Биологическая роль фосфора в жизни растений

Фосфор – одна из обязательных составных частей живой клетки растений. Этот элемент входит в состав нуклеиновых кислот, участвующих в синтезе белка и передаче наследственных свойств. Образующиеся в результате комплексов нуклеиновых кислот с белками, нуклеопротеиды, участвуют в построении клеточных ядер. Также фосфор присутствует в веществах, которые определяют скорость и направление биохимических процессов в растениях, - в ферментах, витаминах, гормонах.

Фосфор встречается и в составе других органических соединений, играющих важную роль в жизни растений: фитина, фосфатидов, сахарофосфатов, минеральных фосфатов и др.

Фитин представляет собой кальциево-магниевую соль инозитфосфорной кислоты. Это запасное вещество в семенах растений. Его содержание довольно значительно, например, в семенах подсолнечника 2,1%, в семенах льна 1,5%. Фитин разлагается при прорастании семян, при этом образуются более простые соединения фосфорной кислоты, которые используются для питания проростками и молодыми растениями.

Фосфатиды, представляющие собой вещества, сходные с жирами, являются частью протоплазмы. От жиров они отличаются наличием фосфора и азота. Фосфатиды имеют большое значение в процессах проникновения и обмена веществ в растительных клетках. Большое их содержание выделяют в зародышах семян растений, например, в семенах пшеницы 0,7%, в семенах люпина синего 2%, в семенах гороха 1,2%.

Большое значение фосфора заключается в накоплении энергии, благодаря которой осуществляются важнейшие процессы в растительном организме. Полагают, что, необходимая для синтеза органического вещества в растениях, энергия, прежде накапливается в аденозинтрифосфорной кислоте – сложном органическом соединении. В её составе присутствуют три остатка молекул фосфорной кислоты, последовательно соединённых связями, несущими немалый запас энергии.

Остатки фосфорной кислоты в процессах биохимического обмена могут отщепляться от аденозинтрифосфорной кислоты и переходить на другие соединения вместе с энергией, которую они несут.

Во всех частях растений – листьях, стеблях, корнях, цветках, семенах, имеются неорганические соединения фосфора. Количество неорганических фосфатов может значительно измениться в зависимости от фазы развития растений или от степени обеспеченности растений фосфором. Одним из признаков достаточной обеспеченности растений фосфорной пищей служит накопление неорганического фосфора в стеблях растений. Неорганические соединения фосфора могут накапливаться в растениях в виде солей кальция, калия и магния. Это запасные фосфоросодержащие вещества, использующиеся по мере надобности для построения органических соединений, в виде которых зачастую и находится большая часть фосфора в растениях.

Если регулировать уровень фосфатного питания растений, то появляется возможность в определенной мере управлять темпами их роста, развития, изменять качество урожая. Так как фосфор участвует в углеводном обмене растений, то с помощью фосфорных удобрений можно повлиять на увеличение содержания крахмала в клубнях картофеля, сахара в корнях сахарной свёклы и т.п.

В первый период жизни, большая часть растений имеет слабую способность усваивать труднорастворимые фосфаты. Если с момента прорастания семян обеспечить поступление фосфора в достаточном количестве, рост корневой системы усилится, вследствие чего повышается способность растений обеспечивать себя влагой и питательными веществами из почвы. Растения начинают быстрее развиваться, а усвоенная ими фосфорная кислота расходуется более продуктивно, т.к. большая часть ее при этом идёт на образование репродуктивных органов. Образование зерна значительно ускоряется за счет обильного питания растений фосфором. Это существенно изменяет соотношение между зерном и соломой у злаков, в пользу первого.

От веса сухих растений на долю фосфора приходятся обычно десятые доли процента. В стеблях и листьях фосфора не так уж и много, наиболее богаты им семена растений. Если в репродуктивных органах количество фосфора довольно постоянно, то в листьях и стеблях оно изменяется в зависимости от условий питания растений.

Фосфор усваивается растениями в течение всего вегетационного периода и в максимальных количествах накапливается в период репродукции. Если посмотреть на данные американских авторов, то можно увидеть, что в период полной спелости кукурузы фосфора (в процентах от общего количества растения в урожае) в различных органах растения было: в корнях 4,1; обертках початков 4,4; стеблях 10,4; листьях 28,8; и зерне 52,3. Нехватка фосфора в питании растений очень резко сказывается на их росте и развитии.

На данный момент широко распространены химические методы диагностики питания растений. Чтобы установить потребность растений в определенных элементах питания, можно использовать метод анализа растений на их свежих срезах. При этом способе анализа растения можно судить о содержании минеральных форм питательных веществ. Это дает ответ на вопрос о ходе усвоения из почвы и удобрений определенных элементов пищи, что позволяет вмешаться в процесс питания растительных организмов, при недостатке какого-либо элемента.

Для определения содержания фосфора, получают отпечаток среза растения на фильтровальной бумаге диаметром  2 см, перед этим пропитав ее раствором молибдата аммония (в 100 мл воды растворить 5 г молибденовокислого аммония, добавить 35 мл азотной кислоты с удельным весом 1,2) и высушенной. Если растение не сочное, как соломина злаков, можно нанести на срезанный конец каплю раствора молибдата аммония. После чего к центру кружка фильтровальной бумаги прижимают срез растения и после высыхания отпечатка на бумагу наносят каплю раствора бензидина (смешать 10мл конц. уксусной кислоты и 0,5 г бензидина,  добавить насыщенный водный раствор уксуснокислого натрия и разбавить водой до 100 мл). После повторного просыхания добавить каплю насыщенного раствора уксуснокислого натрия.

По завершении этого опыта, на участках бумаги, где из растения была выделена фосфорная кислота, появляется синее окрашивание. Интенсивность полученной окраски сравнивают со шкалой образцовых растворов, приготавливаемой на месте (в качестве источника фосфора используют КН₂РО₄) или со специально отпечатанной шкалой (оценка в баллах).

Прибор, позволяющий упрощенно устанавливать  содержание минеральных форм основных элементов питания в соке растений, предложил К.П. Магницкий. Определение основано на способности, содержащихся в соке растений, минеральных веществ образовывать с некоторыми реактивами осадки или цветные растворы, интенсивность окраски которых соотносят со шкалой цветных пятен (баллы), прилагаемой к прибору, или со шкалой образцовых растворов (содержание элемента в мг на 1 кг сока).

Из корней или черенка стебля ручным прессом отжимают сок. При анализе на фосфор каплю сока разбавляют тремя каплями воды, затем с помощью пипетки переносят в углубление фарфоровой пластинки, и действуют на неё реактивом. После взаимодействия сока растения с реактивом, его окраску сравнивают со шкалой стандартных растворов или с бумажной шкалой цветных пятнен.

Таблица

Расчет результатов анализа на содержание фосфора при сравнении со шкалой стандартных растворов или с бумажной шкалой цветных пятен

После этого к соку растений добавляют 2 капли раствора молибденовокислого аммония, помешивая смесь оловянной палочкой (она так же является реактивом, так как при взаимодействии фосфора с раствором молибденовокислого аммония, только в присутствии олова может появиться голубая окраска) несколько секунд до установления устойчивой окраски. Сравнивают полученную окраску с окраской цветной бумажной шкалы (табл.) или с окраской образцовых растворов, и определяют по ней, хватает ли, растению фосфора.