dem die Tiegel bestehen, können Oxide entstehen.

2.2 Mikrochemische Analyse von Asche

Materialien und Ausrüstung: Asche, die durch Verbrennen von Blättern, Samen und Holz gewonnen wird; 10 % Lösungen von HCl und NH 3, 1 % Lösungen der folgenden Salze in einer Pipette: Na 2 HCO 3, NaHC 4 H 4 O 6, K 4, (NH 4) 2 MoO 4 in 1 % HNO 3, 1 % Lösung von H 2 SO 4 ; Reagenzgläser, Glastrichter mit einem Durchmesser von 4-5 cm, Metallspatel oder Augenspatel, Glasobjektträger, Glasstäbe, Servietten oder Filterpapierstücke, Papierfilter, Unterlegscheiben oder Kolben mit destilliertem Wasser, Becher zum Spülen von Wasser.

Brief Information:

Bei der Verbrennung von Gewebe verdampfen organische Elemente (C; H; O; N) in Form gasförmiger Verbindungen und der nicht brennbare Teil bleibt zurück – Asche. Sein Gehalt in verschiedenen Organen ist unterschiedlich: in Blättern – bis zu 10–15 %, in Samen – etwa 3 %, im Holz – etwa 1 %. Die meiste Asche kommt in lebenden, aktiv funktionierenden Geweben vor, beispielsweise im Mesophyll eines Blattes. Seine Zellen enthalten Chlorophyll und viele Enzyme, zu denen Elemente wie Magnesium, Eisen, Kupfer usw. gehören. Aufgrund der hohen Stoffwechselaktivität lebender Gewebe sind in ihnen auch erhebliche Mengen an Kalium, Phosphor und anderen Elementen enthalten. Der Aschegehalt hängt von der Zusammensetzung des Bodens ab, auf dem die Pflanze wächst, sowie von ihrem Alter und biologischer Natur. Pflanzenorgane unterscheiden sich nicht nur in der Menge, sondern auch in hochwertige Komposition Asche.

Die mikrochemische Methode ermöglicht den Nachweis einer Reihe von Elementen in Pflanzenasche. Die Methode basiert auf der Fähigkeit einiger Reagenzien, bei Wechselwirkung mit Ascheelementen Verbindungen zu erzeugen, die sich in spezifischer Farbe oder Kristallform unterscheiden.

Fortschritt

Geben Sie einen Teil des getrockneten Materials (Holzspäne, Blätter und zerkleinerte Samen) in einen Tiegel, fügen Sie etwas Alkohol hinzu und zünden Sie ihn an. Wiederholen Sie den Vorgang 2-3 Mal. Stellen Sie den Tiegel dann auf einen Elektroherd und erhitzen Sie ihn, bis das verkohlte Material eine aschegraue Farbe annimmt. Die restliche Kohle muss ausgebrannt werden, indem der Tiegel 20 Minuten lang in einen Muffelofen gestellt wird.

Um Ca, Mg, P und Fe nachzuweisen, ist es notwendig, mit einem Glasaugenspatel eine Portion Asche in ein Reagenzglas zu geben, 4 ml 10 %ige HCl hineinzugießen und zur besseren Auflösung mehrmals zu schütteln. Um Kalium nachzuweisen, muss die gleiche Menge Asche in 4 ml destilliertem Wasser gelöst und durch einen kleinen Papierfilter in ein sauberes Reagenzglas filtriert werden. Tragen Sie dann mit einem Glasstab einen kleinen Tropfen Ascheextrakt auf einen sauberen Glasobjektträger auf, daneben im Abstand von 10 mm einen Tropfen des Reagenzes und verbinden Sie die beiden Tropfen mit dem Stab mit einer Brücke. (Jedes Reagenz wird mit einer separaten Pipette aufgetragen.) Am Kontaktpunkt der Lösungen kommt es zur Kristallisation der Reaktionsprodukte (das Mischen zweier Tropfen ist unerwünscht, da eine schnelle Kristallisation zur Bildung kleiner atypischer Kristalle führt; außerdem können sich beim Trocknen des Tropfens Kristalle der ursprünglichen Salze bilden ).

