Фантастична чотирнадцять: "CliffsNotes" версія ролей 14 основних поживних речовин у рослинах

[Примітка автора: Вся наступна інформація походить із різноманітних опублікованих рецензованих робіт. Щоб заощадити час, припустимо, що вся наведена нижче наукова інформація походить з одного з цих джерел, а не безпосередньо від мене. Усі редакторські коментарі (ви будете знати різницю) - це мої власні.]

АЗОТ

Суттєва роль азоту є складовою частиною амінокислот у рослинах - вона також відома як будівельний матеріал білків. Амінокислоти збираються в пептиди (малі ланцюги амінокислот) та білки (великі ланцюги амінокислот). Білки виконують широкий спектр функцій, включаючи структуру, переміщення, зберігання та транспорт. Окрім пептидів та білків, азот міститься в різних сполуках, включаючи, але не обмежуючись ними, пурини, алкалоїди, ферменти, вітаміни, гормони, нуклеїнові кислоти та нуклеотиди.

Висновок: Азот дуже необхідний рослинам.

Смішний факт:

85% азоту в рослинах секвеструється у білках;

10% у нуклеїнових кислотах; і

5% у розчинному метаболічному пулі амінокислот.

ФОСФОР

Більша частина фосфору в рослинах міститься в АТФ (також АДФ та АМФ), нуклеопротеїнах та фосфоліпідах. АТФ - це органічна сполука, яка забезпечує енергією багато різних обмінних процесів у рослинах. Нуклеопротеїни - це будь-які білки, які структурно пов'язані з нуклеїновими кислотами; приклади включають рибосоми та нуклеосоми. Нарешті, фосфоліпіди (ліпіди, що містять фосфор) є структурним двошаровим компонентом клітинних мембран.

Висновок: Енергія не накопичується, а клітинні стінки не будуються без дорогого старого фосфору.

Смішний факт: Форма фосфату має значення. Рослинам потрібен фосфор у формі фосфату (PO4 3-), щоб бути придатним для перелічених вище способів. Фосфор у формі фосфіту (PO3 3-) не перетворюється у фосфат у рослині.

КАЛІЙ

Основна функція калію в рослині зосереджена навколо його ролі осмоліту - речовини, яка завантажується у вакуолю, активуючи тим самим регуляцію осмотичного тиску та підтримуючи гомеостаз вмісту води в клітині. Це прямо/опосередковано впливає на активацію ферментів, синтез білка, розкриття і закриття пор продихів, фотосинтез та транспорт цукрів, поживних речовин та амінокислот.

Висновок: Рослинам було б важко утримувати воду без калію.

Смішний факт: Калій - це єдина поживна речовина в рослині, яка ніколи не стає частиною органічної (вуглецевмісної) сполуки.

КАЛЬЦІЙ

Кальцій в основному використовується для стабілізації фосфоліпідних мембран за допомогою зв’язування фосфатних та аніонних комплексів, розташованих на гідрофільній (водолюбній) поверхні мембрани. Він також утворює пектат кальцію в середній ламелі (пектиновий шар, який цементує клітинні стінки двох сусідніх клітин). Кальцій також бере участь в інших процесах, таких як поділ клітин, синтез калози у відповідь на пошкодження (механічні або шкідливі), обмін азоту та змащування коренів.

Висновок: Клітинні стінки не тримаються разом без стабільності кальцію.

Смішний факт: Після калію кальцій, як правило, є найпоширенішим елементом у рослинах.

МАГНІЙ

Окрім того, що входить до складу хлорофілу, магній (як і кальцій) також є компонентом середньої ламелі. На додаток до цього, це потрібно для збереження структури і цілісності рибосом (до 90% і більше клітинного магнію зв’язано переважно з рибосомами). Магній також впливає на різні метаболічні процеси, комплексуючись з аніонними молекулами та з негативно зарядженими лігандами.

Висновок: Магній не просто бовтається у хлорофілі.

