PFLANZENERNÄHRUNG: MAKRONÄHRSTOFFE, MIKRONÄHRSTOFFE, MÄNGEL - BIOLOGIE - 2024

Die Pflanzenernährung ist eine Reihe chemischer Prozesse, durch die Nährstoffe aus dem Erdgeschoss gewonnen werden, die das Wachstum und die Entwicklung von Organen unterstützen. Es wird auch besonders auf die Arten von Mineralstoffen hingewiesen, die Pflanzen benötigen, und auf die Symptome ihrer Mängel.

Das Studium der Pflanzenernährung ist besonders wichtig für diejenigen, die für die Pflege und Erhaltung von Pflanzen von landwirtschaftlichem Interesse zuständig sind, da es in direktem Zusammenhang mit den Ertrags- und Produktionsmaßen steht.

Mit Mais gesätes Feld (Quelle: pixabay.com/)

Da ein längerer Anbau von Gemüse zu Erosion und Verarmung der Böden durch Mineralien führt, hängen die großen Fortschritte in der Landwirtschaft mit der Entwicklung von Düngemitteln zusammen, deren Zusammensetzung sorgfältig auf die Ernährungsbedürfnisse der interessierenden Sorten abgestimmt ist.

Das Design dieser Düngemittel erfordert zweifellos ein umfassendes Wissen über Pflanzenphysiologie und Ernährung, da es wie in jedem biologischen System Ober- und Untergrenzen gibt, in denen Pflanzen auch nicht richtig funktionieren können Mangel oder Überschuss eines Elements.

Wie werden Pflanzen ernährt?

Die Wurzeln spielen eine grundlegende Rolle in der Pflanzenernährung. Mineralische Nährstoffe werden aus der „Bodenlösung“ entnommen und entweder vereinfacht (intrazellulär) oder apoplastisch (extrazellulär) zu den Gefäßbündeln transportiert. Sie werden in das Xylem geladen und zum Stamm transportiert, wo sie verschiedene biologische Funktionen erfüllen.

Zichorienwurzel

Die Aufnahme von Nährstoffen aus dem Boden durch den Syplast in den Wurzeln und ihr anschließender Transport zum Xylem über den apoplastischen Weg sind unterschiedliche Prozesse, die durch unterschiedliche Faktoren vermittelt werden.

Es wird angenommen, dass der Nährstoffkreislauf die Ionenaufnahme in das Xylem reguliert, während der Zufluss in die Wurzel sympathisch von der Temperatur oder der externen Ionenkonzentration abhängen kann.

Der Transport von gelösten Stoffen zum Xylem erfolgt im Allgemeinen durch passive Diffusion oder passiven Transport von Ionen durch Ionenkanäle, dank der Kraft, die von den Protonenpumpen (ATPasen) erzeugt wird, die in den paratrachealen Zellen des Parenchyms exprimiert werden.

Andererseits wird der Transport zum Apoplasten durch Unterschiede im hydrostatischen Druck von den transpirierenden Blättern angetrieben.

Viele Pflanzen nutzen gegenseitige Beziehungen, um sich selbst zu ernähren, entweder um andere ionische Formen eines Minerals (wie stickstofffixierende Bakterien) zu absorbieren, um das Absorptionsvermögen ihrer Wurzeln zu verbessern oder um eine größere Verfügbarkeit bestimmter Elemente (wie Mykorrhizen) zu erreichen. .

Wesentliche Elemente

Pflanzen haben unterschiedliche Bedürfnisse für jeden Nährstoff, da nicht alle im gleichen Verhältnis oder für die gleichen Zwecke verwendet werden.

Ein wesentliches Element ist eines, das Bestandteil der Struktur oder des Stoffwechsels einer Pflanze ist und dessen Fehlen schwerwiegende Anomalien in Wachstum, Entwicklung oder Fortpflanzung verursacht.

Im Allgemeinen wirken alle Elemente auf die Zellstruktur, den Stoffwechsel und die Osmoregulation. Die Klassifizierung von Makro- und Mikronährstoffen hat mit der relativen Häufigkeit dieser Elemente in Pflanzengeweben zu tun.

