Odżywianie mineralne roślin

Oprócz węgla, wodoru i tlenu, rośliny potrzebują określonego zestawu pierwiastków mineralnych pobieranych z gleby, a sposób, w jaki absorbują, transportują i asymilują te składniki odżywcze, kształtuje ich wzrost oraz nawozy, od których zależy rolnictwo.

Definition

Odżywianie mineralne roślin to pobieranie, transport i asymilacja nieorganicznych pierwiastków niezbędnych do wzrostu roślin oraz fizjologiczne konsekwencje ich dostarczania lub niedoboru.

Scope

Temat ten obejmuje niezbędne pierwiastki mineralne (makroelementy i mikroelementy), kryteria niezbędności, objawy niedoboru, pobieranie jonów i transport przez błony w korzeniach, a także asymilację azotu i siarki, w tym rolę symbioz.

Core questions

• Które pierwiastki są niezbędne dla roślin i jak ustala się ich niezbędność?
• W jaki sposób korzenie absorbują jony mineralne wbrew gradientom stężeń?
• W jaki sposób azot i inne składniki odżywcze są asymilowane w cząsteczki organiczne?

Key theories

Koncepcja pierwiastka niezbędnego

Pierwiastek jest niezbędny, jeśli roślina nie może bez niego ukończyć cyklu życiowego i pełni specyficzną, niezastąpioną rolę; kryterium to definiuje makroelementy i mikroelementy wymagane przez wszystkie rośliny.

Aktywny transport jonów przez błony

Komórki korzeni wykorzystują pompy protonowe do energetyzowania błon, umożliwiając transporterom i kanałom selektywne pobieranie jonów mineralnych, często wbrew ich gradientom stężeń.

Mechanisms

H+-ATPazy błony plazmatycznej wypompowują protony z komórek korzeni, tworząc gradient elektrochemiczny, który napędza wtórny aktywny transport jonów odżywczych przez specyficzne nośniki i kanały. Azotany i amon są asymilowane poprzez reduktazę azotanową oraz cykl syntetazy glutaminowej–syntazy glutaminianowej w aminokwasy; wiele roślin uzupełnia pobieranie poprzez grzyby mikoryzowe lub, u roślin strączkowych, symbiotyczne bakterie brodawkowe (rhizobia) wiążące azot, które redukują atmosferyczny N2 do amoniaku.

Clinical relevance

Odżywianie mineralne stanowi naukową podstawę nawożenia i zarządzania glebą; dopasowanie podaży składników odżywczych do zapotrzebowania upraw zwiększa plony, jednocześnie ograniczając spływ i eutrofizację spowodowane stratami azotu i fosforu.

History

Dziewiętnastowieczna mineralna teoria odżywiania Liebiga i eksperymenty hydroponiczne Sachsa ustaliły, że rośliny wymagają specyficznych pierwiastków nieorganicznych, kładąc podwaliny pod naukowe nawożenie i kryteria pierwiastków niezbędnych, udoskonalone w XX wieku.

Key figures

• Justus von Liebig
• Julius von Sachs

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

Jaka jest różnica między makroelementami a mikroelementami?

Makroelementy, takie jak azot, fosfor, potas, wapń, magnez i siarka, są potrzebne w stosunkowo dużych ilościach, podczas gdy mikroelementy, takie jak żelazo, cynk, mangan i bor, są niezbędne, ale wymagane tylko w ilościach śladowych.

W jaki sposób rośliny strączkowe pozyskują azot?

Rośliny strączkowe tworzą brodawki korzeniowe, w których żyją bakterie brodawkowe (rhizobia), wiążące azot atmosferyczny w amoniak, dostarczając roślinie przyswajalny azot w zamian za węglowodany.