Растения, как источники элементов. Минеральное питание для растений. Роль элементов питания

Растения, как источники элементов. Минеральное питание для растений. Роль элементов питания

Минеральное питание для растений

4.1. Почва как источник питательных веществ

4.2. Содержание минеральных элементов в растениях

4.3. Физиолого-биохимическая роль основных элементов питания

• 4.3.1. Углерод
• 4.3.2. Азот
• 4.3.3. Фосфор
• 4.3.4. Сера
• 4.3.5. Калий
• 4.3.6. Кальций
• 4.3.7. Магний
• 4.3.8. Кремний
• 4.3.9. Микроэлементы

4.4. Применение удобрений

МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ

4.1. Почва как источник питательных веществ

Растения получают углерод и кислород преимущественно из воздуха, а остальные элементы из почвы. Питательные элементы — это химические элементы, которые необходимы растению и не могут быть заменены никакими другими. Питательные вещества — это соединения, в которых имеются эти элементы. Питательные элементы содержатся в почве в 4 формах:

• 1) прочно фиксированные и недоступные для растения (например, ионы калия и аммония в некоторых глинистых минералах,
• 2) труднорастворимые неорганические соли (сульфаты, фосфаты, карбонаты) и в такой форме недоступные для растения,
• 3) адсорбированные на поверхности коллоидов, доступные для растений благодаря ионному обмену на выделяемые растением ионы,
• 4) растворенные в воде и поэтому легко доступные для растений.

Ионы поступают в клетки ризодермы из почвенного раствора и благодаря контактному обмену Н⁺, НСО^—₃и анионов органических кислот на ионы минеральных веществ почвенных частиц. Контактный обмен ионов клеточной стенки ризодермы с частицами почвы осуществляется без перехода ионов в почвенный раствор. Тесный контакт обеспечивается благодаря выделению слизи корневыми волосками и отсутствию у ризодермы кутикулы и других защитных покровов. Так как адсорбированные ионы находятся в постоянном колебательном движении и занимают определенный объем — сферу колебаний, при тесном контакте поверхностей сферы колебаний двух ближайших адсорбированных ионов могут перекрываться, в результате чего осуществляется ионный обмен.

Выделяя различные вещества (углекислый газ, аминокислоты, сахара и другие), корень растения изменяет состояние питательных веществ в прикорневой зоне непосредственно, например, путем выделения СО₂(СО₂+ Н₂О Н⁺+ НСО^—₃: повышение растворимости фосфатов и карбонатов) и косвенно, создавая благоприятные условия для ризосферы, которая играет большую роль в превращении почвенных минералов.

4.2. Содержание минеральных элементов в растениях

Растения способны поглощать из окружающей среды практически все элементы. Однако для нормальной жизнедеятельности растительному организму необходимо лишь 19 питательных элементов. Среди них углерод (45 % сухой массы тканей), кислород (42%), водород (6,5%) и азот (1,5%) называют органогенами. Оставшиеся 5 % приходятся на зольные элементы, которые остаются в золе после сжигания растения. Содержание минеральных элементов обычно выражают в процентах от массы сухого вещества. Все элементы в зависимости от их количественного содержания в растении принято делить на макроэлементы (содержание более 0,01 %) — к ним относятся азот, фосфор, сера, калий, кальций, магний и микроэлементы (содержание менее 0,01 %): железо, марганец, медь, цинк, бор, молибден, кобальт, хлор. Ю. Либихом было установлено, что все перечисленные элементы равнозначны и полное исключение любого из них приводит растение к глубокому страданию и гибели, ни один из перечисленных элементов не может быть заменен другим, даже близким по химическим свойствам. Макроэлементы при концентрации 200-300 мг/л в питательном растворе еще не оказывают вредного действия на растение. Большинство микроэлементов при концентрации 0,1-0,5 мг/л угнетают рост растений.

Кремний в продуктах. Кремниевая еда

14-й элемент периодической системы Менделеева Si (кремний) в природе представлен в основном в виде различных соединений. Также в виде соединений он поступает в наш организм и полезен ему.

