Nutriția plantelor

Se știe că cel puțin 17 elemente sunt nutrienți esențiali pentru plante. În cantități relativ mari, solul furnizează azot, fosfor, potasiu, calciu, magneziu și sulf; aceștia sunt adesea numiți macronutrienți. În cantități relativ mici, solul furnizează fier, mangan, bor, molibden, cupru, zinc, clor și cobalt, așa numiții micronutrienți. Nutrienții trebuie să fie disponibili nu numai în cantități suficiente, ci și în proporții adecvate.

Nutriția plantelor este un subiect dificil de înțeles în totalitate, parțial din cauza variației dintre diferite plante și chiar dintre diferite specii sau indivizi ai unei anumite clone. Elementele prezente la niveluri scăzute pot provoca simptome de carență, iar toxicitatea este posibilă la niveluri prea ridicate. Mai mult, deficiența unui element poate prezenta simptome de toxicitate din partea altui element și viceversa. O abundență a unui element nutritiv poate cauza o deficiență a unui alt element nutritiv. De exemplu, absorbția de K+ poate fi influențată de cantitatea de NH+
4 disponibilă.

Nitrogenul este abundent în atmosfera Pământului, iar o serie de plante agricole importante din punct de vedere comercial se angajează în fixarea azotului (transformarea azotului atmosferic într-o formă utilă din punct de vedere biologic). Cu toate acestea, plantele își primesc în cea mai mare parte azotul prin sol, unde acesta este deja transformat în formă biologic utilă. Acest lucru este important deoarece azotul din atmosferă este prea mare pentru a fi consumat de plante și necesită multă energie pentru a fi transformat în forme mai mici. Printre acestea se numără soia, fasolea și mazărea comestibilă, precum și trifoiul și lucerna folosite în principal pentru hrănirea animalelor. Plante precum porumbul, grâul, ovăzul, orzul și orezul, importante din punct de vedere comercial, au nevoie ca în solul în care cresc să fie prezenți compuși de azot.

Carbonatul și oxigenul sunt absorbite din aer, în timp ce alți nutrienți sunt absorbiți din sol. Plantele verzi își obțin în mod obișnuit rezerva de carbohidrați din dioxidul de carbon din aer prin procesul de fotosinteză. Fiecare dintre acești nutrienți este utilizat într-un loc diferit pentru o funcție esențială diferită.

Nutrienți de bazăEdit

Nutrienții de bază sunt derivați din aer și apă.

CarbonEdit

Carbonul formează coloana vertebrală a majorității biomoleculelor vegetale, inclusiv a proteinelor, amidonului și celulozei. Carbonul este fixat prin fotosinteză; aceasta transformă dioxidul de carbon din aer în carbohidrați care sunt utilizați pentru a stoca și transporta energia în interiorul plantei.

HidrogenEdit

Hidrogenul este necesar pentru a construi zaharuri și pentru a construi planta. Se obține aproape în întregime din apă. Ionii de hidrogen sunt imperativi pentru un gradient de protoni care să ajute la acționarea lanțului de transport al electronilor în fotosinteză și pentru respirație.

OxigenEdit

Oxigenul este o componentă a multor molecule organice și anorganice din cadrul plantei și este dobândit în multe forme. Printre acestea se numără: O2 și CO2 (în principal din aer prin intermediul frunzelor) și H2O, NO-
3, H2PO-
4 și SO2-
4 (în principal din apa din sol prin intermediul rădăcinilor). Plantele produc oxigen gazos (O2) împreună cu glucoza în timpul fotosintezei, dar apoi au nevoie de O2 pentru a se supune respirației celulare aerobe și pentru a descompune această glucoză pentru a produce ATP.

Macronutrienți (primari)Edit

AzotEdit

Nitrogenul este un constituent major al câtorva dintre cele mai importante substanțe vegetale. De exemplu, compușii de azot cuprind 40% până la 50% din materia uscată a protoplasmei și este un constituent al aminoacizilor, elementele constitutive ale proteinelor. Este, de asemenea, un constituent esențial al clorofilei. În multe medii agricole, azotul este nutrientul limitativ pentru o creștere rapidă.

