Химический состав растений и качество урожая

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

Растение строит свой организм из определенных химических элементов, находящихся в окружающей среде. Оно состоит из сухого вещества и содержит значительное количество воды. В большинстве вегетативных органов сельскохозяйственных культур содержание воды составляет 70—95 %, а в семенах — от 5 до 15 %.
Обеспеченность растительных клеток водой во многом определяет скорость и направленность процессов жизнедеятельности в растительном организме. В свою очередь, условия минерального питания, а также условия водоснабжения и биологические особенности растений определяют уровень содержания в них воды.
В состав сухого вещества растений входит 90—95 % органических соединений и 5—10 % минеральных солей.
Основные органические вещества представлены в растениях белками и другими азотистыми соединениями, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектиновыми веществами.
Качество сельскохозяйственной продукции определяется содержанием в ней необходимых органических и минеральных соединений.
Различные сельскохозяйственные культуры выращиваются для получения продукции с определенным содержанием белков, сахаров, клетчатки, витаминов и других веществ. Например, большое содержание клетчатки в сене ухудшает его кормовые свойства, в то же время такие культуры, как хлопчатник, лен, конопля, выращиваются ради получения волокна, которое состоит в основном из клетчатки.
Качество сахарной свеклы оценивается по содержанию сахарозы. Бобовые культуры оцениваются по величине накопления белка.
Растения и сухая растительная масса значительно различаются по элементному составу. Основную часть массы живых растений составляет кислород.
Из углекислого газа, поглощаемого в основном листьями, и воды, поступающей через корни, в растении в процессе фотосинтеза образуются простые безазотистые органические вещества, состоящие из углерода, кислорода и водорода; в состав белков входит еще и азот. На долю углерода, кислорода, водорода и азота приходится 95 % сухой массы растений (углерод — 45 %, кислород — 42, водород — 6,5, азот — 1,5%). Эти четыре элемента названы органогенными.
При сжигании растения остаются так называемые зольные элементы, на долю которых приходится около 5 % массы сухого вещества.
Содержание азота и зольных элементов в растениях зависит от биологических особенностей и условий выращивания и неодинаково в различных органах. Например, в корнях, стеблях и листьях больше зольных элементов, чем в семенах.
Состав золы различных растений различен и отражает неодинаковую потребность культур в элементах минерального питания. Содержание фосфора и калия в золе растений принято выражать в форме соответствующих оксидов.
На долю калия в золе листьев большинства растений приходится 30—50 %, а в люцерне, клевере, вике содержание кальция значительно выше, чем калия. Содержание калия, фосфора и серы снижается в старых листьях, а кальция — повышается от 20—40 % и до 50—60 % от массы золы.
В растениях обнаружено более 70 химических элементов. Можно предположить, что более точные и совершенные методы анализа позволят в дальнейшем расширить эти данные. Элементы, необходимые растениям, относятся к различным группам периодической системы Д. И. Менделеева.

Обеспеченность растительных клеток водой во многом определяет скорость и направленность процессов жизнедеятельности в растительном организме. В свою очередь, условия минерального питания, а также условия водоснабжения и биологические особенности растений определяют уровень содержания в них воды.

В состав сухого вещества растений входит 90—95 % органических соединений и 5—10 % минеральных солей.

Основные органические вещества представлены в растениях белками и другими азотистыми соединениями, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектиновыми веществами (табл. 8—10).

8. Средний химический состав урожая сельскохозяйственных растений, %

(по Плешкову)

КультураВодаБелкиСыройпротеинЖирыКрахмал, сахара и другие углеводы, кроме клетчаткиКлетчаткаЗола Пшеница (зерно)1414152,0652,51,7 Рожь (зерно)1412132,0682,31,6 Овес (зерно)1311124,255103,5 Ячмень (зерно)139102,2655,53,0 Рис (очищенное зерно)117,08,00,8780,60,5 Кукуруза (зерно)159104,7662,01,5 Гречиха (зерно)139112,8628,82,0 Горох (семена)1320231,5535,42,5 Фасоль (семена)1318201,2584,03,0 Соя (семена)11293416277,03,5 Подсолнечник (ядра)82225507,05,03,5 Лен (семена)8232635168,04,0 Картофель (клубни)781,32,00,1170,81,0 Сахарная свекла (корнеплоды)751,01,60,2191,40,8 Кормовая свекла (корнеплоды)870,81,50,19,00,90,9 Морковь (корнеплоды)860,71,30,29,01,10,9 Лук репчатый852,53,00,18,00,80,7 Клевер (зеленая масса)753,03,60,8106,03,0 Ежа сборная (зеленая масса)702,13,01,21010,52,9 9. Средний химический состав семян масличных культур, % сухой массы КультураЖирыБелкиКлетчаткаДругиеуглеводыЗола Подсолнечник: целые семена341625203,8 ядра5626663,8 Лен37268224,0 Конопля342219204,0

