Микроэлемент Железо. Функции. Признаки дефицита и избытка
Железо (химический символ Fe) является одним из шести микронутриентов или микроэлементов, необходимых для роста и размножения растений. Из многих особых свойств железа его способность легко подвергаться изменениям валентности, или легко окисляться, является сущностью его биологической важности. В большинстве научных публикаций и исследований обсуждается железо в почве, где оно присутствует в виде минералов (например, гематит), неорганических осадков (например, оксидов железа), органических комплексов (например, гуматы) и ионов в почвенном растворе. Химически это происходит в двух формах или степенях окисления: Fe 3+ и Fe 2+ . Двухвалентное железо легко окисляется до трехвалентного, которое практически нерастворимо в воде. В нормальных, хорошо аэрированных сельскохозяйственных почвах активно происходят процессы окисления и, следовательно, преобладает трехвалентное железо. Эти явления являются главной причиной проблемы дефицита железа в сельскохозяйственных культурах.
Как и все питательные вещества для растений, железо должно находиться в водном растворе, для того, чтобы корни смогли его поглотить. Любой фактор, который уменьшает активность или концентрацию растворенного железа (ионов Fe), будет отрицательно влиять на поглощение. Эта реакция сильно зависит от уровня рН — активность растворимого железа уменьшается в 1000 раз при каждом повышении рН на единицу.
Естественно, на реакцию также влияют окислительно-восстановительные условия в почве. По этим причинам хорошо аэрированный кислотный грунт будет иметь более высокое содержание растворимых трехвалентных железа, чем щелочная почва. В восстановительных условиях предпочтение отдается железу Fe 2+ . Это важный источник растворимого железа в анаэробных условиях, таких как затопленные рисовые поля. Однако гораздо большая растворимость двухвалентного железа может вызвать проблемы токсичности железа в некоторых ситуациях. Например, «бронзирование» в рисе (рис.).
Функции железа
Железо требуется растениям для производства хлорофилла и активирования нескольких ферментов, особенно тех, которые участвуют в фотосинтезе и дыхании. Он также участвует в синтезе белка и формовании цвета фруктов. Хотя точная роль производства хлорофилла до сих пор не ясна, была продемонстрирована определенная зависимость между содержанием железа и хлорофилла в листьях растений. Прерывание производства хлорофилла в дефицитных железом растениях, конечно же, является причиной универсального зрительного симптома — хлороза.
Железо в основном поглощается растениями в почве в виде железа (Fe 2+ ). Однако, поскольку большинство сельскохозяйственных почв содержат железо в форме железа (Fe 3+ ), растения должны каким-то образом сначала растворить Fe 3+ , а затем уменьшить его до Fe2 + так, чтобы он мог проходить через плазматическую мембрану корня волос (плазмалемму). Точный механизм, описывающий данный процесс, еще плохо изучен. По-видимому, он варьирует между видами растений.
У большинства культур поглощение железа является активным процессом, требующим энергии. Корневые волоски растения выделяют протоны (ионы H + ) и экссудаты в окружающую почву. Протоны помогают растворить Fe 3+ , снижая pH, и способствуют хелированию ионов Fe 3+ фенольными экссудатами. На поверхности корня хелат железа Fe 3+ восстанавливается до хелата железа Fe 2+ , который легко высвобождает Fe 2+ для поглощения корневыми волосками. Как только он перешел в корень, Fe 2+ окисляется до Fe 3+ и затем хелатируется ионами цитрата. Железо-цитратный хелат затем транспортируют в активно растущие области растения. После транслокации железо имеет тенденцию фиксироваться и не может быть повторно переведено из органа в орган. По этой причине симптомы дефицита железа имеют тенденцию влиять только на новый рост.
Дефицит железа
Почти без исключения дефицит железа приводит к хлорозу молодых, быстро растущих листьев, а более старые листья остаются темно-зелеными. Жилки остаются резко зелеными в отличие от желтых межжилковых областей. В растениях с параллельными жильными листьями (например злаки) наблюдается эффект трамплина. На широколиственных растениях видна тонкая сетчатая структура (см. рис). Вначале вены остаются зелеными, что дает сетчатый рисунок. На поздних стадиях жилки также становятся хлоротичными и могут разрушаться, и весь лист кажется отбеленным. Некроз обычно не возникает до заключительных этапов развития симптомов.
