ӨСІМДІКТІҢ ХИМИЯЛЫҚ ҚҰРАМЫ

Қандай организм болса да оның ұлпасының (ткань) құрамы су мен құрғақ заттан тұрады.

Құрғақ зат органикалық және минералдық қосындылардан құралады. Өсімдік органдары мен ұлпасының құрамындағы су мөлшері көп. Оның мөлшері азайып кетсе зат алмасу процесі нашарлап бастайды, одан да төмендесе өсімдік өмірі тоқтайды.

Өсімдік құрамындағы су мен кұрғақ заттардың ара қатынасы жасына, орган мен ұлпаның физиологиялық жағдайына, өсу ортаса, тіпті сөтке мерзімдеріне де байланысты үлкен өзгерістерге ұшырап тұрады. Кейбір өсімдіктердің құрамындағы су мен құрғақ зат мөлшері (% есебімен):

	су	құрғақ зат
Помидор, бәдірен жемісі	94-96	4-6
Капуста, редис, турнепс	90-93	7-10
Сәбіз, ас қызылшасы, пияз	86-91	9-14
(тамыржемістілер)
Мәдени өсімдіктердің
көк жапырақтары	80-85	15-20
Картофель, қант қызылшасы	75-80	20-25
Астық тұқымдастар дәні	12-15	85-88
Күнбағыс дәні	7-10	90-93

Орта есеппен ауылшаруашылығы өсімдіктерінің өсу органдарындағы су 85-95%, құрғақ зат небәрі 5-20%. Өсімдіктер пісіп жетілгенде су азаяды, құрғақ зат мөлшері көбейіп 80-95% дейін көтеріледі.

Өсімдіктер өнімділігін арттырғанда жер ауданы бірлігінен мол құрғақ зат алынуы қажет. Құрамындағы су мөлшерін ескере отырып, өнімділігі төмендегіше болғанда одан түсетін құрғақ зат мөлшерін есептеу қиын емес:

 

	Өнімділігі	Құрғақ зат
	(га/ц)	мөлшері (ц/га)
Бидай (дәні)	30	25
Жүгері (дәні)	60	50
Картофель (клубни)	250	50
Қант қызылшасы (тамыры)	300	60
Капуста (кочан)	500	40
Сәбіз (тамыржемісі)	400	40

Өсімдіктер өз бойындағы құрғақ заттарды ауадағы көмірқышқыл газы мен суды сіңіру жолымен, топырақтан минералдық тұздар алумен жинақтайды. Көптеген ауылшаруашылық өсімдіктерінің құрғақ заттарын зерттегенде олардың кұрамындағы, көміртек (углерод) орта есеппен 45%, оттек - 42 және сутек - 7%, немесе ауа мен судан алынатын осы элементтердің үлес салмағы 94% болып, басқа элементтер үлесіне небәрі 6% қалады екен. Былайша қарағанда өсімдік өнімділігі осыларға ғана байланысты сияқты болуы мүмкін.

Өткен ғасырдың екінші жартысында өсімдіктердің қалыпты өсуі үшін көміртек, оттек және сутектен басқа 7 түрлі элемент: азот, фосфор, калий, кальций, магний, күкірт және темір қажет екені анықталды. Бұл элементтер (темірден басқалары) өсімдік құрамында едәуір мөлшерде болады. Сондықтан оларды макроминералдық элементтер деп атайды.

Одан кейіндеу осы келтірілген негізгі 7 элементтерден басқа өсімдіктерге өте аз мөлшерде марганец, молибден, мыс, мырыш (цинк), кобальт, йод, фтор қажет екені көрсетілді. Бұл элементтердің көбісінің өсімдіктегі мөлшері пайыздың мыңнан, жүзмыңнан бөлігін ғана құрайды. Сондықтан оларды микроэлементтер деп атайды. Бұлардан басқа бірнеше ультрамикроэлементтер қажет. Өсімдіктерді жаққанда Nа, Мg, Р, S, К, Са, Fе, Мn (т.б. элементтер) күлдің құрамында қалады. Сондықтан бұларда күлді (зольные) элементтер деп атайды.

