в чем различия процессов почвенного и воздушного питания

В чем различия процессов почвенного и воздушного питания

Вопросы и задания

Вопрос 1. Что такое питание?

Питание — это процесс приобретения организмом необходимых ему веществ и энергии.

Вопрос 2. В чём сущность пищеварения?

Пищеварение — начальный этап обмена в—в м/д организмом и внешней средой. Сущность процесса пищеварения заключается в: механических, физико—химических и биологических процессах, к—е обеспечивают расщепление сложных питательных в—в на простые и всасывание их в кровь и лимфу.

Вопрос 3. В чём принципиальная разница в питании растений и животных?

Растения не имеют специальной пищеварительной системы, так как питательные вещества образуются у них непосредственно в клетках либо проникают в них через клеточные мембраны. Используя энергию солнца, растения путём сложных химических превращений из простых неорганических веществ образуют необходимые им органические вещества.

Животные в процессе питания используют солнечную энергию, накопленную в растениях.

Вопрос 4. Справедливо ли известное высказывание: «Мы все нахлебники растений»? Свой ответ обоснуйте.

Высказывание справедливо, т.к. из всех населяющих Землю живых организмов только зелёные растения могут использовать солнечную энергию непосредственно. Используя эту энергию, растения путём сложных химических превращений из простых неорганических веществ образуют необходимые им органические вещества.

Другие же организмы используют органические вещества растений, питаясь непосредственно ими или получают энергию, заключенную в органических веществах по цепям питания.

Вопрос 5. Определите критерии и сравните воздушное и почвенное питание.

Вопрос 6. Используя дополнительные источники информации, подготовьте сообщение об истории открытия фотосинтеза.

История открытия фотосинтеза

В течение тысячелетий люди считали, что питается растение исключительно благодаря корням, поглощая с их помощью все необходимые вещества из почвы.

Проверить эту точку зрения взялся в начале девятнадцатого века голландский натуралист Ян Ван Гельмонт. Он взвесил землю в горшке и посадил туда побег ивы. В течение пяти лет он поливал деревце, а затем высушил землю и взвесил её и растение. Ива весила семьдесят пять килограмм, а вес земли изменился всего на несколько сот граммов. Вывод учёного был таков — растения получают питательные вещества прежде всего не из почвы, а из воды.

К самому неожиданному, но правильному предположению о воздушном питании растений ученые пришли лишь к началу девятнадцатого века. Важную роль в понимании этого процесса сыграло открытие, совершенное английским химиком Джозефом Пристли в 1771 году. Он поставил опыт, в ходе которого он выявил «порчу» воздуха в герметичном сосуде горящей свечой (воздух переставал быть способен поддерживать горение, помещённые в него животные задыхались) и «исправление» его растениями. Пристли сделал вывод, что растения выделяют кислород, который необходим для дыхания и горения, однако не заметил, что для этого растениям нужен свет. Это показал вскоре Ян Ингенхаус.

Позже было установлено, что помимо выделения кислорода растения поглощают углекислый газ и при участии воды синтезируют на свету органическое вещество. В 1842 Роберт Майер на основании закона сохранения энергии постулировал, что растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей. Это положение было развито и экспериментально подтверждено в исследованиях замечательного русского ученого К.А. Тимирязева. В 1877 В. Пфеффер назвал этот процесс фотосинтезом.

Хлорофиллы были впервые выделены в 1818 П. Ж. Пельтье и Ж. Кавенту. Разделить пигменты и изучить их по отдельности удалось М. С. Цвету с помощью созданного им метода хроматографии. Спектры поглощения хлорофилла были изучены К. А. Тимирязевым.

Окислительно—восстановительную сущность фотосинтеза постулировал Корнелис ван Ниль. Это означало что кислород в фотосинтезе образуется полностью из воды, что экспериментально подтвердил в 1941 А. П. Виноградов в опытах с изотопной меткой. В 1937 г. Роберт Хилл установил что процесс окисления воды (и выделения кислорода), а также ассимиляции CO2 можно разобщить. В 1954—1958 Д. Арнон установил механизм световых стадий фотосинтеза, а сущность процесса ассимиляции CO2 была раскрыта Мельвином Кальвином с использованием изотопов углерода в конце 1940—х, за эту работу в 1961 ему была присуждена Нобелевская премия.

Начиная с семидесятых годов прошлого столетия, крупные успехи в области фотосинтеза были получены в России. Работами русских учёных Пуриевича, Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева были изучены многие стороны этого процесса.

