Növényi táplálkozás

Legalább 17 elemről ismert, hogy a növények számára nélkülözhetetlen tápanyag. Viszonylag nagy mennyiségben a talaj nitrogént, foszfort, káliumot, kalciumot, magnéziumot és ként szolgáltat; ezeket gyakran makrotápanyagoknak nevezik. Viszonylag kis mennyiségben a talaj vasat, mangánt, bórt, molibdént, rezet, cinket, klórt és kobaltot szolgáltat, ezek az úgynevezett mikrotápanyagok. A tápanyagoknak nemcsak elegendő mennyiségben, hanem megfelelő arányban is rendelkezésre kell állniuk.

A növénytáplálkozást nehéz teljesen megérteni, részben a különböző növények, sőt egy adott klón különböző fajai vagy egyedei közötti eltérések miatt. Az alacsony mennyiségben jelenlévő elemek hiánytüneteket okozhatnak, a túl magas szinteknél pedig mérgezés lehetséges. Továbbá az egyik elem hiánya egy másik elem mérgezésének tüneteiként jelentkezhet, és fordítva. Egy tápanyag bősége egy másik tápanyag hiányát okozhatja. Például a K+ felvételét befolyásolhatja a rendelkezésre álló NH+
4 mennyisége.

A földi légkörben bőségesen van nitrogén, és számos kereskedelmi szempontból fontos mezőgazdasági növény végez nitrogénmegkötést (a légköri nitrogén biológiailag hasznos formává alakítása). A növények azonban többnyire a talajon keresztül jutnak nitrogénhez, ahol az már biológiai szempontból hasznos formába van átalakítva. Ez azért fontos, mert a légköri nitrogén túl nagy mennyiségű ahhoz, hogy a növény felhasználhassa, és sok energiát igényel a kisebb formákba való átalakítása. Ide tartozik a szójabab, az étkezési bab és a borsó, valamint az elsősorban az állatállomány takarmányozására használt lóhere és lucerna. Az olyan növényeknek, mint a kereskedelmi szempontból fontos kukorica, búza, zab, árpa és rizs, szükségük van nitrogénvegyületekre a talajban, amelyben növekednek.

A szén és az oxigén a levegőből, míg a többi tápanyag a talajból szívódik fel. A zöld növények rendszerint a levegő szén-dioxidjából nyerik szénhidrát-utánpótlásukat a fotoszintézis folyamatával. Mindegyik tápanyagot más-más helyen, más-más alapvető funkcióra használják.

Alapvető tápanyagokSzerkesztés

Az alapvető tápanyagok a levegőből és a vízből származnak.

SzénSzerkesztés

A szén alkotja a legtöbb növényi biomolekula gerincét, beleértve a fehérjéket, a keményítőt és a cellulózt. A szén megkötése fotoszintézissel történik; ez a levegőből származó szén-dioxidot alakítja át szénhidrátokká, amelyek a növényen belül az energia tárolására és szállítására szolgálnak.

HidrogénEdit

A hidrogén a cukrok felépítéséhez és a növény felépítéséhez szükséges. Szinte teljes egészében vízből nyerhető. A hidrogénionok elengedhetetlenül szükségesek a protongradienshez, hogy segítse az elektrontranszportlánc működését a fotoszintézisben és a légzésben.

OxigénSzerkesztés

Az oxigén számos szerves és szervetlen molekula alkotórésze a növényben, és számos formában jut hozzá. Ezek közé tartoznak: O2 és CO2 (főként a levegőből a leveleken keresztül) és H2O, NO-
3, H2PO-
4 és SO2-
4 (főként a talajvízből a gyökereken keresztül). A növények a fotoszintézis során a glükózzal együtt oxigéngázt (O2) termelnek, de ezután O2-re van szükségük az aerob sejtlégzéshez és a glükóz lebontásához ATP előállításához.

Makrotápanyagok (elsődleges)Edit

NitrogénSzerkesztés

A nitrogén számos fontos növényi anyag fő alkotóeleme. A nitrogénvegyületek például a protoplazma szárazanyagának 40-50%-át teszik ki, és a fehérjék építőköveinek, az aminosavaknak is alkotórésze. A klorofill alapvető alkotóeleme is. Számos mezőgazdasági környezetben a nitrogén a gyors növekedés korlátozó tápanyaga.

