Мінеральне живлення рослин

Окрім вуглецю, водню та кисню, рослинам потрібен визначений набір мінеральних елементів, що надходять із ґрунту, і спосіб, яким вони поглинають, транспортують та засвоюють ці поживні речовини, формує їхній ріст та добрива, від яких залежить сільське господарство.

Definition

Мінеральне живлення рослин — це поглинання, транспорт та асиміляція неорганічних елементів, необхідних для росту рослин, а також фізіологічні наслідки їхнього надходження або дефіциту.

Scope

Ця тема охоплює основні мінеральні елементи (макро- та мікроелементи), критерії есенціальності, симптоми дефіциту, поглинання іонів та мембранний транспорт у корені, а також асиміляцію азоту та сірки, включаючи роль симбіозів.

Core questions

• Які елементи є есенціальними для рослин, і як встановлюється есенціальність?
• Як корені поглинають мінеральні іони проти градієнтів концентрації?
• Як азот та інші поживні речовини асимілюються в органічні молекули?

Key theories

Концепція есенціального елемента

Елемент є есенціальним, якщо рослина не може завершити свій життєвий цикл без нього, і він має специфічну, незамінну роль; цей критерій визначає макро- та мікроелементи, необхідні всім рослинам.

Активний мембранний транспорт іонів

Клітини кореня використовують протонні помпи для енергізації мембран, дозволяючи транспортерам і каналам вибірково поглинати мінеральні іони, часто проти їхніх градієнтів концентрації.

Mechanisms

H+-АТФази плазматичної мембрани викачують протони з клітин кореня, створюючи електрохімічний градієнт, який забезпечує вторинний активний транспорт іонів поживних речовин через специфічні переносники та канали. Нітрат та амоній асимілюються за допомогою нітратредуктази та циклу глутамінсинтетаза–глутаматсинтаза в амінокислоти; багато рослин доповнюють поглинання через мікоризні гриби або, у бобових, азотфіксуючі ризобіальні симбіози, які відновлюють атмосферний N2 до аміаку.

Clinical relevance

Мінеральне живлення є науковою основою удобрення та управління ґрунтами; відповідність постачання поживних речовин потребам сільськогосподарських культур підвищує врожайність, обмежуючи при цьому стік та евтрофікацію, спричинені втратами азоту та фосфору.

History

Мінеральна теорія живлення Лібіха XIX століття та гідропонні експерименти Сакса встановили, що рослинам потрібні специфічні неорганічні елементи, заклавши основу для наукового удобрення та критеріїв есенціальних елементів, уточнених у XX столітті.

Key figures

• Justus von Liebig
• Julius von Sachs

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

Яка різниця між макро- та мікроелементами?

Макроелементи, такі як азот, фосфор, калій, кальцій, магній та сірка, потрібні у відносно великих кількостях, тоді як мікроелементи, такі як залізо, цинк, марганець та бор, є есенціальними, але потрібні лише у слідових кількостях.

Як бобові отримують азот?

Бобові утворюють кореневі бульбочки, в яких мешкають ризобіальні бактерії, що фіксують атмосферний азот в аміак, забезпечуючи рослину придатним для використання азотом в обмін на вуглеводи.