Skład chemiczny roślin

Wiadomości wprowadzające

Zawartość głównych pierwiastków w roślinach wynosi: C (węgiel) ? 45%, O (tlen) ? 42%, H (wodór) ? 5%, N (azot) ? 1-5%. Wchodzą one w skład głównych grup związków chemicznych występujących w tkankach roślinnych, takich jak woda, związki organiczne i związki nieorganiczne. Zawartość wody w różnych częściach roślin jest zróżnicowana i waha się w organach wegetatywnych od 70 do 95%, a w generatywnych 10 ?16%. Zawartość związków organicznych w świeżej masie roślin wynosi ok. 27%, a związków mineralnych ? 3%.

Rośliny zielone przy udziale promieniowania słonecznego zdolne są do syntezy związków organicznych z dwutlenku węgla i wody:

6 CO2 + 6 H2O + E C6H12O6 + 6 O2

W procesie fotosyntezy tworzą się węglowodany, które w dalszych procesach biochemicznych przekształcane są do wszystkich organicznych związków rośliny. W suchej masie roślin zawartość tych związków przeważnie przekracza 90%.

Mimo iż składniki pokarmowe stanowią niewielką część suchej masy roślin, pełnią one istotną rolę w syntezie związków organicznych. Składnikami pokarmowymi nazwiemy te pierwiastki, które są niezbędne do pełnego wzrostu i rozwoju roślin, pełnią określone funkcje biochemiczne, oraz nie można ich zastąpić innymi pierwiastkami. Wszystkie składniki pokarmowe ze względu na stężenie w jakim występują roślinie można podzielić na makro i mikroelementy. Makroelementy pobierane są przez rośliny w stosunkowo dużych ilościach i przez to występują w większych stężeniach. Należą do nich: azot, fosfor, potas, siarka, wapń, magnez. Zawartość mikroelementów w roślinach jest od 100 do 1000 razy mniejsza w stosunku do makroelementów. Są to żelazo, mangan, miedź, cynk, molibden, bor a być może i nikiel. Podział składników pokarmowych roślin na makro i mikroelementy jest jednym z najpowszechniej stosowanych podziałów w naukach agrobiologicznych. Jednak ze względu na dość duże zróżnicowanie składu chemicznego gatunków roślin i zmienność środowiskową wywołaną warunkami wzrostu, możliwe jest iż pierwiastki zakwalifikowane do grupy mikroelementów występują w roślinach w większych stężeniach ( np. Fe, Mn). Dlatego obok wyżej podanego podziału można podzielić składniki pokarmowe ze względu na fizjologiczną rolę jaką pełnią w organizmie roślinnym. Uwzględniając takie kryteria można wyróżnić 4 grupy:

- grupa 1 - pierwiastki organogeniczne węgiel, wodór tlen, azot, siarka. Tworzą one główną masę organiczną roślin. Węgiel i częściowo siarka pobierane są przez rośliny z atmosfery w postaci gazowej ( CO2 i SO2 ). Natomiast azot i większość siarki z gleby przez system korzeniowy roślin w formie jonowej (N- NH4+ i NO3- , S - SO42- ). Wodór i tlen pobierane są przez system korzeniowy roślin z wodą. Obok tworzenia głównej masy organicznej roślin pierwiastki tej grupy biorą udział w procesach biochemicznych wchodząc w skład enzymów, grup funkcyjnych itp.

- grupa 2 - pierwiastki pobierane w formie anionów: fosfor, bor, krzem ( H2PO4-, BO33-, SiO42-). Pierwiastki tej grupy wykazują podobieństwo pod względem właściwości biochemicznych. W komórkach roślin związane są najczęściej poprzez grupy hydroksylowe cukrów tworząc estry fosforanowe, boranowe, czy krzemowe.