Өсімдіктер мен оның органдары

	Азот	Күл
	(құрғақ массасына %)
Бидай дәні	2-3	2-4
Бидай сабаны	0,5	3-5
Бидай жас жапырақтары	4-6	8-12
Бұршақ дәні	4-5	3-5
Бұршақ сабаны	1-1,5	4-5
Картофель жемісі	1-2	3-5
Картофель жапырағы	4-6	8-14
Қант қызылшасы жемісі	1,0	2-3
Қант қызылшасы ботва	2-3	6-12

Бұл цифрлар өсімдік жапырағында азот, әсіресе күл элементтері олардың дәні, сабаны, тамыры немесе жемісіне қарағанда әлдеқайда мол болатынын көрсетеді. Күл әсіресе кейбір овощ жапырақтарында өте мол болады, мысалы, салат пен шпинаттың жапырағындағы күл оның кұрғақ массасының 14-18%, кейбір асхана қызылшасының түрлері 29%-ға дейін күл болады.

Өсімдік құрамындағы жалпы күл элементтері ғана емес, олардың химиялық құрамын білудің зор маңызы бар. Түрлі өсімдіктердің күл құрамы оның денесіне қажетті элементтерді көрсетеді. А.Н.Прянишниковтың айтуына қарағанда өсімдік топырак кұрамындағы элементтердің өзіне қажеттісін ғана қабылдайды, дегенмен топырак кұрамындағы әсіресе тамыр айналасындағы тұз құрамы оларға тиісті дәрежеде әсер етеді деген.

Ауыл шаруашылығы өсімдіктерінің күл құрамын анықтау кейбір заңдылықтарды белгілеуге мүмкіндік берді.

Астықтұқымдас және астықбұршақтұқымдас өсімдіктер дәнінің күлінде фосфор (Р₂О₅) оның салмағының 40-50%, калий (К2О) - 30-40, магний (Мg) - 8-2% құрайды. Бәрін қосқанда осы өсімдіктер дәнінің күл құрамының 90% дейін көрсетілген үш элементтер тотығынан тұратынын көруге болады.

 

Кесте. Өсімдіктер күлі құрамындағы жекелеген элементтер құрамы (құрғақ салмағының % есебінде)

 

Өсімдік және оның бөлімі	Р2О	К2О	СаО	MgO	SO3	Na2O	SiO2
Бидай: дәні	48	30	3	12	1	2	2
сабаны	10	30	20	6	2	3	20
Бұршақ (горох): дәні	40	40	5	8	3	1	1
сабаны	8	25	35	8	6	2	10
Картофель: Жемісі	16	60	3	5	7	2	2
ботва (жапырағы)	8	30	30	12	8	3	2
Қант қызыл шасы: жемісі (тамыры)	15	40	10	10	6	10	2
ботва (жапырағы)	8	30	15	12	5	25	2

 

Өсімдік құрамындағы қоректік элементтер барлық уақытта тұрақты емес, өсімдік сортына, топырақ-ауа райы жағдайларына, ендірілген тыңайтқыш түрі мен мөлшеріне және т.с.с. факторларға өзгерістерге ұшырап тұрғанмен, кейбір тұрақты заңдылықтары сақталады. Мысалы, дән күлінде әрқашанда фосфор басым, ал сабан күлінде - калий мен кальций мол. Азот әркашанда дәнде мол да, сабанда аз. Картофель, қызылша және басқа тамыржемістілерде калий өте мол, калий олардың ботвасында (жапырағында) да жетерлік.

Көптеген агрохимиялық зерттеулер өсімдіктерді далада, (поле) өсіргенде көбіне-көп азот, фосфор жене калий жетіспейтінін көрсетеді. Кальций, магний және күкірт жетіспеушілігі кейбір өсімдік түрлерін өсіргенде топырақ түрінде ғана кездеседі.

