Сабақтың тақырыбы : Өсімдіктердің минералдық қоректенуі

Фотосинтездің ашылуы мен зерттелуі өсімдік денесінің 95%-і көмірқышқыл газы мен судан құралатынын көрсетті.

Өсімдікті анализ жасап жаққанда, ондағы газ тәрізді заттар азот, сутегі, оттегі және көміртегі ұшып шығады. Олар негізінен органикалық заттардың құрамына енетіндіктен, органогендер деп аталған. Элементтердің күлді заттар. деп аталатын барлық қалған бөлігі органогендер ұшып шыққаннан кейінгі қалған күлде болады. Өсімдікті жағу нәтижесінде алынатын күлді заттардың мөлшері өсімдіктердің әр түрінде ғана емес, сол сияқты олардың әр түрлі мүшелерінде де түрліше болады. Ағаш сүрегіне 1%, тұқымнан 3%-ке жуық, тамыр мен сабақтан — 4—5, жапырақтан— 10—15, қабықтан — 7% күлді заттар алынады. Орта жағдайларына қарай заттардың бұл мөлшері өзгеріп .отырады. Топырақта тұздар неғұрлым көп және климат қаншама құрғақ болса, өсімдікте күлді заттар соғұрлым мол болады.

Күлдің құрамы өте күрделі және алуан түрлі, тіпті бір өсімдіктің өзінде де ол тұрақты болмайды. Белгілі бір элементтің өзі бір мүшелерде көп, екінші мүшелерде аз мөлшерде кездеседі. Тұқымның құрамында басқа элементтерден гөрі фосфор мен калий көп кездеседі, бұл элементтер жаңа мүшелер құру үшін қажет. Астық тұқымдастар сияқты өсімдіктердің сабақтары мен жапырақтарында кремний және кальций мол болады. Астық тұқымдастардың тамырсабағында, картоп түйнегі мен қызылша тұбірінде калий көп болады.

Мұқият жүргізілген зерттеулер өсімдіктер күлінен сирек кездесетін элементтер де табылатынын көрсетті. Мысалы, балдырларда — бром мен иод, жүгеріде — алтын, таспада — селен элементтері едәуір мөлшерде ұшырасады. Өсімдіктердің элементтік құрамын анықтау минералдық қоректену теориясының негізі болды. Бұл теория ғылымда неміс химигі Ю. Либихтың жұмыстары нәтижесінде орнықты. Минералдық қоректену теориясын Ю. Либих 1840 жылы «Егіншілік пен физиологияда химияның қолданылуы» деген кітабында жарияладьг. Фотосинтез процесі ашылған соң өсімдіктердің негізгі органогендерді ауа мен судан сіңіретіні белгілі болса, минералдық қоректену теориясы өсімдіктердің кұрамына енетін барлық басқа элементтер топырақтан қабылданатынын көрсетті. Бұл элементтер топырақта негізінен минералдық тұздар және ішінара органикалық заттар түрінде кездеседі. Органикалық заттардың көп бөлігі минералдық заттарға дейін ыдырайды да, осыдан кейін ғана өсімдіктер оны қабылдай алатын болады. Өсімдіктер топырақтағы органикалық қосылыстардың кейбір түрлерін ғана кабылдай алады. Сондықтан да өсімдіктердің топырақтан қоректенуі минералдық қоректену деп аталады. Күлдің құрамында кездесетін мөлшеріне қарай элементтерді 3 топқа бөледі. Элементтердің бірінші тобын макроэлементтер деп атайды. Оларға өсімдіктерде проценттің оннан бастап жүзден бір бөлігіне дейінгі мөлшерде кездесетін элементтер кіреді. Оларға органогендер — С, Н, О, N. сондай-ақ S, К, Са, Mg, Nа, Ғе, Р элементтері жатады. Микроэлементтер деп аталатын екінші топқа өсімдіктер денесінде проценттің мыңнан жүз, мыңнан бір белігіне дейінгі мөлшерде кездесетін элементтер кіреді. Оларға Мn, В, Си, Zn, Ва, Sі, Вг, Со, Мо және т. б. жатады. Ультрамикроэлементтер деп аталатын үшінші топқа өсімдіктер денесінде проценттің миллионнан бір бөлігіне дейінгі мөлшерде кездесетін элементтер кіреді. Оларға Сs, Sе, Сd, Нg, Аu, Ag,Ра элементтері жатады.