- grupa 3 - Pierwiastki pobierane w formie kationów: potas, sód, wapń, magnez, mangan (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Mn2+). W komórkach roślin występują albo w formie wolnych jonów (np.K+), albo są adsorbowane przez niedyfundujące aniony organiczne (np. Ca2+ adsorbowany przez grupy karboksylowe pektyn). W komórkach pierwiastki grupy 3 pełnią niespecyficzne funkcje jonowe (wytwarzanie potencjału osmotycznego, utrzymywanie równowagi jonowej), aktywują enzymy, są koenzymami.

- grupa 4 - mikroelementy procesów oksydo-redukcyjnych: żelazo, miedź, cynk, molibden.

Wszystkie pierwiastki tej grupy z wyłączeniem molibdenu mogą występować w roślinie jako chelaty i często w tej formie pobierane są przez rośliny. Do najważniejszych chelatów naturalnych występujących w roślinie należą związki hemu i chlorofilu.

Fizjologiczna rola poszczególnych składników pokarmowych roślin zostanie szczegółowo omówiona w dalszych rozdziałach.

Zawartość składników pokarmowych w roślinie (tab. 4.1.1) jest uzależniona przede wszystkim od gatunku, fazy rozwojowej i części rośliny, rodzaju i poziomu nawożenia, żyzności gleby i przebiegu pogody w okresie wegetacyjnym.

Tab. 4.1.1 Przeciętna zawartość składników pokarmowych w roślinach uprawnych.

Gatunek

roślin

Część

roślin

MAKROELEMENTY (g / kg s.m. )

N

P

K

Ca

Mg

żyto

ziarno

15,6

3,9

5,9

0,7

1,1

słoma

5,3

0,8

10,3

2,0

0,7

pszenica

ziarno

20,3

3,8

4,4

0,4

1,2

słoma

6,

1,1

11,7

2,7

0,9

jęczmień

ziarno

18,1

4,0

5,4

0,6

1,3

słoma

6,5

1,2

17,0

5,1

1,2

owies

ziarno

17,4

3,7

4,9

1,0

1,5

słoma

7,8

1,5

22,8

4,8

1,2

ziemniak

bulwy

13,7

2,4

25,9

0,7

1,3

burak

cukrowy

korzeń

19,0

2,7

7,8

3,9

2,4

liście

33,0

3,1

49,6

15,7

6,5

rzepak

nasiona

33,0

7,3

8,4

3,9

2,6

koniczyna

siano

24,5

2,5

20,9

14,0

2,4

lucerna

siano

27,6

2,8

24,8

13,6

2,1

siano łąkowe


18,9

2,6

19,0

7,2

2,0

Gatunek

roślin

Część

roślin

MIKROELEMENTY (mg / kg s.m. )

Mn

Cu

B

Mo

Zn

żyto

ziarno

45

3,2

1,1

0,30

26

słoma

32

1,8

1,8

0,26

8

pszenica

ziarno

34

4,2

1,5

0,24

37

słoma

25

5,1

2,8

0,33

20

jęczmień

ziarno

41

5,0

1,2

0,40

36

słoma

24

4,1

4,8

0,28

22

owies

ziarno

66

4,5

1,0

0,39

41

słoma

70

3,6

4,0

0,31

48

ziemniak

bulwy

22

6,5

5,9

0,21

20

burak

cukrowy

korzeń

35

5,7

12,9

0,26

22

liście

91

1,7

34,5

0,66

67

rzepak

nasiona

40

3,1

9,8

0,28

30

koniczyna

siano

53

7,8

24,6

0,45

49

lucerna

siano

45

6,8

25,7

0,49

36

siano łąkowe


110

6,0

7,6

0,82

50

Celem oznaczeń zawartości składników pokarmowych w roślinach jest :

