Белки, жиры, углеводы — вот три основные составные части нашей пищи. Все эти вещества мы получаем вместе с растительными и животными продуктами питания. А поскольку мясо-молочные продукты нам поставляют травоядные животные, то получается, что приготовлением нашей органической пищи из неорганических веществ мы в первую очередь обязаны растениям.

Какие же неорганические вещества служат пищей самим растениям?

Если взвесить только что выдернутое из почвы растение, потом его высушить и снова взвесить, то окажется, что па 90 процентов растительные ткани состоят из воды. Нет необходимости говорить о ее значении для живых организмов — что среда, в которой находятся компоненты клетки, что растворитель, что химический реагент.

Примерно 9 процентов от веса растения составляет углерод, входящий в состав всех органических соединений. Растения получают его из воздуха, точнее, из углекислого газа, находящегося в воздухе. Углерод усваивается растением в процессе фотосинтеза, идущего с поглощением световой энергии и с выделением кислорода.

На долю остальных элементов приходится лишь процент от веса растения. Около четверги этого процента составляет азот. Усваивать атмосферный азот растения не могут (такая способность дана только некоторым микроорганизмам) и вынуждены высасывать его из почвы в виде соединений, точнее, в виде либо нитратных ионов NO₃, либо ионов аммония NH₄+. Обычно в почве таких соединений содержится недостаточно, поэтому земледельцам приходится подкармливать выращиваемые растения искусственно полученными производными азота — азотными удобрениями.

Среди них наиболее распространена аммиачная селитра NH₄NO₃. Судя по формуле, в этой соли присутствуют оба вышеназванных разноименно заряженных иона. Доказать присутствие иона аммония в аммиачной селитре легко: добавьте к раствору удобрения в воде раствор щелочи (например, едкого натра). Выделяющийся аммиак определите по характерному запаху. В сельском хозяйстве применяют также другие виды селитры: натриевую NaNO₃, калийную KNO₃ кальциевую Ca(NO₃)₂. Чтобы их различить между собой, насыпьте на раскаленный уголь с кончика ножа немного порошка удобрения. Натриевая селитра вспыхнет и сгорит ярко-желтым огнем, пламя калийной селитры будет окрашено в лиловый цвет, кальциевая селитра расплавится и сгорит красным пламенем, оставив белую известь. Аммиачная селитра пламя не окрашивает, но сгорает с белым дымом и запахом аммиака. Добавьте в пробирке или на дне стакана к раствору кальциевой селитры раствор оксалата аммония — выпадет белый осадок.

Другое азотное удобрение — сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ — легко обнаружить, поставив два опыта. Растворите немного этой соли в воде и раствор поместите в две пробирки. В одну добавьте раствор щелочи (выделяется аммиак), в другую — раствор хлористого бария (выпадает белый осадок сульфата бария, который не растворяется в уксусной кислоте).

Какую же роль выполняет азот в растении? Дело в том, что этот элемент входит в состав жизненно наиважнейших соединений — белков (конкретнее — аминокислот, из которых построены белки) и нуклеиновых кислот, не считая многих других биологически весьма активных веществ, среди которых витамины, алкалоиды и другие выделяемые из растений и полезные человеку соединения.

Если в корень растения азот попал в виде нитратаниона, он быстро восстанавливается в аммиак. При участии фермента нитратредуктазы нитрат-ион NO₃ — сначала переходит в нитрит-ион NO₂, затем в гидроксиламин NH₂OH, наконец, в аммиак. Аммиак в клетках растений реагирует с так называемыми кетокислотами, в которых кетонная группа соседствует с карбоксилом: R-CO-COOH. Эти кетокислоты образуются в клетках растений при окислении сахара, в результате чего растение получает энергию. Соединяясь под действием ферментов с кетокислотами, аммиак образует различные аминокислоты R-CH(NH₂)COOH, которые передвигаются в стебель и листья и далее используются для синтеза белков.

С такой же целью аминокислоты необходимы и для нормальной жизнедеятельности всех животных и синтезируются в их организмах, хотя и не в полном ассортименте. Например, в организме человека не могут синтезироваться восемь аминокислот (оттого их называют незаменимыми) — они обязательно должны поступать с пищей.

Второй весьма важный элемент, содержащийся в растениях,— фосфор (0,06 процента). Его в почве тоже часто не хватает, поэтому и производятся в огромном количестве фосфорные удобрения. Например, суперфосфат, состоящий из смеси гидрофосфата кальция Ca(H₂PO₄)₂ • H₂O с сульфатом кальция CaSO₄.

