โภชนาการแร่ธาตุของพืช

นอกเหนือจากคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนแล้ว พืชยังต้องการชุดของธาตุแร่ธาตุที่กำหนดซึ่งได้มาจากดิน และวิธีการดูดซึม ขนส่ง และหลอมรวมสารอาหารเหล่านี้จะส่งผลต่อการเจริญเติบโตของพืชและปุ๋ยที่ภาคเกษตรกรรมต้องพึ่งพา

Definition

โภชนาการแร่ธาตุของพืชคือการได้รับ การขนส่ง และการหลอมรวมธาตุอนินทรีย์ที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช และผลกระทบทางสรีรวิทยาจากการได้รับหรือการขาดธาตุเหล่านั้น

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมธาตุแร่ธาตุที่จำเป็น (ธาตุอาหารหลักและธาตุอาหารรอง) เกณฑ์ความจำเป็น อาการขาดแร่ธาตุ การดูดซึมไอออนและการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ที่ราก และการหลอมรวมไนโตรเจนและกำมะถัน รวมถึงบทบาทของภาวะพึ่งพาอาศัยกัน

Core questions

• ธาตุใดบ้างที่จำเป็นสำหรับพืช และมีการกำหนดความจำเป็นอย่างไร?
• รากดูดซึมไอออนแร่ธาตุได้อย่างไรเมื่อเทียบกับความเข้มข้นที่แตกต่างกัน?
• ไนโตรเจนและสารอาหารอื่น ๆ ถูกหลอมรวมเป็นโมเลกุลอินทรีย์ได้อย่างไร?

Key theories

แนวคิดธาตุที่จำเป็น

ธาตุจะถือว่าจำเป็นหากพืชไม่สามารถดำเนินวงจรชีวิตให้สมบูรณ์ได้หากไม่มีธาตุนั้น และธาตุนั้นมีบทบาทเฉพาะที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ เกณฑ์นี้กำหนดธาตุอาหารหลักและธาตุอาหารรองที่พืชทุกชนิดต้องการ

การขนส่งไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบบใช้พลังงาน

เซลล์รากใช้ปั๊มโปรตอนเพื่อสร้างพลังงานให้กับเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้ตัวขนส่งและช่องทางสามารถดูดซึมไอออนแร่ธาตุได้อย่างเลือกสรร ซึ่งมักจะสวนทางกับความเข้มข้นของไอออนเหล่านั้น

Mechanisms

H+-ATPase ที่เยื่อหุ้มพลาสมาจะปั๊มโปรตอนออกจากเซลล์ราก ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าเคมีที่ขับเคลื่อนการขนส่งแบบใช้พลังงานทุติยภูมิของไอออนสารอาหารผ่านตัวพาและช่องทางเฉพาะ ไนเตรตและแอมโมเนียมจะถูกหลอมรวมผ่านไนเตรตรีดักเทสและวัฏจักรกลูตามีนซินเทส–กลูตาเมตซินเทสไปเป็นกรดอะมิโน พืชหลายชนิดเสริมการดูดซึมผ่านเชื้อราไมคอร์ไรซา หรือในพืชตระกูลถั่ว ผ่านภาวะพึ่งพาอาศัยกันของไรโซเบียมที่ตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศ (N2) ให้เป็นแอมโมเนีย

Clinical relevance

โภชนาการแร่ธาตุเป็นพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ของการให้ปุ๋ยและการจัดการดิน การปรับปริมาณสารอาหารให้ตรงกับความต้องการของพืชจะช่วยเพิ่มผลผลิต ในขณะเดียวกันก็จำกัดการชะล้างและการเกิดยูโทรฟิเคชันที่เกิดจากการสูญเสียไนโตรเจนและฟอสฟอรัส

History

ทฤษฎีแร่ธาตุทางโภชนาการของลีบิกในศตวรรษที่ 19 และการทดลองปลูกพืชไร้ดินของแซคส์ได้ยืนยันว่าพืชต้องการธาตุอนินทรีย์ที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งวางรากฐานสำหรับการให้ปุ๋ยทางวิทยาศาสตร์และเกณฑ์ธาตุที่จำเป็นซึ่งได้รับการปรับปรุงในศตวรรษที่ 20

Key figures

• Justus von Liebig
• Julius von Sachs

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

ธาตุอาหารหลักและธาตุอาหารรองแตกต่างกันอย่างไร?

ธาตุอาหารหลัก เช่น ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม แคลเซียม แมกนีเซียม และกำมะถัน เป็นที่ต้องการในปริมาณที่ค่อนข้างมาก ในขณะที่ธาตุอาหารรอง เช่น เหล็ก สังกะสี แมงกานีส และโบรอน เป็นสิ่งจำเป็นแต่ต้องการเพียงปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น

พืชตระกูลถั่วได้รับไนโตรเจนได้อย่างไร?

พืชตระกูลถั่วสร้างปมรากซึ่งเป็นที่อยู่ของแบคทีเรียไรโซเบียมที่ตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศให้เป็นแอมโมเนีย ซึ่งจัดหาไนโตรเจนที่พืชสามารถนำไปใช้ได้เป็นการแลกเปลี่ยนกับคาร์โบไฮเดรต