FoszforSzerkesztés

A nitrogénhez hasonlóan a foszfor is számos létfontosságú növényi folyamatban vesz részt. A növényen belül elsősorban a nukleinsavak: a dezoxiribonukleinsav (DNS) és a ribonukleinsav (RNS) szerkezeti összetevőjeként, valamint a membránok kialakulásában és működésében fontos zsíros foszfolipidek alkotórészeként van jelen. Szerves és szervetlen formában egyaránt jelen van, és mindkettő könnyen transzlokálódik a növényen belül. A sejtben minden energiaátvitel kritikusan függ a foszfortól. Mint minden élőlénynél, a foszfor is része az adenozin-trifoszfátnak (ATP), amely a sejteknél minden energiát igénylő folyamatban azonnali felhasználásra kerül. A foszfor a különböző enzimek aktivitásának foszforilációval történő módosítására is felhasználható, és a sejtek jelátvitelére is szolgál. A foszfor a növény legaktívabban növekvő pontjain koncentrálódik, és a magokban tárolódik a csírázást megelőzően.

KáliumSzerkesztés

A többi fő elemtől eltérően a kálium nem kerül bele az anyagcserében részt vevő fontos növényi alkotóelemek egyikének összetételébe sem, de jelentős mennyiségben előfordul a növények minden részében. Elengedhetetlen az enzimaktivitáshoz, beleértve az elsődleges anyagcserében részt vevő enzimeket is. Szerepet játszik a turgorszabályozásban, befolyásolja a sztómák működését és a sejttérfogat növekedését.

Úgy tűnik, hogy különösen fontos a levelekben és a növekedési pontokon. A kálium a tápelemek közül kiemelkedik a növényi szövetekben való mobilitásával és oldhatóságával.

A káliumot érintő folyamatok közé tartozik a szénhidrátok és fehérjék képződése, a növények belső nedvességének szabályozása, mint katalizátor és komplex anyagok kondenzátora, mint az enzimhatás gyorsítója, és mint a fotoszintézishez való hozzájárulás, különösen alacsony fényintenzitás mellett. A káliumszabályozza a sztómák nyitását és zárását egy káliumion-pumpa segítségével. Mivel a sztómák fontos szerepet játszanak a vízszabályozásban, a kálium szabályozza a levelek vízveszteségét és növeli a szárazságtűrést. A kálium a fotoszintézisben és a légzésben használt enzimek aktivátoraként szolgál. A káliumot a cellulóz felépítéséhez használják, és a klorofill előanyagának képződésével segíti a fotoszintézist. A káliumion (K+) rendkívül mobilis, és segíthet a növényen belüli anion (negatív) töltések kiegyensúlyozásában. Több fafajnál, köztük két lucfenyőfajnál is összefüggést találtak a káliumtartalom és a hidegtűrés között. A kálium segíti a gyümölcsök színeződését, alakját, és növeli a brixértéket is. Ezért a káliumban gazdag talajokon minőségi gyümölcsök teremnek.

A kutatások a K+ transzportot összefüggésbe hozták az auxin homeosztázissal, a sejtszignálokkal, a sejttágulással, a membránforgalommal és a floem transzporttal.

Makrotápanyagok (másodlagos és harmadlagos)Edit

KénEdit

A kén egyes aminosavak (köztük a cisztein és a metionin) és vitaminok szerkezeti összetevője, és nélkülözhetetlen a kloroplasztiszok növekedéséhez és működéséhez; a fotoszintézis elektronszállító láncainak vas-kén komplexeiben található. Szükséges a hüvelyesek N2-megkötéséhez, valamint a nitrát aminosavakká, majd fehérjévé történő átalakításához.

KalciumSzerkesztés

A kalcium a növényekben főként a levelekben fordul elő, kisebb koncentrációban a magokban, gyümölcsökben és gyökerekben. Fő funkciója a sejtfalak alkotórésze. A középső lamella kocsonyás pektinjeinek bizonyos savas vegyületeivel összekapcsolódva a kalcium oldhatatlan sót képez. A merisztémákban is szorosan részt vesz, és különösen fontos a gyökérfejlődésben, szerepe van a sejtosztódásban, a sejtnyúlásban és a hidrogénionok méregtelenítésében. A kalciumnak tulajdonított egyéb funkciók: a szerves savak semlegesítése; egyes kálium-aktivált ionok gátlása; és a nitrogénfelvételben betöltött szerepe. A kalciumhiányos növények figyelemre méltó jellemzője a hibás gyökérrendszer. A gyökerek általában előbb érintettek, mint a föld feletti részek. A virágvégrothadás szintén a kalciumhiány következménye.

