«Насколько вода является уникальной жидкостью, настолько и аморфный кремнезем уникален как твердое вещество. Они во многом схожи» Ральф Айлер
Давайте вспомним ещё раз - ЧТО ЖЕ ТАКОЕ PROионит (PROionit)?
PROионит — это аутогенный минерал морских отложений, моно призматический минерал из группы алюмосиликатов, обладающий высокими абсорбционными и катион обменными свойствами.
PROионит минерал, водный алюмосиликат железа, кремнезёма и оксида калия непостоянного состава, относится к группе гидрослюд.
Его свойства :
- активированы ионообменные функции и как следствие биологически стерилен;
- содержит подвижные формы К (3-5%) и Р (0,5-2%) и переводит любые химические удобрения в подвижные ионообменные формы,
- аккумулятор и пролонгатор жидких удобрений и N (регулирует нитраты),- уменьшает химизацию грунта и защищает корневую систему от химических ожогов;
- содержит макро- мезо- и микроэлементы (12 минералов и 74 элемента);
- нормализует состав почвы - ее структуру, кислотность и микрофлору;
- обладает фугинцидным (анти грибковым) действием.
Химический состав: (перечень далеко не полный...)
- двуокись кремния (SiO2) 47,6—52,9 %,
- окись калия (К2О) 4,4—9,4 %,
- окись натрия (Na2O) 0—3,5 %,
- окись алюминия (Al2O3) 5,5—22,6 %,
- окись железа (Fe2O3) 6,1—27,9 %,
- закись железа (FeO) 0,8—8,6 %,
- окись магния (MgO) 2,4—4,5 %,
- вода (H2O) 4,9—13,5 %.
Роль кремния в питании и защите растений
Кремний выполняет удивительно большое количество функций в жизни растений, и особенно важен в стрессовых условиях. Роль кремния можно сравнить с ролью вторичных органических метаболитов, выполняющих в растениях защитные функции.
Кремниевое питание растений представляет не только научный интерес, но и имеет большое практическое значения в условиях роста дефицита продовольствия и необходимости увеличивать продуктивность растений на фоне неблагоприятных воздействий окружающей среды. В таких условиях применение кремниевых удобрений может стать очень актуальным резервом повышения эффективности растениеводства.
Кремний в природе и в растениях. Уникальность кремния.
Кремний является вторым (после кислорода) по распространенности элементом земной коры и почвы. Однако основная часть кремния находится в виде нерастворимых веществ и является недоступной растению. Кремний накапливается растениями в количествах, часто превышающих величину поглощения основных макроэлементов (N, P, K).
Отметим некоторые закономерности, которые выделяют кремний из ряда других элементов в жизнедеятельности растений.
Почти все растения (за редким исключением) могут быть выращены без кремния в питательной среде. Даже кремниефильные растения рис и пшеница!
Другой особенностью является то, что диапазон концентраций кремния в растениях значительно шире, чем других питательных элементов.
Так, содержание кремния колеблется в пределах 0,1–10% от сухой массы, в то время как, например, для азота этот разброс составляет 0,5-6%, для калия: 0,8-8%, фосфора: 0,15-0,5%.
Т.е. разброс концентрации кремния – 100 раз!, а других элементов – не более 10 раз!
Выделяют три группы растений по содержанию кремния в сухом веществе:
а) более 5% (например, рис, тростник);
б) более 1% (например, ячмень, рожь и т.д);
в) менее 1% (например, двудольные – огурец, подсолнечник и др.).
Несмотря на меньшую в целом способность накапливать кремний у двудольных, его роль в жизнедеятельности и повышении устойчивости к стрессам у этих культур не менее велика.
Кремний в растения распределяется крайне неравномерно. Исследованиями установлено, что растения могут поглощать низкомолекулярные кремниевые кислоты и их анионы не только через корневую систему, но и через поверхность листьев, если опрыскивать их кремнийсодержащими растворами.
Важно отметить, что поглощение кремния листьями составляет около 30–40%, тогда как через корневую систему – не превышает 1–5.
Кремний в листьях откладываются в виде слоя толщиной 2,5мкм в пространстве непосредственно под тонким (0,1мкм) слоем кутикулы, образуя двойной кутикулярно-кремниевый защитный слой на поверхности листьев.
В дополнение к этому накопление кремния происходит также в эпидермисе и проводящих тканях стебля, листьев, корней и оболочки зерен.
Транспорт кремния в растении.
Результаты исследований свидетельствуют о наличии у растений механизма, обеспечивающего активное и быстрое перераспределение кремния по растительным тканям. При этом перенос Si идет в ткани, которые в большей степени подвержены стрессу.
Этот вывод подтверждают работы японского исследователя Ма (1990, 2006).
Он показал, что у риса существуют специальные транспортные белки, отвечающие за транспорт кремния.