Вопрос 7. Какие организмы называют симбионтами?

Симбионты – это организмы, ведущие совместное сосуществование.

Вопрос 8. Сравните организм—симбионт и организм—паразит. Чем они отличаются и что у них общего?

Общим для организма—симбионта и организма—паразита является то, что они ведут совместное существование с другими организмами и забирают у других необходимые питательные вещества.

Но паразиты при этом ничего не дают им взамен, т.е. целиком существуют за счёт организма—хозяина. А симбионты еще приносят другому организму пользу. Например, корни дерева получают от гриба дополнительную воду и минеральные соли, а гриб от растения — органические вещества, которые он, не имея хлорофилла, сам синтезировать не может.

Вопрос 9. К какой группе организмов вы бы отнесли человека, исходя из особенностей его питания? Приведите примеры организмов с таким типом питания.

Человек в процессе питания использует солнечную энергию, накопленную в растениях и использует в пищу растительноядных животных, т.е. его можно отнести к хищникам. К ним относятся, например, лисы, волки, тигры, ястребы, совы, многие змеи.

Вопрос 10. Используя дополнительную литературу и интернет—ресурсы, подготовьте сообщение на одну из тем по выбору: «Растения—хищники », «Растения—паразиты».

Есть на свете травы и даже кустарники, живущие на других растениях и добывающие питательные вещества из их тканей. Те, что полностью зависят от своих кормильцев, называются паразитами, а другие, способные к фотосинтезу и отнимающие у хозяев лишь воду и минеральные соли, получили название полупаразитов.

Одно из таких растений — омела. Для обеспечения своего существования омела пускает в глубь древесных тканей растения—хозяина, на котором она обосновалась, особые присоски.

Почти все виды омелы, паразитирующие на разных деревьях, имеют между собой много общего. Это небольшой густой кустик с короткими вильчатыми веточками и торчащими в разные стороны кожистыми листьями. В развилке веточек располагаются желто—зеленые цветки, на месте которых осенью созревают яркие липкие ягоды. У разных видов они разного цвета. Благодаря липким ягодам омела и попадает на другие деревья. А помогают ей в этом птицы. Они едят плоды, а семена выходят из кишечника птиц непереваренными. Помет попадает на ветку дерева, и семечко вместе с ним присыхает к ней. Со временем семечко прорастает, и на ветке появляется новый кустик омелы.

Один и тот же вид омелы может поселяться на различных деревьях, но существуют подвиды, приспособленные только к хвойным или только к лиственным породам. Стоит ростку сосновой омелы начать свою разрушительную деятельность на груше, как ткани груши мертвеют и омела погибает. Но если на грушу попали семена грушевой омелы, то они приживутся. Живет омела на груше от двадцати до пятидесяти лет, иногда в конце концов груша гибнет, но далеко не всегда.

Омела относится к полупаразитам, так как имеет хлорофилл и сама способна к фотосинтезу. Таким образом, она хотя бы некоторую часть пищи добывает себе самостоятельно.

В Индонезии, в дремучих джунглях острова Суматра, можно встретить растения с гигантскими цветками, достигающими почти метра в поперечнике. Вес одного цветка около 6 кг. Он похож окраской на сырое мясо и распространяет запах гнили. Над цветком вьются мухи, привлеченные его «ароматом». Они помогают растению в перекрестном опылении. Называется необычное растение раффлезией Арнольди. Ее цветки — самые крупные из всех известных в мире. Короткая толстая цветоножка раффлезии сидит непосредственно на корнях лианы циссуса (близкого родича виноградной лозы). Толстые корни лианы тянутся по поверхности почвы. На них кроме распустившихся цветков видны и многочисленные бутоны. Легко принять эти цветки за цветки самой лианы. Но ведь цветки никогда не возникают на корнях. Где же тогда тело растения, которому принадлежит цветок? Где его побеги с листьями, где корни? Их нет. В корнях циссуса, отчасти в его древесине и между корой и древесиной залегают тяжи чуждых лиане клеток. Это клетки раффлезии. Ими она высасывает из циссуса питательные вещества. На верхних концах тяжей развивается цветок раффлезии. Раффлезия — растение—паразит. Оно кормится за счет циссуса.

Понятно, что для растения—хозяина такое сожительство с паразитом не проходит даром: корни, на которых поселился паразит, в конце концов отмирают. В мясистых плодах раффлезии созревает огромное количество семян. Слон или другое крупное животное, проходя по джунглям, может наступить на эти плоды, тогда семена раффлезии прилипают к его ногам. Если животное потом где—либо снова наступит на корень циссуса, то семена растения—паразита попадут на него и прорастут. Проросток из семени проделает отверстие в коре циссуса и даст начало клеточным тяжам, которые будут развиваться между живыми клетками растения—хозяина и высасывать из них питательные вещества.