Өсімдіктердің құрамына кіретін элементтер олардың өсіп жетілуі үшін қаншалықты қажет екенін анықтау үшін, сондай-ақ бұл элементтер өсмдіктердің құрамына кездейсоқ енбеді ме екен деген сұрауға жауап беру үшін өсімдіктерді жасанды ортада өсіру әдісі қолданылады. Бұл әдістің мәні мынада: тәжірибе жүргізілетін өсімдіктер сосудта өсіріледі, оны вегетациялық сосуд деп атайды. Сосудтың ішіне топырақ немесе таза жуылып қыздырылған құм салынады немесе су құйылады. Оған қоректік ерітінді құйып, есімдікті отырғызады. Көптеген зерттеушілер қоректік ерітінділер рецептін жасап шығарды. Кноп, Прянишников, Гельригель қоректік ерітінділері пайдалануға аса тиімді ерітінділер болып табылады. Кноптың 1 литр қоректік ерітіндісін даярлау ушін мынадай мөлшерде тұз алынады: Са(N0₃)₂-1 г, MgSO₄- 0,25 г. КСІ – 0,125 г. КН₂РО₄ – 0,25 г. FeCl₂ - өте аз. Бұл құрамға кіретін жеті элемент – N, P, S, Ca, K, Mg және Fе ол кезде қажетті элементтер болып . cаналды. Алайда тәжірибе- үшін пайдаланылатын тұздар мен судьі тазарту әдістерінің жетілдірілуіне байланысты, өсімдіктердің қалыпты өсуі үшін бұл жеті элементпен қатар басқа да көптеген элементтердің керектігі анықталды.Топырақта қүрамында фосфор кездесетін органикалық және минералдық заттар болады, олар өсімдіктердің фосфорлык қоректенуінің көзі. Фосфордың органикалық қосылыстары, қара топырақта көп, сұр топырақта аз. Фосфордың минералдық қосылыстары қиын еритін фосфаттар түрінде болады, олар бактериялардың жәрдемімен өсімдіктер сіңіре алатын күйге өтеді. Өсімдіктер орта-және пирофосфор қышқылының тұздарын анион түрінде қабылдайды. Фосфор қышқылының аниондары өсімдік клеткасында өзінің тотығу дәрежесін өзгертпестен, осы түрінде органикалық қосылыстардың қүрамына кіреді.

Өсімдіктер метаболизмінде фосфор ерекше роль атқарады. Ол барлық нуклеотидтердің құрамына кіреді, ал нуклеотидтердің өзі РНК мен ДНК-ның макромолекулаларын түзеді. Бос нуклеотидтер макроэргиялық байланыс түзе отырып, фосфор қышқылының тағы бір немесе екі қалдығын қосып алуға бейім келеді. Макроэргиялық байланыстың арқасында фосфор қышқылының қалдығы – H₂PO₃ организмдегі энергия алмасуна қатысады.. Фотосинтез кезінде энергия сіңіру мен қорға жинау процестері фотофосфорлау реакцияларында, ал тыныс алу процесі барысында тотықтыра фосфорлау реакцияларында жүзеге асырылады. АТР осы про-цестердегі негізгі макроэргиялық зат болып саналады. Фосфордың әсіресе белоктар мен нуклеин қышқылдарының синтезіне әсері ерекше байқалады. Өсімдіктер клеткасында фосфор жетіспеушілігі осы сияқты күрделі органикалық қосылыстардың ыдырауына себепші болады.

Фосфор NAD⁺, NADP⁺ коферменттік жүйелері мен А-коферментінің қүрамына кіреді, олардың маңызы және физиологиялық процестер мен зат алмасуына қатысады.

Фосфор тыныс алу, фотосинтез және ашу процестеріне пайдаланылатын моносахаридтерді (гексозалар триазаларды) фосфорлауға қатысады.Өсімдіктің топырақтан сіңірген РО₄^3- анионы еткаларының өзінде-ақ органикалықзаттармен қосылады да, олардың құрамына енеді. Фосфорлық қоректену жітіспеген жағдайда өсімдік сіңіретін фосфордың барлық мөлшері органипкалық формаға айналады.