1. określenie potrzeb pokarmowych różnych gatunków roślin

2. określenie stopnia odżywienia roślin w składniki pokarmowe

3. określenie stopnia wykorzystania składnika pokarmowego z nawozu

4. określenie jakości roślin

5. wyliczenie bilansu składników pokarmowych

Realizując nadrzędny cel chemii rolnej jakim jest określenie optymalnych dawek składników pokarmowych stosowanych w nawozach, szczególnie istotnym jest wyznaczenie potrzeb pokarmowych uprawianego gatunku. Potrzebami pokarmowymi roślin nazwiemy taką ilość składnika jaka znajduje się w plonie wyniesionym z pola. Wielkość tę wyrażamy w

kg składnika * 1ha-1 i wyznaczamy na podstawie zawartości składnika w roślinie i jej plonu.Wyznaczone wt en sposób potrzeby pokarmowe (dla celów diagnostyki nawozowej) mogą różnić się od faktycznej ilości składnika pokarmowego jaką rośliny pobrały w trakcie okresu wegetacji. Z jednej strony jest to podyktowane tym iż oznaczenia zawartości składnika dokonuje się z reguły wyłącznie w plonie głównym i ubocznym (części roślin pozostające po zbiorze na polu nie podlegają analizie). Z drugiej strony wiadomo jest że część składnika pokarmowego jaką pobierają rośliny zostaje wydzielona do środowiska zewnętrznego. Dlatego fizjologiczne potrzeby pokarmowe roślin są większe od tych potrzeb jakie wyznacza się dla celów doradztwa nawozowego.

Azot w roślinie

Pobieranie, formy oraz skutki niedoboru lub nadmiaru N w roślinie.

Pobieranie azotu przez rośliny. Rośliny pobierają azot przez system korzeniowy z gleby głównie w formie amonowej (NH4+) i azotanowej (NO3-). Obie formy azotu są równorzędne w żywieniu roślin. Jednak o tym, która forma jest aktywniej pobierana decyduje wiele czynników: gatunek roślin, stan fizjologiczny, forma azotu nawozowego, warunki glebowe i in. Znaczny wpływ na przewagę w pobieraniu jednej lub drugiej formy ma odczyn gleby. W warunkach odczynu zbliżonego do obojętnego lepszym źródłem jest N ? amonowy. Wraz ze wzrostem zakwaszenia gleby wzrasta intensywność pobierania N-NO3-. Oba jony pobierane są z gleby na zasadzie wymiany. Pobierając N-NH4+ roślina wydziela równoważną ilość jonu hydroniowego H3O+, natomiast pobierając N-NO3- wydzielają jony HCO3-, OH-, lub inne aniony organiczne. Pobrany azot jest włączany w strukturę roślinnych związków organicznych. Przy czym, jon azotanowy musi ulec wcześniejszej redukcji do ?NH2.

Rośliny zdolne są również do pobierania azotu przez liście. Tę cechę wykorzystuje się często przy dolistnym dokarmianiu roślin roztworem wodnym mocznika wraz z pestycydami. Rośliny motylkowe w odróżnieniu od większości roślin zdolne są do wykorzystywania azotu asymilowanego przez symbiotyczne bakterie brodawkowe. W optymalnych warunkach po zakażeniu korzeni bakteriami azot asymilacyjny stanowi u tych roślin główne źródło tego składnika.

Formy związków azotowych i ich fizjologiczna rola w roślinie. Azot w roślinie występuje przede wszystkim w postaci związków organicznych. Tylko śladowe ilości tego składnika pozostają w formie mineralnej (NH4+ i NO3-, (NH2)2CO). Produktami syntezy N mineralnego do organicznych związków azotowych są aminokwasy białkowe i niebiałkowe, białka, peptydy, amidy, kwasy nukleinowe i nukleotydy, substancje porfirynowe wchodzące w skład chlorofilu, witaminy, koenzymy, alkaloidy, betainy itp.