В природе «под человека» кремний хорошо адаптируют растения. Из земли и воздуха они (естественно, для себя!) берут и перерабатывают этот элемент, встраивая в свою структуру. А мы уже, употребляя растительную пищу, получаем его, как говорится, в удобоваримом комплекте.

К счастью, растительных продуктов с высоким содержанием кремния в мире предостаточно и большинство относятся к так называемому полезному питанию, так что их употребление целесообразно не только применительно к 14-му элементу периодической системы.

Больше всего кремния можно найти в продуктах, богатых клетчаткой.

В лидерах – необработанные крупы.

• Вне конкуренции здесь нешлифованный рис (1240 мг кремния на 100 г риса).
• На втором месте находятся зерна овса (1000 мг на 100 г овса).
• На третьем – просо (760 мг на 100 г).
• Четвертое – за ячменем (620 мг на 100 г).
• Пятое – у гречки (120 мг на 100 г).

Среди бобовых «самые кремниевые»:

• соевые бобы (170 мг на 100 г продукта);
• нут (92 мг на 100 г);
• фасоль (92 мг на 100 г);
• горох (82 мг на 100 г);
• чечевица (80 мг на 100 г).

Содержание кремния в 100 г орехов хоть и не перешагивает за 100 мг, но все же довольно весомо:

• в 100 г арахиса 80 мг кремния;
• в грецких орехах 58 мг;
• в миндале, фундуке и фисташках 50.

С любого российского огорода можно собрать много «кремниевых продуктов»!

• в 100 г капусты содержится 55 мг этого элемента;
• в огурцах – 53 мг;
• в картошке – 50 мг;
• в редьке – 40 мг;
• в редисе и тыкве – по 30 мг;
• в моркови – 25 мг;
• в помидорах – 10 мг.

Ягоды по части кремния тоже не отстают:

• в землянике целых 100 мг кремния;
• в 100 г малины – 40 мг;
• в чернике – 20 мг.

Наконец любимые, наверное, всеми сладкие и вкусные плоды тоже содержат кремний:

• в 100 г ананаса 94 мг кремния;
• в дыне 81 мг этого элемента;
• в банане – 75 мг;
• в авокадо – 65 мг;
• в инжире – 48 мг;
• в вишне – 46 мг;

Кремний также содержится в травах, которые традиционно используются для приготовления настоек, отваров, а то и в чистом виде, например в салатах. Это:

• крапива;
• мать-и-мачеха;
• полынь;
• хвощ.

Что касается животной пищи, то кремний есть и в морепродуктах, и во всех мясных продуктах, и в мясе птицы, и в яйцах, и в молоке… В этом отношении животные ничем не отличаются от человека, они так же, как и «царь природы», употребляют кремний в пищу, он им нужен для здоровой жизни, и они также в какой-то степени состоят из него.

Впечатляющий список, не так ли? Зачем же мы тогда вообще говорим о проблеме поступления кремния? Кажется, мы получаем его по умолчанию. Хоть что-нибудь кремниевое да съесть за день можно. Не полакомитесь вы сегодня бананом? Наверняка съедите картошку. Не сезон сейчас земляники? В любом супермаркете продается виноград. Нет (или не хотите) грецких орехов? Ешьте гречку.

Но если бы все было так просто!

Кремний в продуктах польза. Кремний - вездесущий микроэлемент

Учитывая обилие кремния в организме человека, представляется маловероятным, что его дефицит встречается у мужчин и женщин. В 1972 году два исследования двух различных научно - исследовательских групп показали, что кремний является существенным элементом у цыплят и мышей. Эти эксперименты показали, что дефицит в питательных веществах кремния приводит к деформации скелета, в т.ч. черепа и длинных трубчатых костей, а также поражению хрящевых зон.Таким образом, была продемонстрирована важная роль кремния в минерализации костей.

После этого, несколько исследований показали, что более высокие концентрации этого элемента в крови оказывали положительный эффект на пациентов с остеопорозом, атеросклерозом, старением кожи и ломкими волосами и ногтями, что указывало на участие кремния в различных механизмах. Тем не менее, нет никаких убедительных данных чтобы определить, действительно ли кремний является одним из важнейших питательных веществ для человека и высших животных, так как его дефицит не приводил к прерыванию клеточного цикла у млекопитающих и его функциональная роль остается нечетко доказанной.