В ДНК был обнаружен и определен фрагмент, отвечающий за синтез этих белков. Предполагают, что не только в рисе, но и в других растениях имеется аналогичный механизм, отвечающий за обеспечение растения кремнием и его транспорт.
Функции кремния в растении.
В растительной клетке кремний образует гидрофильные силикатно-галактозные комплексы, связывающие свободную воду и тем самым повышающие водоудерживающую способность клетки и растения в целом.
Это снижает порог образования кристаллов воды в клетке при низких температурах и испарение при высоких, вследствие чего повышается устойчивость растений к жаре и засухе, холоду и заморозкам, резким перепадам температуры.
Доказано, что кремний в оптимальных дозах способствует лучшему обмену в тканях азота и фосфора, повышает потребление бора и ряда других элементов; обеспечивает снижение токсичности избыточных количеств тяжелых металлов. Оптимизация кремниевого питания растений приводит к увеличению площади листьев и создает благоприятные условия для биосинтеза пластидных пигментов.
В таких условиях у растений формируются более прочные клеточные стенки, в результате чего снижается опасность полегания посевов, а также поражения их болезнями и вредителями.
Одной из важных функций активных форм кремния является стимуляция развития корневой системы. Исследования на злаковых, цитрусовых, овощных культурах и кормовых травах показали, что при улучшении кремниевого питания растений увеличивается количество вторичных и третичных корешков на 20–100% и более.
Дефицит кремниевого питания служит одним из лимитирующих факторов развития корневой системы растений.
Установлено, что оптимизация кремниевого питания повышает эффективность фотосинтеза и активность корневой системы.
Роль кремния в формировании стрессоустойчивости.
Почему, несмотря на то, что до сих пор кремний не отнесен к жизненно необходимым элементам (хотя в ближайшее время это должно измениться в связи с предложенной Э. Эпштейном новой формулировкой самого понятия «жизненно-необходимый элемент»), практика сельского хозяйства многих стран в последнее время показывает значительную эффективность кремниевых удобрений и рост их потребления на 20-30% ежегодно?
Какую же роль эволюция отвела этому элементу?
Ответ: роль кремния в растениях, прежде всего в защите от неблагоприятных воздействий окружающей среды – как биотических, так и абиотических.
При выращивании в искусственных благоприятных условиях растения практически не нуждаются в кремнии.
Но выход в реальный мир резко меняет среду обитания растения: вредители, патогенные грибки, засуха и жара – вот только некоторые опасности окружающие растения в полевых условиях.
Учитывая это, необходимо делать существенное разграничение при рассмотрении роли кремния для растений в благоприятных условиях и тех же растений, находящихся под действием различных стрессов (т.е. в реальных полевых условиях)
Кремний выполняет свои функции двумя способами: путем полимеризации кремниевой кислоты, что приводит к образованию аморфного гидратированного кремнезема, и играя важную роль в образовании органических защитных.
Растения, хорошо накапливающие кремний, находятся в лучшем положении, поскольку этот элемент повышает устойчивость к стрессам.
Если мы хотим повысить стрессоустойчивость растения, необходимо обеспечить растения кремнием, независимо от того, являются ли эти растения однодольными или двудольными.
Значение кремния особенно проявляется на рисе: низкая концентрация Si приводит к значительному снижению урожайности и качества риса.
Виды стрессов.
Как известно, стрессы растений принято подразделять на два вида: биотические и абиотические. Рассмотрим более подробно природу этих стрессов и ответные реакции растений на них.
Что же растения могут сделать, чтобы защитить себя от негативных внешних воздействий?
Очевидно, что убежать от опасности (как животные) растения не могут. Не могут они также рычать, чтобы отпугнуть «обидчика».
Растения имеют два основных способа защиты: физический и химический.
Физическая защита подразумевает наличие шипов, колючек, прочного эпидермального слоя и т.п. При этом эта «броня» многих растений представляет собой кремнезем, накопленный в клеточных стенках.
Существует множество доказательств, что именно кремний играет важную роль в защите растений от вредителей. Упрочнение клеточных стенок путем биоминерализации кремниевых соединений является одним из механизмов, которым эта защита осуществляется.
Это действует как физический барьер для насекомых, патогенных микроорганизмов, а иногда и травоядных животных.
Химическая же защита гораздо сложнее и растения проделывают огромную работу – синтезируют для этой цели огромное количество «вторичных метаболитов», соединений, которые не являются жизненно необходимыми в обмене веществ в растении, но играющих роль в адаптации и противодействию окружающим условиям.
Количество этих разнообразных химических структур огромно; по одной из оценок таких веществ более 200тыс.
Эти вещества влияют на взаимодействие растения и организмов, живущих в окружающей среде растения: насекомых, грибков, микробов, вирусов.
В этой системе химической защиты принимают участие также и первичные метаболиты, участвующие в основном обмене веществ растения – фитогормоны, органические кислоты и пр.
Какова же роль кремния в этой «химической войне»?
