Взаимодействие минеральных веществ с протоплазмой
17-09-2015, 17:55
Насыщение тем или иным катионом протоплазмы обусловливает физико-химические ее свойства и определяет возможность протекания в клетке тех или иных синтетических процессов. Образование устойчивых соединений или неустойчивых лабильных адсорбционных комплексов в результате взаимодействия минеральных веществ с протоплазмой является основным фактором, определяющим поступление их в клетку. В результате связывания минеральных веществ протоплазмой создается соответствующая разница концентраций внутри и вне клетки, что и обусловливает постоянный приток минеральных веществ в клетку.
Проникновение веществ из наружного раствора в клетку идет через протоплазму. Накопление минеральных веществ в клеточном соке является результатом десорбции их из протоплазмы. В клеточный сок попадают уже отработанные вещества. В молодых, растущих клетках вакуоли, являющиеся вместилищем клеточного сока, отсутствуют. Они появляются только при старении клетки. Вместе с тем наиболее энергичное поглощение питательных веществ свойственно именно молодым клеткам. Поступление минеральных веществ в растение по мере его старения сокращается. Накопленные в растении в период активного роста зольные элементы в какой-то части могут даже выделиться из растения при его старении, в результате экзосмоса.
В растворе минеральные соли диссоциированы на ионы. В начальные моменты взаимодействия корней растений с окружающим раствором все содержащиеся в нем катионы и анионы могут адсорбироваться растениями.
Неравномерность поступления отдельных ионов в растение, вызванная неодинаковой степенью их участия в синтезе органического вещества в растении и в процессах внутриклеточного обмена, обусловливает физиологическую кислотность или физиологическую щелочность минеральных солей, содержащих питательные элементы. Если представить, что в окружающем корни растений растворе будет, например, находиться NH4Cl, то условия для восприятия растениями NH3-иона и Cl-иона будут совершенно различными. В то время как NH4-ион будет расходоваться в больших количествах на синтез аминокислот и в конечном счете белков, ион Cl будет связываться в ограниченном количестве. Если в начальное время возможно эквивалентное проникание в растение ионов NH4 и Cl, то через сравнительно небольшой промежуток времени растение окажется насыщенным в отношении Cl-иона и, вследствие установившегося равновесия в системе, дальнейшее поглощение Cl-иона прекратится или будет происходить в незначительных размерах. В этих условиях NH4-ион уже не может проникать в растение одновременно с Cl-ионом. Поглощение NH4-иона в этом случае в результате обменных реакций будет сопровождаться обогащением наружного раствора эквивалентным количеством ионов водорода. Как уже говорилось, в процессе дыхания в растении образуются в результате диссоциации угольной кислоты ионы H- и НСО3-. Взаимодействие этих ионов с ионами NH4 и Cl- может быть схематически представлено в таком виде:
В результате взаимодействия находящегося в наружном растворе хлористого аммония с растением на границе двух фаз: наружный раствор — адсорбирующая поверхность корней растения происходит обменное разложение хлористого аммония и угольной кислоты с образованием соляной кислоты по одну сторону поверхности раздела (наружный раствор) и бикарбоната аммония по другую сторону поверхности раздела (растение).
В водном растворе, кроме того, имеются ионы H и ОН-, образующиеся в результате диссоциации воды. Поэтому в примере с поступлением NH4-HOHa из хлористого аммония можно представить также, что NH4-ион может поступать в растение в паре с ОН-ионом, что будет вызывать эквивалентное увеличение концентрации Н-ионов в растворе и последний будет обогащаться соляной кислотой. Это видно из следующей схемы:
Поступление NH4-ионa в растение сопровождается столь сильным подкисленном раствора, что при отсутствии п последнем веществ, могущих нейтрализовать образующуюся кислоту, растения могут погибнуть от избыточной кислотности. Если потребляемый растением в большем количестве элемент находится в анионной части соли, как например при использовании нитрата натрия, то вследствие преимущественного поглощения аниона NO3- - в обмен на продуцируемый растением ион НCO3 — наружный раствор будет обогащаться NaHCO3 и реакция раствора сместится в щелочную сторону.
Проникновение веществ из наружного раствора в клетку идет через протоплазму. Накопление минеральных веществ в клеточном соке является результатом десорбции их из протоплазмы. В клеточный сок попадают уже отработанные вещества. В молодых, растущих клетках вакуоли, являющиеся вместилищем клеточного сока, отсутствуют. Они появляются только при старении клетки. Вместе с тем наиболее энергичное поглощение питательных веществ свойственно именно молодым клеткам. Поступление минеральных веществ в растение по мере его старения сокращается. Накопленные в растении в период активного роста зольные элементы в какой-то части могут даже выделиться из растения при его старении, в результате экзосмоса.
В растворе минеральные соли диссоциированы на ионы. В начальные моменты взаимодействия корней растений с окружающим раствором все содержащиеся в нем катионы и анионы могут адсорбироваться растениями.
Неравномерность поступления отдельных ионов в растение, вызванная неодинаковой степенью их участия в синтезе органического вещества в растении и в процессах внутриклеточного обмена, обусловливает физиологическую кислотность или физиологическую щелочность минеральных солей, содержащих питательные элементы. Если представить, что в окружающем корни растений растворе будет, например, находиться NH4Cl, то условия для восприятия растениями NH3-иона и Cl-иона будут совершенно различными. В то время как NH4-ион будет расходоваться в больших количествах на синтез аминокислот и в конечном счете белков, ион Cl будет связываться в ограниченном количестве. Если в начальное время возможно эквивалентное проникание в растение ионов NH4 и Cl, то через сравнительно небольшой промежуток времени растение окажется насыщенным в отношении Cl-иона и, вследствие установившегося равновесия в системе, дальнейшее поглощение Cl-иона прекратится или будет происходить в незначительных размерах. В этих условиях NH4-ион уже не может проникать в растение одновременно с Cl-ионом. Поглощение NH4-иона в этом случае в результате обменных реакций будет сопровождаться обогащением наружного раствора эквивалентным количеством ионов водорода. Как уже говорилось, в процессе дыхания в растении образуются в результате диссоциации угольной кислоты ионы H- и НСО3-. Взаимодействие этих ионов с ионами NH4 и Cl- может быть схематически представлено в таком виде:
В результате взаимодействия находящегося в наружном растворе хлористого аммония с растением на границе двух фаз: наружный раствор — адсорбирующая поверхность корней растения происходит обменное разложение хлористого аммония и угольной кислоты с образованием соляной кислоты по одну сторону поверхности раздела (наружный раствор) и бикарбоната аммония по другую сторону поверхности раздела (растение).
В водном растворе, кроме того, имеются ионы H и ОН-, образующиеся в результате диссоциации воды. Поэтому в примере с поступлением NH4-HOHa из хлористого аммония можно представить также, что NH4-ион может поступать в растение в паре с ОН-ионом, что будет вызывать эквивалентное увеличение концентрации Н-ионов в растворе и последний будет обогащаться соляной кислотой. Это видно из следующей схемы:
Поступление NH4-ионa в растение сопровождается столь сильным подкисленном раствора, что при отсутствии п последнем веществ, могущих нейтрализовать образующуюся кислоту, растения могут погибнуть от избыточной кислотности. Если потребляемый растением в большем количестве элемент находится в анионной части соли, как например при использовании нитрата натрия, то вследствие преимущественного поглощения аниона NO3- - в обмен на продуцируемый растением ион НCO3 — наружный раствор будет обогащаться NaHCO3 и реакция раствора сместится в щелочную сторону.