Адсорбционная теория поглощения минеральных веществ корневой системой растений
3 мин чтения
Поглощение минеральных веществ корневой системой — это активный физико-химический процесс, основанный на адсорбции. Корни поглощают элементы питания с помощью ионного обмена между почвенным раствором и наружной поверхностью клеточных мембран. Понимание этого механизма позволяет точнее управлять питанием растений, так как усвоение минеральных веществ напрямую зависит от физиологической активности корня.
Клеточная мембрана состоит из двух слоев фосфолипидов, где полярные гидрофильные «головки» обращены наружу, а неполярные «хвосты» жирных кислот направлены друг к другу. В этот слой погружены интегральные, полуинтегральные и периферические белки, отвечающие за транспорт веществ и восприятие сигналов. Благодаря мозаичной структуре мембраны ее отдельные участки несут отрицательные и положительные заряды. Это позволяет корню одновременно адсорбировать катионы и анионы из внешней среды.
Перенос веществ через мембрану зависит от их концентрации, размера частиц и химической природы. Малые гидрофобные молекулы проникают в клетку без затрат энергии путем простой или облегченной диффузии по градиенту концентрации. Ионы и более крупные частицы транспортируются активно — против градиента концентрации с помощью переносчиков и ионных насосов. Этот процесс требует от растительного организма прямых затрат энергии.
- Количество липидных слоев в мембране — 2
- Главные обменные ионы — H+, OH-, HCO3-
- Основные органические кислоты выделений — лимонная, щавелевая, яблочная
Механизм обменного поглощения ионов
Для адсорбции питательных элементов из почвы растение использует собственный обменный фонд ионов. Он состоит из катионов водорода H+ и анионов OH-, а также гидрокарбоната HCO3-, который образуется при диссоциации угольной кислоты из выделяемого при дыхании CO2. Важную роль в обмене играют также лимонная, щавелевая и яблочная кислоты, выделяемые корнями в почвенный раствор. Эти соединения частично распадаются на катионы водорода и органические анионы, которые также участвуют в реакциях обмена.
Если дыхание корневой системы угнетено, выделение углекислого газа и органических кислот резко снижается. Это сокращает объем доступных для обмена ионов водорода и органических анионов, что останавливает процесс адсорбции питательных веществ из почвы.
После адсорбции на мембране ионы вступают в соприкосновение с кислой и основной частями протоплазмы клетки. Здесь они либо вовлекаются в синтез органических соединений, либо начинают движение к проводящей системе корня. Передача ионов от клетки к клетке идет по принципу последовательной адсорбции-десорбции от одной белковой молекулы к другой. Путь движения питательных веществ в ткани растения выглядит следующим образом:
- Обмен ионов почвенного раствора на H+, OH- или анионы органических кислот на поверхности мембраны.
- Взаимодействие поглощенных элементов с ацидоидной (кислой) и базоидной (основной) частями протоплазмы клетки.
- Перенос ионов от клетки к клетке путем адсорбции-десорбции на белках протоплазмы или с помощью белков-переносчиков.
- Поступление элементов питания в проводящую сосудистую систему корня для транспорта в листья и стебли.