Makronährstoffe

Zu den Makronährstoffen gehören Stickstoff (N), Kalium (K), Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Phosphor (P), Schwefel (S) und Silizium (Si). Obwohl wesentliche Elemente an vielen verschiedenen zellulären Ereignissen beteiligt sind, können einige spezifische Funktionen hervorgehoben werden:

Stickstoff

Dies ist das Mineralelement, das Pflanzen in größeren Mengen benötigen, und es ist normalerweise ein begrenzendes Element in vielen Böden, weshalb Düngemittel im Allgemeinen Stickstoff in ihrer Zusammensetzung enthalten. Stickstoff ist ein mobiles Element und ein wesentlicher Bestandteil der Zellwand, Aminosäuren, Proteine ​​und Nukleinsäuren.

Obwohl der atmosphärische Stickstoffgehalt sehr hoch ist, können nur Pflanzen der Familie der Fabaceae molekularen Stickstoff als Hauptstickstoffquelle verwenden. Die vom Rest assimilierbaren Formen sind Nitrate.

Kalium

Dieses Mineral wird in Pflanzen in seiner monovalenten kationischen Form (K +) gewonnen und ist an der Regulation des osmotischen Potentials von Zellen sowie an einem Aktivator von Enzymen beteiligt, die an der Atmung und Photosynthese beteiligt sind.

Kalzium

Es wird im Allgemeinen als zweiwertige Ionen (Ca2 +) gefunden und ist für die Zellwandsynthese essentiell, insbesondere für die Bildung der Mittellamelle, die die Zellen während der Teilung trennt. Es ist auch an der Bildung der mitotischen Spindel beteiligt und wird für die Funktion von Zellmembranen benötigt.

Es spielt eine wichtige Rolle als sekundärer Botenstoff in verschiedenen pflanzlichen Reaktionswegen, sowohl durch hormonelle als auch durch Umweltsignale.

Es kann an Calmodulin binden und der Komplex reguliert Enzyme wie Kinasen, Phosphatasen, Zytoskelettproteine ​​und Signalproteine.

Magnesium

Magnesium ist an der Aktivierung vieler Enzyme bei der Photosynthese, Atmung sowie der DNA- und RNA-Synthese beteiligt. Darüber hinaus ist es ein struktureller Bestandteil des Chlorophyllmoleküls.

Spiel

Phosphate sind besonders wichtig für die Bildung der Zucker-Phosphat-Zwischenprodukte der Atmung und Photosynthese sowie als Teil der polaren Gruppen an den Phospholipidköpfen. ATP und verwandte Nukleotide besitzen Phosphor sowie die Struktur von Nukleinsäuren.

Schwefel

Die Seitenketten der Aminosäuren Cystein und Methionin enthalten Schwefel. Dieses Mineral ist auch ein wichtiger Bestandteil vieler Coenzyme und Vitamine wie Coenzym A, S-Adenosylmethionin, Biotin, Vitamin B1 und Pantothensäure, die für den Pflanzenstoffwechsel essentiell sind.

Silizium

Obwohl in der Familie der Equisoceae nur eine besondere Anforderung an dieses Mineral nachgewiesen wurde, gibt es Hinweise darauf, dass die Anreicherung dieses Minerals im Gewebe einiger Arten zu Wachstum, Fruchtbarkeit und Stressresistenz beiträgt.

Sämling (Quelle: pixabay.com/)

Mikronährstoffe

Die Mikronährstoffe sind Chlor (Cl), Eisen (Fe), Bor (B), Mangan (Mn), Natrium (Na), Zink (Zn), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) und Molybdän (Mo). Mikronährstoffe haben wie Makronährstoffe wesentliche Funktionen im Pflanzenstoffwechsel, nämlich:

Chlor

Chlor kommt in Pflanzen als anionische Form (Cl-) vor. Es ist notwendig für die Photolysereaktion von Wasser, die während der Atmung stattfindet; beteiligt sich an Photosyntheseprozessen und an der Synthese von DNA und RNA. Es ist auch eine strukturelle Komponente des Rings des Chlorophyllmoleküls.