Смішний факт: АТФ повинен бути зв’язаний з іонами магнію, щоб бути біологічно активним.

СІРКА

Сірка входить до складу двох амінокислот: цистеїну та метіоніну (обидва важливі для імунної відповіді рослин). Він також є складовою кількох ферментів, включаючи фередоксин (сприяє утворенню хлорофілу та асиміляції азоту), біотин (сприяє синтезу жирних кислот, амінокислот та утворенню глюкози) та тіамін (розщеплює цукри амінокислот ). Він також є компонентом сульфоліпідів (конкретних рослинних мембран).

Висновок: Сірка є будівельним матеріалом для багатьох життєво важливих ферментів і молекул у рослинах.

Смішний факт: Сірка міститься в тилакоїдних мембранах хлоропластів у вигляді сульфохіновозилдіацилгліцерину. Це пояснює хлоротичні симптоми рослин з дефіцитом сірки.

БОРОН

Бор, який цитується як "найменш зрозуміла поживна речовина для рослин", забезпечує структурні зв'язки в клітинних стінках. Дефіцит бору часто пов'язаний з порушеною функцією клітинної мембрани. Бор утворює комплекси з фенольними сполуками і, ймовірно, забезпечує захист клітинних мембран, запобігаючи утворенню шкідливих токсичних хінонів та активних форм кисню, що виникають при окисленні фенолів.

Висновок: Без бору не можна будувати клітинні стінки.

Смішний факт: Поперечно-зшиваючий зв'язок кальцію та бору в певних регіонах відповідає за утримання полісахаридів пектину в клітинних стінках.

ХЛОР

Хлор - аніон (негативний заряд), аналог катіону (позитивний заряд) калію. Ролі хлору та калію фактично однакові в тому, що хлор є осмотиком, як і калій. Хлор - єдиний неорганічний аніон, який структурно не зв’язаний з рослинними метаболітами. Як такий, хлор служить аніонним іоном, що врівноважує заряд. Інші аніони, такі як нітрати, сульфати та фосфати, короткочасно виконують цю функцію, але швидко відновлюються (додаються електрони) для включення в білки та метаболіти. Нарешті, функціональне складання конкретного комплексу марганцю та пов’язаних з ним білків вимагає присутності хлору.

Висновок: Зрештою, використання хлору є!

Смішний факт: Наявність хлору в ґрунті може змінити вироблення певних ексудатів коренів та змінити мікробну спільноту.

МІД

Мідь відіграє важливу роль у захисті хлоропластів та у виробництві АТФ. У хлоропластах мідь присутня у вигляді мідно-цинкового ферменту, який захищає хлоропласт, передаючи електрони пошкоджуючим клітину супероксидним радикалам, перетворюючи їх у H2O2 (перекис водню). Він також входить до складу різних ферментів, які нейтралізують перекис водню. В мітохондріях це частина ферменту цитохромоксидази, яка допомагає завершити остаточну подію переносу електронів, необхідну для синтезу АТФ. Він також входить до складу кількох різних ферментів, які містяться в декількох різних метаболічних процесах, що сприяють розщепленню сечовини та синтезу восьми різних амінокислот. Нарешті, специфічні містять мідь ферменти направляють синтез ароматичних сполук, необхідних для синтезу лігніну - необхідної складової клітинної стінки.

Висновок: Значення міді в рослинах не можна занижувати. Чи нещодавно ви розглядали рівень вмісту міді в ґрунті, розчині ґрунту та рослин?

Смішний факт: Мідь, ймовірно, вперше була використана на рослинах як фунгіцид наприкінці 19 століття на винограді. Виробники змішують сульфат міді та гідроксид кальцію разом, створюючи так звану «бордоську суміш». Гриби (і бактерії) не можуть регулювати поглинання міді у своїх клітинах. Це призводить до токсичності міді та смерті.

