ЭСБЕ/Усвоение веществ растениями
Усвоение веществ растениями — идет различно, в зависимости от окраски растений. По характеру У. веществ все растения разбиваются на две группы: на зеленые растения и на растения, лишенные зеленой окраски. Зеленые растения усваивают минеральные вещества и приготовляют из них органические вещества. Растения же, лишенные зеленой окраски, усваивают уже готовые органические вещества и лишены способности питаться исключительно минеральными веществами. Ознакомимся сначала с У. веществ зелеными растениями. Зеленые растения характеризуются присутствием в их листьях, а также стеблях, особой зеленой краски, называемой хлорофиллом (см.). Самым важным признаком, отличающим зеленые растения как от животных, так и от незеленых растений, служит, как уже было сказано, их способность приготовлять органическое вещество из веществ неорганических. Это можно доказать простым опытом. Берется влажный кварцевый песок и в него сажается какое-либо семя. Песок поливается время от времени слабым раствором минеральных солей (азотно-кислый калий, азотно-кислый кальций, фосфорно-кислый калий, серно-кислый магний и фосфорно-кислое железо; последнее — взмученное в виде порошка). Постепенно из посеянного семени развивается на солнечном свете зеленое растение, которое цветет и приносит плоды. Сравнение количества органического вещества, бывшего в семени, с количеством его во взрослом растении, показывает, что в последнем его во много раз более. Отсюда следует, что зеленые растения способны приготовлять органическое вещество из веществ минеральных. Животные, а также незеленые растения, подобною способностью не обладают и получают нужное для них органическое вещество в готовом виде от зеленых растений. Поэтому вопрос, как приготовляется органическое вещество зелеными растениями, является важным не только для ознакомления с жизнью растений, но и с более обширной точки зрения: весь животный мир, а следовательно, и человек, зависит от зеленых растений. Зеленые растения являются соединяющим звеном между минеральным миром и миром животных. Что такое органическое вещество? Хотя в настоящее время как органические, так и неорганические углеродистые вещества часто соединяют в одну группу углеродистых соединений, тем не менее, между органическими и неорганическими углеродистыми соединениями существует одно резкое отличие — все органические вещества способны гореть, т. е. выделять свободную теплоту, неорганические же углеродистые соединения гореть не могут. Итак, всякое органическое вещество характеризуется двумя признаками — содержанием углерода и способностью гореть. Способность гореть указывает на то, что образование их из веществ минеральных, не способных гореть, в зеленых растениях должно сопровождаться поглощением теплоты извне. Поэтому, приступая к вопросу об У. веществ зелеными растениями, нужно прежде всего выяснить откуда зеленые растения получают нужные для приготовления органического вещества углерод и теплоту. Трудами целого ряда ученых доказано, что растения своими зелеными частями поглощают на солнечном свете находящуюся в атмосфере углекислоту и выделяют кислород. Обмен происходит в равных объемах. Следовательно, на частицу поглощаемой углекислоты выделяется частица кислорода:

СО2 = Ο2 + С.

Углерод остается в растении. Результатом будет увеличение веса растения — питание его.

Образование углекислоты при горении угля сопровождается, как известно, выделением теплоты. Следовательно, на основании закона сохранения сил в природе, обратная реакция разложения углекислоты должна сопровождаться поглощением теплоты. Отсюда понятно, почему разложение углекислоты идет только на солнечном свете — теплота поглощенного растением света идет на разложение углекислоты. Зеленая краска — хлорофилл — служит экраном, поглощающим различные лучи солнечного спектра. Следовательно, теплота, выделяемая при горении какого-либо органического вещества, например, при горении дров, а также теплота тела животных, — все это теплота солнечного луча, поглощенного зеленым растением во время процесса разложения атмосферной углекислоты. Одновременно с У. атмосферной углекислоты идет также У. почвенной воды. Поэтому углерод накопляется в растениях в соединении с элементами воды. Одними из первых продуктов У. углерода являются крахмал или глюкоза по следующим уравнениям:

1) 6СО2 + 5Н2О = C6H10O5 + 6O2

2) 6СО2 + 6Н2О = C6H12O6 + 6O2

Из углерода, водорода и кислорода состоит главная масса сухого вещества растений. Сухое вещество однолетних растений в среднем содержит 45% углерода, 42% кислорода, 6,5% водорода, 1,5% азота и 5% золы. Следовательно, более 90% сухого вещества растений усваивается из углекислоты атмосферы и воды, получаемой из почвы. Следовательно, сельский хозяин, увозя жатву с поля, увозит, главным образом, атмосферный углерод и почвенную воду, а также консервированные солнечные лучи. Зеленые растения содержат в себе постоянно еще азот. Они его усваивают из находящихся в почве солей азотной кислоты. Хотя в растениях находится незначительное количество азота (в среднем 1,5% сух. вещества), тем не менее, вопрос о правильном его поступлении из почвы имеет очень важное значение, так как при недостатке азота сильно понижается усвояемость атмосферной углекислоты и почвенной воды и в результате получается ничтожная жатва, не окупающая сделанных на обработку поля расходов. Если почва бедна азотом, необходимо дать азотистые удобрения. Самые разнообразные азотистые соединения, введенные в почву, повышают урожай. Таковы сложные органические азотистые соединения, аммиачные соли и, наконец, азотно-кислые соли. Наиболее быстрые результаты получаются при удобрении азотно-кислыми солями, потому что они непосредственно поглощаются корнями растений. Сложные органические азотистые соединения предварительно разрушаются живущими в почве бактериями до аммиачных солей. Последние, в свою очередь, окисляются также бактериями до азотно-кислых солей, которые уже и усваиваются зелеными растениями. Из общего правила, что зеленые растения усваивают свой азот из почвы, есть исключение. Таковы бобовые растения. Все бобовые растения хорошо растут в почвах, не только бедных азотистыми соединениями, но даже совершенно лишенных их, и дают прекрасные урожаи. Они обладают способностью усваивать атмосферный свободный азот. Корни бобовых растений, выросших в естественных условиях, всегда несут на себе в значительном количестве небольшие клубеньки (фиг. 1).

Такие клубеньки образуются только в естественных нестерилизованных почвах, в стерилизованных же — только после заражения их нестерилизованным почвенным настоем. В незараженных стерилизованных почвах клубеньки никогда не образуются. Образование клубеньков есть результат симбиоза бобовых растений с низшими микроорганизмами. Только при помощи этих клубеньков бобовые растения усваивают атмосферный азот, потому что в стерилизованных почвах при отсутствии клубеньков бобовые не могут усваивать азот из атмосферы и получают его, как и прочие зеленые растения, только из почвы. Способность бобовых растений усваивать атмосферный азот имеет важное значение в сельском хозяйстве. Они являются собирателями так называемого связанного азота. Запашка посевов бобовых растений под зеленое удобрение обогащает связанным азотом почвы, бедные им. Кроме углерода, кислорода, водорода и азота в состав сухого вещества растений входит еще зола. В золе различных растений найдены следующие 31 элемент: сера, фосфор, хлор, бром, йод, фтор, бор, кремний, калий, натрий, литий, рубидий, магний, кальций, стронций, барий, цинк, ртуть, алюминий, таллий, титан, олово, свинец, мышьяк, селен, марганец, железо, кобальт, никель, медь и серебро. Все эти элементы усваиваются растениями из почвы. Культуры растений в искусственно приготовленных почвах показывают, что для правильного развития растений необходимы только немногие из перечисленных элементов; остальные являются примесями, без которых растения могут обойтись. Безусловно необходимы для развития растений только следующие элементы золы: сера, фосфор, калий, кальций, магний и железо, иногда также и хлор. При отсутствии в почве хотя бы одного из перечисленных элементов ни одно растение развиваться не может. При водных культурах эти элементы вводятся в виде следующих солей: 1 часть KNO3; 1 часть KH2PO4; 1 часть MgSO4; 4 части Ca(NO3)2. К раствору этих соединений затем прибавляется немного фосфорно-кислого железа. Хотя азот не входит в состав золы, но его необходимо прибавлять для правильного развития растений, потому что, как мы видели выше, растения получают свой азот из почвы. Растворы должны быть очень слабы. Сначала для молодых еще растений употребляются 0,1% растворы. Затем с возрастом растений можно употреблять более крепкие растворы до 0,5%. Потребность в отдельных элементах золы для различных растений различна. Из одной и той же почвы одно растение усваивает преимущественно одни элементы, другое растение — другие. Сельские хозяева различают три группы культурных растений: кремнеземистые, известковые и поташные, смотря по тому, какие из названных элементов преобладают в них.