Do najważniejszych związków azotowych należą białka. W odróżnieniu od organizmów zwierzęcych, rośliny prawie nie zawierają białek strukturalnych. Wyjątkiem jest tu grupa białek budujących błony cytoplazmatyczne. Znaczne ilości azotu znajdują się w białkach zapasowych w nasionach i ziarniakach zbóż. W organach tych białko może stanowić 8 - 15 % suchej masy ziarniaków, a u niektórych roślin motylkowych do 50% s.m. nasion. Wśród białek zapasowych dominują białka proste (albuminy, globuliny, prolaminy i gluteiny) i białka złożone. Odrębną grupą białek roślinnych są białka enzymatyczne i regulacyjne. Są one odpowiedzialne za przeprowadzanie i regulowanie prawie wszystkich procesów biochemicznych zachodzących w roślinie. W procesie fotosyntezy obok białek enzymatycznych biorą udział również inne związki azotowe. Na przykład układ magnezoporfirynowy będący podstawową jednostką budulcową chloroplastów, odpowiedzialny jest za absorpcję energii świetlnej i wraz z układem enzymatycznym za syntezę cukrów. Plastocyjanina - miedzioproteid znajdujący się w chloroplastach biorący udział w przenoszeniu elektronów w procesach fosforylacji, fotoredukcji NADP+ i utlenieniu cytochromu f. Charakterystycznymi dla roślin są również białka ? inhibitory enzymów. Tworzą one system regulacji procesów biochemicznych.

Inną grupą związków azotowych o podstawowym znaczeniu są nukleotydy i kwasy nukleinowe. Kwasy nukleinowe stanowią materiał genetyczny organizmów żywych. Nukleotydy natomiast są nie tylko elementem składowym kwasów nukleinowych lecz również wielu koenzymów i niektórych związków makroergicznych.

Rola azotu polega również na stymulowaniu syntezy i obiegu regulatorów wzrostu i rozwoju roślin: auksyn, giberylin i kwasu abscysynowego. Niektóre alkaloidy czy niektóre aminokwasy niebiałkowe są syntezowane w celu ochrony roślin przed szkodnikami jako substancje szkodliwe i toksyczne.

Objawy i skutki niedoboru i nadmiaru azotu u roślin. W początkowym okresie wzrostu roślin niedobór azotu w roślinie zaznacza się na najstarszych liściach, z których jest on transportowany do liści młodszych. Przy dalszym niedoborze azotu najstarsze liście odbarwiają się na kolor jasnozielony, a następnie od wierzchołków zaczynają żółknąć. Równocześnie zostaje zahamowany wzrost roślin, a wykształcane nowe liście są wyraźnie mniejsze. Pogłębiający się niedobór N przyspiesza rozwój i dojrzewanie roślin. Zmniejszenie powierzchni asymilacyjnej powoduje niedostateczne wykształcenie organów generatywnych i wypełnienie ziarniaków i nasion, a co za tym idzie zmniejszenie plonowania roślin.

Nadmiar azotu w roślinach jest wywołany przeważnie nadmiernym nawożeniem azotowym. Zyt duża zawartość organicznych i mineralnych związków azotowych powoduje obniżenie jakości uzyskiwanych plonów między innymi z następujących powodów:

- obniżenie wartości żywieniowej pasz zielonych powodowane wzrostem zawartości N-NO3-.

- zmniejszenie zawartości cennych aminokwasów egzogennych w białku.

- zmniejszeniu zawartość glutenu w ziarniakach konsumpcyjnych odmian pszenicy (maleje wartość wypiekowa mąki).

- obniżenie jakości technologicznej jęczmienia browarnianego.

- utrudniona krystalizacja sacharozy wywołana wzrostem zawartości aminokwasów w korzeniach buraka cukrowego

Podstawowe objawy nadmiaru azotu to ciemnozielone wybarwienie roślin, wydłużenie okresu wegetacji, nadmierny rozrost części wegetatywnych sprzyjający porażeniom patogenów, wzrost ilości niedogonów, wyleganie łanu.

Ilość N w roślinach, oraz dynamika narastania form N w czasie wegetacji. Ogólna ilość N w roślinie wynosi od 0,5% do 3% i zależy przede wszystkim od gatunku rośliny, części rośliny ( wegetatywne, generatywne ), fazy rozwojowej rośliny, poziomu nawożenia azotowego, żyzności gleby (zawartości substancji organicznej, aktywności mikrobiologicznej, pH itp.)