FosforEdit

Ca și azotul, fosforul este implicat în multe procese vitale pentru plante. În cadrul unei plante, el este prezent în principal ca o componentă structurală a acizilor nucleici: acidul dezoxiribonucleic (ADN) și acidul ribonucleic (ARN), precum și ca un constituent al fosfolipidelor grase, care sunt importante în dezvoltarea și funcționarea membranelor. Este prezent atât în forme organice, cât și anorganice, ambele fiind ușor de translocat în interiorul plantei. Toate transferurile de energie din celulă depind în mod critic de fosfor. La fel ca în cazul tuturor ființelor vii, fosforul face parte din trifosfatul de adenozină (ATP), care este de uz imediat în toate procesele care necesită energie cu ajutorul celulelor. Fosforul poate fi, de asemenea, utilizat pentru a modifica activitatea diferitelor enzime prin fosforilare și este utilizat pentru semnalizarea celulară. Fosforul este concentrat în punctele cele mai active de creștere ale unei plante și este stocat în semințe în așteptarea germinării lor.

PotasiuEdit

În comparație cu alte elemente majore, potasiul nu intră în compoziția niciunuia dintre constituenții importanți ai plantelor implicați în metabolism, dar se găsește în toate părțile plantelor în cantități substanțiale. Este esențial pentru acitivitatea enzimatică, inclusiv pentru enzimele implicate în metabolismul primar. El joacă un rol în reglarea turgescenței, influențând funcționarea stomatelor și creșterea volumului celular.

Se pare că are o importanță deosebită în frunze și în punctele de creștere. Potasiul se remarcă printre elementele nutritive prin mobilitatea și solubilitatea sa în țesuturile plantelor.

Procesele în care este implicat potasiul includ formarea carbohidraților și a proteinelor, reglarea umidității interne a plantelor, ca catalizator și agent de condensare a substanțelor complexe, ca accelerator al acțiunii enzimatice și ca contributor la fotosinteză, în special în condiții de intensitate luminoasă scăzută. Potasiul reglează deschiderea și închiderea stomatelor prin intermediul unei pompe de ioni de potasiu. Deoarece stomatele sunt importante în reglarea apei, potasiul reglează pierderea de apă din frunze și crește toleranța la secetă. Potasiul servește ca activator al enzimelor utilizate în fotosinteză și respirație. Potasiul este utilizat pentru a construi celuloză și ajută la fotosinteză prin formarea unui precursor al clorofilei. Ionul de potasiu (K+) este foarte mobil și poate contribui la echilibrarea sarcinilor anionice (negative) în cadrul plantei. La mai multe specii de arbori, inclusiv la două specii de molid, a fost descoperită o relație între nutriția cu potasiu și rezistența la frig. Potasiul ajută la colorarea fructelor, la forma lor și, de asemenea, le mărește brix-ul. Prin urmare, fructele de calitate sunt produse în soluri bogate în potasiu.

Cercetarea a legat transportul de K+ cu homeostazia auxinei, semnalizarea celulară, expansiunea celulară, traficul membranar și transportul în floem.

Macronutrienți (secundari și terțiari)Edit

SulfEdit

Sulfurul este o componentă structurală a unor aminoacizi (inclusiv a cisteinei și metioninei) și a vitaminelor și este esențial pentru creșterea și funcționarea cloroplastelor; se găsește în complexele fier-sulf din lanțurile de transport al electronilor în fotosinteză. Este necesar pentru fixarea N2 de către leguminoase și pentru transformarea nitratului în aminoacizi și apoi în proteine.

CalciuEdit

Calciu în plante se găsește în principal în frunze, cu concentrații mai mici în semințe, fructe și rădăcini. O funcție majoră este aceea de constituent al pereților celulari. Atunci când este cuplat cu anumiți compuși acizi ai pectinelor gelatinoase din lamela mijlocie, calciul formează o sare insolubilă. De asemenea, este implicat îndeaproape în meristeme și este deosebit de important în dezvoltarea rădăcinilor, având roluri în diviziunea celulară, în alungirea celulelor și în detoxifierea ionilor de hidrogen. Alte funcții atribuite calciului sunt: neutralizarea acizilor organici; inhibarea unor ioni activați de potasiu; și un rol în absorbția azotului. O caracteristică notabilă a plantelor cu deficit de calciu este un sistem radicular defectuos. Rădăcinile sunt de obicei afectate înaintea părților supraterane. Putregaiul final al florilor este, de asemenea, un rezultat al calciului inadecvat.