Большая часть кремния, присутствующего в крови, выводится почками. Этот путь выведения основной, т.к. уровни кремния в крови коррелируют с его уровнями в моче. По этой причине биодоступность кремния и его производных различные исследования оценивают по его концентрации в сыворотке крови или в моче. В воде, пищевых продуктах растительного, особенно в зерновых культурах, и животного происхождения, кремний содержится в высоких концентрациях в виде оксида и силиката кремния. Основными источниками кремния в рационе жителей Западного полушария являются зерновые (30%), а затем фрукты, напитки и продукты растительного происхождения. Вместе эти продукты обеспечивают около 75% от всего кремния, потребляемого человеком. Тем не менее, имеются исследования, свидетельствующие о низкой биодоступности кремния из некоторых пищевых продуктов из - за низкой растворимости некоторых кремнийсодержащих соединений, особенно полимеризующихся.

Таким образом, несмотря на присутствие значительного количества кремния в некоторых пищевых продуктах, иногда он находится в них в нерастворимой форме и не может быть усвоен из желудочно - кишечного тракта. Присутствующий в пище кремний растворяется в кислой среде желудка, преобразуясь в ортокремниевую кислоту или Si (OH), оптимальную для последующего поглощения. В литературе описана связь процесса старения с повышением рН желудка, что приводит к снижению усвоения кремния, содержащегося в пищевых продуктах в биодоступной форме.

Ортокремниевая кислота является основной наиболее доступной формой кремния для человека, получаемой из питьевой воды и других жидкостей, в том числе пива. Он устойчив при разбавлении (-4М), но полимеризуется при рН, близком к нейтральному. Абсорбционные исследования показали, что только ортокремниевая кислота доступна, тогда как ее полимеризованные формы не впитываются.

Вопросы по биодоступности кремния из минеральной воды, приведены в литературе. В исследовании на крысах, получавших добавки с ортокремниевой кислотой в воде, не было никаких существенных различий в концентрации кремния в костях по отношению к исходному уровню. В пиве около 80% от общего кремния содержится в виде ортокремниевой кислоты. Тем не менее, существуют дискуссии о нестабильности ортокремниевой кислоты в пиве при промышленных процессах, например, при его розливе.

При высоких концентрациях во избежание чрезмерной полимеризации, уменьшающей ее биодоступность, ортокремниевая кислота должна быть стабилизирована. По этой причине предпринимаются попытки с помощью различных методов сконцентрировать и стабилизировать ортокремниевую кислоту в кремнийсодержащих добавках с целью повышения ее биодоступности.

Хвощ полевой кремний. СОСТАВ И ПОЛЕЗНЫЕ СВОЙСТВА

Самый главный компонент в хвоще полевом - кремниевая кислота, которой в нем аж 60 %.
Но из 60 % кремния в растворимой форме поступает всего лишь 1-1,5 %.
Ежедневную норму для человека учёные до сих пор так и не определили.
Но много его, как оказалось, нам не поступает.
Полезные свойства хвоща полевого обусловлены компонентами, которые входят в его состав.
Рекордсменами по содержанию кремния являются древнейшие растения: хвощи, мхи, папоротники.
В альпийском хвоще 96 % кремниевой кислоты, его крупная разновидность содержит около 40 % кремнезема, а мелкая, часто встречающаяся на картофельных полях, - лишь 16 %.
В сухом веществе хвоща полевого содержится 9 % кремнезема, особенно его много в период с середины июля до конца августа: 49 -76 %, хотя только 1-1,5 % в растворенном виде.
Зола хвоща содержит до 84% кремнезема.
Кроме того, в хвоще много марганца.
Хвощ богат солями кремниевой кислоты, каротинами, дубильными веществами, флавоноидами, горечами, солями калия.
Растение считается рекордсменом по содержанию кремния, который необходим для поддержания функций соединительной и костной ткани, слизистых, а также для улучшения состояния стенок кровеносных сосудов.
Все продукты на нашем столе, в основном рафинированные, а его много в необработанных крупах (отрубях).
Известный средневековый врач Авиценна отмечал вяжущее и кровоостанавливающее воздействие этого растения.
Сегодня хвощ используют в качестве мочегонного средства.
Регулярное применение отваров хвоща полевого является отличной профилактикой образования камней в мочевом пузыре.
Учёные доказали, что это растение помогает выведению свинца из организма, что позволяет использовать его при отравлениях этим тяжёлым металлом.
Также его применяют при желчекаменной болезни.
Растение можно использовать при аллергиях, т.к. его отвары очищают кровь, выводят токсические вещества и излишнюю воду, не нарушая её солевой состав.
Хвощ полевой эффективен при заболеваниях суставов.
Он выводит из организма избыток солей, а также нормализует обменные процессы, нарушение которых приводит к развитию подагры и других заболеваний.

