ODŻYWIANIE ROŚLIN: MAKROSKŁADNIKI, MIKROELEMENTY, NIEDOBORY - BIOLOGIA - 2026

Odżywianie roślin jest zbiorem procesów chemicznych, w którym składniki odżywcze pochodzących z parterach, że wsparcie dla wzrostu i rozwoju narządów. Zwraca również szczególną uwagę na rodzaje składników mineralnych, których potrzebują rośliny, oraz objawy ich niedoborów.

Badanie żywienia roślin jest szczególnie ważne dla tych, którzy zajmują się pielęgnacją i utrzymaniem upraw rolniczych, ponieważ jest bezpośrednio związane z miarami plonów i produkcji.

Pole obsiane kukurydzą (Źródło: pixabay.com/)

Ponieważ długotrwała uprawa warzyw powoduje erozję i zubożenie gleby w minerały, wielki postęp w rolnictwie wiąże się z rozwojem nawozów, których skład jest starannie dobrany, zgodnie z wymaganiami żywieniowymi uprawianych odmian.

Konstrukcja tych nawozów wymaga bez wątpienia ogromnej wiedzy z zakresu fizjologii i odżywiania roślin, ponieważ jak w każdym systemie biologicznym istnieją górne i dolne granice, w których rośliny nie mogą prawidłowo funkcjonować, zarówno brak lub nadmiar jakiegoś pierwiastka.

Jak odżywia się rośliny?

Korzenie odgrywają podstawową rolę w odżywianiu roślin. Mineralne składniki odżywcze są pobierane z „roztworu glebowego” i transportowane uproszczoną (wewnątrzkomórkową) lub apoplastyczną (zewnątrzkomórkową) drogą do wiązek naczyniowych. Są ładowane do ksylemu i transportowane do łodygi, gdzie spełniają różne funkcje biologiczne.

Korzeń cykorii

Pobieranie składników pokarmowych z gleby przez syplast w korzeniach i ich późniejszy transport do ksylemu drogą apoplastyczną to różne procesy, w których pośredniczą różne czynniki.

Uważa się, że obieg składników odżywczych reguluje wchłanianie jonów do ksylemu, podczas gdy dopływ do korzenia współczulnego może zależeć od temperatury lub zewnętrznego stężenia jonów.

Transport substancji rozpuszczonych do ksylemu na ogół zachodzi na drodze biernej dyfuzji lub biernego transportu jonów przez kanały jonowe, dzięki sile generowanej przez pompy protonowe (ATPazy) wyrażane w komórkach przytchawicznych miąższu.

Z drugiej strony transport do apoplastu jest napędzany przez różnice ciśnień hydrostatycznych z liści transpirujących.

Wiele roślin wykorzystuje wzajemne relacje do odżywiania się, albo do wchłaniania innych jonowych form minerału (takich jak bakterie wiążące azot), do poprawy zdolności wchłaniania swoich korzeni lub do uzyskania większej dostępności niektórych pierwiastków (takich jak mikoryza). .

Niezbędne elementy

Rośliny mają inne zapotrzebowanie na każdy składnik odżywczy, ponieważ nie wszystkie są używane w tej samej proporcji lub do tych samych celów.

Istotny element to taki, który jest częścią składową struktury lub metabolizmu rośliny i którego brak powoduje poważne nieprawidłowości w jej wzroście, rozwoju lub rozmnażaniu.

Ogólnie wszystkie elementy działają w strukturze komórkowej, metabolizmie i osmoregulacji. Klasyfikacja makro- i mikroelementów ma związek ze względną obfitością tych pierwiastków w tkankach roślinnych.

Makroskładniki

Wśród makroelementów znajdują się azot (N), potas (K), wapń (Ca), magnez (Mg), fosfor (P), siarka (S) i krzem (Si). Chociaż istotne elementy uczestniczą w wielu różnych wydarzeniach komórkowych, można wskazać pewne szczególne funkcje:

Azot

Jest to pierwiastek mineralny, którego rośliny potrzebują w większych ilościach i zwykle jest pierwiastkiem ograniczającym w wielu glebach, dlatego nawozy na ogół zawierają azot w swoim składzie. Azot jest pierwiastkiem mobilnym i jest istotną częścią ściany komórkowej, aminokwasów, białek i kwasów nukleinowych.