ЗАЛІЗО

Залізо необхідне для метаболічних функцій, пов'язаних з диханням (як пероксидаза, каталаза, ферроксидин та ферменти цитохрому), синтез ДНК (як фермент рибонуклеотидредуктази), фотосинтез та фіксація азоту. Найбільш відоме використання заліза передбачає утворення молекул хлорофілу. Як і мідь, залізо не є фізичною частиною багатьох молекул рослин. Натомість це переважно частина ферментів. Хлорофіл, як приклад, має молекулярну формулу C55H72O5N14Mg. Фермент феррохелатаза (який дійсно містить залізо) перетворює протопорририн у гем (який містить залізо), який з часом перетворюється на фітохромобіліни, які регулюють синтез хлорофілу. Отже, хоча залізо насправді не є складовою частиною хлорофілу, необхідно виробляти хлорофіл.

Висновок: Залізо не лише допомагає будувати молекули хлорофілу.

Смішний факт: Внутрішньоклітинна концентрація заліза вимагає жорсткого контролю і регулюється як при поглинанні, так і при зберіганні. У клітинах більша частина заліза зберігається у вигляді феритинів (білків, що зберігають залізо). Білок феритину може зберігати до 4500 атомів заліза в центральній порожнині. Через це надлишок заліза збільшує виробництво білків феритину в рослинах.

МАНГАН

На відміну від заліза та міді, які присутні в багатьох різних ферментах, існує лише кілька добре відомих ферментів на основі марганцю. Найвідоміший ізофермент Mn-SOD працює переважно в мітохондріях для гасіння кисневих радикалів, що пошкоджують тканини. Також у тилакоїдних мембранах є марганцево-білковий комплекс, який сприяє розщепленню молекул води. Окрім них, марганець в основному використовується як активатор таких ферментів, як дегідрогенази, трансферази, гідроксилази та декарбоксилази. Багато з цих ферментів беруть участь у метаболізмі вуглецю та азоту, а також відіграють певну роль у виробництві вторинних метаболітів, таких як фенольні сполуки, ціаногенні глікозиди та захисні сполуки рослин лігніну, - що все важливо для систем захисту рослин.

Висновок: Марганець важливий для захисту рослин, а також для підтримки структури тилакоїдних мембран.

Смішний факт: Марганець може існувати у трьох окисних станах: Mn +2 (відновлений, доступний для рослин), Mn +3 та Mn +4. У некротичних місцях зараження грибками та бактеріями зазвичай накопичується Mn +4 (недоступна для рослин форма).

МОЛІБДЕН

Потрібний у 2-й найнижчій концентрації, ніж будь-яка інша необхідна поживна речовина (зазвичай менше 1 ppm), молібден відіграє важливу роль у метаболізмі нітратів у рослин. Примітно, що нітрат-редуктаза - це фермент на основі молібдену, який дозволяє рослині перетворювати нітрат (NO3-) у нітрит (NO2-). Звідти рослина додає водень і утворює азотну кислоту (HNO2) і завантажує її в хлоропласт, завдяки чому з часом перетворюється на глутамін. Все це не відбувається без молібдену, який спокійно не виконує свою роботу.

Висновок: Нітрат не можна використовувати в рослинах без молібдену.

Смішний факт: Біологічна фіксація N2 (бактеріями) вимагає ферментативної активності нітрогенази, яка включає білок молібден-залізо. (Це безпосередньо не пов’язано з роллю молібдену в рослинах, але я вважав, що це все-таки цікавий факт. І оскільки фактів про молібден у рослин не надто багато, жебраки не можуть вибирати!)

НІКЕЛЬ

Нікель, визнаний 17-м важливим елементом (який включає кисень, вуглець та водень) для росту рослин, є відносно новим і потребує найнижчої концентрації, ніж будь-яка інша необхідна поживна речовина (менше 0,5 ppm). Єдина функція нікелю в рослинах є складовою частиною ферменту уреази. Фермент сечовини каталізує гідроліз сечовини, утворюючи аміак та вуглекислий газ. Хоча більшість рослин забирає азот лише через коріння як нітрат або амоній, існує кілька родів рослин, які можуть приймати азот у формі сечовини.