Диагностика и устранение дефицита железа
Визуальные симптомы достаточно характерны для точной диагностики дефицита железа. Если есть сомнения, можно провести опрыскивание соединениями железа — реакция обычно очень быстрая. Общее действие хлороза с дефицитом железа является снижением фотосинтетической активности, необходимой для роста и развития. Это, в свою очередь, снижает урожайность сельскохозяйственных культур и их экономическое использование человеком. Дефицит магния также показывает хлороз в межжилковых областях, но эти симптомы начинаются на более старых листьях, а хлороз имеет более желто-оранжевый цвет. Дефицит марганца также показывает хлороз на более молодых листьях, но вены остаются зелеными даже при серьезном дефиците.
Высокий уровень доступного молибдена может уменьшить поглощение Fe, вызывая осаждение молибдата железа на поверхности корней. Наиболее распространенной причиной дефицита железа в растениях является высокий уровень pH — доступность железа уменьшается, когда рН выше 7. Недостаток железа может быть вызван слабым дренированием субстрата. Недостаток железа также может быть вызван слишком большим содержанием марганца.
Оптимальные концентрации железа для различных растений разнятся. К примеру, для большинства выращиваемых виноградных культур питательный раствор должен содержать 2-3 ppm Fe (2-3 мг/л).
Избыток железа
Накопление железа в клетках может быть и токсичным. Оно может действовать каталитически для генерирования гидроксильных радикалов, которые могут повреждать липиды, белки и ДНК. Из-за потенциальной токсичности, связанной с высоким уровнем железа, клетки хранят железо с внутриклеточным белком ферритином, который выделяет железо контролируемым образом. Этот белок производится почти всеми живыми организмами, включая водоросли, бактерии, высшие растения и животные.
Диагностика и устранение избытка железа
Токсичность железа, главным образом, возникает там, где уровень pH падает достаточно, чтобы создать избыток доступного железа. Как и с некоторыми другими питательными веществами, видимые признаки токсичности железа, вероятно, будут проявляться признаком дефицита другого питательного вещества. Накопление железа, также может возникать при недостатке цинка. Избыток железа может приводить изменению цвета листвы к более темно-зеленому.
Железо в питательных растворах
Для гидропоники в составе питательных веществ используются сульфат железа (железный купорос) или хелатные соединения железа. Хелаты железа, как правило, менее склонны к осаждению в щелочных условиях и обычно являются предпочтительными для применения. Подробнее читайте в статье «Хелаты металлов».
Источник
Недостаток железа
У растений, развивающихся в обычных грунтах, иногда развивается хлороз. Он проявляется в пожелтении верхних листьев, которые позднее совсем белеют из-за нехватки железа, доступного для растений. Часто железо становится недоступным на сильнокислых почвах, когда снижена растворимость его солей. Кроме того, на доступность железа влияет внесение больших доз кальция или фосфорных удобрений, поскольку железо образует с ними труднорастворимые соли.
Существует еще одна причина этой проблемы: при частой обработке растений от грибковых болезней медными препаратами (медный купорос, бордосская смесь) в почве иногда формируется повышенная концентрация меди. Тогда излишек меди угнетает рост корней, вызывает появление хлороза.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
Читайте также
Как определить, что растение испытывает недостаток азота?