Calciul reglează transportul altor nutrienți în plantă și este, de asemenea, implicat în activarea anumitor enzime vegetale. Deficitul de calciu are ca rezultat o stagnare. Acest nutrient este implicat în fotosinteză și în structura plantelor. Este necesar ca un cation de echilibrare pentru anioni în vacuolă și ca mesager intracelular în citosol.

MagneziuEdit

Rolul remarcabil al magneziului în nutriția plantelor este acela de constituent al moleculei de clorofilă. Ca purtător, este, de asemenea, implicat în numeroase reacții enzimatice ca activator eficient, în care este strâns asociat cu compușii de fosfor care furnizează energie.

MicronutriențiEdit

Plantele sunt suficient de capabile să acumuleze majoritatea oligoelementelor. Unele plante sunt indicatori sensibili ai mediului chimic în care cresc (Dunn 1991), iar unele plante au mecanisme de barieră care exclud sau limitează absorbția unui anumit element sau a unei anumite specii de ioni, de exemplu, crengile de arin obișnuiesc să acumuleze molibden, dar nu și arsenic, în timp ce la scoarța de molid se întâmplă invers (Dunn 1991). Altfel, o plantă poate integra semnătura geochimică a masei de sol pătrunsă de sistemul său radicular împreună cu apele subterane conținute. Prelevarea de probe este facilitată de tendința multor elemente de a se acumula în țesuturile de la extremitățile plantei. Unii micronutrienți pot fi aplicați sub formă de învelișuri pentru semințe.

FierEdit

Fierul este necesar pentru fotosinteză și este prezent ca și cofactor enzimatic în plante. Deficitul de fier poate duce la cloroză interioară și necroză. fierul nu este o parte structurală a clorofilei, dar este foarte esențial pentru sinteza acesteia. Deficitul de cupru poate fi responsabil pentru favorizarea unei deficiențe de fier. ajută la transportul de electroni al plantei.

MolibdenulEdit

Molibdenul este un cofactor al enzimelor importante în construirea aminoacizilor și este implicat în metabolismul azotului. Molibdenul face parte din enzima nitrat reductază (necesară pentru reducerea nitratului) și din enzima azotază (necesară pentru fixarea biologică a azotului). Productivitatea redusă ca urmare a deficitului de molibden este de obicei asociată cu activitatea redusă a uneia sau a mai multora dintre aceste enzime.

BoroEdit

Boronul are multe funcții în cadrul unei plante: afectează înflorirea și fructificarea, germinarea polenului, diviziunea celulară și absorbția activă a sării. Metabolismul aminoacizilor și al proteinelor, al carbohidraților, al calciului și al apei este puternic afectat de bor. Multe dintre aceste funcții enumerate pot fi întruchipate de funcția sa de deplasare a zaharurilor foarte polare prin membranele celulare prin reducerea polarității acestora și, prin urmare, a energiei necesare pentru trecerea zahărului. Dacă zahărul nu poate trece suficient de rapid către părțile cu cea mai rapidă creștere, acele părți mor.

CupruEdit

Cuprul este important pentru fotosinteză. Simptomele pentru deficiența de cupru includ cloroza. Este implicat în multe procese enzimatice; necesar pentru o fotosinteză adecvată; implicat în fabricarea ligninei (pereții celulari) și implicat în producția de cereale. De asemenea, este greu de găsit în unele condiții de sol.

ManganEdit

Manganul este necesar pentru fotosinteză, inclusiv pentru construirea cloroplastelor. Deficitul de mangan poate duce la anomalii de colorație, cum ar fi pete decolorate pe frunziș.

SodiuEdit

Sodul este implicat în regenerarea fosfoenolpiruvatului în plantele CAM și C4. Sodiul poate înlocui potențial reglarea de către potasiu a deschiderii și închiderii stomatelor.