10. Среднее содержание основных веществ в овощных, плодовых и ягодных культурах,

% сырой массы

КультураСахараОрганическиекислотыАзотистыевеществаКлетчаткаЗолаАскорбиновая кислота, мг/100 г Капуста белокочанная4,0о,з1,30,80,730 Капуста цветная3,00,12,51,20,8100 Томат3,00,50,60,20,530 Перец сладкий4,00,21,51,00,7200 Баклажан3,00,20,91,00,55 Огурец1,50,0050,80,50,45 Лук10,00,21,60,60,57 Чеснок0,50,27,01,01,015 Продолжение КультураСахараОрганическиекислотыАзотистыевеществаКлетчаткаЗолаАскорбиновая кислота, мг/100 г Яблоня9,00,70,41,00,425 Груша10,00,20,40,80,415 Виноград18,00,70,70,20,66 Земляника18,01.41,41,20,550 Крыжовник7,02,00,82,30,535 Смородина8,02,51,42,00,5200 Вишня9,01,80,90,20,517 Апельсин7,01,40,92,50,765 Лимон2,55,80,92,50,655

Качество сельскохозяйственной продукции определяется содержанием в ней необходимых органических и минеральных соединений.

Различные сельскохозяйственные культуры выращивают для получения продукции с определенным содержанием белков, сахаров, клетчатки, витаминов и других веществ. Например, высокое содержание клетчатки в сене ухудшает его кормовые свойства, в то же время такие культуры, как хлопчатник, лен, коноплю, выращивают ради получения волокна, которое состоит в основном из клетчатки.

Качество сахарной свеклы оценивают по содержанию сахарозы. Бобовые культуры оценивают по величине накопления белка.

Растения и сухая растительная масса значительно различаются по элементному составу. Рассмотрим среднее содержание химических элементов в растениях (по Виноградову). Основную часть массы живых растений составляет кислород.

ХимическийСодержаниеХимическийСодержание элементв растениях, %элементв растениях, % Кислород70Кобальт2- 10- 5 Углерод18Алюминий0,02 Водород10Натрий0,02 Кальций0,3Железо0,02 Калийо,зХлор0,01 Азот0,3Марганец1 • ю- 3 Кремний0,15Хром5 • 10- 4 Магний0,07Рубидий5 • 10- 4 Фосфор0,07Цинкз • ю- 4 Сера0,05Молибденз • ю- 4 Медь2 • 10- 4 Фтор1 • ю- 5 Титан1 • ю- 4 Литий1 • ю- 5 Ванадий1 • ю- 4 Йод1 • ю- 5 Бор1 • ю- 4 Свинецл- 10- 5 Барийл • 10 -4 Кадмийю- 6 Стронцийп • 10 -4 Цезийл - 10- 6 Цирконийл • 10 -4 Селеню- 6 Никель5 • 10- 5 Ртутьл - 10- 7 Мышьякз- ю- 5 Радийл • 10- 14

Из диоксида углерода, поглощаемого в основном листьями, и воды, поступающей через корни, в растении в процессе фотосинтеза образуются простые безазотистые органические вещества, состоящие из углерода, кислорода и водорода; в состав белков входит еще азот. На долю углерода, кислорода, водорода и азота приходится 95 % сухой массы растений (углерод 45 %, кислород 42, водород 6,5, азот 1,5 %). Эти четыре элемента названы органогенными.

При сжигании растения остаются зольные элементы, на долю которых приходится около 5 % массы сухого вещества.

Содержание азота и зольных элементов в растениях зависит от биологических особенностей и условий выращивания и неодинаково в различных органах. Например, в корнях, стеблях и листьях больше зольных элементов, чем в семенах (табл. 11).

11. Содержание основных элементов питания в различных сельскохозяйственных растениях, % на воздушно-сухое вещество (по Петухову и др.)