Z wyjątkiem roślin motylkowych , których potrzeby pokarmowe na azot są zaspakajane niemal w całości z procesu symbiotycznego wiązania N2, wszystkie pozostałe gatunki uprawne powinny mieć zapewniony ten składnik z zasobów glebowych i nawozów.

Nagromadzenie azotu w roślinie rozpoczyna się w momencie wykształcenia korzenia zarodkowego i osiąga maksimum w tzw. liniowej fazie wegetatywnego rozwoju roślin kiedy to szybkość pobierania N jest proporcjonalna do szybkości nagromadzania suchej masy. Szybkość nagromadzania N w jednostce czasu wyprzedza początkowo nagromadzanie suchej masy roślin lecz w miarę ich rozwoju maleje. W okresie wykształcenia ziarniaków i nasion zapotrzebowanie roślin na składniki pokarmowe przewyższa możliwości pobrania ich z gleby, dlatego dochodzi do przemieszczenia substancji zapasowych z organów wegetatywnych do generatywnych. Poszczególne gatunki uprawne charakteryzują się różną dynamiką nagromadzania składników pokarmowych. Na przykład pobieranie N przez pszenicę przewyższa jesienią nagromadzanie suchej masy. Natomiast wiosną aż do kwitnienia pobieranie azotu i nagromadzanie suchej masy jest zbliżone. Równomiernym nagromadzaniem azotu w czasie okresu wegetacji charakteryzują się również ziemniaki. Natomiast burak cukrowy i kukurydza intensywnie nagromadzają azot w innych określonych fazach rozwoju. U buraka jest to okres rozrostu korzenia spichrzowego i narastania towarzyszących mu liści (między 60 a 130 dniem wegetacji). U kukurydzy intensywne nagromadzenie rozpoczyna się od fazy 7 ? 8 liścia i osiąga maksimum w czasie kwitnienia.

Oznaczenie azotu ogólnego w roślinie.

Mineralizacja. Analizowany materiał organiczny poddawany jest mineralizacji ?na mokro? w stężonym kwasie siarkowym. Organiczne związki azotowe ulegają początkowo hydrolizie do najprostszych aminokwasów, a te z kolei ulegają mineralizacji do NH3, CO2, SO2 i H2O w myśl reakcji:

NH2CH2COOH + 3 H2SO4 = NH3 + 2 CO2 + H2O + SO2

Uwalniany amoniak natychmiast reaguje z nadmiarem kwasu siarkowego, w wyniku tego powstaje siarczan amonowy:

2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4

Proces ten zachodzi w temperaturze 338oC. W celu przyspieszenia spalania substancji organicznej stosuje się katalizatory:

K2SO4 związek podwyższający temperaturę wrzenia kwasu

CuSO4 działanie tej soli polega na przenoszeniu elektronów z kwasu siarkowego na utlenianą substancję:

2CuSO4 = Cu2SO4 + SO2 + O2

W celu oznaczenia N ogólnego w próbach zawierających azotany, należy uprzednio je zredukować. W celu zapobieżenia stratom N podczas mineralizacji używa się kwasu fenolosiarkowego z dodatkiem pyłu cynkowego. Zawarte w próbce NO3- i NO2- wiązane są do nitrofenolu:

C6H5OH + H2SO4 = C6H4(OH)(SO3H) + H2O

C6H4(OH)(SO3H) + HNO3 = C6H4(OH)NO2 + H2SO4

Reduktorem azotu w nitrofenolu jest wodór powstający ?in statu nascendi? w reakcji cynku z kwasem siarkowym:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

C6H4(OH)NO2 + 3H2 = C6H4(OH)NH2 + 2 H2O

Forma amidowa nitrofenolu ulega dalej amonifikacji reagując z kwasem siarkowym w podobny sposób jak inne związki organiczne tworząc siarczan amonowy.