Anschließend werden die Tropfen der restlichen Lösungen mit Filterpapierstücken aus dem Glas entfernt und die Kristalle unter einem Mikroskop ohne Deckglas untersucht. Nach jeder Reaktion muss der Glasstab mit Wasser gespült und mit Filterpapier trockengewischt werden.

Zum Nachweis von Kalium wird 1 % Natriumtartrat verwendet. Durch die Reaktion mit dem Ascheextrakt entstehen Kristalle des sauren Kaliumtartrats KHC 4 H 4 O 6 in Form großer Prismen. Der Kaliumextrakt in Wasser muss zunächst neutralisiert werden, da das Reaktionsprodukt in sauren und alkalischen Medien löslich ist. Die Reaktion folgt der Gleichung:

NaHC 4 H 4 O 6 + K + > KNS 4 H 4 O 6 v + Na +.

Der Calciumnachweis erfolgt mit 1 %iger Schwefelsäure, die Reaktion folgt der Gleichung:

CaCl 2 + H 2 SO 4 > CaSO 4 v + 2HCl.

Dadurch entsteht Gips in Form einzelner oder in Bündeln gesammelter nadelförmiger Kristalle.

Beim Nachweis von Magnesium wird zunächst ein Tropfen 10 %iger Ammoniaklösung zu einem Tropfen Ascheextrakt gegeben und über eine Brücke mit einem Tropfen 1 %iger Natriumphosphatlösung verbunden. Die Reaktion folgt der Gleichung:

MgCl 2 + NH 3 + Na 2 HPO 4 > NH 4 MgPO 4 v + 2NaCl.

Phosphor-Ammonium-Magnesiumsalz entsteht in Form flacher, farbloser Kristalle in Form von Rechtecken, Flügeln und Kappen.

Der Phosphornachweis erfolgt mit 1 % Ammoniummolybdat in Salpetersäure. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung:

H 3 PO 4 + 12(NH 4) 2 MoO 4 + 21HNO 3 > (NH 4) 3 PO 4 * 12MoO 3 v + 21NH 4 NO 3 + 12H 2 O.

Phosphor-Molybdän-Ammoniak entsteht in Form kleiner gelbgrüner Klumpen.

Um Eisen nachzuweisen, werden gleiche Mengen Ascheextrakt aus verschiedenen Organen (1-2 ml) in zwei Reagenzgläser gegossen und mit der gleichen Menge 1 % gelbem Blutsalz versetzt, bis eine blaue Farbe erscheint. Preußischblau entsteht:

4FeCl 3 + 3K 4 > Fe 4 3 + 12KCl.

KAPITEL 3. FORSCHUNGSERGEBNISSE UND IHRE ANALYSE

3.1 Symptome eines Mineralstoffmangels

Der Mangel an Mineralien führt zu Veränderungen biochemischer und physiologischer Prozesse, wodurch häufig morphologische Veränderungen bzw. sichtbare Symptome beobachtet werden.

Manchmal wird das Wachstum aufgrund eines Mangels unterdrückt, bevor andere Symptome auftreten.

