Minerální a organická výživa rostlin

Marie HronkováPřírodovědecká fakulta JčU

hronkova@umbr.cas.cz

Složení nejdůležitějších stavebních prvků rostlinného těla

SACHARIDY C, H, OLIPIDY C, H, O, P, S, (N)BÍLKOVINY C, H, O, N, S, (P)DNA, RNA C, H, O, N, PENZYMY Fe, Mo, Zn, Cu, Ni, Mn, Co, CHLOROFYLY MgIONTY K+, Ca2+, Na+, Cl–

Odkud pochází uhlík (C), kyslík (O) a vodík (H), obsažený v rostlinné biomase?

Nejsou považovány za minerálníživiny.

Primárně pochází z vody a oxidu uhličitého

Obsah nejdůležitějších prvků v sušině rostliny

Prvky makrobiogenní, stavebníPrvky makrobiogenní, stavební

Mikrobiogenní-stopové prvkyMikrobiogenní-stopové prvky

mikroelementy atomová

hmotnost

µmol.g-1 ppm Počet atomů

molybden 95,95 0,001 0,1 1

měď 63,54 0,10 6 100

zinek 65,38 0,30 20 300

mangan 54,94 1,0 50 1 000

železo 55,85 2,0 100 2 000

bor 10,82 2,0 20 2 000

chlor 35,46 3,0 100 3 000

Klasifikace minerálních živin podle biochemické funkce. Skupina 1- části organických uhlíkatých sloučeninN- aminokyseliny, amidy, proteiny, nukleové kyseliny, nukleotidy, koenzymy, hexosaminy atd.S – cystein, cystin, methionin-proteiny, mastné kyseliny,koenyzm A, thiamin, glutathion, biotin atd. Skupina 2- významné při ukládání energie nebo ve strukturální integritěP- fosfáty cukrů, aminokyseliny, nukleotidy, koenzymy, fosfolipidy. Klíčová úloha v reakcích

zahrnujících ATP.Si- amorfní křemík v buněčné stěně-pevnost a elastiicta buněčných stěn.B- manitol, manan-buněčná stěna- prodlužování buněk, metabolismus nukleových kyselin Skupina 3- zůstávající v podobě iontů (volných nebo vázanýchK- kofaktor více než 40 enzymů, základní kation udržující buněčný turgor a buněčnou

elektroneutralitu.Ca- střední lamela buněčné stěny, kofaktor enzymů hydrolýzy ATP a fosfolipidů, druhý posel v

metabolické regulaci.Mg-chlorofyl, přenos fosfátůCl- fotosyntetické reakce –vývoj kyslíkuMn-aktivita dehydrogenáz, dekarboxyláz, kináz, oxidáz a peroxidáz, vývoj kyslíkuNa- regenerace fosfoenol pyruvátu u C4 a CAM rostlin

Skupina 4- účastnící se redox- reakcí- přenosu elektronůFe-cytochromy a nehemové proteiny pro fotosyntézu, dýchání a fixaci N2

Zn-alkohol dehydrogenáza, karbon anhydráza atdCu- kofaktor dalších enzymů, plastocyaninNi- ureázaMo- nitrogenáza, nitrát reduktáza atd.

Optimální poměry pro příjem živin

Kalcifilní-vápnomilné

Kalcifobní- vápnostřezné

Toky a transporty živin rostlinou

Pěstování rostlin- interakce rostlina (kořen)-půda hnojení

půda

Částice humusu

Interakce kořene s okolím

Transport přes polopropustnoumembránu

Nernstův potenciál

Transportní kanály, přenašeče, pumpy Pasivní-difúze-usnadněná difúze

Aktivní-primární (hydrolýza ATP)elektroneutrálníelektrogenní-sekundární-(gradientelektochem. potenciálu)uniport,symport, antiport

Hydroponie

1840- J. von Liebig-minerální teorieJ. Sachs1860- KnopHoagland

Živné roztoky

Dusík (N)

Je potřeba v největším množství- NO3- dusičnanový ion,

organicky vázaný-symbiotické bakterie (Fabaceae), NH4 +

Význam- růst (aminokyseliny , nukleové kyseliny)

Projevy deficience: -zpomalení růstu -chloróza- žloutnutí a opad starších listůSnadno pohyblivý mezi částmi rostliny, recyklace

-zdřevnatělé stonky- (přebytek karbohydrátů) -akumulace anthocyaninů (purpurové zbarvení listů,

petiol a stonků)-rajče, obiloviny

Cyklus dusíku

Proč nevyužívají rostliny

molekulární dusík (N2), když v atmosféře je ho 78 %?

N N

Cyklus dusíku

Asimilace dusíku

12 A

TP

NH

3

16 A

TP

Příjem amonných iontů

Asimilace nitrátů

reduktasa dusičnanu

reduktasa dusitanu

Redukce nitrátů

cytoplasma

plastidy

vakuola

přenašeč nitrátu plasmová

membrána

Asimilace nitrátu

Asimilace nitrátů-tvorba aminokyselin

GS/GOGAT

Biologická fixace dusíku-symbióza

NitrogenázaAnaerobní prostředí

Sinice Anabaena

Symbiotická fixace dusíku

Close Window

                             

                                                                                                            

                                          

Close Window

Nitrogenáza

Pronikání Rhizobia do kořene

Signály- fenoly

Síra (S)

Forma –SO42-

Význam- ve 2 aminokyselinách (methionin,cystein)

v koenzymech a vitamínech Projevy deficience - jako N -chloróza, zpomalení růstu, anthocyanin

