Растениям для жизни надо 16 главных веществ, которые делятся на микро и макроэлементы.
Макроэлементы:
- углерод,
- водород,
- кислород,
- азот,
- фосфор,
- калий,
- кальций,
- магний,
- сера.
Микроэлементы:
- бор,
- хлор,
- медь,
- железо,
- марганец,
- цинк,
- молибден.
Микроэлементы и макроэлементы
Культура состоит из водорода, углерода и кислорода. Углерод поступает из оксида углерода, который есть в воздухе. Кислород и водород из воды. Остальные микроэлементы, такие как: азот, фосфор, кальций, магний должны поступать из самого удобрения, с которыми контактируют корни. То же самое распространяется на микроэлементы. Эти элементы используются культурами в основном виде ионов.
Раствор в зоне корней
В независимости от того растут ли растения в земле, минеральной вате или воде, раствор удобрений должен постоянно находится в контакте с корнями. Раствор питательных веществ должен быть нужной температуры, концентрации, кисой и химической структуры чтобы иметь положительный, здоровый эффект на рост и самочувствие культуры. Для любого конопляного растения температура должна быть около 16-26 градусов. Низкая температура замедляет метаболизм растения и его рост.
С другой стороны, при большой температуре в растворе будет меньше растворенного кислорода, это и дает корням быть уязвимыми к болезням. Кислотность в зоне корней отвечает за высасывание ионов веществ. При применении гидропоники, советуют такие значения рН от 5,2 до 6,0. Если питательный раствор будет больше кислым или щелочным, тогда доступность питательных элементов будет низкой, делая их менее доступными или вообще недоступными культуре.
Кроме того, начнутся иные проблемы, к примеру, выпадение питательных элементов в осадок. Концентрация питательного раствора не должна быть высокой, не больше 1300-1500 промилле, но сильно низкой не должна быть. Концентрированный раствор может вызвать негативное осмотическое давление на растение. Из – за высокой солености, вода начинает уходить из культуры, из – за чего она будет терять свою упругость. Сильно слабенький раствор не будет иметь достаточное число элементов, что может дать осмотический отток, а из – за этого ионы веществ уйдут из клеток, оставляя растение еще больше голодным. Химический раствор питательного раствора сильно важен. Без определенных веществ, растение не может жить, или не может завершить жизненный цикл. Токсические вещества могут привести к смерти культуры. Растение должно потреблять достаточное количество кислорода, который играет большую роль в дыхании.
Что происходит, когда встречаются корешок и капелька
Корень культур, состоит из поверхностных клеток, которые всасывают воду и элементы. Клетки поверхности корней, могут плохо поглощать питательный раствор, или просто расходовать энергию и активно транспортировать воду и ионы удобрений через клеточные мембраны.
Клетка
Любой организм на планете, в соответствии с наукой, состоит из 1 и больше клеток. Тело человека может содержать миллион клеток. Растения – это многоклеточные организмы. У их клетки постоянно есть клеточные стенки, поверхностные мембраны, и иные органы.
Клеточные стенки
Клеточные стенки служат для защиты клеток от окружающих сред и для поддержки клеток. Клеточная стенка растения состоит из мелких волокон целлюлозы, которые переплетаются на поверхности клеток. Сразу за стенками есть клеточная плазменная мембрана.
Плазменная мембрана
Поверхностная мембрана тоже имеет название плазменная. Она внутри внешней клеточной стенки. Между клетками есть мелкие каналы, именно они проводят транспортирование воды и ионов.
Основные функции мембран
Плазменная мембрана имеет много функций, она выполняется отдельными крошечными организмами, которые состоят из протеина:
- поддерживает баланс раствора и снаружи клеток,
- на мембране есть протеины, которые могут перекачивать воду с ионами внутрь или наружу, через стены клеток. Это еще называют применение ионного гомеостазиса,
- взаимодействует и ощущает окружающую среду, к примеру, получение гормональных сообщений,
- строит стены клеток, микроорганизмы движутся по мембране, выбрасывая длинные волоски целлюлозы, которые формируют матрицу внешних стенок,
- регулирует насыщенность, управляет осмотическим давлением,
- устанавливает связь с смежной клеткой, через плазмодезматы.
Когда клетка – волосок корня хочет пить и получает сигнал от своей соседки на высасывание больше элементов, она может использовать пару путей транспортирования, которые нужны для питательных молекул. Если трата энергии не нужна, то это пассивная транспортировка, если надо, то активная.
Пассивное транспортирование
Распределение питательных веществ происходит в самом питательном растворе. Все элементы и даже жидкость подвергаются осмосу, диффузии через плазменную мембрану. Это происходит потому, что каждая молекула имеет свой, определенный электрический заряд, и разные концентрации создают электрические потенциалы между областями разного рода концентрации, это называется градиентом.