Ауыл шаруашылығы өсімдіктерінен мол өнім жинау үшін қажетті қоректік заттардың мөлшерін білу оларды топырақтан сіңіру мөлшерін анықтау жолымен жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Заттарды пайдалануды анықтау үшін өсімдіктің барлық өнімін (дән, сабан, тамыр) зерттейді және олардың құрамындағы қоректік элементтер мөлшерін анықтайды. Әдетте зат пайдалану мөлшерін гектарынан алынатын килограмм түрінде белгілейді. Өсімдік құрамындағы органикалық қосындылар (белоктар, көмірсулар, майлар) түзілу мөлшері оларға қажет қоректік элементтермен қамтамасыз етілу дәрежесіне тығыз байланысты.

 

Кесте. Ауылшаруашылық дақылдар құрамындағы органикалық заттар (табиғи ылғалдылыққа % есебінде)

Дақылдармен оның өнімінің бөлігі	Қанттар	Крахмал	Клетчатка	Майлар	Белоктар	Басқа азотты заттар
Бидай (дәні)	3,0	58	2,5	1,8	15	1
Қарабидай (дәні)	5,0	60	2,0	1,6	12	1
Сұлы (дәні)	2,0	45	13,0	5,0	11	1
Жүгері (дәні)	2,5	65	1,8	4	9	1
Бұршақ (дәні)	6,0	40	5,0	1	25	2
Фасоль (дәні)	4,0	45	3,5	1,5	22	2
Соя (дәні)	8,0	3	4,5	20	35	3
Пісте (дәні)	5,0	2	5,0	50	25	2
Картоп (жемісі)	1,0	16	1,0	0,1	1,2	1
Қант қызылшасы (тамыржемісі)	18,0	0	1,2	0,1	0,6	0,5
Сәбіз (тамыржемісі)	7,0	0,5	1,6	0,2	0,7	0,6
Алма (жемісі)	12,0	0	0,7	0,1	0,3	0,2

Бұл мәліметтерден дәнді дақылдар дәнінің негізгі заттары белоктар мен крахмал: белоктар 9-15%, крахмалдар - 45-65% екенін байқауға болады. Дәнбұршақты дақылдарда белоктар көп те, крахмал төмендеу болады, майлы дақылдарда май көп. Өсімдіктер дәнінде, тамыры мен түбінде жинақталған қант, крахмал, май мен белоктар өсімдіктердің қосалқы заттары болып табылады.

 

Өсімдіктердің қоректенуі

 

Барлық жоғарғы, оның ішінде ауылшаруашылық өсімдіктері бір мезгілде екі ортада: топырақта және атмосфераның төменгі қабатында өмір сүреді. Олар жапырақтары арқылы ауадан көмірқышқыл газын сіңіріп, тамырларымен топырақтан су, минералдық иондар мен кейбір органикалық заттарды алады.

Өсімдіктердің құрғақ затында 45% көміртек пен 42% оттек болады. Органикалық зат түзуге қажет көміртек пен оттегін өсімдіктер ауадан алады. Өсімдік жапырақтарына көмірқышқыл газы мен ауа олардың бетін қаптап жатқан «устьице» арқылы енеді. Сонымен қатар осы «қуыстан» өсімдік тіршілігінен пайда болған ылғал парға айналып, сыртқа шығарылады.

Өсімдік жапырақтарының жалпы суммарлық ауданы, олардың топырақ бетіндегі орнынан орта есеппен 20-дан 70 есеге дейін көп. Бұл жағдай өсімдіктерге көмірқышқыл газы мен күн сәулесінің энергиясын (қуатын) бойына сіңіруге жақсы жағдай жасайды. Жапырақтың жасыл түсі оның құрамындағы хлорофилге байланысты. Оларсыз күн сәулесінің энергиясын өз денесінің құрамына айналдыру мүмкін болмас еді. Ауа құрамындағы көмірқышқыл газды хлорофилл дәндері арқылы өз бойына сіңіруі - жалпы өсімдік біткеннің тамаша қасиеті. Бұл біздің планетамызға күн сәулесі арқылы келіп жатқан энергияны бекітетін жалғыз табиғи процесс. Тек қана осы құбылысқа байланысты қарапайым көмірқышқыл газы, су және аздаған минералдық тұздар, жеке алғанда реакцияға түсетін, өз бойында қуаты жоқ заттардан өсімдік организмінде өте күрделі органикалық құбылыстар пайда болып, үлкен қуатқа ие органикалық заттар түзіледі. Егер көмірқышқыл газы мен судың калориясы (қуаттылығы) 0 тең болса, фотосинтез әсерінен пайда болған 1 гр органикалық затты жаққанда бөлінетін қуат: көмірсу - 4 ккал (үлкен калория), белоктар - 5-7 ккал, майлар - 9,5 ккал жылу бөледі екен.