Chociaż zawartość azotu w atmosferze jest bardzo wysoka, tylko rośliny z rodziny bobowatych są w stanie wykorzystywać azot cząsteczkowy jako główne źródło azotu. Formy przyswajalne przez resztę to azotany.

Potas

Minerał ten pozyskiwany jest w roślinach w postaci kationowej jednowartościowej (K +) i uczestniczy w regulacji potencjału osmotycznego komórek, a także jako aktywator enzymów biorących udział w oddychaniu i fotosyntezie.

Wapń

Na ogół występuje w postaci jonów dwuwartościowych (Ca2 +) i jest niezbędna do syntezy ściany komórkowej, zwłaszcza tworzenia środkowej blaszki, która oddziela komórki podczas podziału. Bierze również udział w tworzeniu mitotycznego wrzeciona i jest niezbędny do funkcjonowania błon komórkowych.

Odgrywa ważną rolę jako wtórny przekaźnik w kilku szlakach odpowiedzi roślin, zarówno poprzez sygnały hormonalne, jak i środowiskowe.

Może wiązać się z kalmoduliną, a kompleks reguluje między innymi enzymy, takie jak kinazy, fosfatazy, białka cytoszkieletu, białka sygnalizacyjne.

Magnez

Magnez bierze udział w aktywacji wielu enzymów w fotosyntezie, oddychaniu oraz syntezie DNA i RNA. Ponadto jest strukturalną częścią cząsteczki chlorofilu.

Mecz

Fosforany są szczególnie ważne dla tworzenia cukrowo-fosforanowych produktów pośrednich oddychania i fotosyntezy, a także stanowią część grup polarnych na głowicach fosfolipidów. ATP i pokrewne nukleotydy posiadają fosfor, a także strukturę kwasów nukleinowych.

Siarka

Boczne łańcuchy aminokwasów cysteiny i metioniny zawierają siarkę. Minerał ten jest również ważnym składnikiem wielu koenzymów i witamin, takich jak koenzym A, S-adenozylometionina, biotyna, witamina B1 i kwas pantotenowy, niezbędne dla metabolizmu roślin.

Krzem

Pomimo tego, że w rodzinie Equisoceae wykazano tylko szczególne zapotrzebowanie na ten minerał, istnieją dowody na to, że gromadzenie się tego minerału w tkankach niektórych gatunków przyczynia się do wzrostu, płodności i odporności na stres.

Sadzonka (Źródło: pixabay.com/)

Mikroelementy

Mikroelementy to chlor (Cl), żelazo (Fe), bor (B), mangan (Mn), sód (Na), cynk (Zn), miedź (Cu), nikiel (Ni) i molibden (Mo). Podobnie jak makroskładniki odżywcze, mikroelementy pełnią podstawowe funkcje w metabolizmie roślin, a mianowicie:

Chlor

Chlor występuje w roślinach w postaci anionowej (Cl-). Jest to konieczne do reakcji fotolizy wody, która zachodzi podczas oddychania; uczestniczy w procesach fotosyntezy oraz w syntezie DNA i RNA. Jest również składnikiem strukturalnym pierścienia cząsteczki chlorofilu.

Żelazo

Żelazo jest ważnym kofaktorem dla wielu różnych enzymów. Jego podstawowa rola polega na transporcie elektronów w reakcjach redukcji tlenków, ponieważ można go łatwo odwracalnie utlenić z Fe2 + do Fe3 +.

Jego główną rolą jest być może część cytochromów, niezbędnych do transportu energii świetlnej w reakcjach fotosyntetycznych.

Bor

Jego dokładna funkcja nie została określona, ​​jednak dowody sugerują, że jest ważna w wydłużaniu komórek, syntezie kwasów nukleinowych, odpowiedziach hormonalnych, funkcjach błony i regulacji cyklu komórkowego.

Mangan

Mangan występuje jako dwuwartościowy kation (Mg2 +). Bierze udział w aktywacji wielu enzymów w komórkach roślinnych, w szczególności dekarboksylaz i dehydrogenaz biorących udział w cyklu kwasów trikarboksylowych lub cyklu Krebsa. Jego najbardziej znaną funkcją jest produkcja tlenu z wody podczas fotosyntezy.

Sód

Ten jon jest wymagany przez wiele roślin z metabolizmem C4 i kwasem gruboszowym (CAM) do wiązania węgla. Jest również ważny dla regeneracji fosfoenolopirogronianu, substratu pierwszej karboksylacji w wyżej wymienionych drogach.

Cynk

Duża liczba enzymów wymaga cynku do funkcjonowania, a niektóre rośliny potrzebują go do biosyntezy chlorofilu. Enzymy metabolizmu azotu, transferu energii i szlaków biosyntezy innych białek potrzebują cynku do swoich funkcji. Jest również strukturalną częścią wielu ważnych genetycznie czynników transkrypcyjnych.

Miedź

Miedź jest związana z wieloma enzymami, które uczestniczą w reakcjach utleniania-redukcji, ponieważ można ją utlenić odwracalnie z Cu + do Cu2 +. Przykładem takich enzymów jest plastocyjanina, która odpowiada za przenoszenie elektronów podczas lekkich reakcji fotosyntezy.

Nikiel

Rośliny nie mają szczególnych wymagań co do tego minerału, jednak wiele mikroorganizmów wiążących azot, które utrzymują związki symbiotyczne z roślinami, potrzebuje niklu jako enzymów przetwarzających cząsteczki gazowego wodoru podczas wiązania.

Molibden

Reduktaza azotanowa i azotaza należą do wielu enzymów, które wymagają molibdenu do swoich funkcji. Reduktaza azotanowa katalizuje redukcję azotanów do azotynów podczas asymilacji azotu w roślinach, a azotaza przekształca gazowy azot w amoniak w mikroorganizmach wiążących azot.

Diagnoza niedoborów

Zmiany żywieniowe warzyw można diagnozować na kilka sposobów, wśród nich analiza dolistna jest jedną z najskuteczniejszych metod.

Chloroza wewnętrzna w Liquidambar styraciflua (Jim Conrad, za Wikimedia Commons)

Chloroza lub zażółcenie, pojawienie się ciemnych plam martwiczych i ich rozmieszczenie, a także obecność pigmentów, takich jak antocyjany, to elementy, które należy wziąć pod uwagę podczas diagnostyki niedoborów.

Ważne jest, aby wziąć pod uwagę względną mobilność każdego przedmiotu, ponieważ nie wszystkie są transportowane z taką samą regularnością. Zatem w dorosłych liściach można zaobserwować niedobór pierwiastków takich jak K, N, P i Mg, ponieważ pierwiastki te przemieszczają się w kierunku tworzących się tkanek.

Wręcz przeciwnie, młode liście będą wykazywać niedobory takich pierwiastków jak B, Fe i Ca, które są stosunkowo nieruchome w większości roślin.

Bibliografia

1. Azcón-Bieto, J. i Talón, M. (2008). Fundamentals of Plant Physiology (wyd. 2). Madryt: Hiszpański McGraw-Hill Interamericana.
2. Barker, A. i Pilbeam, D. (2015). Podręcznik żywienia roślin (wyd. 2).
3. Sattelmacher, B. (2001). Apoplast i jego znaczenie dla odżywiania mineralnego roślin. New Phytologist, 149 (2), 167–192.
4. Taiz, L. i Zeiger, E. (2010). Plant Physiology (wyd. 5). Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates Inc.
5. Biały, PJ i brązowy, PH (2010). Odżywianie roślin dla zrównoważonego rozwoju i zdrowia na świecie. Annals of Botany, 105 (7), 1073–1080.