Mineralne odżywianie roślin

Transkrypt

1 Wykład 5. Mineralne odżywianie roślin * Zdjęcia i schematy pochodzą głównie z: Gospodarka mineralna - pobierania pierwiastków przez korzenie, transport, międzykomórkowy i międzyorganowy, dystrybucja w roślinie oraz asymilacja czyli włączanie w związki i wykorzystanie w metabolizmie do budowy rośliny lub pozyskiwania przez nią energii Minerały CO 2 O 2 Taiz L. and Zeiger E. (2006) Plant Physiology, Fourth Edition. Sinauer Associates. Sunderland, MA. A Companion to Plant Physiology, Fifth Edition by L Taiz and E Zeiger ONLINE, Stern K, Bidlack J, Jansky S. (2008) Introductory Plant Biology, Eleventh Edition, The McGraw-Hill Companies, Inc, New York H 2 O Gleba Faza stała - martwa materia organiczna i związki nieorganiczne (piasek, iły), zawiera 98% składników pokarmowych. Cząstki stałe gleby o właściwościach koloidalnych tworzą kompleks sorpcyjny jonów. Faza ciekła wodny roztwór glebowy. Faza gazowa - powietrze glebowe. Zawartość pierwiastków w roślinie jest różna od zawartości pierwiastków w glebie, co oznacza, że muszą być one pobierane z gleby selektywnie Zawartość pierwiastków w glebie Niezbędnym składnikiem gleby jest mikroflora i mikrofauna glebowa. Substancje mineralne rozpuszczone są w roztworze glebowym (ok. 0,2%) lub znajdują się w kompleksie sorpcyjnym gleby (około 2%) Kationy są związane z powierzchnią cząstek glebowych, ponieważ ich powierzchnia jest naładowana ujemnie Pobieranie minerałów z gleby 1

2 Wpływ ph na pobieranie przez rośliny składników mineralnych Pobieranie składników mineralnych Kompleks chelatowy EDTA z jonem metalu M * pierwiastki istotne tylko dla niektórych gatunków roślin Drogi wymiany substancji pomiędzy komórką a środowiskiem Transport substancji przez błony Transport przez błonę komórkową - bierny (zgodny gradientem stężeń) - dyfuzja prosta - dyfuzja ułatwiona - kanały - nośniki białkowe (permeazy) - czynny (wbrew gradientowi stężeń) - pierwotny (ATPazy, pompy protonowe) - wtórny (symport, antyport z Na +, H + ) Transport wraz z fragmentami błony komórkowej - endocytoza - pinocytoza - fagocytoza - egzocytoza 2

3 Transport aktywny pierwotny i wtórny Transport jonów przez plazmalemmę i tonoplast Wtórny transport aktywny jonów i metabolitów wykorzystuje energię zmagazynowaną w gradiencie protonów stworzonym przez pierwotną pompę protonową ][ - kanały jonowe; P pompa protonowa; T - transport aktywny; M - transporter zależny od kalmoduliny; PD różnica potencjałów elektrycznych; A - - aniony; C + - kationy; PPi - pirofosforan; Pi - fosforan. Model roślinnego kanału potasowego Model wakuolarnej pompy protonowej V-ATPazy Strategie pobierania substancji mineralnych mikoryza symbioza z grzybami Strategie pobierania substancji mineralnych symbioza z bakteriami Pęd Brodawki Bakterie brodawkowe Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium Korzenie 3

4 Pobieranie i metabolizm związków azotu Wiązanie azotu atmosferycznego - do przygotowania we własnym zakresie Znaczenie poszczególnych składników mineralnych w życiu rośliny i objawy niedoboru Uprawy (kultury) hydroponiczne roślin Systemy upraw (kultur) eksperymentalnych Systemy upraw (kultur) eksperymentalnych Biofermentor do hodowli niezróżnicowanych komórek roślinnych (kalusa) Uprawy (kultury) w agarze Uprawy w perlicie 4

5 Objawy niedoboru pierwiastków 5

6 Iron deficient corn plant. Niedobór żelaza Magnesium deficiency in (Podocarpus nagi) Niedobór substancji mineralnych a rozwój korzenia Crop Nutrient Deficiency Photo Library By International Plant Nutrition Institute niedobór N Compatibility: Requires ios 5.1 or later. Compatible with iphone, ipad, and ipod touch. 6

