Для чего нам элементы питания (часть седьмая: кремний)

По своим химическим свойствам кремний очень похож на углерод, однако менее активен и разнообразие образуемых им соединений сильно ниже. Доказано его положительное влияние на растения. Однако необходимость в этом элемента питания до сих пор окончательно не подтверждена. В растении кремний может находится как в растворимой (ортокремниевая кислота и ортокремниевые эфиры), так и в нерастворимой форме (кремнезем, поликремниевые соединения), а так же в неорганической и органической форме. Кремний в растениях образует фитолиты.

Отрицательно заряженные ионы кремния могут связываться с соединениями клеточных стенок и там конденсироваться. Этот процесс зависит от pH, температуры, присутствия других молекул и т.д. Форма, концентрация и место локализации кремния зависит от культуры. Например в листьях злаков кремний быстро накапливается тонким слоем под кутикулой, что служит дополнительным эффективным барьером от патогенных организмов. У злаков так же кремний накапливается в эпидермисе, стебле и корневых волосках. 

Среди кремний-органических веществ в растениях, больше всего он связан с высокомолекулярными веществами. Всего на такие соединения приходит от 50 до 75 % суммарного кремния. Хорошо изучены комплексы кремния с липидами, на них приходится около 16 % от всего кремния. 

В растительных тканях соединения кремниевой кислоты могут образовывать гелеобразные вещества, такие вещества предположительно могут стимулировать некоторые физиологические процессами, либо выступать в качестве среды (вместо воды), где эти процессы будут идти.  Например в таких процессах как циклизация органических веществ или перестановка функциональных групп, так при сильном недостатку кремния отмечаются трудности при встраивании фосфора в АТФ, сахара и т.д. А так же происходит уменьшение доли лигнина и увеличение доли фенольных соединений (тут кстати он очень похож на бор). 

Доказано, что присутствие кремния улучшает устойчивость к стрессовым факторам. Например при засолении, в присутствии кремния, отмечается уменьшение всасывания натрия растением. Это может быть например связанно с уменьшением транспирации под действием кремния. Так же кремний может образовывать неактивные нерастворимые соединения с натрием (хотя как по мне у такого механизма эффективность наименьшая). В картинках я прикладываю возможную схему участие кремния при засолении (картинка взята из учебника Н.П. Битюцкого "минеральное питание растений) 

Предполагается, что кремний способствует оптимизации водного баланса в условиях дефицита влаги. Этот механизм на данный момент до конца не изучен, но, по моему мнению он имеет большой потенциал.

Доказано положительное действие кремния на рост растений в условиях избытка марганца, алюминия, тяжелых металлов. Под действием кремния марганец более равномерно распределяется в листовых пластинках. А так же уменьшается присутствие токсичных концентраций элементов в клеточном соке. Предполагается возможность образование нерастворимых комплексов кремния и тяжелых металлов в клетках, однако такие соединения в составе клеток до сих пор обнаружены не были. Так же была доказана способность кремния влияет на поглощение фосфора, цинка и железа растением, особенно в условиях их недостатка. 

Многие слышали про способность кремния влиять на устойчивость к болезням. Про дополнительный кремний-содержащий защитный слой в кутикуле я уже сказал. Помимо этого, кремний усиливает образование фитоаликсинов, которые помогают при грибковых поражениях. Так же кремний покрывает пыльцу растений, что препятствует её микробиологическому разрушению. 

Положительное влияние кремния очень зависит от культуры. Особо высокая эффективность у него на злаковых. Очень хорошие результаты были получены в опытах на сахарном тростнике (который тоже является злаком). 

Так же с кремнием не стоит перебарщивать. Его можно добавлять на любые почвы, так как в почве почти весь кремний недоступен растению (хоть его и много), но перебарщивать тоже не стоит. В опытах с бобовыми максимальная "полезная" концентрация кремния наблюдалась при значениях 100 мг/кг почвы. Более высокие значения приводили к угнетению культуры. При значении 800 мг(Si)/кг почвы наблюдалась гибель растений.

Однако у злаковых потребность в кремнии будет выше. Рекорд тут будет у риса, в пересчете на сухую массу, кремний у него может занимать до 15%. у других злаков этот показатель не превышает 3%, у двудольных как правило максимум 0,5%. 

Спасибо всем, кто дочитал до этого момента, если у вас есть вопросы, то я с радостью на них отвечу