О кремнии

Кремний химически активный элемент поэтому его нет в природе в элементарном виде. Тем не менее, в растениях он есть, значит биосистемы способны его извлекать, но тратят для этого много энергии.

«Никакой организм не может существовать без кремния, он вырисовывается в мироздании как элемент, обладающий исключительным значением»

Академик В.И. Вернадский

Кремний в природе и в растениях.
Уникальность кремния.

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.
Кремний накапливается растениями в количествах, часто превышающих величину поглощения основных макроэле — ментов (N, P, K). Диапазон концентраций кремния в растениях значительно шире, чем других питательных элементов.
Кремний в растениях распределяется крайне неравномерно. Исследованиями установлено, что растения могут погло — щать 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 2,5 мкм 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 про — водящих тканях стебля, листьев, корней и оболочки зерен. Эти накопления кремния позволяют растениям выживать в усло — виях действия абиотических и биотических стрессов

Кремний в природе и в растениях.
Уникальность кремния.

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 или заболеванию.

Функции кремния в растении.

Положительная роль кремния в стимулировании роста и развития многих растений общепризнанна — кремний оказывает существенное влияние на их рост и развитие, повышает урожайность и улучшает качество продукции. При этом положительный эффект кремния особенно заметен у растений в стрессовых условиях.
Кремний предает растениям механическую прочность, укрепляет стенки эпидермальных клеток и предотвращает полегание, обеспечивая жесткость различных органов растения. 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.

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.
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 соединений.
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.

Как известно, стрессы растений принято подразделять на два вида: биотические и абиотические.
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. Эти вещества влияют на взаимодействие растения и организмов, живущих в окружающей среде растения: насекомых, грибков, микробов, вирусов.

Кремниевые удобрения.

— 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 заболева- ниями грибковой и бактериальной природы у различных видов растений. Например, Si увеличивает устойчивость риса к широкому спектру возбудителей грибковых болезней (фузариоз и пр.) и умень- шает заболеваемость мучнистой росой у огурца, ячменя и пшеницы. Положительное влияние кремния наглядно показано на рисун- ке. Первые признаки развития болезни наблюдались на кон- трольных растениях (Si-) через 5 дней после заражения муч- нистой росой. Болезнь быстро прогрессировала и после 5 недель контрольные растения были сильно инфици- рованы (балл инфекции = 3,71). С другой стороны, для Si+ растений степень заражения была очень мала даже после 5 недель – средний балл инфекции со- ставлял 0,41. Результаты этого исследования убе- дительно доказывают, что кремний обеспечивает эффективную защиту пшеницы от мучнистой росы, что подтверждает многочисленные наблюдения положительной роли кремния в противостоянии грибковым инфекциям у однодольных

Влияние кремния (Si) на рост и урожайность риса.

Влияние кремния (Si +) на развитие мучнистой росы на листьях пшеницы А — лист без искусственного заражения мучн. росой. B — лист искусственно заражен мучн. росой (Si +). С — лист искусственно заражен мучн. росой (Si -).

(а) растения риса с низким уровнем Si восприимчивы к атакам насекомых,
(б) при низком уровне Si в зерне — наблюдается изменение цвета из-за заражения несколькими грибковыми возбудителями.
«- Si»: Содержание кремния составляет 0,48% в побегах и 1,44% в зернах,
«+ Si»: Содержание кремния составляет 4,21% в побегах и 8,05% в зернах.
Кремний также повышает устойчивость растений к насекомым-вредителям. На рисунке показано, что растения с низким уровнем кремния восприимчивы к атакам насекомых.

Проведенный анализ данных свидетельствуют о том, что растение более продуктивно использует влагу при внесении активных форм Si. 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. Кремний существенно влияет на охлаждение листьев растений. Обработка листьев кремнием снимает тепловую нагрузку в условиях высоких температур и значительно снижает температуру листьев – на 3-4o C. Установлено, что после обработки листьев кремнием в эпидермисе формируются биокремниевые структуры. 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. Кремний также снижает вредное воздействие УФ-излучения.
Защитная роль кремния в растениях — 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. 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), снижении действия высоких температур (тепловая защита). Разнообразие растений, демонстрирующих положительный отклик на внесение соединений кремния, доказывает, что все эти механизмы характерны как для кремниефилов, так и для некремниефилов.