Sichtbare Mangelerscheinungen. Die bedeutendste Folge eines Mineralstoffmangels ist ein vermindertes Wachstum. Der auffälligste Effekt ist jedoch die Gelbfärbung der Blätter, die durch eine verminderte Chlorophyll-Biosynthese verursacht wird. Blätter scheinen besonders empfindlich auf Mangelerscheinungen zu reagieren. Bei einem Mangel an Mineralien verkleinern sie sich, verändern ihre Form oder Struktur, verblassen in der Farbe und manchmal bilden sich sogar tote Bereiche an den Spitzen, Kanten oder zwischen den Hauptadern. In manchen Fällen sammeln sich die Blätter in Büscheln oder Rosetten, und die Kiefernnadeln trennen sich manchmal nicht, und es bilden sich „verschmelzte Nadeln“. Ein häufiges Symptom einer bestimmten Art von Mineralstoffmangel bei krautigen Pflanzen ist die Unterdrückung des Stängelwachstums und das verminderte Wachstum der Blattspreiten, was zur Bildung von Rosetten aus kleinen Blättern führt, oft mit einem Netzwerk chlorotischer Bereiche. Die sichtbaren Mangelerscheinungen der verschiedenen Elemente sind so charakteristisch, dass erfahrene Beobachter den Mangel anhand des Aussehens der Blätter erkennen können.

Wenn es an Mineralien mangelt, produzieren Bäume manchmal überschüssige Mengen an Gummi. Dieses Phänomen wird Omose genannt. Harzausscheidungen rund um die Knospen kommen bei Remarkable Pine-Bäumen mit Zinkmangel in Australien häufig vor. Gummi findet sich auch auf der Rinde von Obstbäumen, die aufgrund von Kupfermangel unter trockenen Spitzen leiden. Ein erheblicher Mangel führt häufig zum Absterben von Blättern, Trieben und anderen Teilen, d. h. es kommt zu Symptomen, die als Trockenheit bezeichnet werden. Bei vielen Wald- und Obstbäumen wurde ein durch Kupfermangel verursachtes Triebsterben beobachtet. Wenn die Spitzentriebe absterben, bekommen Apfelbäume, die unter Kupfermangel leiden, ein buschiges, verkümmertes Aussehen. Ein Mangel an Bor führt zum Austrocknen der apikalen Wachstumspunkte und letztendlich zum Absterben des Kambiums bei Zitrusfrüchten und Kiefern, zum Absterben des Phloems und zum physiologischen Verfall der Früchte bei anderen Arten. Ein Mangel an einem Element trägt manchmal zum Auftreten mehrerer verschiedener Symptome bei, beispielsweise führt Bormangel bei Apfelbäumen zu Verformung und Brüchigkeit der Blätter, Phloemnekrose, Schäden an Rinde und Früchten.

Chlorose. Das häufigste Symptom, das bei einem Mangel an verschiedenen Elementen beobachtet wird, ist Chlorose, die als Folge einer gestörten Chlorophyll-Biosynthese auftritt. Art, Grad und Schwere der Chlorose in jungen und alten Blättern hängen von der Pflanzenart, dem Element und dem Grad des Mangels ab. Am häufigsten geht Chlorose mit einem Mangel an Stickstoff einher, kann aber auch durch einen Mangel an Eisen, Mangan, Magnesium, Kalium und anderen Elementen verursacht werden. Darüber hinaus kann Chlorose nicht nur durch Mineralstoffmangel, sondern auch durch eine Vielzahl anderer Umweltfaktoren verursacht werden, darunter zu viel oder zu wenig Wasser, ungünstige Temperaturen, giftige Substanzen (wie Schwefeldioxid) und überschüssige Mineralien. Chlorose kann auch durch genetische Faktoren verursacht werden, die das Auftreten unterschiedlich gefärbter Pflanzen verursachen: von Albinos, die völlig kein Chlorophyll enthalten, bis hin zu grünlichen Sämlingen oder Sämlingen mit verschiedenen Streifen und Flecken auf den Blättern.

Aufgrund der zahlreichen Faktoren, die Chlorose verursachen, können wir schließen, dass sie sowohl auf eine allgemeine Stoffwechselstörung als auch auf den spezifischen Einfluss einzelner Elemente zurückzuführen ist.

Eine der häufigsten und schädlichsten Arten der Pflanzenentwicklung ist die Art der Chlorose, die bei einer Vielzahl von Obst-, Zier- und Waldbäumen auftritt, die auf alkalischen und kalkhaltigen Böden wachsen. Die Ursache liegt meist in der Nichtverfügbarkeit von Eisen bei hohen pH-Werten, manchmal aber auch in einem Manganmangel.

