Kasvien ravinnefysiologia

Hiilen, vedyn ja hapen lisäksi kasvit tarvitsevat tietyn joukon maaperästä saatavia kivennäisaineita, ja tapa, jolla ne ottavat, kuljettavat ja assimiloivat näitä ravinteita, muokkaa niiden kasvua ja lannoitteiden käyttöä maataloudessa.

Definition

Kasvien ravinnefysiologia on kasvien kasvuun välttämättömien epäorgaanisten alkuaineiden otto, kuljetus ja assimilaatio sekä niiden saannin tai puutteen fysiologiset seuraukset.

Scope

Tämä aihe käsittelee välttämättömiä kivennäisaineita (makro- ja mikroravinteet), välttämättömyyden kriteerejä, puutosoireita, ionien ottoa ja kalvokuljetusta juurissa sekä typen ja rikin assimilaatiota, mukaan lukien symbioosien rooli.

Core questions

• Mitkä alkuaineet ovat kasveille välttämättömiä, ja miten välttämättömyys määritellään?
• Miten juuret ottavat kivennäisioneja konsentraatiogradientteja vastaan?
• Miten typpi ja muut ravinteet assimiloituvat orgaanisiksi molekyyleiksi?

Key theories

Välttämättömien alkuaineiden käsite

Alkuaine on välttämätön, jos kasvi ei voi suorittaa elinkaartaan ilman sitä ja sillä on spesifinen, korvaamaton rooli; tämä kriteeri määrittelee makro- ja mikroravinteet, joita kaikki kasvit tarvitsevat.

Ionien aktiivinen kalvokuljetus

Juurisolut käyttävät protonipumppuja kalvojen energisoimiseen, mikä mahdollistaa kuljettajien ja kanavien ottaa kivennäisioneja selektiivisesti, usein konsentraatiogradienttejaan vastaan.

Mechanisms

Plasmalemman H+-ATPaasit pumppaavat protoneja ulos juurisoluista luoden sähkökemiallisen gradientin, joka ohjaa ravinneionien sekundaarista aktiivista kuljetusta spesifisten kantajien ja kanavien kautta. Nitraatti ja ammonium assimiloituvat nitraattireduktaasin ja glutamiinisyntetaasi–glutamaattisyntaasisyklin kautta aminohapoiksi; monet kasvit täydentävät ottoa mykorritsasienten tai, palkokasveilla, typpeä sitovien rhizobiaalisymbioosien kautta, jotka pelkistävät ilmakehän N2:n ammoniakiksi.

Clinical relevance

Ravinnepfysiologia on lannoituksen ja maaperänhoidon tieteellinen perusta; ravinnetarjonnan sovittaminen sadon kysyntään nostaa satoja samalla kun se rajoittaa typen ja fosforin häviöiden aiheuttamaa valumaa ja rehevöitymistä.

History

Liebigin 1800-luvun mineraaliteoria ravitsemuksesta ja Sachsin hydroponiset kokeet osoittivat, että kasvit tarvitsevat spesifisiä epäorgaanisia alkuaineita, luoden perustan tieteelliselle lannoitukselle ja 1900-luvulla tarkentuneille välttämättömien alkuaineiden kriteereille.

Key figures

• Justus von Liebig
• Julius von Sachs

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

Mitä eroa on makro- ja mikroravinteilla?

Makroravinteita, kuten typpeä, fosforia, kaliumia, kalsiumia, magnesiumia ja rikkiä, tarvitaan suhteellisen suuria määriä, kun taas mikroravinteet, kuten rauta, sinkki, mangaani ja boori, ovat välttämättömiä, mutta niitä tarvitaan vain hivenmääriä.

Miten palkokasvit saavat typpeä?

Palkokasvit muodostavat juurinystyröitä, joissa elää rhizobiaalisia bakteereja, jotka sitovat ilmakehän typpeä ammoniakiksi, toimittaen kasville käyttökelpoista typpeä hiilihydraatteja vastaan.