Раффлезия Арнольди встречается только на Суматре. Другие виды этого растения, с цветками меньшего размера, встречаются на Яве и на других островах Малайского архипелага.

Паразитическую жизнь ведет не только раффлезия Арнольди. Встречаются и у нас растения—паразиты. Они приносят большой вред сельскому хозяйству. Особенно вредны среди них различные заразихи и повилики. Питаются целиком за счет растения—хозяина, рассчитывают только на него.

Длинные, гибкие, вьющиеся стебли повилики, обвивают хозяина и внедряются в его стебель. При этом они плотно сплетаются вокруг растения, часто буквально иссушая его.

Повилика вредна не только тем, что душит полезные растения и отбирает у них питательные соки. Она еще и переносит заразные болезни с одного растения на другое.

В европейской части России, а особенно в пустынях, встречается еще один паразит — заразиха. Ее невысокий стебель толстый, жирный, лоснящийся. У основания его — раздувшаяся «бульба», покрытая бурыми чешуйками. На конце стебля красуется густая кисть из крупных трубчатых цветков. У разных видов заразихи цветки могут быть окрашены по—разному: то бурые, то желтые, то голубые, то красноватые. Но зеленого цвета на заразихе вы не увидите никогда! Этот паразит полностью лишен хлорофилла и питается только за счет своего хозяина. Обычно каждый вид заразихи присасывается гаусториями к молоденьким корешкам только определенного растения. К примеру, на подсолнечнике паразитирует один вид заразихи, на арбузах— другой, на помидорах — третий.

Семена у всех заразих мелкие и легкие, как пыль. Их даже не разглядеть невооруженным глазом. Подхваченные ветром, они переносятся на большие расстояния, оседают на землю и могут, не теряя всхожести, лежать в земле восемь или даже десять лет и ждать, не вырастет ли поблизости их хозяин.

Заразиха растет быстро, вытягиваясь над поверхностью почвы в виде жирных соцветий. Паразитирует заразиха на дикорастущих и сельскохозяйственных культурах (клевере, люцерне и многих других).

Вопрос 11. Приведите примеры всеядных животных.

Это медведь, свинья, крыса, черепаха, таракан, хомяк, карп, ворона.

Вопрос 12. С чем связано многообразие приспособлений к потреблению пищи?

Многообразие приспособлений к потреблению пищи связано с ограниченностью пищевых ресурсов и конкуренцией за них, а также с борьбой за существование, с тем, что живые организмы занимают разные экологические ниши.

Источник

Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru

Агрономия, земледелие, сельское хозяйство

Популярные статьи

Приложения для Android

Питание растений

Питание растений — процесс поглощения из внешней среды, передвижения, накопления и трансформации питательных веществ, необходимых для жизни растений. В ходе этого процесса происходит обмен веществ между растениями и окружающей средой. Неорганические вещества, находящиеся в почве, атмосфере и вода поступают в растение, и используются для синтеза сложных органических соединений, часть веществ может выводится из растительного организма в окружающую среду.

Зеленые растения под действием солнечного света в процессе фотосинтеза из углекислого газа, воды и простых минеральных солей синтезируют органические вещества, которые в свою очередь обеспечивают пищей человека и животных. В результате этого процесса вся зеленая растительность в дневное время выделяет большое количества кислорода, которым дышат живые организмы. Поэтому жизнь на Земле обусловлена работой высших и низших растений. О масштабе и значимости этого процесса в природе можно судить по следующим данным: зеленые растения ежегодно образуют в пересчете на глюкозу до 400 млрд т органических веществ, из которых 115 млрд т — на суше, связывается до 170 млрд т углекислого газа и разлагается при фотолизе в растениях 130 млрд т воды с выделением 115 млрд т кислорода.

Для синтеза органических веществ растения в мировом масштабе используют до 2 млрд т азота и 6 млрд т зольных элементов. Запасы азота в атмосфере составляют 4·10 15 т, однако они не определяют обеспеченность культур азотом, так как растения используют этот элемент из почвы, а не атмосферы.

Растение через листья получает более 95% углекислого газа и может усваивать путем некорневого питания из водных растворов зольные элементы и азот. Однако основное количество азота, воды и зольных питательных веществ поступает из почвы через корневую систему.

