30. Требовательность  растений к почвенному  питанию и потребность  в зольных элементах

     Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, или способность снабжать растение водой и питательными веществами. Почва — это сложное природное тело, которое влияет на жизнь растений различными путями. Система почва — растение — сложный взаимодействующий комплекс. Расчеты показывают, что запасы питательных веществ в пахотном горизонте достаточно велики, чтобы полностью удовлетворить потребность в них растений. Между тем известно, что во многих случаях внесение небольших доз удобрений оказывает положительное влияние на рост и продуктивность растений. Это объясняется тем, что абсолютное (валовое) содержание того или иного питательного элемента еще не говорит о его доступности для растения.

     Разные  растения обладают различной усвояющей  способностью. Это связано с их метаболической активностью и, что особенно важно, с характером корневых выделений. В некоторых случаях корневые выделения могут переводить одну форму питательных веществ (плохо усвояемую) в другую (хорошо усвояемую).

     Наиболее  доступной формой питательных веществ в почве являются вещества, находящиеся в почвенном растворе. Однако их недостаточно для поддержания нормального роста растений. При выращивании растения на воде, профильтрованной через почву, рост его будет чрезвычайно ослаблен по сравнению с тем, которое выращивалось прямо на почве.

     Для питания растений важнейшее значение имеет физико-химическая, или обменная, поглотительная способность почвы. Это свойство почвы связано с наличием в ней частиц почвенного поглощающего комплекса — это мелкодисперсная коллоидная часть почвы, смесь минеральных (алюмосиликатных) и органических (гуминовых) соединений. Большая часть коллоидов почвы заряжена отрицательно. На их поверхности в адсорбированном (поглощенном) состоянии находятся катионы. Некоторая часть коллоидов почвы в определенных условиях может быть заряжена положительно, поэтому на них в поглощенном адсорбированном состоянии будут находиться анионы. Обменные катионы и анионы — это один из важнейших источников питания для растений. Катионы и анионы, находящиеся в поглощенном состоянии на частицах почвенного поглощающего комплекса, могут обмениваться на ионы, адсорбировапные на поверхности клеток корня. Особенно успешно проходит этот процесс при тесном контакте между коллоидами почвы и клетками корня (контактный обмен). Доступность поглощенных катионов зависит от ряда условий: 1) от степени насыщенности почвы данным катионом. Чем относительно больше данного катиона (по отношению ко всем другим поглощенным катионам) находится в почве, тем с меньшей силой оп удерживается и легче поступает в клетки корня; 2) от насыщенности данным катионом поверхности клеток корпя растения. Чем больше эта насыщенность, тем меньше способность клеток корня к его поглощению. Насыщенность клеток катионом зависит от быстроты его продвижения внутрь растения, а также от скорости его использования. Чем интенсивнее процессы обмена веществ в растении, чем больше его темпы роста, тем выше его способность к поглощению катионов; 3) от содержания воды в почве. Показано, что обмен ионов между коллоидами почвы и клетками корня осуществляется легче в том случае, когда поверхность соприкосновения увлажнена.

     В некоторых случаях растения могут  использовать питательные вещества из труднорастворимых соединений. Это относится прежде всего к фосфатам.

     42. Опишите различные  виды брожения  и условия их  вызывающие

     Брожение  — это внутренний окислительно-восстановительный  процесс, при котором акцептором электронов служит органическая молекула и при котором суммарная степень окисления образующихся продуктов не отличается от степени окисления сбраживаемого вещества.

     С. П. Костычев выдвинул положение о  генетической связи процессов брожения и дыхания. При этом он опирался на следующие факты: 1. У высших растений был найден весь набор ферментов, который катализирует отдельные этапы процесса брожения. 2. При временном попадании в условия анаэробиоза высшие растения определенное время существуют за счет энергии, выделяющейся в процессе брожения. Правда, поскольку процесс брожения энергетически значительно менее эффективен, в анаэробных условиях рост растений приостанавливается. Кроме того, продукты брожения, в частности спирт, ядовиты, и их накопление приводит к гибели растения. 3. При добавлении к клеткам факультативных анаэробов (дрожжи) полусброженных сахаров интенсивность дыхания у них резко возрастает, следовательно, полусброженные продукты являются лучшим субстратом дыхания по сравнению с неизмененными сахара ми.