Wenn bei Angiospermen Chlorose auftritt, bleiben die Mittelrippen und kleineren Blattadern grün, aber die Bereiche zwischen den Blattadern werden blassgrün, gelb oder sogar weiß. Typischerweise sind die jüngsten Blätter am stärksten von Chlorose betroffen. Bei Nadelbäumen verfärben sich junge Nadeln blassgrün oder gelb, bei einem großen Mangel können die Nadeln braun werden und abfallen.

Durch Eisenmangel verursachte Chlorose kann durch Senkung des pH-Werts des Bodens teilweise oder vollständig beseitigt werden.

3.2 Physiologische Auswirkungen eines Mineralstoffmangels

Die sichtbaren morphologischen Auswirkungen oder Symptome eines Mineralstoffmangels sind das Ergebnis von Veränderungen verschiedener interner biochemischer oder physiologischer Prozesse. Aufgrund der komplexen Beziehungen zwischen ihnen kann es jedoch schwierig sein zu bestimmen, wie der Mangel an einem einzelnen Element die beobachteten Auswirkungen verursacht. Beispielsweise kann ein Stickstoffmangel das Wachstum hemmen, da die Stickstoffversorgung der Prozesse der Biosynthese neuen Protoplasmas schlechter ist. Gleichzeitig nimmt aber die Syntheserate von Enzymen und Chlorophyll ab und die photosynthetische Oberfläche nimmt ab. Dies führt zu einer Schwächung der Photosynthese, wodurch die Versorgung von Wachstumsprozessen mit Kohlenhydraten beeinträchtigt wird. Dadurch ist eine weitere Verringerung der Aufnahmegeschwindigkeit von Stickstoff und Mineralien möglich. Ein Element erfüllt in einer Pflanze oft mehrere Funktionen, daher ist es nicht einfach zu bestimmen, welche Funktion oder Funktionskombination gestört ist und sichtbare Symptome verursacht. Mangan beispielsweise ist neben der Aktivierung bestimmter Enzymsysteme auch für die Synthese notwendig. Chlorophyll. Sein Mangel führt zu einigen Funktionsstörungen. Ein Mangel an Stickstoff führt normalerweise zu einem spürbaren Rückgang der Photosynthese, die Auswirkung eines Mangels an anderen Elementen ist jedoch nicht so sicher.

Ein Mangel an Mineralien verringert sowohl die Biosynthese von Kohlenhydraten als auch deren Transport in wachsendes Gewebe. Mängel wirken sich oft unterschiedlich auf die Photosynthese und die Atmung aus. Beispielsweise verlangsamt ein erheblicher Kaliummangel die Photosynthese und erhöht die Atmung, wodurch die Menge an Kohlenhydraten verringert wird, die für das Wachstum verwendet werden können. Manchmal wird auch die Bewegung von Kohlenhydraten gehemmt. Dieser Effekt ist bei Bäumen mit Bormangel und Phloemnekrose ausgeprägt. Durch die Verringerung der Menge an verfügbaren Kohlenhydraten nimmt die Geschwindigkeit des Gewebewachstums in einem Teil des Baumes ab, gleichzeitig kann es jedoch zu einer Ansammlung von Kohlenhydraten in einem anderen Teil kommen. Aufgrund des geringen Gehalts an Speicherkohlenhydraten ist die Samenbildung manchmal reduziert. Die reichliche Anwendung von Stickstoffdünger führte zu einer deutlichen Steigerung des Samenbildungsprozesses bei Buchen- und Zuckerahornbäumen, der Anteil gesunder Samen und das Trockengewicht der Ahornsamen stiegen. Auch die Bildung von Zapfen und Samen bei jungen Weihrauchkiefern nahm nach der Düngung stark zu. Wenn es den Bäumen nicht an Mineralien mangelt, kann die Anwendung großer Mengen Stickstoffdünger die Bildung von Früchten und Samen reduzieren, indem das vegetative Wachstum angeregt wird.