Eisen

Eisen ist ein wichtiger Cofaktor für eine Vielzahl von Enzymen. Seine grundlegende Rolle besteht im Transport von Elektronen in Oxidreduktionsreaktionen, da es leicht reversibel von Fe2 + zu Fe3 + oxidiert werden kann.

Seine Hauptaufgabe liegt möglicherweise als Teil der Cytochrome, die für den Transport von Lichtenergie bei Photosynthesereaktionen von entscheidender Bedeutung sind.

Bor

Seine genaue Funktion wurde nicht spezifiziert, es gibt jedoch Hinweise darauf, dass es für die Zellverlängerung, die Nukleinsäuresynthese, die hormonellen Reaktionen, die Membranfunktionen und die Regulation des Zellzyklus wichtig ist.

Mangan

Mangan wird als zweiwertiges Kation (Mg2 +) gefunden. Es ist an der Aktivierung vieler Enzyme in Pflanzenzellen beteiligt, insbesondere von Decarboxylasen und Dehydrogenasen, die am Tricarbonsäurezyklus oder Krebszyklus beteiligt sind. Seine bekannteste Funktion ist die Erzeugung von Sauerstoff aus Wasser während der Photosynthese.

Natrium

Dieses Ion wird von vielen Pflanzen mit C4-Metabolismus und Crassulaceous Acid (CAM) zur Kohlenstoff-Fixierung benötigt. Es ist auch wichtig für die Regeneration von Phosphoenolpyruvat, dem Substrat der ersten Carboxylierung auf den oben genannten Wegen.

Zink

Eine große Anzahl von Enzymen benötigt Zink, um zu funktionieren, und einige Pflanzen benötigen es für die Chlorophyll-Biosynthese. Enzyme des Stickstoffmetabolismus, des Energietransfers und der Biosynthesewege anderer Proteine ​​benötigen für ihre Funktion Zink. Es ist auch ein struktureller Bestandteil vieler genetisch wichtiger Transkriptionsfaktoren.

Kupfer

Kupfer ist mit vielen Enzymen verbunden, die an Oxidations-Reduktions-Reaktionen beteiligt sind, da es reversibel von Cu + zu Cu2 + oxidiert werden kann. Ein Beispiel für diese Enzyme ist Plastocyanin, das für den Elektronentransfer während der Lichtreaktionen der Photosynthese verantwortlich ist.

Nickel

Pflanzen haben keine spezifischen Anforderungen an dieses Mineral, jedoch benötigen viele der stickstofffixierenden Mikroorganismen, die symbiotische Beziehungen zu Pflanzen aufrechterhalten, Nickel für die Enzyme, die während der Fixierung gasförmige Wasserstoffmoleküle verarbeiten.

Molybdän

Nitratreduktase und Stickstoffase gehören zu den vielen Enzymen, die Molybdän für ihre Funktion benötigen. Nitratreduktase katalysiert die Reduktion von Nitrat zu Nitrit während der Stickstoffassimilation in Pflanzen, und Stickstoffase wandelt Stickstoffgas in stickstofffixierenden Mikroorganismen in Ammoniak um.

Diagnose von Mängeln

Ernährungsumstellungen bei Gemüse können auf verschiedene Arten diagnostiziert werden, unter anderem ist die Blattanalyse eine der effektivsten Methoden.

Internervale Chlorose in Liquidambar styraciflua (Jim Conrad, über Wikimedia Commons)

Chlorose oder Vergilbung, das Auftreten von dunkel gefärbten nekrotischen Flecken und deren Verteilungsmuster sowie das Vorhandensein von Pigmenten wie Anthocyanen sind Teil der Elemente, die bei der Diagnose von Mängeln berücksichtigt werden müssen.

Es ist wichtig, die relative Mobilität jedes Artikels zu berücksichtigen, da nicht alle mit der gleichen Regelmäßigkeit transportiert werden. Somit kann der Mangel an Elementen wie K, N, P und Mg in den erwachsenen Blättern beobachtet werden, da diese Elemente in Richtung der Gewebe in der Bildung transloziert werden.

Im Gegenteil, junge Blätter weisen Mängel bei Elementen wie B, Fe und Ca auf, die in den meisten Pflanzen relativ unbeweglich sind.

Verweise

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