Essențialitatea sodiului:

• Este esențial pentru plantele C4 mai degrabă C3
• Substituirea K cu Na: Plantele pot fi clasificate în patru grupe:

1. Grupa A – o proporție mare de K poate fi înlocuită cu Na și poate stimula creșterea, ceea ce nu se poate obține prin aplicarea de K
2. Grupa B-se observă răspunsuri specifice de creștere la Na, dar acestea sunt mult mai puțin distincte
3. Grupa C-este posibilă doar o substituție minoră și Na nu are nici un efect
4. Grupa D-nu se produce substituție

• Stimulează creșterea-crește suprafața foliară și stomatele. Îmbunătățește echilibrul hidric
• Na funcționează în metabolism

1. Metabolismul C4
2. Impiedică transformarea piruvatului în fosfoenol-.piruvat
3. Reduce activitatea fotosistemului II și modificări ultrastructurale în cloroplastul mezofilului

• Reînlocuirea funcțiilor K

1. Internă osmoticum
2. Funcția stomatică
3. Fotogeneza
4. Contraacțiune în transportul pe distanțe lungi
5. Activare enzimatică

• Îmbunătățește calitatea culturii e.ex. îmbunătățește gustul morcovilor prin creșterea zaharozei

ZincEdit

Zincul este necesar într-un număr mare de enzime și joacă un rol esențial în transcrierea ADN-ului. Un simptom tipic al deficienței de zinc este creșterea atrofiată a frunzelor, cunoscută în mod obișnuit sub numele de „frunza mică” și este cauzată de degradarea oxidativă a hormonului de creștere auxină.

NichelEdit

La plantele superioare, nichelul este absorbit de plante sub formă de ion Ni2+. Nichelul este esențial pentru activarea ureazei, o enzimă implicată în metabolismul azotului care este necesară pentru a procesa ureea. În lipsa nichelului, se acumulează niveluri toxice de uree, ceea ce duce la formarea de leziuni necrotice. La plantele inferioare, nichelul activează mai multe enzime implicate într-o varietate de procese și poate înlocui zincul și fierul ca și cofactor în unele enzime.

ClorulEdit

Clorul, sub formă de clorură compusă, este necesar pentru osmoză și echilibru ionic; de asemenea, joacă un rol în fotosinteză.

CobaltEdit

Cobaltul s-a dovedit a fi benefic pentru cel puțin unele plante, deși nu pare a fi esențial pentru majoritatea speciilor. Cu toate acestea, s-a demonstrat că este esențial pentru fixarea azotului de către bacteriile fixatoare de azot asociate cu leguminoasele și alte plante.

SiliciuEdit

Siliciul nu este considerat un element esențial pentru creșterea și dezvoltarea plantelor. El se găsește întotdeauna din abundență în mediul înconjurător și, prin urmare, dacă este necesar, este disponibil. Se găsește în structurile plantelor și îmbunătățește sănătatea plantelor.

La plante, s-a demonstrat în experimente că siliciul întărește pereții celulari, îmbunătățește rezistența, sănătatea și productivitatea plantelor. Au existat studii care au demonstrat că siliciul îmbunătățește rezistența la secetă și la îngheț, reducând potențialul de cădere și stimulând sistemele naturale de combatere a bolilor și dăunătorilor din plante. De asemenea, s-a demonstrat că siliciul îmbunătățește vigoarea și fiziologia plantelor prin îmbunătățirea masei și densității rădăcinilor, precum și prin creșterea biomasei plantelor de la suprafață și a randamentului culturilor. Siliciul este în prezent în curs de examinare de către Association of American Plant Food Control Officials (AAPFCO) pentru a fi ridicat la statutul de „substanță benefică pentru plante”.

VanadiuEdit

Vanadiu poate fi necesar pentru unele plante, dar în concentrații foarte mici. De asemenea, se poate substitui molibdenului.

SeleniuEdit

Seleniul nu este probabil esențial pentru plantele cu flori, dar poate fi benefic; poate stimula creșterea plantelor, poate îmbunătăți toleranța la stresul oxidativ și poate crește rezistența la agenții patogeni și la erbivore.

.