Из воздуха, воды и почвы
На протяжении нескольких веков естествоиспытатели не могли дать ответ на вопрос о том, чем питаются растения. Только в середине XIX века немецкий химик Ю. Либих обосновал теорию, согласно которой растения усваивают из почвы минеральные вещества через корневую систему. В дальнейшем было доказано, что у них есть еще один способ питания. Необходимые вещества они получают из воздуха и воды: из углекислого газа атмосферы – углерод, а из воды – кислород и водород. Органические соединения в растениях, образующиеся благодаря фотосинтезу, служат строительным материалом и источником энергии для других организмов, в том числе для нас.
Главные составляющие
Величина растительной биомассы и ее химический состав зависят не только от активности фотосинтеза, но и от количества и качества пищи земной, т.е. минералов. В растениях обнаружено более 70 химических элементов. Известно, что минимум 21 из них жизненно необходимы для растений. Наиболее хорошо изучена роль азота, фосфора, калия, магния, кальция, серы, железа, кремния.
Азот требуется для синтеза аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, гормонов роста, многих витаминов, хлорофилла. Фосфор принимает участие в энергетическом обмене в клетках растений (АТФ) и является неотъемлемой частью фосфопротеинов, фосфолипидов, витаминов и нуклеиновых кислот. Он усиливает накопление углеводов во фруктах и овощах. Калий обеспечивает коллоидное состояние клеток растения и регулирует их снабжение водой. Именно он помогает растениям легче переносить засуху и заморозки, активирует ферментативные системы. Под влиянием калия увеличивается накопление сахарозы в сахарной свекле, моносахаридов в плодах и овощах, повышается устойчивость растений к грибковым и бактериальным инфекциям. Как и фосфор, калий способствует повышению содержания крахмала в клубнях картофеля. Особая роль в жизни растений принадлежит кальцию. Это универсальный регулятор жизнедеятельности клетки. Обладая способностью ограничивать поступление других ионов в растения, он способствует снижению токсичности избыточных концентраций аммония, алюминия, марганца и железа. Еще один пример – железо, которое играет важную роль в дыхании растений. Без этого элемента невозможно образование хлорофилла. При дефиците железа у растений развивается состояние, которое называется хлороз. Проявляется оно бледной окраской листьев, отставанием растения в росте и развитии. Интересно, что ранее хлорозом, или бледной немочью, называли также железодефицитные состояния у молодых девушек.
Одни и те же растения, выращенные в разных климатических зонах и на различных почвах, могут отличаться по химическому составу, пищевой ценности и даже вкусовым качествам.
Избирательность накопления
Химические элементы в разных частях растений распределяются неодинаково. Например, самые высокие концентрации микроэлементов свойственны листьям и хвое. В травянистой растительности минеральный состав более равномерный. А вот репродуктивные органы растений и плоды избирательно накапливают марганец, медь, молибден и бор. Например, молибдена много в фасоли, малине, крыжовнике, плодах шиповника, черноплодной рябине. Высоко содержание меди в горохе, арбузах, черной смородине. Марганец накапливается в бобовых, малине, яблоках.
Состав культурных растений, предназначенных для производства продуктов питания, зависит не только от их биологических свойств, но и условий выращивания. Во всем мире ведутся активные поиски методов выращивания новых сортов растений с повышенной пищевой ценностью и агрохимического обогащения микроэлементами зерновых культур, зелени, овощей. Зная состав почвы, можно проводить коррекцию ее минерального спектра благодаря внесению удобрений с теми или иными микроэлементами.
Однако подобные методы пока далеки от широкого внедрения в практику сельского хозяйства. А вот бесконтрольное использование минеральных удобрений, к сожалению, нередко практикуется на наших полях. Из-за этого растения содержат вредные для человека химические соединения в высоких концентрациях, что вызывает различные нарушения здоровья.
| Растение | Элемент |
| Злаки | Кремний, фосфор |
| Свекла, чай | Алюминий, фтор |
| Бобовые, подсолнечник, капуста, картофель, гречиха | Кальций |
| Бобовые, картофель, подсолнечник, свекла, капуста, томаты, огурцы | Калий |
| Свекла | Натрий |
| Бобовые, лук, чеснок | Кремний |
| Брусника, черника, голубика, малина, полынь, свекла | Марганец |
| Хвощ, чай, кукуруза, свекла | Медь |
| Свекла, кукуруза, табак | Цинк |
| Чай | Кобальт |
| Бобовые, гречиха | Молибден |
| Капуста, огурцы | Серебро |
| Гречиха | Стронций |
| Кукуруза | Селен, олово |
| Бобовые, гречиха, свекла, овощные, плодово-ягодные | Бор |
| Морковь, свекла, картофель, капуста | Йод |
| Бобовые | Ванадий |
Кладовые минералов
В зависимости от наличия в почве и избирательного поглощения и накопления растениями химических элементов, специалисты выделяют различные биогеохимические провинции на территории нашей планеты. Известны также биогеохимические эндемии – заболевания растений, животных и человека, связанные с недостаточностью или избыточностью содержания какого-либо элемента в среде обитания. Например, эндемический зоб у человека – это не что иное, как биогеохимическая эндемия, связанная с дефицитом йода в питьевой воде и почве, а значит и в потребляемой им растительной пище. Для коррекции дефицита тех или иных химических элементов в организме оптимально включать в рацион диетические добавки с компонентами растительного происхождения.
В пределах биогеохимических провинций различают два вида накопления растениями химических элементов: групповой (все виды растений накапливают определенный элемент) и селективный (отдельные виды растений избирательно концентрируют определенные элементы). Для питания человека важное значение имеют сведения о растениях-концентраторах, способных селективно накапливать химические элементы. Так, при остеопорозе кроме молочных продуктов как источников кальция следует включать в рацион растения-концентраторы этого минерала, а именно бобовые, подсолнечник, капусту, картофель, гречиху.
Эхо Чернобыля
Растения могут усвоить любой элемент, если он в виде почвенного раствора доступен корням. На территории нашей страны произрастает достаточно много растений-концентраторов радионуклидов. Это представители семейства папоротниковых и лилейных, в том числе ландыш майский. Особую радиоэкологическую роль играют грибы. С одной стороны, они – накопители радионуклидов, а с другой – пища для животных и человека. В первые годы после аварии на ЧАЭС на радиоактивно загрязненных территориях цезия (137Cs) накапливалось в грибах в 100–1000 раз больше, чем в других растениях лесной полосы. «Рекордсменами» были гриб польский, свинушка тонкая и горькушка. Сразу после аварии их использовали в качестве биоиндикатора радиоактивного загрязнения. Спустя 20 лет после выпадения радиоактивных осадков только польский гриб сохранял свои биоиндикаторные свойства. В то же время на протяжении всего этого периода относительно «чистыми» оставались опенок, лисичка настоящая и рядовка серая.
Все эти данные говорят о том, что жизнь растений неразрывно связана с антропогенными изменениями окружающей среды. Человек сегодня способен регулировать рост растений, их состав и свойства, что имеет решающее значение для его полноценного питания и сохранения здоровья.
Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE
