ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ, как и питание всех живых существ, в основе своей представляет восприятие и усвоение из окружающей среды веществ, из к-рых может быть построено живое вещество, свойственное телу данного организма. Основное различие между питанием высших зелёных р-ний и питанием ж-ных, а также незелёных растений состоит в том, что ж-ные и незелёные р-ния могут строить своё тело только из таких органических веществ, к-рые по своему составу близки к веществам его тела, т. е. только из уже готовых белков, жиров, углеводов и нек-рых других тоже очень сложных по своему составу веществ. Зелёные р-ния, точнее р-ния, содержащие зелёный пигмент хлорофилл, у нек-рых маскированный др. пигментами, способны сами изготовлять при определённых внешних условиях эти сложные вещества из неорганических веществ: углекислого газа, воды и нек-рых находящихся в почве минеральных солей. Поэтому р-ния, содержащие хлорофилл, являются самостоятельно питающимися, или автотрофными, организмами, а р-ния, не содержащие хлорофилла, и ж-ные относятся к организмам гетеротрофным, т. е. зависящим в своём питании от др. организмов. К гетеротрофным р-ниям относятся, гл. обр., грибы и бактерии, а также нек-рые высшие р-ния, утратившие зелёные листья (заразиха, повилика и другие). Гетеротрофные р-ния разделяют по характеру их питания на 2 группы: сапрофиты, к-рые используют уже отмершие, разлагающиеся части ж-ных и р-ний, и паразиты, к-рые поселяются на живых организмах (р-ниях или животных) и отнимают от них их питательные вещества или разрушают их тело, вызывая различные заболевания.

Основным процессом в питании хлорофиллоносных р-ний является усвоение углекислого газа и воды, происходящее у высших (листостебельных) растений, гл. обр., в зелёных листьях их. В результате этого процесса в листьях образуются углеводы (моносахариды), наиболее распространённые в р-ниях питательные вещества. Процесс этот называется фотосинтезом (см.), т. к. происходит только при участии солнечного света (или искусственного света достаточной яркости), к-рый доставляет необходимую для его осуществления энергию. Под воздействием световой энергии происходит прежде всего разложение воды, причём кислород её выделяется в свободном виде в окружающую атмосферу, а водород идёт на восстановление углекислого газа, необходимого для образования углеводов. Фотосинтез может осуществляться только при наличии зелёного пигмента, хлорофилла, находящегося в клетках листа в особых белковых образованиях, хлоропластах или хлорофилльных зёрнах, и окрашивающего их в зелёный цвет. Значение хлорофилла состоит в том, что он поглощает световую энергию и направляет её на разложение воды.

Значение фотосинтеза для всей жизни на земле чрезвычайно велико. В этом процессе создаётся всё то органическое вещество, к-рое затем потребляется как самими р-ниями, так и питающимися ими ж-ными, причём зелёные р-ния являются единственными посредниками между миром живых существ и солнечной энергией. Кроме того, процесс фотосинтеза служит также единственным источником совершенно необходимого для всех живых существ свободного кислорода, находящегося в атмосфере и поддерживающего их дыхание. Таково мировое, или космическое, значение фотосинтеза, выясненное, гл. обр., благодаря трудам великого русского учёного К. А. Тимирязева.

Однако для питания р-ний недостаточно одного только фотосинтеза. В этом процессе создаются углеводы, т. е. вещества, состоящие только из 3 элементов - углерода, водорода и кислорода. Между тем в состав белковых веществ, этих основных носителей жизни, а также и ряда др. веществ тела р-ний входит ещё азот и ряд др. элементов. Азот всегда содержится в белках в количестве ок. 17 - 18%. В состав тел р-ний входят ещё калий, фосфор и кальций, а также натрий, сера, магний, марганец и др. элементы, к-рые, после сгорания р-ний, остаются в виде золы. Эти элементы получили название зольных. В золе р-ний имеется больше всего фосфора, калия и кальция, затем магния и серы. В меньшем количестве в золе находятся железо, кремний, хлор, натрий, бор, марганец. Прочие элементы содержатся в совершенно ничтожных количествах. В золе соломы злаков находится много кремния. В золе р-ний, произрастающих на нек-рых засолённых почвах, имеется значительное количество хлора и натрия. В ср. на золу приходится ок. 5% общего веса высушенного р-ния, но её м. б. и больше и меньше. Особенно много золы дают р-ния, растущие на засолённых почвах.