Как определить, что растение испытывает недостаток азота? Если листья матовые с сероватым оттенком или слишком светлые и мелкие – это говорит о недостатке азота, подкормите растение настоем сорняков, мочевиной или любой селитрой (1 столовая ложка на ведро, по 0,5 л под
Дефицит железа
Дефицит железа Дефицит железа выражается в пожелтении листьев и концов побегов, что очень напоминает хлороз. Это довольно распространенное явление при дефиците соединений железа в почве. В отдельных случаях болезнь может проявляться в виде обесцвечивания листьев. Если
Дефицит железа
Дефицит железа Дефицит железа выражается в пожелтении листьев и окончаний побегов, что очень похоже на проявление хлороза. Это довольно распространенное явление при дефиците соединений железа в почве, в отдельных случаях болезнь может проявляться в виде обесцвечивания
Недостаток питательных элементов
Недостаток питательных элементов На тех приусадебных участках, в почву которых давно не вносили органику, а из минеральных удобрений использовали только азотные, фосфорные и калийные, растения часто ощущают признаки микроэлементного голодания. Недостаток питательных
Недостаток кальция
Недостаток кальция Существенный недостаток кальция может наблюдаться на сильнокислых почвах. Он ведет к гибели корней, поскольку в таких условиях не могут развиваться корневые волоски. Явным признаком кальциевой недостаточности служит сильное осветление молодых
Недостаток магния
Недостаток магния Недостаток магния у растений чаще всего случается на кислых почвах. Он проявляется в постепенном пожелтении или осветлении нижних листьев, но жилки остаются ярко-зелеными. Они сосуществуют на растении одновременно с зелеными молодыми листьями.Способы
Недостаток меди
Недостаток меди Увядание растений даже при достаточном увлажнении почвы говорит о нехватке меди. Усыхание молодых побегов, увядание верхушки и побледнение листьев происходят в начале лета. От недостатка меди страдают многие садовые культуры, особенно те, что растут на
Недостаток питательных элементов
Недостаток питательных элементов На тех приусадебных участках, в почву которых давно не вносили органику, а из минеральных удобрений использовали только азотные, фосфорные и калийные, растения часто ощущают признаки микроэлементного голодания. Недостаток питательных
Недостаток кальция
Недостаток кальция Существенный недостаток кальция может наблюдаться на сильнокислых почвах. Он ведет к гибели корней, поскольку в таких условиях не могут развиваться корневые волоски. Явным признаком кальциевой недостаточности служит сильное осветление молодых
Недостаток железа
Недостаток железа У растений, развивающихся в обычных грунтах, иногда развивается хлороз. Он проявляется в пожелтении верхних листьев, которые позднее совсем белеют из-за нехватки железа, доступного для растений. Часто железо становится недоступным на сильнокислых
Недостаток магния
Недостаток магния Недостаток магния у растений чаще всего случается на кислых почвах. Он проявляется в постепенном пожелтении или осветлении нижних листьев, но жилки остаются ярко-зелеными. Они сосуществуют на растении одновременно с зелеными молодыми листьями.Способы
Недостаток меди
Недостаток меди Увядание растений даже при достаточном увлажнении почвы говорит о нехватке меди. Усыхание молодых побегов, увядание верхушки и побледнение листьев происходят в начале лета. От недостатка меди страдают многие садовые культуры, особенно те, что растут на
Рыхлитель из мягкого железа (Л. Кукушкин)
Рыхлитель из мягкого железа (Л. Кукушкин) Наиболее известная продукция, изготовляемая из мягкого железа, – обручи на бочки. Рационализатор зубилом вырубил из такого железа полосу шириной 35 и длиной 200 мм. На одном ее конце он выточил 3 зуба (высотой 40 мм). На другом конце
Источник
Роль железа в жизни растений
Роль железа в жизни растений
Какая роль в жизни растений отведена железу. Каким образом железо попадает внутрь растения. Основные удобрения, содержащие железо.
Зачем растениям нужно железо?
Железо очень важно для растения и является основным металлом внутри растения. Некоторые ученые даже относят железо к макроэлементам. Фотосинтез и дыхание будут являться основными процессами, в которых участвует железо внутри растения. Так как железу отведена главная роль в синтезе хлорофилла, его недостаток будет сказываться в первую очередь на молодых листьях в виде проявления межжилкового хлороза. Так же железо активно участвует в преобразовании нитратного азота до аммонийного в нутрии растения, то есть при нехватке железа часть нитратной формы будет накапливаться внутри растения и не переходить в белок, что в конечном итоге скажется на будущем урожае.
К культурам любящим железо можно отнести: плодовые культуры, сорго, овес, бобовые культуры, рис, кукуруза. У бобовых культур железо совместно с молибденом будет участвовать в азотфиксации клубеньковым аппаратом.
