Dinh dưỡng khoáng ở thực vật

Ngoài carbon, hydro và oxy, thực vật cần một tập hợp các nguyên tố khoáng xác định được lấy từ đất, và cách chúng hấp thụ, vận chuyển, đồng hóa các chất dinh dưỡng này định hình sự phát triển của chúng cũng như các loại phân bón mà nông nghiệp phụ thuộc vào.

Definition

Dinh dưỡng khoáng ở thực vật là quá trình thu nhận, vận chuyển và đồng hóa các nguyên tố vô cơ thiết yếu cho sự phát triển của thực vật, và những hệ quả sinh lý của việc cung cấp hoặc thiếu hụt chúng.

Scope

Chủ đề này bao gồm các nguyên tố khoáng thiết yếu (đa lượng và vi lượng), các tiêu chí về tính thiết yếu, triệu chứng thiếu hụt, sự hấp thu ion và vận chuyển qua màng ở rễ, và sự đồng hóa nitơ và lưu huỳnh, bao gồm vai trò của các mối quan hệ cộng sinh.

Core questions

• Những nguyên tố nào là thiết yếu đối với thực vật, và tính thiết yếu được xác định như thế nào?
• Rễ hấp thụ các ion khoáng chống lại gradient nồng độ như thế nào?
• Nitơ và các chất dinh dưỡng khác được đồng hóa thành các phân tử hữu cơ như thế nào?

Key theories

Khái niệm nguyên tố thiết yếu

Một nguyên tố được coi là thiết yếu nếu thực vật không thể hoàn thành vòng đời của mình nếu thiếu nó và nó có một vai trò cụ thể, không thể thay thế; tiêu chí này xác định các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng cần thiết cho tất cả các loài thực vật.

Vận chuyển tích cực ion qua màng

Các tế bào rễ sử dụng bơm proton để tạo năng lượng cho màng, cho phép các chất vận chuyển và kênh hấp thu các ion khoáng một cách chọn lọc, thường là chống lại gradient nồng độ của chúng.

Mechanisms

Các H+-ATPase trên màng plasma bơm proton ra khỏi tế bào rễ, tạo ra một gradient điện hóa thúc đẩy vận chuyển tích cực thứ cấp các ion dinh dưỡng thông qua các chất mang và kênh chuyên biệt. Nitrat và amoni được đồng hóa thông qua nitrat reductase và chu trình glutamine synthetase–glutamate synthase thành các axit amin; nhiều loài thực vật bổ sung sự hấp thu thông qua nấm rễ (mycorrhizal fungi) hoặc, ở các loài cây họ đậu, các mối cộng sinh cố định đạm rhizobia giúp khử N2 trong khí quyển thành amoniac.

Clinical relevance

Dinh dưỡng khoáng là cơ sở khoa học của việc bón phân và quản lý đất; việc điều chỉnh nguồn cung cấp chất dinh dưỡng phù hợp với nhu cầu cây trồng giúp tăng năng suất đồng thời hạn chế dòng chảy và hiện tượng phú dưỡng do mất nitơ và phốt pho.

History

Lý thuyết khoáng chất về dinh dưỡng của Liebig vào thế kỷ XIX và các thí nghiệm thủy canh của Sachs đã xác định rằng thực vật cần các nguyên tố vô cơ cụ thể, đặt nền móng cho việc bón phân khoa học và các tiêu chí về nguyên tố thiết yếu được tinh chỉnh vào thế kỷ XX.

Key figures

• Justus von Liebig
• Julius von Sachs

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng là gì?

Các chất dinh dưỡng đa lượng như nitơ, phốt pho, kali, canxi, magiê và lưu huỳnh được cần với số lượng tương đối lớn, trong khi các chất dinh dưỡng vi lượng như sắt, kẽm, mangan và boron là thiết yếu nhưng chỉ cần với số lượng rất nhỏ.

Cây họ đậu lấy nitơ bằng cách nào?

Cây họ đậu hình thành các nốt sần ở rễ chứa vi khuẩn rhizobia cố định nitơ trong khí quyển thành amoniac, cung cấp nitơ có thể sử dụng được cho cây để đổi lấy carbohydrate.