Кремний Si

Кремний (Silicium) – один из самых распространенных химических элементов на нашей планете. В земной коре он занимает второе место по распространенности после кислорода, составляя ее 27% по массе. В природе кремний не встречается в чистом виде, только в соединениях. Самое распространенное из них – это диоксид кремния SiO₂, его также называют кремниевым ангидридом или кремнеземом. Встречается кремний и в виде солей кремниевых кислот, называемых силикатами. Наиболее распространены алюмосиликаты – силикаты, содержащие алюминий. К ним относятся полевые шпаты, слюды, каолин и многие другие минералы. Хотя кремний и является одним из самых распространенных элементов на Земле, в организмах живых существ его содержание невелико. Исключение составляют некоторые морские организмы, способные накапливать кремний в больших количествах. Среди растений это, например, диатомовые водоросли, а среди животных – радиолярии и кремниевые губки.## Кремний и его влияние на растения Кремний играет важную роль в жизни растений, оказывая влияние на их рост, развитие и устойчивость к стрессам. Один из механизмов положительного действия кремния заключается в его способности образовывать комплексы с тяжелыми металлами, например, с кадмием. Это приводит к иммобилизации токсичных элементов и/или подщелачиванию питательной среды, что снижает их доступность для растений. Схема, представленная на рисунке 2.18, иллюстрирует вероятные механизмы ослабления кремнием токсичного действия металлов. ### Влияние кремния на концентрацию марганца в листьях огурца | Вариант опыта | Концентрация Mn, мг/кг сухой массы | |---|---| | Контроль | | | Лист +Si | | | -Si | | ### Механизмы ослабления кремнием токсического действия металлов на растения ### Защита от ультрафиолетового излучения Кремний повышает устойчивость растений к ультрафиолетовому излучению (УФ), снижая окислительный стресс. Он уменьшает скорость образования активных форм кислорода в тканях, что защищает липиды мембран от пероксидного окисления. Кроме того, кремний стимулирует синтез пролина, антоцианов и флавоноидов, которые выполняют защитные функции в условиях УФ-стресса. ### Улучшение минерального питания Кремний способствует оптимизации минерального питания растений. Например, при избытке фосфора, который может препятствовать усвоению цинка, кремний предотвращает накопление токсичных количеств фосфора, улучшая тем самым снабжение растений цинком. При дефиците железа кремний усиливает его транспорт из корней в побег, снижая проявления хлороза листьев. ### Повышение устойчивости к патогенам Кремний, накапливаясь под кутикулой листьев, образует механический барьер, препятствующий проникновению болезнетворных микроорганизмов и насекомых. Кроме того, кремний активизирует защитные реакции растений, стимулируя выработку фитоалексинов и фенольных соединений в ответ на инфекцию. Например, в корнях огурца, зараженного грибом Pythium, наблюдается повышение активности хитиназы, пероксидазы и полифенолоксидазы. ### Стимуляция роста и развития Кремний оказывает стимулирующее действие на рост и развитие многих видов растений. В качестве удобрений силикаты применяются для улучшения качества сахарного тростника. Внесение кремниевых удобрений в бедные почвы тропиков повышает урожайность риса. Кремний укрепляет растительные ткани, повышая устойчивость к полеганию и улучшая улавливание света. ### Влияние концентрации кремния Важно отметить, что действие кремния на растения зависит от его концентрации. Оптимальный уровень кремния способствует росту и развитию, в то время как избыток может оказывать ингибирующее действие. ### Содержание и распределение кремния в растениях Содержание кремния в растениях варьирует в зависимости от вида. Растения-аккумуляторы кремния, такие как хвощ полевой и некоторые злаки, накапливают его в больших количествах. Другие растения содержат кремний в меньших концентрациях. Внутри растения кремний распределяется неравномерно: его содержание в корнях обычно выше, чем в побегах. В клеточной стенке сосредоточено более 90% кремния от его общего содержания в клетке. ### Поглощение кремния растениями Растения поглощают кремний из почвы в форме монокремниевой кислоты. У растений-аккумуляторов транспорт кремния – активный процесс, который может подавляться ингибиторами метаболизма. ### Формы кремния в почве Кремний – один из самых распространенных элементов в земной коре. В почве он присутствует в форме диоксида кремния.## Кремний: скрытый герой среди элементов питания растений Поликремниевые кислоты, играющие важную роль в усвоении растениями кремния, обладают разнообразной структурой: от линейной до шарообразной. Несмотря на химическую инертность, поверхностные заряды этих молекул обеспечивают им химическую активность. Стабильность поликремниевых кислот находится в прямой зависимости от концентрации монокремниевой кислоты и свойств твердых частиц в растворе. Так, увеличение дисперсности твердых частиц приводит к росту количества поликремниевых кислот. Влияние этих кислот на почву проявляется, главным образом, в изменении ее физико-химических свойств. ### Дефицит кремния: скрытая угроза Для большинства растений кремний является полезным элементом, поэтому симптомы его дефицита не так ярко выражены, как при нехватке основных макроэлементов. Однако некоторые виды травянистых растений, особенно произрастающие в условиях повышенной влажности (например, хвощ полевой и рис посевной), более чувствительны к недостатку кремния. Основные признаки дефицита кремния: * Замедленный рост; * Некроз зрелых листьев; * Снижение фертильности колосков (у злаков); * Появление пятен на листьях ("веснушчатость") под воздействием интенсивного солнечного света (например, у сахарного тростника). Важно отметить, что во время репродуктивной фазы злаки активно транспортируют кремний во флаговый лист. Недостаток кремния в этот период может привести к серьезным нарушениям развития и снижению урожайности.