Хімічний склад рослин

Хімічний склад рослин

Хімічний склад рослин формується за рахунок надходжень із зовнішнього середовища. При цьому основним джерелом поживних речовин є грунти і грунтоутворюючі породи.

Безліч різноманітних факторів, які впливають на поглинання рослинами хімічних елементів, можна розділити на дві основні групи — фізіологічні та екологічні. Перша група — "внутрішні фактори" — визначає залежність хімічного складу рослин від їх родової і видової належності, морфології, стадії розвитку і т.д. Друга група — "зовнішні фактори" — визначає його залежність від фізико-хімічних особливостей грунтів і грунтоутворюючих порід, ґрунтових розчинів і підземних вод.

Загальний вміст хімічних елементів в грунтах не дає уявлення про те, яка їх кількість може бути засвоєна рослинами. Для того, щоб вони могли їх засвоювати, хімічні елементи повинні бути: у рухомій, тобто в іонній або іншій комбінованій формі, яка може бути вилучена з грунту водною екстракцією; у формі легкозамінних іонів в органічних або неорганічних іонообмінних комплексах, які піддаються екстракції нейтральними солями; у формі зв'язаних іонів в обмінних комплексах, які екстрагуються слабкими кислотами; в органічних і органомінеральних комплексах в формі, яка може бути вилучена сильними кислотами; у складі осадів оксидів або солей, з яких вони вилучаються сильними реагентами; фіксованими у вторинних (гіпергенних) мінералах.

Доступність для рослин хімічного елемента, присутнього в грунті в кожній з перерахованих форм, залежить від складу і кількості глинистих мінералів та органічної речовини, його лужно-кислотних і окисно-відновних властивостей, а також фізико-хімічних властивостей елемента і його сполук.

Надходження хімічних елементів в організм рослин також може здійснюватися за рахунок активного контакту коренів з частками і мінералами грунту шляхом, так званого контактного поглинання. Сутність його полягає в обміні виділених коренями рослин іонів водню органічних кислот на іони металів. Інтенсивність поглинання рослинами іонів металів з твердої фази може змінюватися в сотні і тисячі разів. Залежить вона від фізико-хімічних властивостей грунту (типу і гранулометричного складу, вмісту органічних речовин, рН та ін.) і особливостей рослини (морфо-анатомічних, фізіолого-біохімічних тощо). Практикою встановлена відсутність прямої залежності між вмістом хімічних елементів в рослинах і їх концентрацією в живильному середовищі. Особливо це характерно для мікроелементів.

О.П. Виноградов виділяє два типи транслокації:

а) групове, коли всі рослини в межах провінції з високим вмістом металу в грунтах накопичують його в підвищених кількостях;

б) селективне видове, або, частіше, родове, коли окремий вид або рід рослин завжди, в самих різноманітних умовах вирощування, містить підвищену кількість певного металу в порівнянні з іншими видами (родами); так, широко відома галмейна флора, яка активно концентрує цинк, астрагали, які селективно накопичують селен, та ін.

В разі групового накопичення висока концентрація токсичних елементів в ряді випадків приводить до зміни морфології рослин, а іноді і до їх загибелі. Ця властивість знайшла застосування під час пошуків мінеральної сировини геоботанічними методами.

Механізм надходження хімічних елементів в рослини, в тому числі токсичних елементів, важких металів і радіонуклідів, пояснює система бар'єрно-безбар'єрного накопичення, науково обгрунтована А.Л. Ковалевським [5]. Сутність її в тому, що рослини поглинають хімічні елементи вибірково у відповідності до їх біологічних особливостей, вироблених тривалою еволюцією і закріплених біохімічними механізмами.

Безбар'єрна аккумуляція характерна для тих рослин, які засвоюють хімічні елементи пропорційно до їх концентрації в живильному субстраті.

Бар'єрний тип накопичення властивий рослинам, здатним захищатися від надлишкового надходження токсичних елементів у власні тканини у випадку високого вмісту їх хімічних сполук у живильному середовищі. За цих обставин у одних і тих же рослин бар'єрний тип поглинання в певних органах може супроводжуватися безбар'єрним в інших. У разі бар'єрного накопичення токсичної дії звичайно не спостерігається, а на аномаліях вмісту токсичних елементів в грунтах всі активні органи рослин (листя, квіти) мають обмінний тип транслокації.

До безбар'єрних відносяться невелика кількість груп мохоподібних і лишайників, а також окремі анатомічні частини більшості бар'єрних — корені трав'янистих, кущових і деревних рослин, зовнішні шари кори стовбурів дерев і деякі інші.

Для кількісної оцінки надходження токсичних мікроелементів з грунту в рослинність найчастіше застосовують коефіцієнт біологічного накопичення (Кн), який визначається співвідношенням вмісту металу в одиниці маси акцептора (рослини в перерахунку на її золу) і донора (грунту):

Кн=Концентрація металу в акцепторі/Концентрація металу в донорі

Накопичення розглядається як сума зовнішнього (аерогенного) надходження і внутрішнього (через кореневу систему).

II. Хімічний склад клітини. Неорганічні речовини

1. Атомний і молекулярний склад клітки

У мікроскопічній клітці втримується кілька тисяч речовин, які беруть участь у різноманітних хімічних реакціях. Хімічні процеси, що протікають у клітці, - одне з основних умов її життя, розвитку й функціонування.

Усі клітки тварин і рослинних організмів, а також мікроорганізмів подібні по хімічному складу, що свідчить про єдність органічного миру.

2. Вміст хімічних елементів

З 109 елементів періодичної системи Менделєєва в клітках виявлена значна їхня більшість. Особливо великий зміст у клітці чотирьох елементів - кисню, вуглецю, азоту й водню. У сумі вони становлять майже 98% усього вмісту клітки. Наступну групу становлять вісім елементів, зміст яких у клітці обчислюється десятими й сотими частками відсотка. Це сіра, фосфор, хлор, калій, магній, натрій, кальцій, залізо. У сумі вони становлять 1,9%. Усі інші елементи втримуються в клітці у винятково малих кількостях (менше 0,01%).

Таким чином, у клітці немає яких-небудь особливих елементів, характерних тільки для живої природи. Це вказує на зв'язок і єдність живої й неживої природи. На атомному рівні відмінностей між хімічним складом органічного й не органічного миру немає. Відмінності виявляються на більш високому рівні організації - молекулярному.