Применение

Пшеница, ячмень,
рожь, овес

Каждая схема применения может быть скоректирована с учетом технологии выращивания культуры в хозяйстве, планируемой урожайности и др. факторов.

Кремний оказывает существенное влияние на рост и развитие, повышает урожайность и улучшает качество продукции, предает растениям механическую прочность и предотвращает полегание, способствует лучшему обмену в тканях азота и фосфора, калия повышает потребление бора и ряда других элементов; обеспечивает снижение токсичности избыточных количеств тяжелых металлов.

Рис

Каждая схема применения может быть скоректирована с учетом технологии выращивания культуры в хозяйстве, планируемой урожайности и др. факторов.

Кремний предает растениям механическую прочность и предотвращает полегание, увеличивает устойчивость риса к широкому спектру возбудителей грибковых болезней (фузариоз и пр.), увеличивает урожайность, качество риса, выход целого ядра.

Подсолнечник

Каждая схема применения может быть скоректирована с учетом технологии выращивания культуры в хозяйстве, планируемой урожайности и др. факторов.

При улучшении кремниевого питания растений увеличивается количество вторичных и третичных корешков на 20-100% и более, повышая активность корневой системы и эффективность фотосинтеза. Кремний влияет на величину урожайности, улучшая структуру урожая, размер корзинки, число выполненных семянок в корзинке, массу 1000 семян, увеличивает выход фракции 38+ на 5-8% и 45+ на 2-4% (кондитерский сорт). Увеличивает выход масла (масляничный сорт).

Кукуруза

Каждая схема применения может быть скоректирована с учетом технологии выращивания культуры в хозяйстве, планируемой урожайности и др. факторов.

Кремний необходим для формирования механических тканей листьев, стебля, дополнительных опорных корней, обеспечивающих улучшение влагообеспеченности кукурузы и повышения продуктивности и засухоустойчивости.

Соя

Каждая схема применения может быть скоректирована с учетом технологии выращивания культуры в хозяйстве, планируемой урожайности и др. факторов.

Кремний участвует в процессе поддержки внутреннего резерва воды, повышает засухоустойчивость, снижает транспирацию и изменяет угол наклона листьев растений, повышает устойчивость к стрессам. Кремний влияет на число бобов, число семян на растении, массу 1000 семян, увеличивает содержание протеина.

Свекла
сахарная, столовая

Каждая схема применения может быть скоректирована с учетом технологии выращивания культуры в хозяйстве, планируемой урожайности и др. факторов.

Кремний влияет на рост и развитие, улучшает обеспеченность растений фосфором и калием, которые в свою очередь на ряду с кремнием повышают общую продуктивность и накопление сахара в корнеплодах свеклы, благоприятно действует на устойчивость к болезням и вредителям.

Рапс

Каждая схема применения может быть скоректирована с учетом технологии выращивания культуры в хозяйстве, планируемой урожайности и др. факторов.

Применение кремния образует мощную корневую систему и розеточные листья, увеличивается количество семян, масса 1000 семян, защищает от заморозков, от выпаривания, вымокания, бактериоза корней, мучнистой росы.

Горох, нут,
чечевица, фасоль

Каждая схема применения может быть скоректирована с учетом технологии выращивания культуры в хозяйстве, планируемой урожайности и др. факторов.

Кремний увеличивает количество клубеньков, тем самым увеличивает фотосинтетическую активность в вегетационный период, влияет на увеличение высоты и зеленой массы гороха, увеличивается количество бобов, количество семян, вес семян, масса 1000 семян. Сокращает интенсивность развития корневой гнили, аскохитоза, ржавчины.