КультураNЗольные элементыВсего Р₂0,К,0MgOСаОзолы Пшеница: зерно2,500,850,500,150,071,7 солома0,500,200,900,100,284,8 Рожь озимая: зерно2,000,850,600,120,101,8 солома0,450,261,000,090,293,9 Кукуруза (зерно)1,800,570,370,200,031,50 Ячмень яровой: зерно2,100,850,550,160,103,00 солома0,500,201,000,090,334,50 Овес: зерно2,100,850,500,170,162,90 солома0,650,351,600,120,386,40 Рис (зерно)1,200,810,310,180,075,20 Горох: семена4,501,001,250,130,092,60 зеленая масса0,651,15—0,140,351,40 Фасоль (семена)3,681,381,720,290,243,90 Люпин: семена4,801,421,140,450,283,70 зеленая масса0,550,110,300,060,160,90 Соя (семена)5,801,041,260,250,172,80 Лен: семена4,001,351,000,470,273,30 солома0,620,420,970,200,693,00 Подсолнечник: семена2,611,390,960,510,203,30 целое растение1,560,765,250,681,5310,0 Свекла сахарная (корнеплоды)0,240,080,250,050,060,60 КультураNЗольные элементыВсегозолы РАК₂0MgOСаО Свекла кормовая (корнеплоды)0,190,070,420,040,040,80 Картофель (клубни)0,320,140,600,060,031,00 Брюква (корнеплоды)0,210,110,350,030,040,70 Морковь кормовая (корнеплоды)0,180,110,400,050,070,09 Капуста (кочаны)0,330,100,350,030,070,70 Томат (плоды)0,260,070,320,060,040,70 Травы (сено луговое)0,700,701,800,410,957,48 Люцерна в начале цветения2,600,651,500,312,526,29 Клевер луговой в период цветения1,970,561,500,762,355,38 Вика в период цветения2,270,621,000,461,634,54 Тимофеевка1,550,702,040,200,495,91

Примечание. Для корнеплодов, овощных культур и зеленой массы содержание основных элементов питания дано на сырое вещество.

Состав золы различных растений различен и отражает неодинаковую потребность культур в элементах минерального питания (табл. 12). Содержание фосфора и калия в золе растений принято выражать в форме соответствующих оксидов.

12. Примерное содержание отдельных элементов в золе растений, % ее массы (Смирнов, Муравин)

КультураРАкрСаОMgOSO,Na₂0Si0₂ Пшеница: зерно4830312522 солома10302063320 Горох. зерно3040561011 солома8253586210 Картофель клубни166035622 ботва8303012832 Сахарная свекла корни154010106102 ботва83015125252 Подсолнечник семена4025712333 стебли350157326

На долю калия в золе листьев большинства растений приходится 30—50 %, а в люцерне, клевере, вике содержание кальция значительно выше, чем калия. Содержание калия, фосфора и серы снижается в старых листьях, а кальция повышается от 20—40 до 50—60 % от массы золы.

В растениях обнаружено более 70 химических элементов. Можно предположить, что современные методы анализа позволят в дальнейшем расширить эти данные. Элементы, необходимые растениям, относятся к различным группам Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Химический состав растений. Минеральное питание"

Все живые организмы имеют сходный химический состав. Они состоят из неорганических и органических веществ. Неорганические вещества — это вода, минеральные соли. Органические вещества — это белки, жиры и углеводы. К органическим веществам, которые называют углеводами, относят крахмал, глюкозу и ряд других.

Сейчас рассмотрим ряд опытов, которые доказывают наличие различных веществ в растении.

Для того, чтобы доказать, что растения содержат белки, можно провести простой опыт. Возьмём комочек теста (оно приготовлено из муки семян растений, следовательно, имеет такой же химический состав), положим его в мешочек из марли. Хорошо промоем тесто в воде, налитой в стакан.

В марле осталась тягучая клейкая масса — клейковина. Клейковина сходна по составу с белком куриного яйца и называется растительным белком. Добавим в стакан с мутной водой, в которой промывали тесто, 2—3 капли йода. Увидим, что раствор становится сине – фиолетового цвета. Далее возьмём клубень картофеля, разрежем его и капнем несколько капель раствора йода. И мы так же увидим, что раствор йода становится сине – фиолетового цвета. Известно, что от йода крахмал синеет. Значит, можно сделать вывод, что растения содержат крахмал.

Далее положим на бумагу семена подсолнечника и раздавим их. На бумаге появляется жирное пятно. Значит, в состав растений входят также жиры.

Возьмём пробирку с семенами, кусочками стебля и листьев и нагреем на слабом огне. Мы увидим, что на стенке пробирки образовались капельки воды. Значит, растения содержат воду. Продолжим нагревать пробирку. Семена, кусочки стеблей и листьев начинают обугливаться, появляется дым. Это сгорают органические вещества. В пробирке останется зола, состоящая из несгорающих минеральных веществ.

Таким образом, с помощью проделанных опытов мы доказали, что в состав растений входят органические вещества (белки, жиры, углеводы), минеральные вещества и вода.

В органах различных растений содержится неодинаковое количество воды, органических и минеральных веществ. Содержание воды в различных органах растений колеблется в довольно широких пределах. Оно изменяется в зависимости от условий внешней среды, возраста и вида растений. Так, содержание воды в листьях капусты составляет 90%, в плодах огурцов её еще больше — 96%. Содержание воды, равное 5-11%, характерно главным образом для семян.

