Автор: Пользователь скрыл имя, 26 Февраля 2013 в 19:42, реферат
Кремній виконує надзвичайно велику кількість функцій у житті рослин та особливо важливий за умов стресу. Науковці визнають, що на сьогодні єдина «теорія кремнію» щодо його значення в біології та сільському господарстві ще не розроблена. Силіцієве живлення рослин має не лише наукове, а й практичне значення в умовах зростання дефіциту харчових продуктів та необхідності збільшити продуктивність рослин.
Кремній виконує надзвичайно велику кількість функцій у житті рослин та особливо важливий за умов стресу. Науковці визнають, що на сьогодні єдина «теорія кремнію» щодо його значення в біології та сільському господарстві ще не розроблена. Силіцієве живлення рослин має не лише наукове, а й практичне значення в умовах зростання дефіциту харчових продуктів та необхідності збільшити продуктивність рослин.
Кремній є другим після кисню за розповсюдженістю в земній корі та грунті. Але основна його частина знаходиться в нерозчинній формі та є недоступною для рослин. Розглянемо деякі особливості силіцієвого живлення. По-перше, майже всі рослини можуть рости без кремнію в поживному середовищі, навіть кремнієфільні рис і пшениця. По-друге, він накопичується рослинами у таких кількостях, що перевищують навіть вміст основних макроелементів. По-третє, діапазон його концентрацій у різних рослин значно ширший, ніж інших поживних елементів. Так, вміст кремнію коливається від 0,1–10% сухої маси рослин (різниця у 100 разів), тоді як, наприклад, для азоту або фосфору ця різниця становить не більше 10 разів.
За вмістом кремнію можна виділити 3 групи рослин:
а) більше 5% (наприклад, рис, цукрова тростина);
б) від 1% до 5% (наприклад, ячмінь, жито і т.д);
в) менше 1% (наприклад, дводольні – огірок, соняшник та ін.; але, незважаючи на меншу його кількість, його значення для цих культур не менше, ніж для кремнієфільних).
У рослинних тканинах силіцій знаходиться у вигляді водорозчинних сполук на зразок ортокремнієвої кислоти та її ефірів, а також у формі нерозчинних мінеральних полімерів (полікремнієві кислоти, аморфний кремнезем) та кристалічних домішок.
Найбільш важливими розчинними сполуками кремнію є моно- та полікремнієві кислоти. Вони завжди знаходяться у природних водних розчинах та полімеризуються за низьких значень рН при збільшенні концентрації. У клітинному соці мономер ортосилікату перетворюється на гелі SiO2•nH2O, які відкладаються на поверхні клітинних стінок та зв*язуються з полісахаридами та протеїнами.
|
Можливі форми сполук силіцію з органічними речовинами рослин. 1. «Силіконова оболонка» білкового шару клітинної мембрани, сформована за рахунок зв*язків силіцію з гідроксильними групами амінокислот 2. Si–N зв*язок з с аміногрупами амінокислот 3. «Силіцієвий місток» у полісахаридах Успехи биологической химии, т. 41, 2001, с. 301—332 |
Кремній та його сполуки транспортуються за участю транспортних білків, спеціалізованих до переносу та розподілення силіцію. У результаті досліджень був знайдений та розшифрований фрагмент ДНК, відповідальний за синтез цих білків; припускають, що такий механізм наявний не лише у досліджуваних рослин (рис та інші силіцієфільні культури).
Розподіл кремнію в рослині дуже нерівномірний. Найбільше його у тих частинах рослини, які більше піддаються дії шкідливих чинників. Також встановлено, що рослини можуть поглинати неорганічні сполуки кремнію не лише через кореневу систему, а й через листя, причому листя поглинає у 10-20 разів більше кремнію, ніж корені.
У листях кремній відкладається у вигляді шару безпосередньо під кутикулою, формуючи подвійну кутикулярно-кремнієву захисну плівку. Накопичення кремнію відбувається також у провідних тканинах та епідермісі стебла, коренів та оболонки насіння. Ці накопичення дозволяють рослинним організмам виживати в умовах абіотичних та біотичних стресів.
Загальновизнаною є позитивна роль кремнію в стимуляції росту й розвитку багатьох рослин. Його ефект особливо помітний при дії на рослини стресу.
По-перше, кремній надає рослинам механічної міцності, укріплює стінки епідермальних клітин, забезпечуючи жорсткість різноманітних органів.
По-друге, в оптимальних дозах кремній сприяє кращому обміну азоту та фосфору, підвищує споживання бору та інших елементів; забезпечує зниження токсичності надлишкових важких металів. Оптимальний вміст силіцію призводить до збільшення площі листової пластини та створює умови для синтезу пластидних пігментів.
По-третє, силіцій стимулює розвиток кореневої системи. При покращенні силіцієвого живлення збільшується кількість вторинних та третинних корінців у злакових і цитрусових, овочевих та кормових культур; дефіцит кремнію є лімітуючим фактором розвитку коренів.
По-четверте, кремній відіграє особливу роль у стійкості рослин до різноманітних стресів. саме ця його властивість останнім часом висувається на перше місце за значущістю для рослини.
Розглянемо докладніше значення кремнію для захисту рослин.
Як було сказано, при вирощуванні у штучних умовах рослини майже не потребують силіцію. Але в реальному світі існують серйозні загрози, такі як засуха, патогенні мікроорганізми та шкідники.
Отже, є два основні види стресів: біотичні та абіотичні. Механізмів захисту у рослин також два: фізичний та хімічний. Під фізичним захистом маються на увазі захисні структури, такі як шипи, колючки, міцний епідермальний шар і т.д. Більшість цих структур утворені за допомогою кремнезему, що накопичується в клітинних стінках та сприяє біомінералізації та ствердінню органічних речовин. Утворюється фізичний бар*єр для шкідливих комах, патогенних мікроорганізмів, а інколи і травоїдних тварин.
Хімічний же захист набагато складніший і пов*язаний із синтезом вторинних метаболітів, які впливають на захисні реакції рослин. За останні роки переконливо доведено, що саме кремній бере безпосередню участь у їх синтезі.
Слід звернути увагу на різноманіття стресів та їх спрямованість. Біотичні стреси впливають в основному на певну частину рослини, тоді як біотичні погіршують стан цілого організму. Цікаво, що кремній виконує захисні функції проти всіх цих стресів.
Численні дослідження свідчать про те, що силіцій є ефективним у боротьбі проти захворювань грибкової та бактеріальної природи, зокрема, у пшениці, ячменю та огірка; також кремній підвищує стійкість рослин до комах-шкідників.
При внесенні активних форм силіцію рослини більш економно використовують воду. Майже третина запасів силіцію бере участь у підтриманні внутрішнього резерву води. Зокрема він здатен змінювати кут нахилу листя, що забезпечує зменшення випаровування, а також істотно впливає на охолодження листків за високої температури. Встановлено, що після обробки кремнієм у листках формуються біокремнієві структури, які забезпечують ефективний та екологічно чистий захист від високих температур.
Механізми дії кремнію
Висновок:
Кремній підвищує стійкість рослин до будь-яких стресів та не має шкідливого впливу на організм. Таким чином, основною його функцією в рослині може бути захист, що виражається в потовщенні епідермісу (механічний захист), прискоренні розвитку кореневої системи (фізіологічний захист), зв*язуванні токсинів (хімічний захист), зниженні дії високих температур (тепловий захист).
Різноманіття рослин, що відповідають на внесення кремнієвих сполук, доводить, що всі ці види захисту властиві і кремнієфілам, і некремнієфілам.
Список літератури