Destylacja. Uzyskany po mineralizacji substancji organicznej roztwór zawierający N w formie (NH4)2SO4 zadawany jest ługiem sodowym w celu zobojętnienia kwasu i stworzenia środowiska alkalicznego. Nadmiar NaOH reaguje z (NH4)2SO4:

(NH4)2SO4 + 2NaOH = 2NH3 + Na2SO4 + 2H2O

Zawartość probówki podgrzewa się do wrzenia. W zamkniętej atmosferze probówki wzrasta ciśnienie pary wodnej co wymusza ruch obu gazów (pary wodnej i amoniaku) w kierunku deflegmatora. W deflegmatorze para wodna ulega skropleniu, a w wodzie rozpuszcza się amoniak. W ten sposób powstaje destylat. Jest on schładzany w chłodnicy i zbierany w odbieralniku. W odbieralniku amoniak jest wiązany przez kwas borowy:

3 NH3 + H3BO3= (NH4)3BO3

Miareczkowanie. W przypadku stosowania kwasu borowego w obecności mieszaniny indykatorów( czerwieni metylowej i zieleni bromokrezolowej ) wytworzony boran amonowy jest miareczkowany mianowanym kwasem siarkowym:

2(NH4)3BO3 + 3H2SO4 = 3(NH4)2SO4 + 2H3BO3

Ilość zużytego kwasu siarkowego zużyta do miareczkowania posłuży do wyliczenia zawartości N ogólnego w badanym materiale.

Wykonanie ćwiczenia.

Po spaleniu materiału organicznego zawartość probówki ostudzić do temperatury pokojowej, a następnie ostrożnie w niewielkich ilościach dodać wodę dejonizowaną do objętości ok. 1/3 probówki. Równolegle przygotować tzw. ?próbę ślepą. Do kolb stożkowych na 300 ml odmierzyć pipetą 10 cm3 roztworu kwasu borowego z indykatorami.

Przed serią oznaczeń konieczny jest każdorazowo -wstępny rozruch aparatu. Zanurzyć węże wytwornicy pary i pompy NaOH odpowiednio do naczyń z wodą destylowaną i ługiem. Otworzyć zawór wody na chłodnicę. Włączyć aparat i przystąpić do destylacji prób badanych i ?próby ślepej?. Wstawić do aparatu probówkę z roztworem badanym i zanurzyć wylot chłodnicy w kwasie borowym w odbieralniku. Włączyć przycisk automatycznie uruchamiający proces destylacji. Po automatycznym dodaniu ługu zabarwienie roztworu w probówce na skutek zmiany potencjału oksydoredukcyjnego miedzi powinno zmienić się na kolor ciemnoniebieski, a następnie na brunatny. Jeżeli w trakcie destylacji roztwór nie odbarwia się oznacza to iż automatycznie dodana ilość NaOH jest zbyt mała. Należy wówczas przerwać pracę aparatu i dokonać korekty programu sterującego aparatem przez zwiększenie czasu dodawania ługu.

Uzyskany destylat miareczkować mianowanym kwasem siarkowym do odbarwienia roztworu z koloru zielonego do jasnoróżowego. Na podstawie wyników miareczkowania prób badanych i ?próby ślepej? obliczyć zawartość azotu ogólnego.

Potas, magnez, wapń i mikroelementy w roślinie.