     В настоящее время общепризнано, что первые этапы (гликолиз) протекают одинаково при процессах как дыхания, так и брожения. Поворотным моментом является образование пировиноградной кислоты. В аэробных условиях пировиноградная кислота распадается до СО₂ и воды (дыхание), тогда как в анаэробных она преобразуется в различные органические соединения (брожение). Организм обладает способностью при изменении условий переключать процессы, прекращая брожение и усиливая дыхание и наоборот. Впервые в опытах Пастера было показано, что в присутствии кислорода процесс брожения у дрожжей тормозится и заменяется процессом дыхания. Одновременно резко сокращается распад глюкозы. Это явление оказалось характерным для всех факультативных анаэробных организмов, включая и высшие растения, и получило название эффекта Пастера. Сокращение расхода глюкозы в присутствии кислорода целесообразно, поскольку при дыхательном распаде выход энергии значительно выше, а следовательно, глюкоза используется более экономно. Однако осуществление разбираемого эффекта требует специальных механизмов.

     В зависимости от получаемого продукта различают разные типы брожения. При спиртовом брожении пировиноградная кислота, образовавшаяся в процессе гликолиза, декарбоксилируется с образованием уксусного альдегида при участии фермента карбоксилазы, а затем восстанавливается до этилового спирта ферментом алкогольде-гидрогепазой:

     Ни  та, ни другая реакция не сопровождается образованием АТФ. В связи с этим выход АТФ при спиртовом брожении такой же, как при гликолизе (первой фазы брожения и дыхания), и составляет две молекулы при распаде 1 моль глюкозы. Восстановленные никотинамидпые коферменты (НАДИг), образовавшиеся в процессе гликолиза, не поступают в дыхательную цепь (у анаэробных организмов ее и нет), а используются для восстановления уксусного альдегида до спирта. Следовательно, энергетический выход процессов брожения крайне низок. Процесс брожения служит источником энергии для облигатных (обязательных) или факультативпых анаэробных организмов.

     Разные  микроорганизмы осуществляют и разные типы брожения. Так, молочнокислые бактерии накапливают молочную кислоту. При этом пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты. Для некоторых облигатных анаэробных микроорганизмов, например азотфиксирующей бактерии Clostridium pasleurianum, характерно образование в процессе брожения масляной кислоты.

     Молочнокислое брожение — анаэробное окисление  сахара молока или других углеводов в молочную кислоту — вызывает большая группа молочнокислых бактерий, которые широко используют для изготовления простокваши (молочнокислый стрептококк — Streptococcus lactis, болгарская палочка — Lactobacterium bulgaricum и др.), кефира, кумыса, сметаны, кислосливочного масла, сыров (сырная палочка — Lactobacterium easel).

     Сахара  растительного сырья наиболее энергично  сбраживает палочковидная бактерия Lactobacterium plantarum. Она играет основную роль в квашении огурцов, капусты и силосовании кормов. Образование молочной кислоты препятствует развитию гнилостных бактерий и обеспечивает сохранность сочных продуктов. Силосование имеет большое хозяйственное значение, так как позволяет сохранить сочные корма, убирать растительную массу в любую погоду, дает меньшие потери, чем сушка, позволяет использовать на корм грубые отходы (стебли подсолнечника, кукурузы и т. д.).

     Пектиновое  брожение широко используют для выделения из стеблей прядильных растений (лен, конопля, джут и др.) растительных волокон. Во время мочки растений в течение полутора-двух недель в прудах или искусственных бассейнах при температуре 26...28 °С происходит брожение, в результате которого разрушаются пектиновые вещества. Связь между волокнами и остальными тканями ослабевает, и после высушивания волокна легко отделяются механическим путем (трепанием и чесанием).

     58. Роль бактерий  в природе и  жизни человека

     Значение  бактерий в природе и деятельности человека. Практически все природные соединения разлагаются бактериями. Они участвуют в циклах всех биологически важных элементов и обеспечивают круговорот веществ в биосфере. Их роль в процессах деструкции — определяющая.

     Сапротрофные бактерии обеспечивают минерализацию органических соединений, разлагая трупы животных и растительные остатки. Они играют роль в создании плодородия почвы, обеспечивая образование гумуса. В сельском хозяйстве большое значение имеют бактерии, обогащающие почву солями аммония, азотной и азотистых кислот, доступными для высших растений. Это аммонифицирующие, нитрифицирующие бактерии и бактерии, фиксирующие свободный азот воздуха.