Каким образом растение потребляет железо из почвы корневой системой?
В почве большое количество железа, находящегося в недоступной форме в составе различных минералов. В почве в ионной форме находится трехвалентное и двухвалентное железо, но для растения доступно только двухвалентное, соответственно растение питается только двухвалентным железом. В почве двухвалентное железо способно окисляться до трехвалентного, поэтому окисление железа является основной причиной того, что в грунте железа чаще всего не хватает.
Степень доступности железа зависит от водородный показателей почвы. Оптимальным диапазоном, при котором максимально усваивается железо от четырех до шести с половиной. Кислотность почвы влияет на растворимость трехвалентного железа, то есть чем ниже кислотность, тем лучше растворимо трехвалентное железо. В очень кислых почвах, при водородном показателе от четырех до пяти с половиной и при очень мокрой почве, может наблюдаться даже избыточное потребление железа. Избыток железа в растении, так же как и его недостаток, будут пагубно влиять на развитие растения. При водородном показателе почвы, превышающем отметку шесть с половиной, растворимость железа очень сильно падает, что приводит к хлорозу у молодых листьев и недостатку железа в растении.
Большое количество фосфора и недостаток калия так же могут ухудшать потребление железа корневой системой. Использование быстро разлагающихся удобрений, а так же удобрений, которые подкисляют почву, будут уменьшать, а известкование наоборот увеличивать железное голодание у растений. Как говорилось ранее, растение корневой системой потребляет двухвалентное железо, но так как в почве преобладает трехвалентное железо, то растение каким-то образом сначала растворяет трехвалентное железо, а потом уже преобразовывает до двухвалентного железа.
При малом количестве двухвалентного железа корневая система растений выделяет в почву ионы водорода, либо же органические кислоты, тем самым улучшая растворимость трехвалентного железа. После этого в грунте происходит процесс хелатирования, в результате которого трехвалентное железо в виде хелата поступает на поверхность корневой системы. На поверхности корневой системы хелат трехвалентного железа преобразуется до хелата двухвалентного железа, после чего двухвалентное железо отделяется от хелатирующего вещества и попадает внутрь корневой системы. Дальше же происходит процесс окисления в результате которого этот двухвалентный ион железа становится трехвалентным, тот в свою очередь хелатируется и уже в виде хелата поступает по растению используя сосудистую систему, закрепляясь в большей степени в листьях.
Основные удобрения, содержащие железо.
Чаще всего используют удобрение с большим содержанием железа под названием сульфат железа (другое название – железный купорос). В железном купоросе содержится двухвалентное железо, то есть доступное для растения. При покупке обязательно нужно смотреть, чтобы железный купорос был марки А, в этой марке в составе очень мало остатков серной кислоты. Если же купить марку В, можно просто сжечь растение.
Лучшим способом внесения сульфата железа, будет применение по листу, потому что если вносить в грунт, то двухвалентное железо с быстрой скоростью окисляется до трехвалентного и становится недоступным для растения.
Концентрация железа в рабочем растворе при работе по вегетации должна быть от 0,5 до 1%, то есть на каждые сто литров рабочего раствора идет от пятисот грамм до килограмма сульфата железа. При работе с сульфатом железа желательно, или даже обязательно применять прилипатели, так как железо длительное время усваивается через листовой аппарат. Так же хелаты железа часто используют чтобы напитать растение этим элементом.
Если у вас недостаток железа, то, скорее всего у вас водородный показатель почвы превышает отметку семь, то есть в щелочных почвах применяется самый дорогой из видов хелата железа, поэтому, скорее всего в девяноста девяти и девяти процентов случаев вы применять хелат при посеве не будете. В таких почвах проще на старте дать какие-то кислые удобрения, например азотные, которые содержат аммонийный азот, тем самым вы улучшите растворимость железа в почве, соответственно на старте будет больше поступать железа через корневую систему. После этого вы уже сможете по листу накормить растение железом, либо с помощью сульфата железа с прилипателем, либо самым дешевым хелатом ЕДТА (можно приготовить его самостоятельно с помощью лимонной кислоты или аскорбиновой кислоты и сульфата железа).
Источник