3.3 Überschüssige Mineralien

Waldböden enthalten selten einen Überschuss an mineralischen Nährstoffen, doch starke Düngung in Gärten und Baumschulen führt manchmal zu einer Salzkonzentration, die zu Schäden führen kann. Es gibt auch große Trockengebiete, in denen die meisten Pflanzenarten aufgrund des hohen Salzgehalts nicht vorkommen können. Auch die Bewässerung mit stark salzhaltigem Wasser verursacht Schäden. Dies ist auf einen Anstieg des osmotischen Drucks, ungünstige pH-Wert-Verschiebungen für Pflanzen, ein Ungleichgewicht verschiedener Ionen oder eine Kombination dieser Faktoren zurückzuführen.

Ein erhöhter osmotischer Druck der Bodenlösung verringert die Wasseraufnahme, erhöht den Wassermangel in den Blättern und führt an Tagen, an denen Wind und hohe Temperaturen zu hoher Transpiration führen, zu Gewebeschäden durch Austrocknung. Bei längerer und tieferer Dehydrierung wird auch ein Spaltöffnungsverschluss beobachtet, der die Photosynthese verhindert. Hohe Salzkonzentrationen im Boden können Wurzelschäden durch Plasmolyse verursachen, insbesondere in sandigen Böden, was die Syntheseaktivität der Wurzeln beeinträchtigt. Manchmal werden Blätter durch die Anwendung von Flüssigdünger in hohen Konzentrationen beschädigt.

Die schädlichen Auswirkungen von überschüssigem Dünger hängen von der Pflanzenart, der Art des verwendeten Düngers und dem Zeitpunkt der Anwendung ab.

Eine Überdüngung von Obst- und Zierbäumen verlängert die Vegetationsperiode manchmal so sehr, dass Bäume und Sträucher keine Zeit haben, vor dem Frost winterhart zu werden. Übermäßige Düngung fördert manchmal die Bildung vieler Zweige, Blüten und Früchte an älteren Bäumen. Andere Arten von Pflanzenreaktionen auf Überdüngung umfassen Fasziation oder Stängelabflachung und innere Rindennekrose. Bei Sämlingen äußert sich die unerwünschte Wirkung von überschüssigem Dünger in Form eines übermäßigen Spitzenwachstums, was zu einem geringen Verhältnis von unterirdischen und oberirdischen Teilen führt, was dazu führt, dass Pflanzen nach dem Umpflanzen oft keine guten Wurzeln schlagen.

Die Verwendung von überschüssigem Dünger ist wirtschaftlich verschwenderisch. Auch für die Umwelt ist es unerwünscht, da Überschüsse ausgewaschen werden und in Gewässer oder Grundwasser gelangen können. Besonders sehr wichtig führt zur Auswaschung von überschüssigem Stickstoff, meist in Form von Nitrat, aber das Problem der Umweltverschmutzung kann auftreten, wenn ein Element in überschüssigen Mengen eingeführt wird.

3.4 Stickstoffmangel

Bei Stickstoffmangel im Lebensraum wird das Pflanzenwachstum gehemmt, die Bildung von Seitentrieben und Bestockung bei Getreide wird abgeschwächt und es werden kleine Blätter beobachtet. Gleichzeitig nimmt die Wurzelverzweigung ab, aber das Verhältnis der Masse von Wurzeln und oberirdischen Teilen kann zunehmen. Eines der ersten Anzeichen eines Stickstoffmangels ist eine blassgrüne Blattfärbung, die durch eine geschwächte Chlorophyllsynthese verursacht wird. Längerer Stickstoffmangel führt zur Hydrolyse von Proteinen und zur Zerstörung von Chlorophyll, vor allem in den unteren, älteren Blättern, und zum Abfluss löslicher Stickstoffverbindungen in jüngere Blätter und Wachstumspunkte. Aufgrund der Zerstörung von Chlorophyll verbleibt die Farbe untere Blätter Je nach Pflanzentyp nimmt es Gelb-, Orange- oder Rottöne an und bei starkem Stickstoffmangel kann es zu Nekrose, Austrocknung und Absterben des Gewebes kommen. Stickstoffmangel führt zu einer kürzeren vegetativen Wachstumsphase und einer früheren Samenreife.