     Свободный азот воздуха фиксируется анаэробным клостридиумом (Clostridiitm pasteurianum) и аэробным азотобактером (Azotobacter chroococcum), живущими в почве. Кроме них азот воздуха фиксируется клубеньковыми бактериями (Rhizobium)_y вступающими в симбиоз с бобовыми растениями. Проникая через корневой волосок в первичную кору корня, они быстро размножаются, вызывая деление паренхимных клеток и образование клубенька. Сначала бактерии живут за счет бобового растения, а затем начинают фиксировать азот. Возникает аммиак (NH₃), а из него — аминогруппы (—NH₂). Образовавшихся азотистых веществ хватает для удовлетворения потребностей и бактерий и бобового растения. Иногда даже часть азотистых веществ выделяется из корней в почву. При разрушении клубеньков почва обогащается азотистыми веществами. Оказавшиеся в почве живые клубеньковые бактерии продолжают существование, но жизненные процессы в них протекают слабо. Имеются различные расы клубеньковых бактерий, специфичных для отдельных видов бобовых растений. Продуктивность их разная (50...300 кг/ га). Деятельность клубеньковых бактерий значительно эффективнее, чем свободно-живущих азотфиксаторов. Клубеньковые бактерии могут полностью компенсировать убыль азотистых веществ, выносимых из почвы культурными растениями (50 кг с 1 га и более). Так как не все почвы содержат нужные клубеньковые бактерии, в них вносят специальные бактериальные препараты.

     Способность бактерий расщеплять органические вещества используют при очистке сточных вод.

     Без участия бактерий, вызывающих различные  типы брожения, невозможно производство многих пищевых и технических продуктов.

     Используют бактерии и в генной инженерии.

     Отрицательная роль бактерий также очень велика. В процессе гниения портятся пищевые  продукты, приобретают неприятные вкус и запах, утрачивают вкусовые качества. При гниении выделяются газы, многие из которых (сероводород, метан) обладают неприятным запахом; образуются и ядовитые вещества.

     Паразитные бактерии могут быть безразличными для организма, в котором или на котором они обитают (многие кишечные бактерии), а могут выделять ядовитые вещества и тогда становятся болезнетворными (патогенными). К ним относятся возбудители большинства заразных болезней человека и животных (дизентерии, холеры, туберкулеза, сибирской язвы, сифилиса, бруцеллеза и др.), а также сальмонеллы, вызывающие тяжелые пищевые отравления. Поражают они и растения, вызывая так называемые бактериозы (увядание, пятнистость, гниение стеблей и др.). Бактериозы часто встречаются у томатов, огурцов, капусты, картофеля, плодовых деревьев.

     71. Мохообразные особенности их строения и классификация

     Моховидные  — это наиболее обособленная группа высших растений. Наука, занимающаяся их изучением, носит название бриологии.

     Современные моховидные представлены примерно 25 000 видами. Из них около 1500 видов встречается на территории нашей страны. Древнейшие ископаемые формы мхов известны из карбона, но скорее всего они появились значительно раньше, возможно, одновременно с риниофитами и независимо от них.

     Моховидные  — единственная группа растительного  мира, чья эволюция связана с регрессивным развитием спорофита. Заселив многие влажные местообитания, они издавна прочно заняли свое особое место в природе и сохранили его, несмотря на резкие изменения климата, почв и растительного покрова. Моховидные оказывают существенное воздействие на среду обитания многих других растений и животных. В подавляющем большинстве моховидные — низкорослые многолетние растения размером от 1 мм до нескольких сантиметров, реже до 60 см и более. Тело у части моховидных представляет собой слоевище, а у других расчленено на стебель и листья. Характерный признак всех моховидных — отсутствие корней. Всасывание воды и прикрепление к субстрату у них осуществляют ризоиды, представляющие собой выросты эпидермы. Моховидные могут быть однодомными или двудомными. Внутреннее строение их относительно простое. У листостебельных форм ассимиляционная, механическая и проводящие ткани более или менее обособлены. Элементы проводящих тканей сходны с трахеидами и ситовидными трубками.