В листьях подсолнечника воды содержится 80-83%, в стеблях —

87-89%, в корнях — 73-75%. Молодые растущие органы содержат до 90—95% воды, а одревесневшие всего около 50%. Это связано с тем, что вода необходима для всех жизненно важных процессов, происходящих в организме растений. Поэтому клетки, в которых активно протекают процессы жизнедеятельности, всегда содержат много воды. В семенах всех растений органических веществ значительно больше, чем воды и минеральных веществ.

Сравним содержание различных веществ в семенах пшеницы и подсолнечника.

Зерновки пшеницы содержат воды в два раза больше, чем семянки подсолнечника, а органических веществ больше в семенах подсолнечника.

Соотношение веществ в органах растений тоже может быть различно. Так, в зерновках пшеницы белков 13%, углеводов 69%, жиров 2%, а в семенах подсолнечника белков 26%, углеводов 16%, жиров 44%. В состав растений в очень малых количествах входят и другие органические вещества, например витамины. Растения содержат практически все природные элементы. Например:

— слоевища ламинарии (бурые водоросли накапливают йод) используют при лечении больных с заболеваниями щитовидной железы;

— сфагнум (он концентрирует Аg) применяют для лечения ран;

В семенах бобовых растений (горохе, сое, фасоли) белка в несколько раз больше, чем в семенах других растений.

Семена подсолнечника, льна, арахиса содержат большое количество жира.

Злаковые растения (пшеница, рожь), а также картофель накапливают много крахмала.

Минеральные и органические вещества используются для построения тела растений, а также принимают участие в различных процессах жизнедеятельности, протекающих в растениях. Недостаток или отсутствие какого-либо вещества нарушает нормальное развитие растения и может привести его к гибели.

Из почвы через корни в растения поступают вода и растворённые в ней минеральные вещества, т. е. происходит минеральное питание.

Источником минерального питания растений служит почва. Почва — это верхний слой земли, обладающий особым свойством — плодородием. Между растением и почвой постоянно идет обмен различными веществами. Некоторые элементы питания нужны растению в значительном количестве. К таким элементам относятся азот, фосфор, калий. Другие элементы (бор, марганец, медь, цинк и др.) требуются растению в тысячных или стотысячных долях процента. Все они идут на построение тела растения и обеспечение процессов его жизнедеятельности. Если растение не получает хотя бы одно из нужных веществ, то его процессы жизнедеятельности резко нарушаются. Для того чтобы в почве не иссякал запас питательных веществ, ее нужно постоянно удобрять. Необходимые растениям химические элементы вносят в почву в виде удобрений (органических и минеральных).

Органические удобрения представляют собой отходы жизнедеятельности животных (навоз, птичий помет) или перепревшие части растений или животных (торф, перегной).

Минеральные удобрения человек получает искусственно. Основным источником для их производства служат полезные ископаемые. В зависимости от содержания питательных веществ минеральные удобрения бывают азотными, фосфорными и калийными. Азот способствует развитию вегетативных органов растения — стеблей и листьев. Калий усиливает рост корней, луковиц, клубней. Фосфор ускоряет созревание плодов. Фосфор и калий также повышают устойчивость растений к низким температурам.

Удобрения вносят перед посадкой, а также в виде подкормок в период роста и развития растений. Органические, фосфорные и калийные удобрения вносят в почву осенью. Азотные удобрения обладают высокой растворимостью и легко вымываются из почвы. Поэтому их вносят весной перед посадкой растений или в виде подкормок в период их активного роста. Удобрения лучше всего вносить до дождя или полива растений, так как минеральные вещества всасываются корнями только в растворенном виде.

Водоросли обитают в воде и никогда не испытывают проблем с обеспечением водой. Они усваивают питательные вещества всей поверхностью тела. Высшие растения поглощают воду и минеральные вещества из почвы через корни. Вода и минеральные соли поступают в растение через корневые волоски. Корневые волоски покрыты слизью и тесно соприкасаются с частицами почвы, благодаря этому облегчается всасывание воды с растворенными минеральными веществами.

Из корневого волоска вода поступает в соседние клетки, а затем в сосуды корня и по ним под давлением поднимается в другие органы растения. Этот процесс обеспечивается корневым давлением.

Корневое давление можно наблюдать на опыте. У комнатного растения срезают стебель на высоте 10 см и на пенек надевают короткую резиновую трубку, которая соединяет его со стеклянной трубкой. Если почву в горшке полить теплой водой, то вода начинает подниматься по трубке и вытекать из нее. После полива почвы очень холодной водой вода из трубки не вытекает. Таким образом, поглощение воды корнем зависит от температуры. Холодная вода плохо поглощается корнями.