Что значит диффузия?
Когда происходит диффузия, частицы молекул пытаются уйти из зоны концентрированного раствора в зону меньшей концентрации, уравнивая разные различия в концентрации раствора. Предположим, что 2 жидкости смешали в одной посудине, вода и реактив понижения рН. Сразу после того как смешали, концентрация рН корректора в воде будет не равномерной. На протяжении некоторого времени, после диффузии, рН будет распределен по всему объему воды. Диффузия происходит в растворах, которые содержат частицы. Энергия для диффузии идет от случайных термических движений молекул.
Диффузия сквозь стенки клеток
Все вещества проходят слои стенок клеток. Но есть большая разница в скорости всасывания.
Распределение элементов по проницаемости:
- Большая проницаемость;
- Вода;
- Мочевина;
- Глицерин;
- Триптофан;
- Глюкоза;
- Cl+ (Ион Хлора);
- K- (Анион Калия);
- NA+ (Ион Азота);
- Малая проницаемость.
Значение осмоса
Осмос – это диффузия воды, происходящая сквозь стенки клеток. Когда происходит осмотическая диффузия через клетку, то этот способ будет пассивным.
Активная транспортировка
Клетки волосков корня могут применять транспортные протеины и ионные насосы, которые есть в плазменной мембране, для помещения раствора через мембрану. Растения вполне могут вести контроль всасывания воды и удобрений, которые есть в контакте с корневыми волосками.
Структура строения корней
Корни несут ответственность за извлечение среды выращивания и питательных элементов. Конец корня растет в землю, он в ней проталкивается своим защитным колпачком. На поверхностном слое корня, эпидермис, корневые волоски развиваются на верхушке защитного колпачка, который сформирован вокруг внутреннего слоя эпидермиса. Корневые волоски занимают много территории на поверхности.
Корневые волоски
Корневые волоски полностью покрывают поверхность взрослого корня. Они имеют маленькую волосистую структуру и растут прямо в землю, увеличивая площадь поверхности корня. На территории размеры которой, как ноготь есть 20000 корневых волосков. Благодаря огромной площади поверхности, корни могут поставлять воду и питательные элементы большим культурам. Волоски можно увидеть невооруженным глазом. Они короткие, на взрослых корнях плохо видны.
Активные движения веществ через мембрану
Все питательные элементы растворенные в водном растворе транспортируются в виде ионов. Ионы растворимые в воде, но не могут проникать через мембрану без помощи транспортных протеинов. Заряженные негативно ионы нуждаются в транспортировке положительно заряженных частиц. Эти частицы – протоны Н+ водород без электрона. Электрический и химический потенциалы находятся в равновесии с одинаковыми потенциалами на обеих сторонах мембраны.
Эти протоны хорошо притягиваются через мембрану, применяя АТФ как источник энергии. Есть 3 основных механизма транспорта ионов веществ: первичный, вторичный, ионные каналы. Это протеины в плазменной мембране, каждый из которых отвечает за определенный тип вещества. Некоторые из ионных насосов выталкивают протоны Н+ из клеток, а некоторые всасывают в клетку. Это первичные насосы. Движение протонов Н+ изменяет градиенты потенциала и влияет на движение иных ионов. Вторичные ионные насосы работают с остальными ионами. И третьи каналы – это маленькие ионные каналы, которые имеют открывающиеся и закрывающиеся ворота, они дают возможность веществам двигаться под действием градиента и градиента потенциала.
Движение питательного раствора в конопляных культурах
Когда вода и ионы абсорбированы клетками волосков корня, они транспортируются через плазменные мембраны или просто между клетками. После перехода раствора через корни волосков и кору, во внутренние части корня, он может по сосудам попасть только в клетки через мембраны. Сосудистая система имеет 2 вида жилок – ксилема и флоэма. Это вертикально расположенные жилы, которые идут от корней к верхушке. Основная часть потока идет тягой испарения, которая тянет раствор вверх к листьям. Диффузия и активный транспорт тоже помогают движению раствора. Физиологическое свойство воды – это притягивание молекул друг к другу, это проявляется в действии капилляров, что также дает хороший и сильный поток воды вверх. Это сильно эффективная система – растения могут перемещать огромные объемы питательного раствора от корней до листья, которое находится намного выше уровня корней.
Питательный раствор и работа с землей
Теперь, когда у человека есть понятие, обо всех принципах и механизмах, можно применить его на практике. Ясно, что большие изменения количества растворенных частиц в зоне корня повлечет за собой стресс для корней, так как произойдет изменение в направлении осмотическом давлении. Растение получит стресс, и есть вероятность повреждения корней. Для каждой культуры есть свои требования к внешнему условию. Имея степень рН или ЕС можно понять условия в корневой зоне, и действовать определенно.
