Mineralische Pflanzenernährung

Neben Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff benötigen Pflanzen eine bestimmte Menge an mineralischen Elementen aus dem Boden. Die Art und Weise, wie sie diese Nährstoffe aufnehmen, transportieren und assimilieren, prägt ihr Wachstum und die Düngemittel, von denen die Landwirtschaft abhängt.

Definition

Die mineralische Pflanzenernährung umfasst die Aufnahme, den Transport und die Assimilation der für das Pflanzenwachstum essenziellen anorganischen Elemente sowie die physiologischen Folgen ihrer Verfügbarkeit oder ihres Mangels.

Scope

Dieses Thema behandelt die essenziellen mineralischen Elemente (Makro- und Mikronährstoffe), die Kriterien der Essenzialität, Mangelsymptome, die Ionenaufnahme und den Membrantransport an der Wurzel sowie die Assimilation von Stickstoff und Schwefel, einschließlich der Rolle von Symbiosen.

Core questions

• Welche Elemente sind für Pflanzen essenziell und wie wird die Essenzialität festgestellt?
• Wie nehmen Wurzeln Mineralionen entgegen Konzentrationsgradienten auf?
• Wie werden Stickstoff und andere Nährstoffe in organische Moleküle assimiliert?

Key theories

Konzept der essenziellen Elemente

Ein Element ist essenziell, wenn die Pflanze ihren Lebenszyklus ohne es nicht vollenden kann und es eine spezifische, unersetzliche Rolle hat; dieses Kriterium definiert die Makro- und Mikronährstoffe, die alle Pflanzen benötigen.

Aktiver Membrantransport von Ionen

Wurzelzellen nutzen Protonenpumpen, um Membranen zu energetisieren, wodurch Transporter und Kanäle Mineralionen selektiv, oft entgegen ihren Konzentrationsgradienten, aufnehmen können.

Mechanisms

Plasmamembran-H+-ATPasen pumpen Protonen aus den Wurzelzellen und erzeugen so einen elektrochemischen Gradienten, der den sekundär aktiven Transport von Nährstoffionen durch spezifische Carrier und Kanäle antreibt. Nitrat und Ammonium werden über die Nitratreduktase und den Glutaminsynthetase-Glutamatsynthase-Zyklus zu Aminosäuren assimiliert; viele Pflanzen ergänzen die Aufnahme durch Mykorrhizapilze oder, bei Leguminosen, durch stickstofffixierende Rhizobien-Symbiosen, die atmosphärischen N2 zu Ammoniak reduzieren.

Clinical relevance

Die mineralische Ernährung ist die wissenschaftliche Grundlage der Düngung und Bodenbewirtschaftung; die Anpassung der Nährstoffversorgung an den Pflanzenbedarf erhöht die Erträge und begrenzt gleichzeitig den Abfluss und die Eutrophierung, die durch Stickstoff- und Phosphorverluste verursacht werden.

History

Liebigs mineralische Ernährungstheorie aus dem 19. Jahrhundert und Sachs' Hydrokultur-Experimente etablierten, dass Pflanzen spezifische anorganische Elemente benötigen, und legten damit den Grundstein für die wissenschaftliche Düngung und die im 20. Jahrhundert verfeinerten Kriterien für essenzielle Elemente.

Key figures

• Justus von Liebig
• Julius von Sachs

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Makro- und Mikronährstoffen?

Makronährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Kalium, Kalzium, Magnesium und Schwefel werden in relativ großen Mengen benötigt, während Mikronährstoffe wie Eisen, Zink, Mangan und Bor essenziell sind, aber nur in Spurenmengen erforderlich.

Wie erhalten Leguminosen Stickstoff?

Leguminosen bilden Wurzelknöllchen, die Rhizobien-Bakterien beherbergen, welche atmosphärischen Stickstoff zu Ammoniak fixieren und die Pflanze im Austausch gegen Kohlenhydrate mit verwertbarem Stickstoff versorgen.