Минерално хранене на растенията

Освен въглерод, водород и кислород, растенията се нуждаят от определен набор от минерални елементи, извлечени от почвата, а начинът, по който те абсорбират, транспортират и асимилират тези хранителни вещества, оформя техния растеж и торовете, от които зависи селското стопанство.

Definition

Минералното хранене на растенията е придобиването, транспортирането и асимилацията на неорганичните елементи, необходими за растежа на растенията, и физиологичните последици от тяхното наличие или дефицит.

Scope

Тази тема обхваща основните минерални елементи (макронутриенти и микронутриенти), критериите за есенциалност, симптомите на дефицит, поглъщането на йони и мембранния транспорт в корена, както и асимилацията на азот и сяра, включително ролята на симбиозите.

Core questions

• Кои елементи са основни за растенията и как се установява есенциалността?
• Как корените абсорбират минерални йони срещу концентрационни градиенти?
• Как азотът и други хранителни вещества се асимилират в органични молекули?

Key theories

Концепция за есенциалния елемент

Един елемент е есенциален, ако растението не може да завърши жизнения си цикъл без него и той има специфична, незаменима роля; този критерий определя макронутриентите и микронутриентите, необходими на всички растения.

Активен мембранен транспорт на йони

Кореновите клетки използват протонни помпи за енергизиране на мембраните, което позволява на транспортерите и каналите да поемат минерални йони селективно, често срещу техните концентрационни градиенти.

Mechanisms

Плазмените мембранни H+-АТФази изпомпват протони извън кореновите клетки, създавайки електрохимичен градиент, който задвижва вторичен активен транспорт на хранителни йони чрез специфични преносители и канали. Нитратите и амониевите йони се асимилират чрез нитратредуктаза и цикъла глутамин синтетаза–глутамат синтаза в аминокиселини; много растения допълват поглъщането чрез микоризни гъби или, при бобовите растения, азотфиксиращи ризобиални симбиози, които редуцират атмосферния N2 до амоняк.

Clinical relevance

Минералното хранене е научната основа на торенето и управлението на почвите; съгласуването на доставката на хранителни вещества с нуждите на културите повишава добивите, като същевременно ограничава оттичането и еутрофикацията, причинени от загубите на азот и фосфор.

History

Минералната теория на храненето на Либих от XIX век и хидропонните експерименти на Сакс установяват, че растенията се нуждаят от специфични неорганични елементи, полагайки основите за научното торене и критериите за есенциални елементи, усъвършенствани през XX век.

Key figures

• Justus von Liebig
• Julius von Sachs

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

Каква е разликата между макронутриенти и микронутриенти?

Макронутриенти като азот, фосфор, калий, калций, магнезий и сяра са необходими в относително големи количества, докато микронутриенти като желязо, цинк, манган и бор са есенциални, но са необходими само в следови количества.

Как бобовите растения си набавят азот?

Бобовите растения образуват коренови възли, в които се намират ризобиални бактерии, които фиксират атмосферния азот в амоняк, осигурявайки на растението използваем азот в замяна на въглехидрати.