A kalcium szabályozza más tápanyagok növénybe történő szállítását, és részt vesz bizonyos növényi enzimek aktiválásában is. A kalciumhiány satnyulást eredményez. Ez a tápanyag részt vesz a fotoszintézisben és a növény szerkezetében. Az anionok kiegyenlítő kationjaként a vakuólumban és intracelluláris hírvivőként a citoszolban van rá szükség.

MagnéziumSzerkesztés

A magnézium kiemelkedő szerepe a növényi táplálkozásban a klorofill molekula alkotórészeként. Hordozóként számos enzimreakcióban is részt vesz, mint hatékony aktivátor, amelyben szorosan kapcsolódik az energiát szolgáltató foszforvegyületekhez.

MikrotápanyagokSzerkesztés

A növények a legtöbb nyomelemet képesek kellőképpen felhalmozni. Egyes növények érzékenyen jelzik azt a kémiai környezetet, amelyben nőnek (Dunn 1991), és egyes növények olyan gátló mechanizmusokkal rendelkeznek, amelyek kizárják vagy korlátozzák egy adott elem vagy ionfaj felvételét, pl. az éger gallyai általában felhalmozzák a molibdént, de az arzént nem, míg a lucfenyő kérgére ez fordítva igaz (Dunn 1991). Máskülönben a növény a gyökérrendszere által áthatott talajtömeg geokémiai jellegzetességeit a benne lévő talajvizekkel együtt integrálhatja. A mintavételt megkönnyíti, hogy számos elem hajlamos felhalmozódni a növény végtagjain lévő szövetekben. Egyes mikrotápanyagok vetőmagbevonat formájában is kijuttathatók.

VasSzerkesztés

A vas szükséges a fotoszintézishez, és enzimkofaktorként van jelen a növényekben. A vashiány interveinális klorózist és nekrózist eredményezhet.A vas nem szerkezeti része a klorofillnak, de nagyon fontos a szintéziséhez. A rézhiány elősegítheti a vashiány kialakulását.Segít a növény elektronszállításában.

MolibdénSzerkesztés

A molibdén az aminosavak felépítésében fontos enzimek kofaktora, és részt vesz a nitrogénanyagcserében. A molibdén része a nitrátreduktáz enzimnek (a nitrát redukciójához szükséges) és a nitrogenáz enzimnek (a biológiai nitrogénmegkötéshez szükséges). A molibdénhiány következtében fellépő termelékenységcsökkenés általában ezen enzimek közül egy vagy több csökkent aktivitásával jár együtt.

BórSzerkesztés

A bórnak számos funkciója van a növényen belül: befolyásolja a virágzást és a terméskötést, a pollencsírázást, a sejtosztódást és az aktív sófelvételt. Az aminosavak és fehérjék, a szénhidrátok, a kalcium és a víz anyagcseréjét erősen befolyásolja a bór. A felsorolt funkciók közül számosat megtestesíthet az a funkciója, hogy az erősen poláros cukrokat a sejtmembránokon keresztül mozgatja azáltal, hogy csökkenti azok polaritását és ezáltal a cukor áthaladásához szükséges energiát. Ha a cukor nem tud elég gyorsan eljutni a leggyorsabban növekvő részekhez, ezek a részek elpusztulnak.

RézSzerkesztés

A réz fontos a fotoszintézishez. A rézhiány tünetei közé tartozik a klorózis. Számos enzimfolyamatban vesz részt; szükséges a megfelelő fotoszintézishez; részt vesz a lignin (sejtfal) előállításában és részt vesz a gabonatermesztésben. Egyes talajviszonyok között is nehéz megtalálni.

MangánSzerkesztés

A mangán szükséges a fotoszintézishez, beleértve a kloroplasztiszok felépítését is. A mangánhiány színeződési rendellenességeket, például elszíneződött foltokat eredményezhet a lombozaton.

NátriumSzerkesztés

A nátrium részt vesz a foszfenolpiruvát regenerációjában a CAM és C4 növényekben. A nátrium potenciálisan helyettesítheti a káliumnak a sztómák nyitásának és zárásának szabályozását.