7 Nawożenie mineralne 1. Dostarczenie roślinom dostatecznej ilości składników pokarmowych z zachowaniem właściwych proporcji między nimi oraz utrzymanie lub polepszenie żyzności gleby. 2. Nawożeniem można zarówno zwiększyć zawartość przyswajalnych dla roślin składników pokarmowych jak i ograniczyć przyswajalność innych. Zależy to od wielkości dawek nawozów i również od tego jakie ilości składników oprócz pobrania ich przez rośliny zostaną z gleby wymyte lub wywiane. 3. W nawożeniu gleb, oprócz azotu, fosforu i potasu stosuje się również nawozy wapniowe i magnezowe. Dostarczają one składników pokarmowych roślinom oraz poprawiają odczyn i właściwości gleby. 7

8 Przenawożenie gleby azotem Przenawożenie gleby azotem Azotany i powstające z nich w azotyny reagują z aminami i powstają nitrozoaminy, które mogą działać na organizm kancerogennie albo mutagennie. Redukcja azotanów do bardziej szkodliwych azotynów i zachodzić również w organizmie zwierzęcym. Na przykład u przeżuwaczy w przedżołądku mogą powstać azotyny w procesie fermentacji. Może to obniżać wzrost mięśni i kości, ograniczać produkcję mleka oraz zmniejszać wytwarzanie witaminy A. Innym skutkiem stosowania nawozów mineralnych i organicznych zawierających azot, jako główny składnik, jest ujemny wpływ jego gazowej formy (N2O i NO) na atmosferę. Dużą zdolność do gromadzenia tych związków mają z roślin uprawnych np.: ziemniaki, kukurydza, liście buraków, a z warzyw: burak ćwikłowy, szpinak, kapusta biała i marchew Emitowany do atmosfery podtlenek azotu (N2O) łącznie z takimi gazami, jak CO2, CH4, CO i NO wywołuje efekt cieplarniany przy ziemi, polegający na absorpcji ziemskiego promieniowania podczerwonego. Przenawożenie gleby wapniem Przenawożenie gleby potasem Przewapnowanie gleby i doprowadzenie odczynu do zasadowego wywołuje wiele negatywnych skutków jak przesuszenie gleby (szczególnie lekkiej), szybszy rozkład substancji organicznej oraz przejście niektórych składników w formy nieprzyswajalne dla roślin (fosfor, bor, żelazo, mangan). Zbyt wysokie nawożenie potasem prowadzi do występowania charakterystycznych objawów na liściach braku magnezu, a owoce są kwaśne. Potas jest silnym antagonistycznym pierwiastkiem w stosunku do magnezu i dlatego blokuje zarówno pobieranie magnezu, jak i jego przemieszczanie się w roślinie. Nadmierne nawożenie potasem może także powodować pogorszenie jakości plonów np. gorzka plamistość podskórna jabłek lub sucha zgnilizna pomidora względnie zasolenie podłoża. Podsumowanie Nawozy mineralne: Zwiększają zasobność gleb w łatwo przyswajalne składniki pokarmowe dla roślin. Niektóre z nich działają odkwaszająco na gleby. Stwarzają optymalny odczyn gleb dla rozwoju pożądanych gatunków roślin. Gospodarka mineralna - zagadnienia Makro i mikroelementy - znaczenie składników mineralnych dla roślin Pasywne i aktywne mechanizmy pobierania jonów przez rośliny wyższe Pobieranie i transport substancji mineralnych przez rośliny Objawy niedoboru składników mineralnych Nadmierne wprowadzenie do gleby nawozów mineralnych powoduje: Naruszenie równowagi jonowej wzmagające ubytek składników. Zanik zdolności przyswajania przez rośliny innych niezbędnych do życia składników odżywczych, np. miedzi w wyniku nadmiaru azotu, fosforu, potasu. Degradację struktury gleby. Zatrucie środowiska substancjami toksycznymi, np. metalami. 8

9 Dodatkowe slajdy Niedobór pierwiastków: B. potasu, C. fosforu, D. wapnia, E. azotu, F. siarki, G. mikroelementów, H. magnezu, I. żelaza. 9