Взболтайте с водой фосфорное удобрение, отфильтруйте через промокательную бумагу и прибавьте к фильтрату несколько капель раствора нитрата серебра (ляписа). Выпадает желтый осадок фосфата серебра. Комбинированное фосфорное удобрение — аммофос NH₄H₂PO₄ — помимо этой реакции, при действии щелочи выделяет аммиак, и поэтому его легко распознать.

Роль фосфора в организме весьма важна. В виде фосфат-иона он включается в состав вещества наследственности — нуклеиновой кислоты. Присоединение и отщепление остатка фосфорной кислоты к аденозин-фосфатам позволяет клетке запасать впрок, переносить, хранить и использовать по мере надобности энергию. Кроме того, фосфор является составной частью важных биологических веществ — фосфолипидов, коферментов и других.

Чтобы понять роль, которую играют в жизни растения некоторые металлы и особенно калий (в процентном отношении его в растениях столько же, сколько и азота), проделайте такой опыт. Срежьте стебель какого-нибудь комнатного растения и наденьте на оставшийся в земле пенек стеклянную трубку. Полейте растение. Постепенно в трубку из сосудов стебля выделится жидкость, которая поднимется по трубке на какую-то высоту. Эта высота отражает величину давления, под которым корень, словно насос, гонит воду в листья.

Каким же образом создается это давление? Здесь «работает» принцип осмоса. Если разделить два раствора перегородкой, проницаемой только для молекул воды, и создать по разные стороны от перегородки различную концентрацию какой-либо соли, то молекулы воды из части, содержащей меньше соли, будут пытаться перейти в ту часть, где соли больше, выровнять ее концентрацию. Такой перегородкой, проницаемой лишь для молекул воды, может выступать оболочка клетки. Благодаря осмосу вода из почвы всасывается в сосуды корня, жидкость в которых отличается значительной концентрацией ионов калия. Будучи разбавлена водой, эта жидкость увеличивается в объеме, ей становится тесно в сосудах корня, и она поднимается по ним в сосуды стеблей, а затем и листьев. Поместите веточку комнатного растения или дерева в стакан с чистой водой. Хорошо известно, что несколько часов или даже дней ветка не будет вянуть. Но добавьте в воду немного калийной селитры, и вы увидите, как и стебель и листочки быстро потеряют упругость, как бы увянут. Дело в том, что вода из клеток выделилась в межклеточное пространство, дабы разбавить раствор соли, поступившей сюда из корня. В результате потеря упругости, напряжения клетки, которое у ботаников называется тургором.

Как азот и фосфор, калий — дефицитный в почве элемент. Его недостаток восполняется калийными удобрениями. Они представляют собой смесь хлоридов калия и натрия или смесь хлорида калия с сульфатом магния. Отличить их легко при помощи реакции с нитратом серебра: выпадает белый осадок хлорида серебра. Что же касается других видов калийных удобрений (сульфата калия, смеси сульфата калия с сульфатами других металлов), то их отличительная способность — белый осадок при добавлении раствора хлорида бария.

Помимо калия, растению необходимы и другие металлы. Так, кальций служит для нейтрализации, связывания органических кислот. Магний входит в состав хлорофилла — непременного участника фотосинтеза. Железо, марганец, кобальт, молибден, медь участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Однако потребность в этих элементах невелика, и их почти всегда оказывается достаточно в почве. Из неметаллов растениям необходима также сера, входящая в состав аминокислот и других веществ. Ее в почве тоже достаточно.

Теперь, когда мы познакомились с ролью различных элементов в жизни растений, становится понятным состав раствора, который позволяет выращивать в комнате растения без почвы. Вот два рецепта растворов, дающих растениям полноценное питание (граммы солей на 1 литр воды).

1. Калиевая селитра — 0,2
Фосфат калия — 0,15
Сульфат магния — 0,13
Аммиачная селитра — 0,19
Сульфат аммония — 0,05
Бура — 0,05
Сульфат марганца — 0,03
Сульфат цинка — 0,02
Сульфат меди — 0,02

2. Аммиачная селитра — 0,7
Фосфат аммония — 0,7
Калиевая селитра — 0,5
Хлорид калия — 0,5
Сульфат магния — 0,5
Молибдат аммония — 0,01
Сульфат цинка — 0,001
Сульфат меди — 0,001
Борная кислота — 0,04
Сульфат железа — 0,05