Химический состав растений представляет собой сложную систему органических и неорганических соединений, которые изменяются на различных стадиях онтогенеза. Онтогенез растений включает последовательность фаз: прорастание семени, вегетативный рост, генеративное развитие, плодоношение и старение. Каждая стадия характеризуется специфическими особенностями накопления макро- и микроэлементов, а также органических веществ.
В начале онтогенеза (прорастание и ранние фазы вегетативного роста) преобладает мобилизация запасов семени. Основным источником энергии является крахмал, белки и липиды семени, которые интенсивно распадаются на простые соединения. Увеличивается содержание растворимых сахаров, аминокислот и органических кислот, что обеспечивает интенсивный рост клеток. Минеральный состав на этой стадии определяется в основном элементами, уже присутствующими в семени: калий, фосфор, магний, кальций, микроэлементы (железо, марганец, бор).
В фазу активного вегетативного роста происходит накопление клеточного вещества: белков, нуклеиновых кислот, пектинов, клетчатки. Основными макроэлементами становятся азот, фосфор и калий, обеспечивающие синтез белков, нуклеиновых кислот и ферментов. Появляется системная дифференциация элементов: кальций и бор концентрируются в точках роста, магний — в фотосинтетических тканях, железо — в хлоропластах. Накапливаются водорастворимые сахара, аминокислоты и органические кислоты, что повышает осмотическое давление клеток и обеспечивает активное деление и расширение клеток.
С переходом к генеративной стадии (цветение, формирование плодов и семян) наблюдается перераспределение веществ из вегетативных органов в генеративные. Накопление углеводов в листьях достигает максимума, часть их транспортируется в плоды и семена. Протеиновая часть смещается к формирующимся семенам, обеспечивая закладку запасных белков. Азот, фосфор и калий концентрируются в органах размножения. Микроэлементы, особенно цинк и молибден, участвуют в метаболизме гормонов и ферментов, регулирующих цветение и оплодотворение.
Органические кислоты, фенолы и другие вторичные метаболиты усиливают защитные функции растений в период генеративного развития. Увеличивается синтез антиоксидантов, флавоноидов, каротиноидов, что связано с повышенной потребностью в защите клеток от окислительного стресса. Этот процесс особенно выражен в плодах и семенах, где концентрация биологически активных веществ может превышать их содержание в листьях.
Фаза старения характеризуется постепенным снижением метаболической активности, разложением хлорофилла, уменьшением содержания азота в листьях и стеблях. В растении увеличивается доля структурных полисахаридов (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин), уменьшается концентрация легкорастворимых сахаров и органических кислот. Происходит накопление вторичных метаболитов с защитной функцией, таких как фенолы и таннины, что замедляет разложение тканей и защищает семена.
Микроэлементы перераспределяются в семена и плоды, вегетативные органы испытывают дефицит железа, меди и цинка. Кальций и магний остаются преимущественно в клеточных стенках, обеспечивая структурную стабильность тканей при старении. Азот и фосфор мобилизуются из листьев и стеблей к плодам, что отражает стратегию растения по максимальному обеспечению репродуктивного успеха.
На динамику химического состава растений существенно влияют генетические особенности, экологические условия, агротехнические факторы и доступность питательных веществ. Освещённость, температура, водный режим и состав почвы определяют скорость синтеза и распада органических веществ, а также трансформацию минеральных элементов. Переизбыток или дефицит макро- и микроэлементов способен значительно изменять профиль химических соединений, вызывая нарушения роста и развития.
Для изучения динамики химического состава применяются методы элементного анализа, хроматографии, спектроскопии, масс-спектрометрии, а также биохимические методы оценки белков, углеводов и липидов. Используются изотопные маркеры для отслеживания перемещения элементов внутри растения. Современные методы позволяют количественно оценивать распределение макро- и микроэлементов на клеточном уровне, а также синтез вторичных метаболитов в онтогенезе.
Динамика химического состава растений представляет собой координированный процесс, тесно связанный с морфогенезом, физиологией и экологией. Макро- и микроэлементы, органические вещества и вторичные метаболиты изменяются в соответствии с фазами роста и развития, обеспечивая адаптацию, рост, защиту и успешное размножение. Изучение этих закономерностей является основой агрохимических исследований и оптимизации агротехнических приёмов для повышения продуктивности растений.