Wiadomości wprowadzające

Zawartość potasu w roślinach wynosi najczęściej 0,4-1,2% (w s.m.) w częściach generatywnych oraz 1-5% w częściach wegetatywnych. Średnie zawartości tego pierwiastka w wybranych gatunkach roślin są podane w rozdziale 4.1. Potas jest pobierany przez korzenie rośliny w formie jonu K+, może być również pobierany przez liście ale tylko w tak niewielkich ilościach. Jednak ten sposób dokarmiania roślin nie ma większego znaczenia praktycznego. Pobrany potas jest w roślinie bardzo ruchliwym jonem, łatwo przemieszczającym się w ksylemie i floemie (ulega reutylizacji). Potas ułatwia transport jonów azotanowych w ksylemie a we floemie anionów organicznych, mechanizm ten jest nazywany ?pompą potasową?. W komórce potas w największych ilościach występuje w wakuoli i w chloroplastach. W dojrzałych roślinach gromadzi się głównie w organach wegetatywnych. Do fazy kłoszenia u zbóż i kwitnienia u rzepaku pobranie potasu przez rośliny jest szybsze w stosunku do nagromadzania suchej masy (Rys. 4.3.1). W przypadku buraków rośliny pobierają dużo K od fazy siewki do początku sierpnia, a w ziemniakach do fazy wiązania bulw. Przy wysokim nawożeniu potasem lub przy bardzo zasobnych glebach w ten składnik rośliny mogą pobierać potas w ilościach znacznie większych niż ich potrzeby pokarmowe. Zjawisko to nosi nazwę ?luksusowego pobierania?. Zbyt wysoka zawartość potasu w roślinach przeznaczonych na paszę dla przeżuwaczy (>2,5%K w s.m.) obniża ich wartość pokarmową, może być przyczyną zaburzeń pokarmowych. Wysokie nawożenie potasowe zmniejsza pobieranie magnezu i wapnia przez rośliny, rozszerza się stosunek K: (Ca+Mg). To znacznie pogarsza ich wartość pastewną. Równoważnikowy stosunek tych pierwiastków w paszy przeznaczonej dla zwierząt przeżuwających nie powinien być szerszy niż 2,2:1. W ostatniej fazie rozwoju roślin (np. u zbóż po kwitnieniu) potas może być Rys.4.3.1 Dynamika pobierania potasu przez rośliny.

wydalany do środowiska glebowego. Przyczynia się do zmniejszenia zawartość tego pierwiastka w roślinie w fazie pełnej dojrzałości. Najwyższe potrzeby pokarmowe w stosunku do potasu mają rośliny okopowe, pastewne a stosunkowo małe rośliny zbożowe.

Do podstawowych funkcji fizjologicznych potasu w roślinach można zaliczyć:

-regulacja gospodarki wodnej, np. potas odgrywa zasadniczą rolę przy otwieraniu i zamykaniu aparatów szparkowych, zwiększa turgor komórek

-aktywacja ponad 50 enzymów, np. potas zwiększa aktywność fotosyntezy, szybkość transportu asymilatów, zwiększa syntezę cukrów, białek i inne

-poprawa odporności roślin na stresy, np. zwiększając stężenie soku komórkowego zwiększa się mrozoodporność, rośliny wytwarzają grubsze błony komórkowe co zmniejsza porażenie przez choroby i mszyce, lepszy rozwój tkanek mechanicznych zmniejsza podatność zbóż na wyleganie.

Objawy niedoboru potasu zaczynają się na starszych liściach plamami chlorotycznymi i nekrotycznymi (od wierzchołków i brzegów blaszki). Inne objawy to zniekształcenie blaszek, zahamowanie wzrostu, u kukurydzy zahamowanie wytwarzania wierzchołków kolb.

Oznaczanie K, Mg i Ca w roślinach i w nawozach organicznych.

Oznaczanie zawartości K, Mg i Ca w próbkach roślinnych i nawozach organicznych przeprowadza się w 3 etapach:

1. pobieranie próbek materiałów i ich przygotowanie do analiz,

2. mineralizacja materiału roślinnego i nawozów organicznych,

3. oznaczenie zawartości potasu w roztworze metodą emisyjnej spektrometrii atomowej (ESA) lub magnezu i wapnia absorpcyjnej spektrometrii atomowej (AAS).

Pierwsze dwa etapy ? pobieranie próbek i przygotowanie ich do analiz oraz metody mineralizacji (spalanie na sucho, spalanie na mokro w układzie otwartym, spalanie na mokro w układzie zamkniętym) zostały opisane w rozdziale 1.3 . Można również skorzystać z metodyki podanej w Polskich Normach ? PN-83, 84, 88, 91. Zasady metody AES i AAS zostały opisane w rozdziale 1.4. lub w PN-ISO 6286. Dlatego tu zostanie opisana skrótowo tylko ogólna zasada tych metod.

