Роль елементів мінерального живлення у фотосинтетичній активності рослин

Мінеральне живлення рослин визначає активність їхнього фотосинтезу. Елементи живлення впливають на цей процес прямо, входячи до складу ферментів і пігментів, або опосередковано — через обмін речовин, ріст і стан цитоплазми клітин. Збалансоване живлення підтримує адаптацію рослин: їхнє пристосування до мінливих умов середовища від короткочасних реакцій до генетичних змін, закріплених природним добором. Це забезпечує стійкість до різних зовнішніх факторів протягом усього онтогенезу, зберігаючи життєздатність окремих рослин і виду в цілому.

Азот, фосфор і калій — основа фотосинтетичної активності

Азот впливає на фотосинтез як прямо, так і опосередковано. Пряма дія полягає в тому, що цей елемент витрачається на утворення амінокислот, які є продуктами фотосинтезу. Опосередкований вплив пов'язаний із тим, що азот необхідний для біосинтезу пігментів і білків. Білки слугують основою структури хлоропластів і працюють як ферменти, що прискорюють фотосинтетичні реакції. Також азот входить до складу нуклеїнових кислот, що керують синтезом білка.

Фосфор підвищує інтенсивність як світлових, так і темнових реакцій фотосинтезу. Його пряма дія пов'язана з тим, що залишки фосфорної кислоти входять до складу акцептора вуглекислого газу та проміжних продуктів процесу. Крім того, за рахунок енергії світла з неорганічного фосфату й АДФ синтезується АТФ, необхідний для відновлення діоксиду вуглецю. Опосередковано фосфор працює у складі фосфатидів, фосфопротеїдів і нуклеїнових кислот.

Мезо- та мікроелементи: від структури хлоропластів до роботи ферментів

Мезоелементи формують основу фотосинтетичного апарату. Магній входить до складу хлорофілів, бере участь у роботі сполучних білків під час синтезу АТФ, а також регулює реакції карбоксилювання та відновлення НАДФ+. Сірка необхідна для побудови білків і сульфоліпідів, входить до складу сполучного фактора та ферментів, що відповідають за засвоєння вуглекислого газу та окисно-відновні процеси. Кальцій підтримує структуру хлоропластів та їхню функціональну активність.

Залізо у відновленій формі необхідне для синтезу хлорофілу, cytochromes, фередоксину та феофітину. При його дефіциті порушуються циклічне та нециклічне фотофосфорилювання, вироблення пігментів і структура хлоропластів. Для розщеплення води та виділення кисню рослинам необхідні марганець і хлор. Марганець бере участь у реакціях фотоокиснення води, і його відсутність блокує реакцію Гілла та нециклічне фотофосфорилювання.

Інші мікроелементи виконують специфічні функції у фотосинтезі:

• Мідь входить до складу пластоціаніну, при її дефіциті інтенсивність фотосинтезу різко падає.
• Бор регулює вуглеводний, білковий і нуклеїновий обмін, відповідає за синтез, перетворення та транспорт вуглеводів.
• Цинк бере участь у створенні цинкпротопорфірину — попередника магній- і залізопорфіринів.
• Кобальт стабілізує хлорофіл-білково-ліпідний комплекс і прискорює відтік продуктів фотосинтезу з листя до стебел, коренів та репродуктивних органів.
• Молібден стимулює синтез білків і підвищує концентрацію пігментів у листі.

Потрапляння в атмосферу токсичних газів антропогенного походження або тих, що виділяються з вулканів, помітно позначається на рослинних організмах, причому, судячи з усього, процес антропогенного забруднення в майбутньому посилюватиметься. Дія забруднювачів на рослини є функцією складного комплексу метеорологічних умов і факторів, що залежать від самої рослини. Зміни фотосинтетичної активності листя слугують швидким і чутливим показником їхнього пошкодження речовинами, що забруднюють навколишнє середовище, оскільки першою мішенню їхньої дії, як правило, є фотосинтетичні реакції. Речовини, що забруднюють атмосферу, і різноманітні хімічні препарати, які використовуються для зменшення транспірації, а також для боротьби з хворобами, шкідниками та бур'янами часто помітно знижують фотосинтез. Дія цих сполук на фотосинтез проявляється в: 1) засміченні продихів і затримці поглинання діоксиду вуглецю; 2) зміні оптичних властивостей листя, внаслідок чого змінюється відбиття і зменшується проникнення світла; 3) зміні теплового балансу листя; 4) зміні метаболізму листя; 5) зміні анатомічної будови листя. Крім того, фотосинтез знижується під впливом хімічних препаратів, що викликають механічні пошкодження, хлороз, побуріння листя або листопад.