Продукты лидеры магний. В каких продуктах магния больше всего?

В наше время мы испытываем большое влияние внешних раздражителей. Агрессивная внешняя среда, нагрузки, сложная психологическая обстановка – жизнь все время проходит в физическом и психологическом напряжении.

При воздействии на человека любых чрезвычайных раздражителей нарушается внутренний баланс организма. В свою очередь это приводит к расстройству функций систем, нарушению основных видов обмена и системы гомеостаза, то есть постоянства внутренней среды организма.

Один из стражей нашего здоровья – магний (Mg). Данная статья о нем, его значении и содержании в пище.

Mg регулирует различные биохимические процессы, включая синтез белка, нервно-мышечную проводимость, контроль сахара в крови, регуляцию кровяного давления, способствует усвоению кальция, поддерживает целостность костей, синтез ДНК и РНК. Основным резервуаром микроэлемента является костная ткань.

Концентрация магния в организме здорового человека составляет ~ 20 ммоль / кг ткани без жира. Другими словами, у 70 кг здорового человека, данный показатель 1000-1120 ммоль или ~ 24 г.

Магний необходим для:

• адекватного сердечного ритма;
• адекватной нервно-импульсной проводимости;
• профилактики повышения тонуса сосудов и мышц;
• профилактики сахарного диабета, ожирения;
• обеспечения внутренней регуляции биоритмов;

• для роста и развития детей;
• благодаря тому, что магний участвует в энергетическом обмене, поддержании нормальной функции мышц и уровня сахара в крови, он изучается как энергетическая помощь спортсменам;
• незаменим для беременных женщин, а именно профилактики повышенного тонуса матки, преэклампсии, эклампсии, а также гипоксии и пороков развития плода, а значит его нормального внутриутробного развития.

Научные исследования показывают, что в сутки человек должен употреблять 300 – 400 мг Mg с пищей, в организме этот минерал самостоятельно не синтезируется. Средние показатели меняются с возрастом и зависят от пола.

Например, у спортсменов потребность в магнии будет выше, чем у обычных людей, дозировку целесообразно увеличить до 500 мг, в связи с высокими физическими нагрузками, большим расходом энергии, а также потерями магния с потом.

Во время беременности также следует увеличить дозировку магния, соответственно до 450-500 мг в сутки.

Симптомы дефицита Mg:

раздражительность, вялость, сонливость

головная боль

напряженный предменструальный период, болезненные месячные

изменение структуры волос, ногтей

нарушение внимания, расстройство памяти, повышенная усталость, апатия

боли и спазмы в животе или тазовых органах

Спазмы икроножных мышц, дрожание конечностей

Магний в еде

Это наш основной ресурс поступления Mg в организм.
Баланс микроэлементов – обязательная составляющая нашего питания.

Травы богатые калием. Симптомы и причины избытка

Превышение >5.5 ммоль/л называет гиперкалиемия . Она сопровождается:

• Клеточным и внеклеточным ацидозом – избыточным накоплением кислот и дефицитом оснований. Спазм и последующее расширение периферических кровеносных сосудов, резкое падение артериального давления (требуется введение кардиотоников), олиго- и анурия (уменьшение выделяемой мочи), сопор и кома.
• Нарушение сердечного ритма. Выраженная брадикардия (угнетающее действие на миокард и проводящие пути), заместительные и вставочные экстрасистолы, подъем сегмента ST на кардиограмме. Риск асистолии – остановки сердца.
• Болевой синдром в верхней или нижней половине живота, язвы желудка и кишечника, гиперперистальтика.
• Мышечная слабость или паралич, судороги (снижен порог возбудимости), утомляемость, потливость.
• Частое мочеиспускание.