Өсімдіктер тұқымында, әсіресе ұрығында фосфор көп болады. Тұқымның өнуі кезінде фосфор өсіп келе жатқан тамырлар мен өркендерге өтеді. Тұқым пісе бастағанда фосфор қайтадан тұқым мен ұрыққа жиналады. Барлық өсімдіктердің тұқымында фосфор көп болады. Мұны фосфордың белоктар мен нуклеин қышқылының синтезі үшін қажет болатындығымен түсіндіруге болады. Өсімдіктердің фосфорды сіңіруіне бірқатар факторлар әсер етеді. Например топырақта азот жетіспеушілігі кезінде фосфордың сінірілуі, оның тамырдан өркендерге қарай өтуі баяулайды.

Клеткаға сіңірілген соң SO₄^2- анионы бірнеше аралық зат арқылы SH тобына дейн тотықсызданады. Схема бойынша аралық зат ретінде алғаш активтелген сульфат пайда болады, ол үшін АТР жұмсалуы қажет:

SO₄^2- +АТР →АФС+Р ˜ Р

Аденозинфосфосульфат (АФС) сульфурилаза деп аталатын ферменттің жәрдемімен түзіледі, ол фермент жоғары сатыдағы өсімдіктердің хлоропластынан табылған.

Күкірт тыныс алу мен фотосинтез процесіне әсер етеді. Тиамин, биотин, липой қышқылы витаминдерінің құрамына кіре отыра, күкірт жеткіліксіз болған кезде тыныс алу процестерін ткжейді. Белок синтезін тоқтату арқылы күкірт жетіспеушілігі хлорофилл мөлшерін де азайтады, сондықтан ол фотосинтездің нашарлануына себепші болады. Күкірт бір мүшеден екінші мүшелерде ол тез тотықсызданып, органикалық формада қор ретінде сақталады. Топырақтағы өсімдік қалдықтары тіршілігін жойып, шіріген кезде күкірт күрделі органикалық заттардан күкіртті сутегі түрінде босап шығады. Әр түрлі микроорганизмдер күкіртті сутегін күкірт қыщқылына дейін тотықтырады, ал күкірт қышқылы топырақта металдармен қосыла келе, сульфат түзеді. Өсімдіктер мұндай сульфаттарды қайтадан пайдалана алады.

Калий. Топырақтын құрамында кездесетін калийдің көп бөлігін өсімдіктер сіңіре алмайды. Өсімдіктер алмаса алатын және суда еритін калийді ғана сіңіре алады. Калий тамыр клеткаларына катион түрінде өтіп негізінде ион түрінде жиналады, ал басқа бөлігі клетка белоктарымен адсорбциялық байланыс арқылы қосылады. Клетка шырынындағы калий күкірт қышқыл, тұз қышқыл, фосфор қышқыл тұздары түрінде, сондай-ақ лимон қышқыл және қымыздық қышқыл калий түрінде кездеседі. Қант қызылшасы, асхана қызылшасы, картоп, күнбағыс және темекі сияқты өсімдіктерде калий өте көп мөлшерде болады.

Калий жетіспеушілігі кезінде клеткаларда белоктардың орнына аралық өнімдер жиналады. Калийдің ондай әсерін оның белоктарды реттейтін ферменттердің активтігіне қатысатынымен түсіндіругі болады. Сонымен қатар, белок синтезі өтетін орын болып табылатын рибосомалар калийдің әсер ету нәтижесінде активті күйге өтеді және бір бірімен қосыла отырып, полисома түзеді.

Ұрық пен дәндерде де көп мөлшерде азот жиналады, бұл жердегі азот қоректік заттардың құрамына кіреді.

Сіңірілген азоттың көп мөлшері белок пен хлорофилл синтезіне жұмсалады. Азот жетіспеушілігі кезінде өсімдік жапырақтары сарғайып ондағы хлорофил кемиді. Хлоропластардың саны өспейді. Мұның бәрі фотосинтезді тежеуге, соңынан мүлде тоқтатуға әкеп соғады.