Химический анализ почвы не может дать ясного понятия об усвояемости ее элементов растениями. Недостаточно знать, что в почве находится много калия, фосфора и других необходимых для растений элементов, чтобы иметь право утверждать, что на данной почве получится хороший урожай. Нужно еще знать, находятся ли названные элементы в соединениях, усвояемых растениями. Напр., известный своим плодородием нильский ил содержит только 0,5% калия и не нуждается в калийных удобрениях, тогда как слюдяно-сланцевая почва содержит 3% калия и, тем не менее, совершенно бесплодна без калийных удобрений. Если почва содержит недостаточное количество элементов в соединениях, способных усваиваться растениями, то качество почвы может быть улучшено введением удобрений. Величина пользы, получаемой от удобрения, зависит не только от свойства самого удобрения, но также еще от свойств удобренной почвы и от свойств культивируемого растения. Напр., шлаки Томаса, употребляемые как фосфорно-кислое удобрение: различные шлаки отличаются различной растворимостью находящейся в них фосфорной кислоты в кислом лимонно-кислом аммиаке. Сорта, содержащие много фосфорной кислоты, растворимой в лимонно-кислом аммиаке, хорошо усваиваются растениями. Напротив, сорта, содержащие мало фосфорной кислоты, растворимой в лимонно-кислом аммиаке, мало пригодны для удобрений. Нужно обращать внимание не на одни только свойства удобрения. Одно и то же удобрение на одной и той же почве для одного растения оказывается полезным, на другое же не оказывает никакого действия. Для У. не растворимых в воде элементов почвы растения выделяют своими корнями кислый сок. Но, кроме этой способности, многим растениям свойственна еще в высшей степени оригинальная особенность: концы их корней покрыты грибными гифами. Такие корни называются грибными корнями — микоризой. Между сосудистыми растениями — растений с микоризами также много, а пожалуй, даже более, чем растений без микориз. Микоризные растения распадаются на облигатные и факультативные. К облигатным микоризным растениям относятся прежде всего все бесхлорофильные растения. Микоризные растения встречаются по преимуществу на почвах, богатых органическими веществами. При содействии грибных гифов, живущих на корнях, растения лучше усваивают питательные вещества из почв, богатых перегноем, чем без их содействия. Бесхлорофильные растения усваивают из почвы при содействии микориз не только минеральные вещества, но и органические. Для зеленых же растений значение микориз главным образом сводится на У. элементов золы, хотя может быть и в виде органических соединений. Почву, богатую гумусом, никак нельзя рассматривать только с химической точки зрения. Она представляет собой как бы нечто живое благодаря массе живущих в ней бактерий и грибов. Эти микроорганизмы требуют больших количеств питательного материала. Если в такой почве развивается какое-либо зеленое растение, то ему приходится выдерживать сильную борьбу с почвенными грибами из-за питательного материала, тем более, что этот материал находится в гумусовых почвах в иных соединениях, а не в тех, к которым привыкло зеленое растение в минеральных почвах. Микоризные растения благодаря симбиозу с некоторыми почвенными грибами гораздо легче выдерживают борьбу с остальными почвенными микроорганизмами, чем растения, лишенные микориз. Как трудно бороться с почвенными грибами растениям, лишенным микориз, показывает следующий опыт Шталя. Четыре сосуда были наполнены богатой перегноем почвой. Два сосуда были стерилизованы парами эфира и хлороформа. Пары эфира и хлороформа убили все микроорганизмы, не изменив химического состава почвы. Затем во все четыре сосуда были посеяны семена Lepidium sativum, растения, лишенного микориз. В стерилизованных сосудах выросли сильные растения, в сосудах же с нестерилизованной почвой получились слабые, сильно отставшие в развитии растения. Следовательно, развитие почвенных микроорганизмов сильно задержало рост Lepidium sativum. Таким образом идет У. веществ зелеными растениями. Они усваивают минеральные соединения, неспособные гореть, и при содействии солнечного света приготовляют органические вещества, способные гореть. Растения, лишенные хлорофилла, так же как и животные усваивают готовые органические вещества. Все незеленые растения распадаются на две группы: на сапрофитов и паразитов. Первые усваивают вещества из продуктов разложения животных и растений; вторые паразитируют на живых растениях и животных, вызывая в них различные болезни. Некоторые бактерии усваивают такие крайние продукты разложения тел животных и растений, что, на первый взгляд, может показаться, что возможно приготовление органических веществ из минеральных без участия солнечного света. Таковы, напр., открытые Виноградским нитрифицирующие бактерии, размножающиеся в следующем растворе: серно-кислого аммиака 1 г, фосфорно-кислого калия 1 г, воды 1000 г. На каждые 100 куб. см этого раствора прибавляется от 0,5 до 1 г основного углекислого магния. Размножение бактерий в таком растворе сопровождается окислением аммиака сначала в азотистую и затем в азотную кислоту. Получающиеся бактерии состоят, конечно, из органического вещества, способного гореть. Это органическое вещество образовалось без участия света на минеральном растворе. Но в данном случае одно из минеральных веществ — аммиак — обладает одним из свойств органического вещества, именно, способностью гореть. Находящийся в почве аммиак органического происхождения. Он — продукт гниения тел животных и растений; не содержа в себе углерода, обладает вторым свойством органического вещества — упомянутою способностью гореть. По этой-то последней причине он и может служить для питания нитрифицирующих бактерий. Из вполне окисленных минеральных соединений ни один организм не может приготовить органического вещества без участия солнечного света. Зеленые растения, характеризующиеся способностью усваивать минеральные вещества, при первой возможности переходят на У. готовых органических соединений. Таковы, напр., насекомоядные растения. Они зеленого цвета и могут жить исключительно на счет усвоенной атмосферной углекислоты, но в то же время они снабжены характерными приспособлениями для ловли и переваривания насекомых. Наконец, листья какого угодно зеленого растения, при помещении их в темноте на растворе сахара, начинают усваивать его и перерабатывают в крахмал. Через несколько дней пребывания в темноте на сахарном растворе листья оказываются переполненными крахмалом.

.

ЭСБЕ:Ботаника