Минеральное питание растений

Помимо углерода, водорода и кислорода, растениям необходим определенный набор минеральных элементов, получаемых из почвы, и способ поглощения, транспортировки и усвоения этих питательных веществ определяет их рост и удобрения, от которых зависит сельское хозяйство.

Definition

Минеральное питание растений — это поглощение, транспорт и ассимиляция неорганических элементов, необходимых для роста растений, а также физиологические последствия их поступления или дефицита.

Scope

Эта тема охватывает основные минеральные элементы (макроэлементы и микроэлементы), критерии незаменимости, симптомы дефицита, поглощение ионов и мембранный транспорт в корне, а также ассимиляцию азота и серы, включая роль симбиозов.

Core questions

• Какие элементы необходимы для растений и как устанавливается их незаменимость?
• Как корни поглощают минеральные ионы против градиента концентрации?
• Как азот и другие питательные вещества ассимилируются в органические молекулы?

Key theories

Концепция незаменимых элементов

Элемент является незаменимым, если растение не может завершить свой жизненный цикл без него, и он играет специфическую, незаменимую роль; этот критерий определяет макроэлементы и микроэлементы, необходимые всем растениям.

Активный мембранный транспорт ионов

Корневые клетки используют протонные насосы для энергетизации мембран, позволяя переносчикам и каналам избирательно поглощать минеральные ионы, часто против их градиентов концентрации.

Mechanisms

H+-АТФазы плазматической мембраны выкачивают протоны из корневых клеток, создавая электрохимический градиент, который обеспечивает вторичный активный транспорт ионов питательных веществ через специфические переносчики и каналы. Нитраты и аммоний ассимилируются через нитратредуктазу и цикл глутаминсинтетаза-глутаматсинтаза в аминокислоты; многие растения дополняют поглощение через микоризные грибы или, у бобовых, через азотфиксирующие ризобиальные симбиозы, которые восстанавливают атмосферный N2 до аммиака.

Clinical relevance

Минеральное питание является научной основой удобрения и управления почвой; соответствие поступления питательных веществ потребностям сельскохозяйственных культур повышает урожайность, одновременно ограничивая сток и эвтрофикацию, вызванные потерями азота и фосфора.

History

Минеральная теория питания Либиха XIX века и гидропонные эксперименты Сакса установили, что растениям требуются специфические неорганические элементы, заложив основу для научного удобрения и критериев незаменимых элементов, уточненных в XX веке.

Key figures

• Justus von Liebig
• Julius von Sachs

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

В чем разница между макроэлементами и микроэлементами?

Макроэлементы, такие как азот, фосфор, калий, кальций, магний и сера, необходимы в относительно больших количествах, в то время как микроэлементы, такие как железо, цинк, марганец и бор, являются незаменимыми, но требуются лишь в следовых количествах.

Как бобовые получают азот?

Бобовые образуют корневые клубеньки, в которых обитают ризобиальные бактерии, фиксирующие атмосферный азот в аммиак, снабжая растение усвояемым азотом в обмен на углеводы.