Биология. В 3-х томах. Т. 1

Элементы, без которых невозможны рост и развитие того или иного организма, называют основными элементами. Главные из них — углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор, калий, натрий, магний, кальций и хлор. Кроме того, некоторые элементы (микроэлементы) требуются только в очень малом количестве (порядка нескольких частей на миллион). Всем организмам нужны марганец, железо, кобальт, медь и цинк, а некоторым еще и молибден, ванадий, хром и другие тяжелые металлы, а также бор, кремний, фтор и йод в определенных сочетаниях (см. табл. 5.1). Зеленые растения получают из почвы все нужные им элементы, кроме углерода, водорода и кислорода. Механизм поглощения минеральных солей мы рассмотрим в гл. 14.

Неорганические микроэлементы, необходимые гетеротрофным организмам (животным и грибам), иногда объединяют вместе с витаминами. Это связано с тем, что и витамины, и микроэлементы нужны лишь в очень малых количествах и играют сходную роль в метаболических процессах, часто выступая в качестве коферментов. С витаминами мы познакомимся в следующей главе. Автотрофные организмы сами синтезируют нужные им витамины. Элементы, необходимые в не столь малых количествах, называют макроэлементами. Недостаток любого из элементов питания вызывает определенное заболевание.

В табл. 9.10 приведены в качестве примеров некоторые функции важнейших элементов. Как видно из таблицы, минеральные элементы поглощаются растениями в виде ионов — либо анионов (отрицательно заряженных ионов), либо катионов (положительно заряженных ионов). Это относится и к микроэлементам, хотя их ионы в таблице не указаны.

Таблица 9.10. Некоторые основные элементы питания и их использование у живых организмов

Таблица 9.10. Продолжение

Таблица 9.10. Продолжение

Таблица 9.10. Продолжение

Все катионы можно разбить на две большие группы, а именно на ионы легких металлов, роль которых в клеточном метаболизме связана с их большой подвижностью, и ионы тяжелых металлов, например железа и меди, которые обычно фиксированы в мембранах митохондрий и хлоропластов. Животные получают не все нужные им элементы в виде неорганических солей. Например, основную часть азота они получают, поедая белковую пищу.

Географическое распределение отдельных элементов, особенно микроэлементов, очень неравномерно. Это один из факторов, от которых зависит распространение различных растений, а потому и животных. Чтобы почва была плодородной, в ней должны быть все необходимые микроэлементы, и притом в определенном соотношении. Правда, известны и исключения, когда растения буйно растут даже в зонах, сильно загрязненных тяжелыми металлами, например на терриконах или на тех местах, где находятся залежи природных минералов. Такие растения могут быть ядовитыми для травоядных животных; и наоборот, они могут оказаться очень полезными для человека, так как помогут прикрыть и украсить ранее неприглядные участки.

9.12.1. Недостаточность минеральных элементов

Оценить влияние отдельных элементов не всегда легко, а иногда даже невозможно. Например, хлороз (т. е. недостаток хлорофилла) у растений может быть вызван нехваткой магния или железа, хотя эти два элемента играют разную роль в синтезе хлорофилла (см. табл. 9.10). У овец и крупного рогатого скота довольно часто наблюдается понос, связанный с недостатком меди в организме, что в свою очередь связано с высоким содержанием молибдена на пастбище. Дефицит одного и того же элемента может проявляться у разных организмов по-разному. Например, при недостатке марганца у овса появляются серые крапинки и неприятный запах, а у бобов — пятнистость.

Тесная взаимосвязь и неоднозначность наблюдаемых эффектов обусловлены тем, что минеральные элементы оказывают глубокое влияние на клеточный метаболизм. Тем не менее путем различных экспериментов (например, изменяя потребление минеральных веществ) можно убедиться в том, что недостаток некоторых элементов ведет к развитию специфических симптомокомплексов.

Такие знания важны и для медицины, и для сельского хозяйства, так как болезням, вызываемым нехваткой определенных веществ, подвержены во всем мире и культурные растения, и домашние животные, и люди.

В конце XIX в. и начале XX в. ставились первые опыты с водными и песчаными культурами растений. Эти эксперименты, проведенные в основном немецкими ботаниками, ныне стали классическими. В таких опытах растения выращивают в заранее приготовленных культуральных растворах, состав которых точно известен. Сейчас многие экономически важные болезни растений, вызываемые недостатком минеральных веществ, хорошо изучены, и их можно быстро диагностировать по симптомам, запечатленным на цветных фотографиях. Хотя мы уже многое знаем о физиологической роли элементов минерального питания, нужны дальнейшие исследования физиологов и биохимиков.

9.12.2. Особые способы получения необходимых питательных веществ

Насекомоядные растения