Вода потребляется растением и используется в процессе питания фотолиза и в значительно большем количестве испаряется листьями. Для образовании 1 кг сухой массы урожая культуры испаряют 300-400 кг воды. В неблагоприятных условиях расход воды возрастает в 1,5-2 раза, тогда как в оптимальных условиях расход воды снижается на 15-20%.

Из-за взаимосвязи с погодно-климатическими условиями регулирование и оптимизация процесса питания растений и обмена веществ не всегда возможна. От этих условий зависит и содержание питательных веществ в почве в доступной для растений форме. Мобилизация или иммобилизация отдельных питательных веществ в почве также определяется активностью и направленностью химических, физико-химических и микробиологических процессов, биологическими свойствами самого растения, динамикой поглощения отдельных катионов и анионов в процессе вегетации.

На процессы, определяющие рост и развитие растений, сильное влияние оказывают удобрения. Они изменяют содержание солей в почве, интенсивность и направленность химических, физико-химических и биологических процессов, реакцию и буферность почвы, поглотительную способность.

Типы питания растений

Автотрофный тип питания — самостоятельное обеспечение растением своих потребностей в питательных веществах, посредством поглощения неорганических веществ из почвы и углекислого газа из атмосферы. Характерен для большинства растений. К организмам с автотрофным типом питания относятся также некоторые бактерии, способные фотосинтетически или хемисинтетически усваивать углекислый газ.

Симбиотрофный тип питания — обеспечение растением своих потребностей в питательных веществ за счет других организмов (симбионтов). Симбиоз в ходе эволюционных процессов развился как полезная для растений форма отношений. При симбиотрофном типе питания отмечается взаимное использование продуктов обмена веществ для питания. Границы симбиоза не всегда могут быть точно определены, так как трудно определить пользу или вред, приносимые одним организмом другому.

Бактериотрофный тип питания — симбиоз высших растений с бактериями. Наиболее яркий пример — симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями. В условиях интенсификации, химизации и экологизации земледелия возрастает значение способности бобовых растений и микроорганизмов связывать молекулярный азот атмосферы. Ежегодно в результате симбиоза бактерий с бобовыми растениями фиксируется 40-106 т азота.

Условия питания растений

Обеспечение оптимальных условий питания за счет использования удобрений позволяет более экономно расходовать влагу на создание единицы урожая. Коэффициент транспирации при этом может снижаться на 15-20%. С другой стороны, экономическая эффективность удобрений дополнительным урожаем возрастает при условии хорошего водоснабжения растений. Отмечены многочисленные случаи отсутствия положительного эффекта удобрений на кислых и солонцовых почвах.

Для правильной оценки эффективности применения удобрений необходимо правильно оценивать все факторы, лимитирующие урожайность. Например, в северных районах в условиях достаточного увлажнения, большее значение приобретают факторы тепла и обеспеченности почв питательными веществами.

В южных районах, особенно на обыкновенных южных чернозёмах и каштановых почвах, характеризующихся высоким потенциальным плодородием, лимитирующим фактором чаще является недостаток влаги.

Виды питания растений

Воздушное питание растений — углеродное питание растений, осуществляемое за счет ассимиляции углекислого газа атмосферы зелеными листьями в процессе фотосинтеза.

Некорневое питание растений — процесс поступление питательных веществ в растения через надземные органы. Открытие этого процесса послужило развитию применения некорневых подкормок, которые позволяют повысить урожай и его качество.

Корневое питание растений — поглощение из почвы воды и минеральных солей, а также в незначительных количествах некоторых органических веществ.

Согласно исследованиям, деление на корневое и воздушное питание условно, так как одни и те же вещества могут поглощаться как корнями, так и листьями. Так, углекислота поступает в растение через корни в той же мере, что и через листья. Сера поступает в растение через корни в виде сульфатов. Позже благодаря применению радиоизотопа серы была показана способность растений усваивать оксиды серы из воздуха через листья.

Корневое и некорневое питание растений взаимосвязаны. Так, недостаток питательных веществ в почве приводит к задержке образования органических соединений в листьях, что, в свою очередь, тормозит развитие растений.

Питание растений в разные периоды вегетации

Поглощение элементов питания в онтогенезе, то есть в течение вегетации, происходит неравномерно, поэтому система удобрения должна учитывать потребности растений в разные периоды жизненного цикла. Недостаточное обеспечение питания в различные периоды жизни растений приводит к снижению урожайности и ухудшению качества растительной продукции.