Zasada oznaczania ilości potasu, magnezu i wapnia w roślinie i w nawozach organicznych.

Metoda emisyjnej spektrometrii atomowej (ESA) polega na wykorzystaniu zdolności wzbudzonych atomów lub jonów danego pierwiastka do emisji promieniowania elektromagnetycznego o ściśle określonej długości fali. Jeżeli atom w stanie podstawowym (Ep) otrzyma wystarczająco dużą ilość energii, to nastąpi przeniesienie jego elektronów na wyższy poziom energetyczny i atom przejdzie w stan wzbudzony (Ew). Atom w tym stanie jest nietrwały i następuje powrót elektronu na niższy poziom energetyczny do stanu podstawowego. Towarzyszy temu emisja przyjętej energii w postaci kwantu promieniowania (hv) charakterystycznego dla atomów danego pierwiastka.



Czas trwania pojedynczego atomu w stanie wzbudzonym jest bardzo krótki (ok.10-8 s), dlatego między procesem wzbudzania i stanem podstawowym ustala się dynamiczna równowaga o względnie stałym natężeniu emitowanego promieniowania zależnym od liczby atomów czyli stężenia analizowanego pierwiastka.

Metoda absorpcyjnej spektrometrii atomowej (AAS) polega na wykorzystaniu zdolności atomów danego pierwiastka do pochłaniania promieniowania elektromagnetycznego o ściśle określonej długości fal (hv). Atomy mogą absorbować selektywnie tylko takie promieniowanie, które mogą same emitować. Znajdujące się w badanym roztworze jony przeprowadza się najpierw do stanu atomowego. Następnie atomy poddaje się działaniupromieniowania o charakterystycznej linii analitycznej emitowanej ze źródła jakim jest specjalna lampa katodowa. Natężenie emitowanej energii lampy katodowej ulega zmniejszeniu po przejściu przez ośrodek absorpcji (najczęściej płomień) zawierający atomy danego pierwiastka. Zmniejszenie to jest powodowane absorpcją przez atomy badanego pierwiastka części energii. Jest ono proporcjonalne do ich stężenia w badanym roztworze wprowadzonym do płomienia..

Wykonanie oznaczenia: Zmineralizowany materiał roślinny lub nawóz organiczny (np.1g) przenieść do kolby miarowej np.na 100cm3 i dopełnić wodą destylowaną do kreski. W przypadku oznaczania wapnia przed dopełnieniem należy dodać 10 cm3 roztworu 10% LaCl3. Lantan jest czynnikiem przeciwdziałającym zakłóceniom występującym przy oznaczaniu wapnia w płomieniu acetylen/powietrze. Jeżeli wapń oznaczamy w płomieniu acetylen/tlenek dwuazotu (N2O) lub metodą spektrometrii emisyjnej plazmowej (ICP) nie stosujemy lantanu.

Wykonanie pomiaru zawartości potasu metodą emisyjnej spektometrii atomowej (ESA). Przygotować aparat do pracy ustawiając go na pomiar emisji oraz parametry zalecane przez producenta do oznaczania tego pierwiastka (długość fali, szerokość szczeliny itp.). Następnie kalibrować przyrząd zgodnie z instrukcją obsługi producenta. Po ustawieniu aparatu oznaczyć kolejne roztwory wzorcowe i wykonać pomiary. Z tych odczytów aparat wyposażony w komputer wykona wykres krzywej kalibracyjnej określającej zależność między % zawartością K w roślinie a odczytem na aparacie. Następnie podstawiając kolejne roztwory oznaczamy w nich % K. Jeżeli aparat nie jest wyposażony w komputer z wykonanych odczytów sporządzamy wykres krzywej kalibracji umieszczając na osi odciętej % K a na osi rzędnej odczyt z aparatu. Następnie po wykonaniu odczytów z aparatu z wykresu odczytujemy zawartość tego pierwiastka w badanych próbkach.
Last modified: poniedziałek, 10 sierpnia 2015, 10:49