Былайша энергетикалық көзбен қарағанда фотосинтез әрекетін күн сәулесінің кинетикалық, энергиясын өсімдік өнімінің потенциалық қуатына айналдыратын күрделі процесс ретінде қарау қажет. Өсімдік жапырағына түспен, оның организмде сіңбей кеткен күн сәулесінің энергиясы космос кеңістігінде шашырап жоғалып кетеді, ол екінші қайта жерге қайтадан құламайды.

Адамзат өсімдік арқылы пайда болған потенциялық энергиямен ғана пайдаланып қана қоймай, өткен дәуірлерде өсімдік арқылы пайда болып, ұзақ уақыт сақталып бізге торф, тас көмір, мұнай және газ түрінде жеткен өнімдерді де пайдаланып келеді.

Жыл сайын барлық жер шарының үстіен (150 млн км² құрлық және 360 млн км² мұхиттар мен теңіздер) өсімдіктер 400 млрд. т органикалық заттар түзеді. Егер атмосферадағы көмірқышқыл газы толықтырылып тұрмаса, ол небәрі 4 жыл ішінде өсімдіктер бойына сіңіп жоқ болып кетер еді. Өсімдіктерге сіңірген СО₂ біраз бөлігі олар шіріп немесе жанғанда атмосфераға кетеді.

СО₂ концентрациясын атмосфераға қарағанда әлдеқайда мол мөлшерде бөлетін Дүниежүзілік океандар реттеп отырады. СО₂ ерігіштігі төмендеп, оның көп бөлігі ауаға ұшып кетеді. Қыста, керісінше су салқындағанда оның біраз бөлігі қайтадан суға өтеді. Өсімдіктерге дәлдегендей олардың вегерациалау кезінде Со₂ мол болғаны қажет.

Жалпы өсімдіктер өздеріне қажет СО₂ 1-5% ғана топырақтан алып, қалғанын жапырақтар арқылы ауадан сіңіреді.

Көп өсімдіктердің ауа арқылы қоректенуінің ең басты алғышарты - топырақтан су мен қоректік заттардың үздіксіз келіп тұруы. Өсімдіктердің топырақтан корек және су алып тұруы да олардың ауадан алатын қорегіне тығыз байланысты болады.

 

Өсімдіктердің тамыры мен қоректенуі

 

Өсімдіктер тамыры мен қоректенгенде топырақтан қарапайым минералды тұздарды сіңіріп, жапырақтардан келген көмірсуларды пайдалану арқылы, тамырдың кезінде кейбір күрделі органикалық қосылымдар түзіп, оларды өсімдіктердің жер бетіндегі органдарына жылжытып отырады. Дегенмен өсімдіктердің минералдық қоректенуі үшін қажет иондардың едәуір, кейде көп бөлігі тамырдан сорылған су ағысымен бірге өсіп келе жатқан өсімдіктер мен жапырақтарға жеткізіледі. Онда олар тікелей фотосинтез қызметіне қатысады, немесе оның дұрыс жүруіне жағдай жасайды, немесе төмен қарай жылжып, тамырға қайтадан келеді. Катиондар, тамыр арқылы сіңіріліп, өсімдік ағзасында зат алмасу процесінде пайда болған органикалық қышкылдарды жояды. Көптеген минералдық иондар олардың қатынауынсыз ешқандай зат алмасуы жүрмейтін көптеген ферменттер құрамына кіреді.