Именно кремний принимает непосредственное участие в биосинтезе защитных метаболитов и на сегодня этому есть неопровержимые доказательства.
На данный момент исследований, посвященных влиянию кремния на смягчения действия биотических стрессов становиться гораздо больше.
Отменим большое различие в адресности воздействия биотических и абиотических стрессов.
Биотические стрессы в основном воздействуют на часть растения (например, на лист), в то время как абиотические, чаще всего оказывают негативное действие на растение целиком (в крайнем случае, на целый орган растения).
И это любопытно и удивительно, что кремний оказывает защитное действие против таких разных по своей природе и адресности стрессов.
И хотя ученные еще не имеют четкого представления о всех биохимических и молекулярно-биологических механизмах этого явления, имеющиеся результаты фундаментальных и прикладных исследований позволяют рассматривать кремниевые удобрения как эффективный способ борьбы с различными стрессами растений (как биотическими – вредители, грибковые и бактериальные болезни, так и абиотическими – засуха, высокие и низкие температуры, полегание, засоление, УФ-излучение и пр.).
Многочисленные исследования показали, что кремний является эффективным в борьбе с заболеваниями грибковой и бактериальной природы у различных видов растений.
Например, Si увеличивает устойчивость риса к широкому спектру возбудителей грибковых болезней (фузариоз и пр.) и уменьшает заболеваемость мучнистой росой у огурца, ячменя и пшеницы.
Известно, что 20-30% находящегося в растении кремния, может участвовать в процессе поддержки внутреннего резерва воды, и это является одним из механизмов, который позволяет растениям выжить в условиях острого недостатка воды.
Одним из факторов, повышения засухоустойчивости, является способность кремния снижать транспирации и изменять угол наклона листьев растений, обеспечивающие меньший уровень испарения влаги и увеличением возможностей антиоксидантной защиты растения.
Таким образом, внекорневое применение кремния является перспективным и экологически чистым методом повышения засухо- и жаростойкости растений.
Имеются также исследования, доказывающие значительную роль кремния в формировании морозостойкости растений, в частности озимой пшеницы разных сортов.
Кремний также снижает вредное воздействие УФ-излучения
В частности, это утолщение эпидермального слоя, возрастание химической устойчивости ДНК, РНК и молекул хлорофилла, функциональная активация клеточных органелл, оптимизация транспорта и перераспределения веществ внутри растения и др.
Предполагается также наличии некого общего универсального механизма повышения их устойчивости к стрессам (не отрицая наличия всех перечисленных механизмов).
Этот механизм обусловлен способностью поликремниевых кислот осуществлять направленный каталитический синтез органических веществ (стресс-ферментов, антиоксидантов специфической и неспецифической природы или промежуточных соединений, которые необходимы для метаболического синтеза этих молекул) при нормальных условиях.
Кремний повышает уровень сопротивляемости растений к любым стрессам и не оказывает токсичного влияния на организм.
Таким образом, основной функцией кремния в растении может быть увеличение устойчивости организма к неблагоприятным условиям, выражающееся в утолщении эпидермальных тканей (механическая защита), ускорении роста и развития корневой системы (физиологическая защита), связывании токсичных соединений (химическая защита) и увеличении биохимической устойчивости к стрессам (биохимическая защита).
Значительный рост числа фундаментальных и прикладных исследований в области кремния в последнее время свидетельствует о том, что многие механизмы действия кремния еще не изучены или не доказаны.
Учитывая, что кремний особую важность приобретает для растений в условиях стресса (а засуха, жара и т.д. являются для нашей страны рядовым явлением), актуальность применения кремния будет постоянно расти.
Кремниевое питание растений представляет не только научный интерес, но и имеет большое практическое значения в условиях роста дефицита продовольствия и необходимости увеличения продуктивности растений на фоне неблагоприятных факторов окружающей среды.
Размеры ежегодного безвозвратного выноса кремния растениям и позволяют ставить этот элемент в один ряд с фосфором, азотом и калием.
Возврат кремния в агроценоз посредством использования кремнийсодержащих удобрений и мелиорантов вносит дополнительный вклад в стратегии защиты и питания растений, способствуя увеличению урожая, снижению применения пестицидов и агрохимикатов благодаря улучшению фитосанитарного состояния посевов.
Повышение адаптационных возможностей растений может стать одним из основных инструментов поддержки устойчивого сельского хозяйства, обеспечения безопасного производства продуктов питания с улучшенными вкусовыми качествами и защиты окружающей среды.
#PROИонит #PROionit #кремний #диоксид_кремния #ионитопоника #ionitoponics #катионныйобмен #катионный_обмен
Источники:
1. «Кремний – недооцененный элемент питания растений» (Е. В. Безручко) Федеральный исследовательский центр картофеля имени А. Г. Лорха.
2. «Кремний и защита растений от стресса: теория, практика, перспективы». Крамарев С.М., д.с-х.н., Институт сельского хозяйства степной зоны.