Spíše v dospělých a mladších listech

než ve starých

-méně pohyblivá,

- nedochází k tak snadné

remobilizaci do mladých listů

Asimilace sulfátů

Syntéza glutathionu

Syntéza aminokyselin

Využití sirných sloučenin

cibule

brukvovité

Fosfor (P)

Forma - fosfát PO43-

Význam Cukr-fosfátové meziprodukty dýchání a fotosyntéty, fosfolipidy - součást rostlinných membrán, nukleotidy (ATP), nukleové kyseliny (DNA,RNA) Projev deficience -tmavě zelené zbarvení listů -malformace -nekrotické skvrny -křehké, slabé stonky -odumírání starších listů - zpomalené dozrávání

Fosfor v energetickém metabolismu

Draslík (K)

Forma- K+

Význam:

- regulace osmotického potenciálu v buňkách

-aktivace enzymů fotosyntézy a respirace

Projevy deficience

-skvrnitá nebo marginální chloróza

-nekrózy špiček listů, okrajů, mezi žilkami

postupující k bázi

-kadeřavost, vlnitost

-slabé stonky, krátká internodia

-tendence k poléhání u obilovin

Transport draselných iontů

Vápník (Ca)

Forma Ca2+

Význam-syntéza buněčných stěn- střední lamela-Mitotické vřeténko-buněčné dělení-tzv.„druhý posel“ pro hormonální a vnější signály-regulace metabolických

reakcí(calmodulin)Ve vakuole-šťavelany, fosforečnany

atd.Projevy deficience-nekrózy mladých meristematických

oblastíšpičky kořenů, vrcholů, mladých listů-chloróza mladých listů-deformace mladých listů-kořeny hnědnou, krátké,větví se

Hořčík (Mg)

Forma Mg 2+

Význam:

-aktivace enzymů(dýchání, respirace,

syntéza DNA,RNA)

-součást molekuly chlorofylu

Projevy deficience-chloróza mezi žilkami

-listy žluté nebo bílé

-předčasný opad listů

Mikroelementy Křemík (Si)Ukládá se v endoplasmatickém retikulu, buněčné stěně, mezibuněčných prostorách

jako amorfní hydratovaný křemičitan-(SiO2.H2O), komplexy s polyfenoly, alternativa k ligninu- (Equisetaceae- nutný pro životní cyklus)

-zlepšuje odolnost k poléhání a houbovým chorobám

-snižuje toxicitu těžkých kovů

Bór (B)Prodlužování buněk, syntéza nukleových kyselin,

hormonální reakce, funkce membrán

Deficience-černé nekrózy mladých listů a terminálních pupenů,

zvl. na bázi listové čepele, ztráta apikální dominance, větvení

Mikroelementy

Mangan (Mn 2+)

-aktivace dekarboxyláz a dehydrogenáz Krebsova cyklu,

Vývoj kyslíku při štěpení vody při fotosyntéze (Marschner 1995)

-deficience-chloróza intervenózní, nekrotické skvrny,

nezávisle na stáří listů

Chlór (Cl- ) Fotolýza vody ,buněčné dělení Deficience-vadnutí, chlorózy, nekrózy, „bronzový“ vzhled,tloustnutí kořenů

Sodík (Na+ )C4 a CAM rostliny,Někdy C3- stimulace růstu, buněčná expanze,osmoticky aktivní roztoky místo K+

Mikroelementy

Železo (Fe) (Fe 2+ , Fe 3+)

Molybden (Mo) (Mo 4+ Mo 6+)

Redox – reakce, cytochromy, chlorofyl-proteinové komplexydeficience-chloróza mladých listů-nepohyblivé,komplexy ve starších listech- oxidy, fosfáty, phytoferritin( Oh et al.1996)

Enzymy- nitrátreduktáza, nitrogenáza (N2 na NH3 –mikroorganismy)Chlorózy, nekrózy, netvoří se květy, předčasný opad

Příjem železa EDTA

DTPA(diethylentriaminpentaoctovákyselina)

Mikroelementy

Zinek (Zn 2+ )

Měď (Cu) ( Cu + Cu 2+ )

Enzymy , biosyntéza chlorofylu,Deficience- redukce růstu internodií, přízemní růžice,Malé listy,zvlněné okraje-nedostatek auxinu,Chloróza, bílé nekrotické skvrny

Enzym plastocyanin –světelné reakce fotoysntézy(Haehnel 1984)Deficience-tmavě zelené listy, nekrotické skvrny,vrcholy mladých listů, postupují po okrajích k bázi, zkroucené a deformované listy, předčasný opad.

Klasifikace na základě pohyblivosti v rostlině a schopnosti retranslokace v důsledku nedostatku

Mobilní (pohyblivé) živiny

Dusík

Draslík

Hořčík

Fosfor

Chlór

Sodík

Zinek

Molybden

Imobilní (nepohyblivé) živiny

Vápník

Síra

Železo

Bór

Měď

Organická výživa-symbiózy

ektomykorhíza endomykorhíza

Heterotrofní výživa

Ukládání zásobních látek-pupeny, semena, hlízy (triacylglyceroly-tuky, -glukany-sacharidy, zásobní bílkoviny

Klíčení (mobilizace zás.látek-dělohy, endosperm) Prorůstání pupenů Parazité, poloparazité Masožravé rostliny Symbiózy(lišejníky)

Příjem živin listy