Дақылдардың көпшілігі тек қана жеңіл сіңіретін иондарды пайдаланып қоймай, топырақтың қатты фазасымен де өзара әрекетке түсіп, ондағы коректік элементтерді ерілітілетін түрде ауысады. Топырақ құрамындағы қиын ерітілетін, заттарға әсер ететін негізгі құрал-тамырдан бөлінетін заттар деп есептеледі. Оларға тыныс алу өнімі-көмір қышқылы, бөліну өнімі-органикалық қышкылдар мен амин қышқылдары кіреді. Тамырдың жоғарғы жағында кейбір органикалық заттарды минералдауға қабілетті көптеген ферменттері болады.

Негізінен барлык жоғары өсімдіктер өзінің қалыпты өсіп-жетілуі үшін көрсетілген минералдық элементтерге мұқтаж.

Өсімдіктердің қоректік заттарды таңдап сіңіруі

Өсімдіктердің тамыр жүйесі топырақтан, судан басқа әртүрлі минералдық заттар: азот (амоний және цитробаттық иондар), фосфор (моно және дифосфаттар), К, Са, Мg, S (сульфаттық иондар), Fе, Мn, Сu, Мо, В (бор қышқылы), Zn т.б микроэлеметтер алады.

Өсімдіктердің жоғарғы және төменгі түрлеріне элементтердің сыртқы ортаға қарағанда концентрациясы жоғарылаумен анықталатын, белгілі макро және микроэлеменнердің тандап сіңірілу қасиеті бар.

Таңдап сіңіру өсімдіктердің ең төмегі сапасындағы қарапайым су өсімдіктерінің қоректік заттарды бүкіл денесімен сору қабілетінен көрінеді. Мысалы, бір тәжірибеде тұшы су водорослі клеткасының сөліндегі калий мөлшері ол өскен судағы мөлшерінен 1160 есе артық болған.

Өсімдіктердің тамыр жүйесі, оның сорып сіңіру қабілеті

Өсімдік тамыры жоғары жағы жуандап, төменгі жағы біртіндеп жіңішкере түсетін жер асты органы. Оның жоғарғы жағы тығынды ұлпамен қапталып, қоректік заттарды сіңіру қабілетін жоғалтады. Тамырдың өсетін жері оның ең төменгі үшы. Оның сыртқы клеткасы тамырдың нәзік ұшын қорғайтын ұлпатамыр қаптамасын бөледі және топырақпен кездескен жерін бұзылудан сақтайды.

Тамыр ұшына өте жақын тұста (шаманен 1 мм) меристема зонасы орналасқан (жасушалар (клеткалар) осында бөлінеді), одан жоғарылау созылу зонасы бар жасушалар аумағы үлкейеді, құрамындағы суда ұстап тұра алады, ішінде вакуолі (қуысы) болады, мұнда тамыр жекелеген қызмет атқаруға бейімделеді және жоғары-төмен өткізу жүйесі қалыптасады. Жасушалардың кейбірі флоэма қызметін атқарып, онда органикалық заттар жүреді, басқалары - ксилема - яғни олардың бойымен су жүреді. Өсімдіктердің өткізгіш жүйелері олардың тамырын өсімдіктің жер үстіндегі бөлігімен жалғастырады. Көрсетілген зоналардың бәрі өткізгіштігі әртүрлі целлюлоза қабықшасымен қапталған, оларда сыртқы қабат (кутикула) болмайды.

Өсімдіктер тамыр жүйесінің сору аумағы олардың ұшында орналасқан тамыр қылшықшалары арқылы күшейе түседі. Тамыр қылшықшалары - сыртқы жасушалардың жіңішке өсінділері, олар тамырдың ең жас ұшына жақын тұстан пайда болып, тамырдың әрбір шаршы миллиметрінде жүздеген тамыр қылшықшалары орналасады. Оалрдың ұзындығы 80-1500 микроп, диаметрі- 5-17 микроп шамасында.