Вход
Фосфор играет чрезвычайно важную роль в жизни всех живых организмов благодаря своему участию в многочисленных биохимических процессах. Наряду с важнейшими элементами для растений — углеродом, азотом и калием — фосфор является одним из элементов, к которому растения испытывают особенно высокую потребность в питательных веществах. Фосфор выполняет важные и незаменимые функции в таких процессах жизнедеятельности растений, как дыхание, фотосинтез, метаболизм жиров, метаболизм азота и многие другие. Однако с биохимической точки зрения наиболее важная роль фосфора заключается в его способности образовывать богатые энергией связи, в результате чего образуются соединения, служащие «запасами энергии».
Круговорот фосфора в природе.
Постоянный обмен минералами или элементами между организмами и окружающей средой называется биогеохимическим циклом. Одним из наиболее важных является круговорот элементарного фосфора. Круговорот фосфора охватывает движение этого элемента через живые и неживые части биосферы. Многие химические элементы, встречающиеся на Земле, необходимы для процессов и живых организмов. В отличие от кислорода и углерода, фосфор перемещается по сложным путям. Он циркулирует в почве, горных породах, воде и атмосфере Земли, а также в организмах, населяющих все эти экосистемы.
Фосфор и растения.
Соединения фосфора встречаются преимущественно в горных породах. Фосфор не проникает в атмосферу, но содержащие фосфор горные породы выделяют фосфаты (PO₄³⁻ ) в экосистему в результате выветривания и эрозии. Для растений фосфор является незаменимым питательным веществом (уступая по важности только азоту). Растения поглощают фосфаты (H₂PO₄⁻ , HPO₄²⁻ ) через корневые волоски — крошечные выступы на эпидермисе корня, так называемую ризодерму. Растения также могут поглощать фосфор через листья, при этом молодые ткани и листья поглощают его наиболее эффективно. Попав внутрь растения, он преобразуется в органические формы. Фосфор входит в состав сахарных фосфатов, нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфолипидов и коферментов. Растения используют различные стратегии для увеличения доступности и поглощения неорганических ортофосфатов из субстрата. Доступность фосфора может быть увеличена за счет секреции органических кислот, в частности лимонной и муравьиной, из корней в субстрат и превращения фосфатов железа, алюминия и кальция в цитраты, которые поглощаются растениями. Снижение доступности фосфора также приводит к повышению активности и секреции внеклеточных фосфатаз в корнях, которые гидролизуют органические соединения фосфора. Снижение содержания фосфора в тканях увеличивает поглощение фосфат-ионов после переноса растений на полноценную питательную среду. Увеличение способности к поглощению PO₄³⁻ объясняется увеличением числа транспортеров фосфора в клеточных мембранах и их сродством к фосфат-ионам. Известно, что транспортеры фосфата существуют в мембранах хлоропластов и митохондрий .
Дефицит фосфора и рост растений
Рост растений, испытывающих дефицит этого элемента, нарушается. В отличие от растений, растущих при дефиците азота, эти растения имеют темно-зеленый цвет. Дефицит фосфора часто приводит к чрезмерному накоплению антоциановых пигментов в тканях растений, что является первым симптомом дефицита фосфора. В случаях сильного фосфорного голодания молодые листья «вытягивают» ионы фосфата из более старых листьев, вызывая их отмирание. Снижение содержания фосфора или его отсутствие в окружающей среде определяет морфологию корней: масса и длина корней увеличиваются, а диаметр уменьшается, развивается больше боковых корней, и они удлиняются. Эти изменения увеличивают площадь поверхности для поглощения ионов. Ультраструктурные исследования клеток в зоне роста корня также выявили увеличение числа вакуолей и наличие вторичных вакуолей в коре. Уровень фосфора в тканях существенно влияет на ход и интенсивность фотосинтеза, изменяя содержание хлорофилла и структуру хлоропластов, а также влияя на реакции световой и темновой фаз фотосинтеза, разделение и метаболизм продуктов фотосинтеза. Незначительный дефицит фосфора в тканях растений приводит к увеличению содержания хлорофилла в листьях.
Роль фосфора в хранении и передаче энергии в растительных тканях.
Одно из свойств фосфора — его способность образовывать богатые энергией связи, благодаря чему энергия, выделяемая в ходе различных процессов, может временно накапливаться и впоследствии использоваться в процессах, требующих затрат энергии. Биологические реакции можно разделить на экзотермические и эндотермические. В первом типе реакций выделяется определенное количество энергии, тогда как во втором типе реакций энергия поглощается из окружающей среды; другими словами, эти реакции должны получать энергию. Все основные синтетические процессы в клетке являются эндотермическими. Синтетические реакции в биологических системах обычно являются эндотермическими, поэтому для их протекания они должны быть связаны с другой реакцией, а именно с той, которая может обеспечить эту энергию. Фосфатные связи, обеспечивающие значительное количество энергии, называются высокоэнергетическими.
Автор: Марцин Колодзейчик
-Ивона Церешко «Рост и метаболизм растений в условиях дефицита фосфора». Космос, том 49, номера 1-2, 2000.
-Герхард Рихтер «Метаболические процессы в растениях», PWN, 1975. Франк Б. Салибери, Клеон Росс «Физиология растений», PWRiL, 1975.
-Зуржицкий Дж. Михневич М. «Физиология растений», PWRiL, 1979.
-Отис Ф. Дэниел Г. Кертис Кларк «Введение в физиологию растений», PWRiL, 1958.
-Анна Новотна-Мечинска «Физиология минерального питания растений», PWRiL, 1965.