Провоцирующие факторы:

• Употребление пищи, богатой калием.
• Прием лекарственных препаратов. Калийсберегающие мочегонные средств (гидрохлортиазид), антибиотики, нестероидные противовоспалительные средства, антикоагулянты.
• Поражение почек. Пациенты с сахарным диабетом , хроническим гломерулонефритом, острым почечным повреждением (токсины, суррогаты алкоголя).
• Синдром сдавления. Собственным весом, пережатие конечностей балками или арматурой после аварий. Гибель мышц с выбросом элемента и миоглобина. Последний повреждает мочеполовую систему, нарушая экскрецию микроэлемента.
• Злокачественные новообразования, гемолитическая анемия (разрушение эритроцитов), анафилактический шок , гипофункция надпочечников.
• Недостаток инсулина. Он обеспечивает ток металла в клетку.

Причину избытка калия и лечение определяет профильный специалист.

Как проверить кремний в организме. Общая информация об исследовании

Кремний является жизненно важным микроэлементом, необходимым для твердости костей, подвижности суставов и хорошего состояния кожи и ее придатков (волос, потовых и сальных желез, ногтей). В организме человека содержится около 7 г кремния, преимущественно в виде остатков ортокремниевой кислоты в соединительной ткани. Данный микроэлемент входит в состав гликозаминогликанов и их белковых комплексов, коллагена, которые формируют и стабилизируют каркас соединительной ткани. Кремний также необходим для формирования основного вещества кости и хряща, минерализации костной ткани. Он является основным ионом остеогенных клеток, которые формируют костную ткань молодых некальцифицированных костей. С процессом «созревания» костной ткани содержание кальция и фосфора в костях увеличивается, а кремния снижается. Существует мнение, что кремний замедляет процессы реабсорбции костной ткани при остеопорозе.

Кроме костей, кремний в большом количестве содержится в зубной ткани, связках, стенках сосудов, аорте. Он защищает сосудистую стенку от повреждения и атеросклеротических процессов и предотвращает развитие болезни Альцгеймера, препятствует всасыванию алюминия из пищеварительного тракта и защищает от его токсического воздействия.

Суточная потребность организма в кремнии составляет 20-30 мг. С пищей и водой за день поступает 3,5 мг микроэлемента, с воздухом – 15 мг. Из богатой клетчаткой пищи (например, злаков, отрубей, овощей) усваивается в 2 раза больше кремния, чем из других продуктов. Микроэлемент абсорбируется из кишечника в виде ортокремниевой кислоты. С мочой в сутки выделяется около 9 мг кремния.

Патологические процессы, связанные с дефицитом кремния в организме, изучены недостаточно. Считается, что диагностическим признаком его низкой концентрации в организме является ломкость ногтей. Биологические добавки с кремнием применяются в целях укрепления костей, волос, ногтей, улучшения состояния кожи.

Производственная пыль, содержащая соединения кремния, представляет серьезную угрозу для здоровья человека. Избыточное поступление такой пыли через органы дыхания приводит к фиброзным изменениям в легких, развитию пневмокониоза. Различают несколько форм поражения легких в зависимости от химического состава и вида пыли. Так, силикозом называют пневмокониоз, обусловленный воздействием диоксида кремния, силикатозами – пневмокониоз от воздействия пыли различных силикатов; есть смешанные формы – силикоантракозы, силикосидерозы. Высокий риск поражения легких у работников литейных производств, металлообрабатывающей и керамической промышленности, шахтеров, горнорабочих. Диагностика пневмокониозов осуществляется на основании данных анамнеза и рентгенографии легких.

Концентрация кремния в крови непостоянна, она регулируется почками, поддерживающими ее на необходимом уровне, из-за чего количество кремния в моче колеблется (в среднем составляет до 9 мг в сутки), причем утром его больше, чем вечером.