הזנה מינרלית בצמחים

מעבר לפחמן, מימן וחמצן, צמחים זקוקים למערך מוגדר של יסודות מינרליים הנשאבים מהקרקע, והאופן שבו הם קולטים, מעבירים ומטמיעים חומרים מזינים אלה מעצב את צמיחתם ואת הדשנים שהחקלאות תלויה בהם.

Definition

הזנה מינרלית בצמחים היא קליטה, הובלה והטמעה של יסודות אנאורגניים החיוניים לצמיחת הצמח, וההשלכות הפיזיולוגיות של אספקתם או חוסרם.

Scope

נושא זה מכסה את היסודות המינרליים החיוניים (מאקרו-נוטריינטים ומיקרו-נוטריינטים), את קריטריוני החיוניות, תסמיני חוסר, קליטת יונים והובלה דרך ממברנות בשורש, והטמעת חנקן וגופרית, כולל תפקיד הסימביוזות.

Core questions

• אילו יסודות חיוניים לצמחים, וכיצד נקבעת חיוניותם?
• כיצד שורשים קולטים יונים מינרליים בניגוד למפל ריכוזים?
• כיצד חנקן וחומרים מזינים אחרים מוטמעים למולקולות אורגניות?

Key theories

מושג היסוד החיוני

יסוד חיוני אם הצמח אינו יכול להשלים את מחזור חייו בלעדיו ויש לו תפקיד ספציפי ובלתי ניתן להחלפה; קריטריון זה מגדיר את המאקרו-נוטריינטים והמיקרו-נוטריינטים הנדרשים על ידי כל הצמחים.

הובלת יונים פעילה דרך ממברנות

תאי שורש משתמשים במשאבות פרוטונים כדי להמריץ ממברנות, ומאפשרים לטרנספורטרים ולתעלות לקלוט יונים מינרליים באופן סלקטיבי, לעיתים קרובות בניגוד למפל הריכוזים שלהם.

Mechanisms

H+-ATPases של קרום הפלזמה שואבות פרוטונים מחוץ לתאי השורש, ויוצרות מפל אלקטרוכימי המניע הובלה פעילה משנית של יוני חומרים מזינים דרך נשאים ותעלות ספציפיים. חנקות ואמוניום מוטמעים באמצעות ניטרט רדוקטאז ומחזור גלוטמין סינתטאז-גלוטמט סינתאז לחומצות אמינו; צמחים רבים משלימים קליטה באמצעות פטריות מיקוריזיות או, בקטניות, סימביוזות ריזוביאליות מקבעות חנקן המפחיתות N2 אטמוספרי לאמוניה.

Clinical relevance

הזנה מינרלית היא הבסיס המדעי לדישון וניהול קרקע; התאמת אספקת חומרים מזינים לדרישת היבול מעלה את התשואות תוך הגבלת הנגר והאוטרופיקציה הנגרמים מאובדן חנקן וזרחן.

History

התיאוריה המינרלית של ליביג מהמאה התשע-עשרה על הזנה וניסויי ההידרופוניקה של זאקס קבעו שצמחים דורשים יסודות אנאורגניים ספציפיים, והניחו את היסודות לדישון מדעי ולקריטריוני היסוד החיוני ששוכללו במאה העשרים.

Key figures

• Justus von Liebig
• Julius von Sachs

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

מה ההבדל בין מאקרו-נוטריינטים למיקרו-נוטריינטים?

מאקרו-נוטריינטים כגון חנקן, זרחן, אשלגן, סידן, מגנזיום וגופרית נחוצים בכמויות גדולות יחסית, בעוד שמיקרו-נוטריינטים כמו ברזל, אבץ, מנגן ובור חיוניים אך נדרשים רק בכמויות קורט.

כיצד קטניות משיגות חנקן?

קטניות יוצרות פקעיות שורש המאכלסות חיידקים ריזוביאליים המקבעים חנקן אטמוספרי לאמוניה, ומספקים לצמח חנקן שמיש בתמורה לפחמימות.