A nátrium esszenciája:

• C4 növények számára inkább C3
• A K-t Na-val helyettesíti: A növények négy csoportba sorolhatók:

1. A csoport – a K nagy része helyettesíthető Na-val és serkenti a növekedést, ami K alkalmazásával nem érhető el
2. B-csoport A Na-ra specifikus növekedési válaszok figyelhetők meg, de ezek sokkal kevésbé egyértelműek
3. C-csoport – csak kisebb mértékű helyettesítés lehetséges és a Na-nak nincs hatása
4. D-csoport – nem történik helyettesítés

• Serkenti a növekedést-növeli a levélfelületet és a sztómákat. Javítja a vízháztartást
• Na funkciók az anyagcserében

1. C4 anyagcserében
2. Gyengíti a piruvát foszfoenollá történő átalakulását.piruvát
3. csökkenti a fotoszisztéma II aktivitását és az ultrastrukturális változásokat a mezofill kloroplasztiszban

• K funkcióinak visszaváltása

1. Belülső ozmoticum
2. Stomatális funkció
3. Fotoszintézis
4. A távolsági szállítás ellenhatása
5. Enzimek aktiválása

• javítja a termés minőségét e.Pl. javítja a sárgarépa ízét a szacharóz növelésével

CinkSzerkesztés

A cink számos enzimhez szükséges, és alapvető szerepet játszik a DNS-átírásban. A cinkhiány tipikus tünete a levelek satnya növekedése, közismert nevén a “kis levél”, amit a növekedési hormon auxin oxidatív lebontása okoz.

NikkelSzerkesztés

A magasabb rendű növényekben a nikkelt a növények Ni2+ ion formájában veszik fel. A nikkel nélkülözhetetlen az ureáz, a nitrogén-anyagcserében részt vevő enzim aktiválásához, amely a karbamid feldolgozásához szükséges. Nikkel nélkül a karbamid toxikus szintje felhalmozódik, ami nekrotikus elváltozások kialakulásához vezet. Az alacsonyabb rendű növényekben a nikkel számos, különböző folyamatokban részt vevő enzimet aktivál, és egyes enzimek kofaktoraként helyettesítheti a cinket és a vasat.

KlórSzerkesztés

A klór, mint összetett klorid, az ozmózishoz és az ionegyensúlyhoz szükséges; a fotoszintézisben is szerepet játszik.

KobaltEdit

A kobalt legalább néhány növény számára hasznosnak bizonyult, bár a legtöbb faj számára nem tűnik nélkülözhetetlennek. Kimutatták azonban, hogy a hüvelyesekhez és más növényekhez kapcsolódó nitrogénmegkötő baktériumok nitrogénmegkötéséhez nélkülözhetetlen.

SzilíciumSzerkesztés

A szilíciumot nem tekintik a növények növekedéséhez és fejlődéséhez nélkülözhetetlen elemnek. A környezetben mindig bőségesen megtalálható, így szükség esetén rendelkezésre áll. A növények szerkezetében megtalálható, és javítja a növények egészségét.

A növényekben a szilícium kísérletek során kimutatták, hogy erősíti a sejtfalakat, javítja a növények erejét, egészségét és termelékenységét. Tanulmányok bizonyították, hogy a szilícium javítja a szárazsággal és a faggyal szembeni ellenállóképességet, csökkenti a fakadás lehetőségét, és fokozza a növény természetes kártevő- és betegségellenes rendszerét. Kimutatták továbbá, hogy a szilícium javítja a növény életerejét és fiziológiáját a gyökértömeg és a gyökérsűrűség növelésével, valamint a föld feletti növényi biomassza és a terméshozam növelésével. A szilíciumot jelenleg az Amerikai Növényi Élelmiszer-ellenőrzési Hivatalok Szövetsége (AAPFCO) vizsgálja a “növényi hasznos anyag” státuszba emelését.

VanádiumSzerkesztés

A vanádiumra néhány növénynek szüksége lehet, de nagyon alacsony koncentrációban. A molibdént is helyettesítheti.

SzelénSzerkesztés

A szelén valószínűleg nem nélkülözhetetlen a virágzó növények számára, de hasznos lehet; serkentheti a növények növekedését, javíthatja az oxidatív stresszel szembeni tűrőképességet, és növelheti a kórokozókkal és a növényevő állatokkal szembeni ellenálló képességet.