Особенно важно обеспечить питательными веществами растения в критический период, когда недостаток питания в это время резко ухудшает рост и развитие. То же относится и к периоду максимального поглощения.

Высокая чувствительность к недостатку и к избытку минерального питания отмечается у растений в начальный период роста.

Таблица. Влияние питания растений фосфором на урожайность ячменя 1

Высокая потребность молодых растений в минеральном питании объясняется высокой интенсивностью синтетических процессов при слаборазвитой корневой системе. Так, у зерновых злаков закладка и дифференциация репродуктивных органов начинается в период развертывания первых трех-четырех листочков. Недостаток азота в этот период приводит к сокращению числа колосков и снижению урожая. Последующее нормальное питание не компенсирует дефицит питательных веществ на начальных этапах развития.

Интенсивность потребления питательных веществ у разных культур меняется в зависимости от периода развития. Например, растения сахарной свеклы в первый месяц потребляют азота, фосфора и калия по 2 кг/га, а во второй — N 96 кг/га, Р₂O₅ 34 кг/га и К₂O 133 кг/га.

Таблица. Питание азотом и урожай ячменя, г на сосуд 2

Наибольшее количество элементов минерального питания яровые зерновые потребляют в период от выхода в трубку до колошения. В период колошения пшеница потребляет азота, фосфора и калия около 76% от максимального, ячмень — около 67% и овес — 47%.

Таблица. Потребление питательных веществ яровыми зерновыми культурами, % от максимального 3

Злаковые культуры наиболее требовательны к азотному питанию в период образования ассимиляционного аппарата и в период дифференциации репродуктивных органов. Сахарная свекла нуждается в достаточном обеспечении калием во время сахаронакопления.

Таблица. Динамика потребления питательных элементов капустой, % от максимального 4

Лен чувствителен к недостатку азотного питания в период от елочки до бутонизации, к уровню калийного питания — в период от бутонизации до цветения.

Огурец требователен к азотному питанию в период формирования ассимиляционного аппарата, к фосфорному — перед цветением. В период плодоношения огурец предъявляет повышенные требования к обеспечению азотом и калием.

Усиление азотного и частично фосфорного питания в период бутонизации и цветения приводит к увеличению урожая зерновых. Повышенное питание азотом в период образования листовой массы и улучшение фосфорно-калийного питания в дальнейшем повышает урожайность корне- и клубнеплодов.

Потребность большинства культур в азотном питании уменьшается к началу плодообразования, роль фосфора и калия, наоборот, возрастает. В целом, период плодообразования отличается снижением потребления питательных веществ, а процессы жизнедеятельности в растениях к концу вегетации осуществляются преимущественно за счет реутилизации накопленных питательных веществ.

В системе удобрения основное удобрение должно обеспечивать питание растений на протяжении всего вегетационного периода, поэтому до посева вносят все органические и большую часть минеральных удобрений. Для обеспечения растений питательными веществами в начальный период вносят припосевное удобрение.

Количество и качество урожая можно регулировать подкормками в разные периоды вегетации. Подкормки улучшают питание растений в наиболее ответственные периоды или при выявлении дефицита какого-либо элемента питания.

Потребность в питательных веществах изменяется также в течение суток. Суточная периодичность отмечена почти для всех жизненных процессов растений.

В условиях искусственного питания (на питательных средах) имеют значение состав, концентрация питательного раствора, режим его использования в течение вегетации. Например, временным дефицитом питательных веществ во внешней среде в определенные периоды вегетации можно усилить развитие корневой системы, а заменой питательного раствора на воду вызвать временное голодание, стимулировав этим клубнеобразование у картофеля, завязей плодов у томата и добиться таким приемом скороспелости.

Суточная периодичность поглощения питательных веществ проявляется при переменных и постоянных условиях среды и носит характер внутреннего эндогенного ритма. Такая регулируемая суточная периодичность процессов позволяет растениям приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды. Эндогенные суточные и околосуточные (циркадные) ритмы в постоянных искусственных условиях имеют тенденцию к затуханию, но восстанавливаются при меняющихся условиях. Способность растений менять циркадный ритм позволяет повысить их выживаемость.

Ритмы у растений бывают годовые, сезонные и суточные. Также отмечаются ритмы импульсного характера, с периодами от нескольких секунд до часов. Например, такие ритмы короткой активности отмечены в поглощающей и выделительной деятельности корней.

В условиях искусственного выращивания культур, представляет интерес метод периодического питания, так как позволяет без увеличения расходов повысить продуктивность растений.

Источник