Взаимодействие ионов. 
Физиология растений

Поглощение данного иона, как уже говорилось, зависит от присутствия других ионов. В моносолевом растворе катион будет поглощаться быстрее в присутствии легко поглощаемого аниона. Так как на скорость поглощения влияет величина гидратной оболочки иона, то одновалентные ионы поглощаются быстрее двухили трехвалентных.

Если в растворе присутствуют два или больше ионов, то между ними могут наблюдаться конкурентные и неконкурентные отношения. Часто химически близкие ионы мешают друг другу при поглощении, разные же^[1]

ионы не конкурируют между собой. Например, цинк усиливает поглощение железа, калия, марганца и молибдена; калий и фосфор увеличивают поглощение корнями азота, и наоборот. Избыток калия в почве препятствует поглощению ионов кальция и магния. Поглощение магния затрудняют ионы калия, кальция, марганца, аммония, а высокая концентрация самого магния нарушает поглощение ионов калия.

С одной стороны, присутствии легко поглощаемого аниона катионы той же соли поступают быстрее. С другой — ионы с одинаковым зарядом обычно конкурируют между собой. Причиной может служить недостаток белков-переносчиков. Но так как взаимосвязь между переносчиком и ионом, который он переносит, высокоспецифична, то нарушить ее могут обычно лишь ионы, близкие к данному по своим размерам и положению в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Такие анионы, как нитраты, сульфаты, фосфаты, стимулируют поглощение других ионов, по-видимому, вследствие активации общего обмена веществ в корне. Щелочные катионы конкурируют друг с другом при поглощении: с увеличением концентрации одного катиона уменьшается поглощение другого.

Элементы взаимодействуют друг с другом не только при поглощении, но и при действии на организм растения.

В 1898 г. Жак Лсб (США) в опытах с зиготами морского ежа открыл, что на монорастворе хлористого натрия из зигот не развивалось ни одного зародыша. Если к раствору ЫаС1 прибавляли 1 см³ сильно разбавленного раствора Са80₄, то зародыши развились из 3% зигот, если 2 см³ — из 20%, а если 5 см³ — то из 75%. Чистые растворы солей кальция тоже оказывались ядовитыми, но их ядовитое действие можно было сиять прибавлением солей натрия. В 1907 г. открытие Ж. Леба было проверено В. Остергаутом (США) на растениях пшеницы. Оказалось, что на чистых растворах СаС1₂ или К^таС1 у проростков развивались только очень короткие корешки; в растворе, состоящем из смеси обеих солей, наблюдалось лучшее развитие, которое дополнительно стимулировалось при добавлении катиона калия (рис. 6.9). Следовательно, физиологический эффект смеси нескольких солей иной, чем действие каждой соли в отдельности.^[2]

Рис. 6.9. Рост корней пшеницы на растворах, содержащих смесь солей или одну соль¹:

• 1 — на полном уравновешенном растворе (КаС1 + КС1 + СаС1₂);
• 2 — на не вполне уравновешенном растворе (ЫаС1 + СаС1₂);
• 3 — на чистом растворе СаС1₂; 4 — на чистом растворе ЫаС1

Вес разнообразие взаимодействий элементов с растительным организмом можно свести к трем случаям: аддитивности, синергизму и антагонизму.

Аддитивность (от лат. additivus — прибавленный) — действие смеси элементов в растворе равно сумме действия каждого отдельного элемента. Например, величина осмотического потенциала раствора равна сумме осмотических потенциалов каждого растворенного в нем вещества. Поэтому применение удобрений на засоленных почвах может дать отрицательный эффект, так как в результате аддитивности увеличивается концентрация почвенного раствора, что сопровождается ухудшением поступления воды в растение.

Синергизм (от греч. synergeia — совместное действие) — взаимное усиление физиологического действия на растение каждого из элементов, входящих в раствор. В результате физиологический эффект солевой смеси превышает сумму эффектов каждого из компонентов смеси. Возможно взаимное усиление как положительного, так и отрицательного действия. Например, внесение только азотных удобрений дало прибавку урожая хлопчатника на 3 ц/га, только фосфорных — на 2, а одновременное внесение обоих — па 8. Токсическое действие алюминия усиливается на кислых почвах.

Антагонизм (от греч. anti — против и agonizomai — борюсь) — это такой тип взаимодействия, при котором физиологический эффект действия смеси солей меньше, чем эффект от действия каждой соли, взятой в отдельности. Примером ионов, оказывающих антагонистическое действие на клетку, являются калий и кальций. Известно, что калий увеличивает, а кальций уменьшает вязкость цитоплазмы. Причем чрезмерное набухание так же нарушает процессы обмена веществ в клетке, как и сильная потеря воды.

Антагонизм проявляется как между ионами разной (К⁺ и Са²⁺), так и одинаковой валентности (Na⁺ и К⁺). В первом случае антагонистическое влияние сильнее. Так, для того, чтобы устранить токсичное действие чистой соли КС1, надо прибавить 30% NaCl, а СаС1₂ — всего 5%.

Растворы, в которых антагонизм проявляется в максимальной степени, называются уравновешенными. К естественным уравновешенным растворам относятся морская вода, а у животных — плазма крови, тканевая жидкость. Чтобы растения хорошо росли, почвенный раствор и искусственные питательные смеси, используемые для выращивания растений, тоже должны быть уравновешенными. Для растений солевые растворы считаются уравновешенными, если отношение концентраций одновалентных катионов к двухвалентным приблизительно равно 10. Существует мнение, что причиной хлороза является не сам дефицит железа, а нарушение соотношения между элементами, прежде всего между железом и фосфором.

• [1] См.: Epstein Е. Mineral Nutrition of Plants: Principles and Perspective. N. Y.; London ;Sydney; Toronto: John Wiley and Sons, 1972.
• [2] Цит. по: Сабинин Д. А. Физиологические основы питания растений.