Krzem pełni zaskakująco wiele funkcji w życiu roślinnym i jest szczególnie ważny w warunkach stresowych. Rolę krzemu można porównać z rolą wtórnych metabolitów organicznych pełniących funkcje ochronne w roślinach. Widząc całą różnorodność ról, jakie krzem odgrywa w roślinach w walce z różnymi stresami, dzisiejsi światowi naukowcy przyznają, że wciąż daleko im do opracowania „ujednoliconej teorii” krzemu w biologii i rolnictwie.
Funkcje krzemu w roślinie
Krzem ma znaczący wpływ na wzrost i rozwój roślin, zwiększa plony i poprawia jakość produktu. Jednocześnie pozytywne działanie krzemu jest szczególnie widoczne u roślin w warunkach stresowych.Krzem daje roślinom wytrzymałość mechaniczną, wzmacnia ściany komórkowe, zapewniając sztywność różnych organów roślinnych.
Krzem w optymalnych dawkach sprzyja lepszemu metabolizmowi azotu i fosforu w tkankach, zwiększa zużycie boru i szeregu innych pierwiastków; zapewnia zmniejszenie toksyczności nadmiernych ilości metali ciężkich. Optymalizacja odżywiania roślin krzemem prowadzi do zwiększenia powierzchni liści. W takich warunkach w roślinach tworzą się trwalsze ściany komórkowe, dzięki czemu zmniejsza się niebezpieczeństwo wylegania plonów, a także ich uszkodzenia przez choroby i szkodniki.
Jedną z ważnych funkcji aktywnych form krzemu jest stymulowanie rozwoju systemu korzeniowego. Badania nad zbożami, owocami cytrusowymi, warzywami i trawami pastewnymi wykazały, że przy poprawie odżywiania roślin krzemem liczba korzeni drugorzędowych i trzeciorzędowych wzrasta o 20–100% lub więcej. Niedobór pokarmu krzemowego jest jednym z czynników ograniczających rozwój systemu korzeniowego roślin. Stwierdzono, że optymalizacja odżywiania krzemem zwiększa efektywność fotosyntezy i aktywność systemu korzeniowego.
Cechy przedmiotu
Należy podkreślić pewne prawidłowości, które odróżniają krzem od wielu innych pierwiastków w życiu roślin.
Pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że prawie wszystkie rośliny (z rzadkimi wyjątkami) można uprawiać bez krzemu w pożywce. Nawet rośliny krzemionkowe, takie jak ryż i pszenica.
Inną cechą jest to, że krzem akumuluje się w roślinach w dużych ilościach, które często przekraczają wchłanianie głównych makroskładników (azotu, fosforu i potasu).Zakres stężeń krzemu w roślinach jest znacznie szerszy niż w przypadku innych składników odżywczych. Tak więc zawartość krzemu waha się w granicach 0,1-10% suchej masy, podczas gdy np. dla azotu 0,5-6%, dla potasu 0,8-8%, fosforu 0,15-0,5%. Oznacza to, że rozrzut koncentracji krzemu jest o rząd wielkości większy niż w przypadku innych pierwiastków.
Bardzo ważne jest, aby pamiętać, że rośliny uprawiane w sztucznych sprzyjających warunkach praktycznie nie potrzebują krzemu.
Ze względu na zawartość krzemu w suchej masie wyróżniamy trzy grupy roślin:
- zawartość krzemu powyżej 5% (ryż, trzcina itp.);
- zawartość krzemu powyżej 1% (jęczmień, żyto itp.);
- zawartość krzemu jest mniejsza niż 1% (na przykład dwuliścienne – ogórek, słonecznik itp.).
Forma krzemowa w tkankach roślinnych
W tkankach roślinnych krzem występuje w postaci związków rozpuszczalnych w wodzie, takich jak kwas ortokrzemowy (H4SiO4), etery ortokrzemowe, a także w postaci nierozpuszczalnych polimerów mineralnych i zanieczyszczeń krystalicznych. W ramach materii organicznej tkanek roślinnych Si tworzy ortokrzemowe estry hydroksyaminokwasów, kwasów hydroksykarboksylowych, polifenoli, węglowodanów, steroli, a także pochodne aminokwasów, aminocukrów i peptydów. Najważniejszymi rozpuszczalnymi formami krzemu w roślinach i układzie glebowo-roślinnym są kwasy monokrzemowy i polikrzemowy. Te związki nieorganiczne są zawsze obecne w naturalnych roztworach wodnych. Co więcej, istnieje między nimi ścisły związek.
