Минеральное питание растений включает процессы поглощения минеральных ионов из наружной среды, их связывания (преобразования, ассимиляции) и транспорта по клеткам и тканям к местам возможного потребления. Из почвы минеральные элементы поглощаются в виде катионов и анионов. Попадая в клетку, одни элементы участвуют в метаболизме в форме свободных ионов, другие связываются с органическими соединениями, не претерпевая при этом никаких изменений, третьи же включаются в состав органических молекул только после ряда окислительно-восстановительных превращений. Растения способны поглощать из окружающей среды в больших или меньших количествах практически все элементы периодической системы. Между тем для нормального жизненного цикла растительного организма необходима лишь определенная группа основных питательных элементов, функции которых в растении не могут быть заменены другими химическими элементами. Минеральные вещества принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, фотосинтезе, азотном и углеводном обменах, входят в состав активных центров ферментов и витаминов, повышают устойчивость растений к болезням и неблагоприятным условиям внешней среды. Содержание отдельных элементов в различных органах растений сильно варьирует и зависит от этапа онтогенеза и от условий внешней среды. О минеральном составе растений обычно судят по анализу золы, остающейся после сжигания органического вещества растений. Содержание минеральных элементов ( или их окислов ) в растении выражают, как правило, в процентах по отношению к массе сухого вещества или в процентах к массе золы. Содержание макроэлементов ( N, P, K, Ca, Mg, S, Si ) в растительных тканях в расчете на сухую массу варьирует от 1,5 до 0.1%. Элементы, которые присутствуют в тканях в концентрациях 0,01% и ниже от сухой массы тканей, называют микроэлементами ( Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, B, Cl, Na, Ni ) .Содержание того или другого элемента в тканях растений непостоянно и может сильно изменяться под влиянием факторов внешней среды. Недостаток микро- и макроэлементов вызывает ряд заболеваний и нередко приводит к гибели растений уже в раннем возрасте.

Для нормального функционирования фотосинтетического аппарата растение должно быть обеспечено всем комплексом макро- и микроэлементов. Два основных процесса питания растительного организма – воздушный и корневой – тесно взаимосвязаны. Зависимость фотосинтеза от элементов минерального питания определяется их необходимостью для формирования фотосинтетического аппарата (пигментов, компонентов электронтранспортной цепи, каталитических систем хлоропластов, структурных и транспортных белков), а также для его обновления и функционирования.

Азот. Растения для своего развития нуждаются в значительных количествах азота. Так, растения кукурузы при среднем урожае зерна 35 ц /га и вегетативной массы 50 ц /га выносят с 1 га около 85 кг азота. Для растений азот – дефицитный элемент, так как молекулярный азот как таковой не усваивается высшими растениями и может переходить в доступную для них форму только благодаря деятельности микроорганизмов-азотфиксаторов. Растительные клетки в своём составе имеют три фракции веществ, содержащих азот, - неорганический азот в форме NOи NH, низкомолекулярные и высокомолекулярные органические формы азота. Азот оказывает влияние на формирование пигментных систем, структур хлоропласта и его общей активности (тетрапирролы фикобилинов и пиррольные кольца хлорофиллов содержат в своём составе атомы азота). Одно из ранних проявлений азотного дефицита – бледно-зеленая окраска листьев, вызванная ослаблением синтеза хлорофилла. Длительное азотное голодание ведет к гидролизу белков и разрушению хлорофилла прежде всего в нижних, более старых листьях и оттоку растворимых соединений азота к более молодым листьям и точкам роста. Вследствие разрушения хлорофилла окраска нижних листьев в зависимости от вида растения приобретает желтые, оранжевые или красные тона, а при сильно выраженном азотном дефиците возможно появление некрозов, высыхание и отмирание тканей. Концентрация азота также определяет количество и активность рибулезобисфосфаткарбоксилазы.

Фосфор. Фосфор, как и азот, - важнейший элемент питания растений. Он поглощается ими в виде высшего окисла РОи не изменяется, включаясь в органические соединения. В растительных тканях фосфор присутствует в органической форме и в виде ортофосфорной кислоты и её солей; общая концентрация фосфора составляет 0,2-1,3% от сухой массы растения. В условиях недостатка фосфора нарушаются фотохимические и темновые реакции фотосинтеза. Особенно резко дефицит фосфора проявляется при высокой интенсивности света, при этом более чувствительными оказываются темновые реакции. Однако при уменьшении содержания фосфора в два раза интенсивность фотосинтеза снижается в меньшей степени, чем ростовые процессы и общая продуктивность растений. Внешним симптомом фосфорного голодания является синевато-зеленая окраска листьев нередко с пурпурным или бронзовым оттенком (свидетельство задержки синтеза белка и накопления сахаров). Листья становятся более мелкими и более узкими. Избыток фосфора также тормозит скорость фотосинтеза, по-видимому, вследствие изменения проницаемости мембран.

Калий. Калий – один из самых необходимых элементов минерального питания растений. Его содержание в тканях составляет в среднем 0,5-1,2% в расчете на сухую массу. В клетках калий присутствует в основном в ионной форме, он не входит в состав органических соединений, имеет высокую подвижность и поэтому легко реутелизируется. Небольшая часть этого катиона (около 1%) прочно связана с белками митохондрий и хлоропластов. Калий стабилизирует структуру этих органелл. При калиевом голодании нарушается ламеллярно-гранулярное строение хлоропластов и дезорганизуются мембранные структуры митохондрий. До 20% калия клетки адсорбируется на коллоидах цитоплазмы. Именно присутствие калия в значительной степени определяет коллоидно-химические свойства цитоплазмы, что существенно влияет практически на все процессы в клетке. Калий необходим для поглощения и транспорта воды по растению. Важное значение калий имеет в процессе открывания и закрывания устьиц. На свету в вакуолях замыкающих клеток устьиц концентрация ионов калия резко возрастает (в 4-5 раз), что приводит к быстрому входу воды, повышению тургора и открыванию устьичной щели. В темноте калий начинает выходить из замыкающих клеток, тургорное давление в них падает и устьица закрываются. Недостаток калия снижает продуктивность фотосинтеза, прежде всего за счет уменьшения скорости оттока ассимилятов из листьев: при калиевом голодании она падает более чем в два раза. В этом случае ни фосфорные, ни азотные удобрения не могут заменить калий. Двукратное повышение содержания калия в питательном растворе в 1,5 раза увеличивало скорость оттока меченных по 14С растворимых ассимилятов из листьев томата, при этом в плодах содержание метки возрастало в 2 раза. При недостатке калия начинается пожелтение листьев снизу вверх – от старых к молодым. Листья желтеют с краев. В дальнейшем их края и верхушки приобретают бурую окраску, иногда с красными «ржавыми» пятнами; происходит отмирание и разрушение этих участков. Листья выглядят как бы обожженными.