Висновок: Нікель сприяє катаболізму сечовини в рослинах.

Смішний факт: У рослин, які можуть приймати азот у формі сечовини, таких як річкова береза та пекан, дефіцит нікелю може спричинити накопичення сечовини в рослині. Ця токсичність сечовини призводить до притуплення верхівкових кінчиків листя, змушуючи листя формувати мишачі вуха. Ось чому дефіцит нікелю в рослинах називають «мишачим вухом».

ЦИНК

Подібно до заліза та міді, цинк є компонентом багатьох різних ферментів рослин - понад 300, більше, ніж будь-який інший метал. Ці ферменти відповідають за безліч процесів у рослинах, таких як (але не обмежуючись цим) продукція РНК, вироблення гормонів (таких як індол оцтова кислота через синтез амінокислоти L-триптофану), фіксація вуглецю (лише у рослин С4), захист рослин та виробництво хлорофілу. Цинк також важливий у провідності устьиц, а дефіцит цинку погіршує розкриття пори устьиц.

Висновок: Цинк бере участь у великій кількості процесів у рослинах.

Смішний факт: Цинк необхідний для розмноження кожної клітини рослин.

Але почекай! Є ще! Поки КРЕМІН технічно не входить до списку «необхідних» поживних речовин у рослинах, це все одно важливо. Потрапляючи через коріння у вигляді незарядженої монокремнієвої кислоти (H4SiO4), кремній у кінцевому підсумку осідає у вигляді аморфного кремнезему (SiO2 · nH2O) у матриксі клітинної стінки, просвіті клітини та позаклітинних просторах пагона, листя, кульки та тканин кореня. Типовими перевагами підвищеного вмісту діоксиду кремнію в рослинах є поліпшена архітектура перехоплення світла балдахіна, надана більш жорсткими пагонами (і сприятливо стоячим листям), а також більша толерантність до сили зсуву та стиснення. На додаток до цього, кремнезем забезпечує фізичний бар'єр проти проникнення грибкових патогенів рослин та комах.

Висновок: Хоча технічно рослини можуть рости та виживати за відсутності кремнію, це все одно може забезпечити рослинам багато переваг.

Смішний факт: Концентрація кремнію може конкурувати (і навіть перевищувати) концентрацію Ca, Mg та P в деяких рослинах.

Ух ... ось ти маєш, фантастичні чотирнадцять (технічно п’ятнадцять) основних поживних речовин та їх роль у зростанні рослин. Не забудьте звернутися до цієї публікації, застосовуючи харчування, щоб нагадати вам про те, що робить кожен компонент, щоб ваші рослини росли і цвіли!

Схожі повідомлення

Уроки, вивчені з 2020 року

2020 рік поставив перед дерновою галуззю кілька викликів, яких ніхто з нас не бачив. Але є кілька уроків, які ми можемо винести з такого бурхливого у.

Підготовка до зими за допомогою Foliar-Pak

Бренд Foliar-Pak є наріжним каменем у наших харчових програмах завдяки сумісності, а візуальна ефективність рослин приносить користь рецептурі.

Про автора Джорджа Мюррея

Джордж К. Мюррей - президент EnP, де він також є головним розробником та винахідником. Поряд із ступенем бакалавра в галузі управління, summa cum laude, з Школи менеджменту Краннерта Пердьє та певного досвіду в Університеті Луїсвілля Брандейса, Джордж також має значний досвід у галузі фізіології рослин, метаболоміки рослин, екології ґрунту, біології та формулювання хімія. Це дозволяє йому зрозуміти практичні наслідки - як з ділового, так і з технічного боку - того, що означає виведення нової технології на ринок. Отримавши кілька патентів, Джордж продовжує виводити технології EnP на новий рівень, забезпечуючи неперевершений рівень продуктивності та цінності для споживачів EnP.