Все зольные элементы, а также и азот р-ние получает из почвы, всасывая корнями различные их соединения, находящиеся как в почвенном растворе (см. Водный режим почвы и Водный режим растений), так и в адсорбированном почвенными частицами состоянии. Для азотного питания р-ний непосредственно пригодны соли азотной кислоты (нитраты) и соли аммиака (аммонийные соединения), к-рых в почве обычно бывает мало. Органические соединения азота, присутствующие в почве в виде перегноя, или гумуса, непосредственно р-ниями не усваиваются и становятся доступными для корней р-ний лишь после их разложения почвенными бактериями. Важнейшими этапами этого разложения являются: 1) аммонификация, т. е. глубокий распад белков и др. органических соединений с образованием аммонийных солей, происходящий под воздействием гнилостных бактерий; 2) нитрификация, т. е. окисление аммонийных солей в соли сперва азотистой, а затем азотной кислоты, при воздействии особых нитрифицирующих бактерий. Таким путём элементы органического вещества почвы переходят в минеральную форму и становятся доступными для усвоения их корнями высших растений.

Свободный азот атмосферы, составляющий ⁴/₅ её по объёму, непосредственно высшими р-ниями не усваивается. Но нек-рые почвенные микробы, а именно открытый впервые выдающимся русским микробиологом С. Н. Виноградским клостридиум пастерианум и обнаруженный несколько позднее азотобактер способны усваивать свободный атмосферный азот и переводить его в форму органических соединений, составляющих их тело. После отмирания и разложения этих бактерий или в результате непосредственного контакта растений с корнями, накопленные бактериями соединения азота становятся доступными и для высших растений. Ещё в больших количествах связывают атмосферный азот бактерии, живущие внутри особых клубеньков или желвачков, образующихся на корнях р-ний, принадлежащих к сем. бобовых (см. Клубеньковые бактерии). Безазотистые органические вещества, необходимые для роста и для связывания азота, клубеньковые бактерии получают от тех р-ний, на корнях к-рых поселяются; в свою очередь, бобовые р-ния получают от клубеньковых бактерий изготовленные ими азотистые вещества и усваивают их. После уборки бобовых р-ний в почве остаются их пожнивные остатки, к-рые значительно обогащают почву азотом и повышают её плодородие. На этом основано применение бобовых р-ний - клевера, люцерны, люпина, вики, гороха и др.- в севообороте (см. также Зелёное удобрение).

Элементы, входящие в состав золы р-ний, находятся в почве в виде катионов оснований (калий, кальций, магний и др.) или в виде анионов кислот (фосфорной, серной и др.). Эти катионы и анионы в большей своей части непрочно связаны с коллоидными веществами почвы, к-рые обладают способностью поглощать их из растворов (см. Поглотительная способность почвы). В почвенном растворе находятся вещества в очень малых количествах, и процесс их поглощения корнями р-ний состоит, гл. обр., в отнятии нужных р-ниям катионов и анионов от почвенных коллоидов, путём обмена на выделяемые корнями катионы и анионы. Выделение их связано с процессом дыхания корней. Образующаяся в этом процессе углекислота, растворяясь в воде, даёт непрочный гидрат Н₂СО₃, распадающийся на катионы Н⁺ и анионы HCO₃^-, к-рые и обмениваются на удерживаемые почвенными коллоидами катионы и анионы. Корни р-ний выделяют в малом количестве и нек-рые органические кислоты, напр. яблочную кислоту.