3.5 Phosphormangel

Ein äußeres Symptom eines Phosphormangels ist eine bläulich-grüne Farbe der Blätter, oft mit einem violetten oder bronzenen Farbton (Hinweis auf eine Verzögerung der Proteinsynthese und der Ansammlung von Zucker). Die Blätter werden kleiner und schmaler. Das Pflanzenwachstum stoppt und die Erntereife verzögert sich.

Bei Phosphormangel nimmt die Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme ab, die Aktivität der am Atemstoffwechsel beteiligten Enzyme verändert sich und einige nicht-mitochondriale Oxidationssysteme (Glykolsäureoxidase, Ascorbatoxidase) beginnen aktiver zu arbeiten. Unter Phosphormangelbedingungen werden die Zersetzungsprozesse von Organophosphorverbindungen und Polysacchariden aktiviert und die Synthese von Proteinen und freien Nukleotiden gehemmt.

Pflanzen reagieren am empfindlichsten auf Phosphormangel in den frühen Wachstums- und Entwicklungsstadien. Eine normale Phosphorernährung in einem späteren Zeitraum beschleunigt die Entwicklung von Pflanzen (im Gegensatz zur Stickstoffernährung), wodurch in den südlichen Regionen die Wahrscheinlichkeit verringert werden kann, dass sie unter Dürre und in den nördlichen Regionen unter Frost leiden.

3.6 Schwefelmangel

Eine unzureichende Versorgung der Pflanzen mit Schwefel hemmt die Synthese schwefelhaltiger Aminosäuren und Proteine, verringert die Photosynthese und die Wachstumsrate der Pflanzen, insbesondere der oberirdischen Teile. In akuten Fällen ist die Bildung von Chloroplasten gestört und deren Zerfall ist möglich. Die Symptome eines Schwefelmangels – Bleichen und Gelbwerden der Blätter – ähneln denen eines Stickstoffmangels, treten jedoch zuerst in den jüngsten Blättern auf. Dies zeigt, dass der Schwefelaustritt aus älteren Blättern die unzureichende Schwefelversorgung der Pflanzen über die Wurzeln nicht ausgleichen kann.

3.7 Kaliummangel

Bei einem Mangel an Kalium beginnen die Blätter von unten nach oben – von alt nach jung – gelb zu werden. An den Rändern verfärben sich die Blätter gelb. Anschließend nehmen ihre Ränder und Spitzen eine braune Farbe an, manchmal mit roten „rostigen“ Flecken; Es kommt zum Absterben und zur Zerstörung dieser Gebiete. Die Blätter sehen aus, als wären sie verbrannt. Die Versorgung mit Kalium ist besonders wichtig für junge, aktiv wachsende Organe und Gewebe. Daher nimmt bei Kaliummangel die Funktion des Kambiums ab, die Entwicklung von Gefäßgewebe wird gestört, die Dicke der Zellwand der Epidermis und der Kutikula nimmt ab und die Prozesse der Zellteilung und -verlängerung werden gehemmt. Durch die Verkürzung der Internodien können sich Rosettenformen der Pflanzen bilden. Kaliummangel führt zu einer Verringerung der dominanten Wirkung der apikalen Knospen. Die apikalen und apikal-lateralen Knospen hören auf, sich zu entwickeln und sterben ab, das Wachstum der Seitentriebe wird aktiviert und die Pflanze nimmt die Form eines Busches an.

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