Углекислота и органические кислоты, выделяемые корнями, не только помогают корням р-ний поглощать непрочно удерживаемые коллоидами почвы нужные им питательные вещества, но и способствуют растворению почвенных минералов, в состав к-рых эти вещества входят. Этому растворению помогает и деятельность почвенных бактерий, вырабатывающих кислоты при разложении ими органических веществ. Бактерии всегда в очень большом количестве сопровождают растущие в почве корни и играют большую роль в питании р-ний минеральными веществами почвы. Характер питания р-ний определяет собой и всё их строение. Углекислый газ, необходимый для питания р-ний, находится в атмосфере в очень малой концентрации, составляя всего 0,03% её объёма; соли содержатся в почвенном растворе тоже в очень малой концентрации. Поэтому для получения этих веществ в достаточном количестве и с достаточной скоростью р-ние должно развивать огромную поглощающую поверхность. Этому и соответствует расчленение тела р-ния на тонко разветвлённую корневую систему, густо пронизывающую почву и всасывающую из неё большие количества воды с растворёнными в ней веществами, и на разветвлённую систему надземных органов, несущих на себе большое число очень тонких пластинок листьев, со всех сторон омываемых воздухом. Пластинчатая форма листьев обеспечивает и очень полное поглощение необходимого для фотосинтеза света, тем более, что обычно листья располагаются поперёк падающих на них лучей.

Синтез органических веществ из усвоенных р-ниями простых неорганических веществ окружающей среды составляет первую фазу питания растений. Синтезированные органические вещества подвергаются затем в теле р-ния значительным изменениям, конечными результатами к-рых является образование новых количеств живого вещества, протоплазмы клеток растений. Эти изменения представляют собой вторую фазу питания р-ний, причём она имеет очень много общего с питанием ж-ных. Основным питательным органическим веществом, вырабатываемым р-ниями во время первой фазы их питания, являются углеводы (моносахариды). Нередко они откладываются в запас, подвергаясь при этом уплотнению (полимеризации) и превращаясь в крахмал (реже в инулин). Крахмал - наиболее распространённый в р-ниях запасной углевод. Часть Сахаров расходуется на постройку новых клеточных стенок, превращаясь при этом в клетчатку (целлюлозу) и пектиновые вещества. При более глубокой переработке углеводы превращаются в р-ниях в жиры и в таком виде также откладываются в запас, чаще в плодах и семенах, реже в вегетативных органах (напр., в клубеньках чуфы). В результате взаимодействия продуктов превращения углеводов с поступающими из почвы соединениями азота и серы, в р-ниях синтезируются сложнейшие и главнейшие органические вещества - белки (см.). Всё это происходит при участии ферментов (см.).

Конечным результатом всех этих превращений питательных органических веществ является увеличение количества живого вещества протоплазмы, за к-рым следует возрастание числа клеток и разрастание состоящих из них органов, т. е. рост (см.) растений. Растения растут в течение всей своей жизни, и эта способность к непрерывному увеличению размеров составляет характерную особенность р-ний и тесным образом связана с присущей им способностью создавать сложнейшие органические вещества из значительно более простых неорганических веществ, всегда находящихся в окружающей р-ния среде.

При росте р-ний и связанной с ним переработке питательных веществ значительная часть их потребляется в процессе дыхания (см.), при к-ром освобождается энергия, необходимая для осуществления жизненных процессов. При переработке питательных веществ в р-ниях могут возникать также и побочные вещества второстепенного физиологического значения, как, напр., смолы, каучук, алкалоиды, глюкозиды, эфирные масла и др., которые могут иметь большое значение для человека как сырьё для ряда производств.

Н. Максимов

См. также Водный режим почвы, Водный режим растений, Рост, Фотосинтез.

Литература: Максимов Н., Краткий курс физиологии растений, 8 изд., М., 1948; Прянишников Д., Азот в жизни растений и в земледелии СССР, Избранные сочинения, т. II, М.. 1953; Тимирязев К., Жизнь растения, Избранные сочинения, т. III, M., 1949; его же, Земледелие и физиология растений, там же, т. II, 1948; его же, Солнце, жизнь и хлорофилл, там же, т. I, 1948.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 3 (Л - П)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1953, с. 613