Питание растений - Plant nutrition - Wikipedia

Фермер разбрасывает разлагающийся навоз для повышения плодородия почвы и питания растений

Питание растений это исследование химические элементы и соединения необходим для роста растений, метаболизма растений и их внешнего питания. В его отсутствие растение не может завершить нормальный жизненный цикл или что этот элемент является частью какого-либо важного компонента или метаболита растения. Это в соответствии с Юстусом фон Закон минимума Либиха.[1] Общее количество основных питательных веществ для растений включает семнадцать различных элементов: углерод, кислород и водород которые абсорбируются из воздуха, в то время как другие питательные вещества, включая азот, обычно получают из почвы (исключения включают некоторые паразитический или же плотоядный растения).

Растения должны получать из своей питательной среды следующие минеральные вещества:[2]

Эти элементы остаются под землей как соли, поэтому растения потребляют эти элементы как ионы. Макронутриенты потребляются в больших количествах; водород, кислород, азот и углерод составляют более 95% всей биомассы растения в пересчете на массу сухого вещества. Микроэлементы присутствуют в тканях растений в количествах, измеряемых в миллионных долях, в диапазоне от 0,1[3] до 200 частей на миллион или менее 0,02% от сухой массы.[4]

Наиболее почва Условия по всему миру могут обеспечить растения, адаптированные к этому климату и почве, достаточным питанием для полного жизненного цикла без добавления питательных веществ в качестве удобрение. Однако, если почва обрабатывается, необходимо искусственно модифицировать плодородие почвы за счет добавления удобрение для обеспечения энергичного роста и увеличения или поддержания урожайности. Это происходит потому, что даже при достаточном количестве воды и света дефицит питательных веществ может ограничивать рост и урожайность.

Процессы

Растения занимают основные элементы из почвы через корни и из воздуха (в основном состоящего из азота и кислорода) через листья. Поглощение питательных веществ в почве достигается за счет катионный обмен, в которой корневые волоски качать ионы водорода (H+) в почву через протонные насосы. Эти ионы водорода вытесняют катионы, прикрепленные к отрицательно заряженным частицам почвы, так что катионы доступны для поглощения корнями. В листьях, устьица открыть, чтобы впитать углекислый газ и удалить кислород. Молекулы диоксида углерода используются в качестве источника углерода в фотосинтез.

В корень, особенно корневые волосы, являются важным органом для поглощения питательных веществ. Структура и архитектура корня могут изменять скорость поглощения питательных веществ. Ионы питательных веществ переносятся к центру корня, стела, чтобы питательные вещества достигли проводящих тканей, ксилемы и флоэмы.[5] В Каспарская полоса, клеточная стенка вне стелы, но внутри корня, предотвращает пассивный поток воды и питательных веществ, помогая регулировать поглощение питательных веществ и воды. Ксилема перемещает воду и минеральные ионы внутри растения и флоэма учитывает перенос органических молекул. Водный потенциал играет ключевую роль в усвоении питательных веществ растением. Если водный потенциал в растении более отрицательный, чем в окружающей почве, питательные вещества переместятся из области с более высокой концентрацией растворенных веществ - в почве - в область с более низкой концентрацией растворенных веществ - в растении.

Есть три основных способа, которыми растения поглощают питательные вещества через корень:

  1. Простая диффузия возникает, когда неполярная молекула, такая как O2, CO2, а NH3 следует градиенту концентрации, пассивно перемещаясь через мембрану липидного бислоя клетки без использования транспортных белков.
  2. Облегченная диффузия представляет собой быстрое перемещение растворенных веществ или ионов в соответствии с градиентом концентрации, которому способствуют транспортные белки.
  3. Активный транспорт поглощение клетками ионов или молекул против градиента концентрации; для этого требуется источник энергии, обычно АТФ, для питания молекулярных насосов, которые перемещают ионы или молекулы через мембрану.

Питательные вещества можно перемещать внутри растений туда, где они больше всего нужны. Например, растение будет пытаться доставлять больше питательных веществ своим более молодым листьям, чем старым. Когда питательные вещества подвижны в растении, симптомы любого дефицита проявляются в первую очередь на старых листьях. Однако не все питательные вещества одинаково подвижны. Азот, фосфор и калий являются мобильными питательными веществами, в то время как другие имеют разную степень мобильности. При дефиците менее подвижного питательного вещества страдают молодые листья, потому что питательное вещество не перемещается к ним, а остается в более старых листьях. Это явление помогает определить, каких питательных веществ может не хватать растению.

Многие растения занимаются симбиоз с микроорганизмами. Два важных типа этих отношений:

  1. с бактериями, такими как ризобия, которые проводят биологическая азотфиксация, в котором атмосферный азот (N2) преобразуется в аммоний (NH+
    4    ); и
  2. с микоризные грибы, которые благодаря их связи с корнями растений помогают создать большую эффективную площадь поверхности корня. Обе эти мутуалистические отношения увеличивают усвоение питательных веществ.[5]

Атмосфера Земли содержит более 78 процентов азота. Растения, называемые бобовыми, в том числе сельскохозяйственные культуры люцерна и соя, широко выращиваемые фермерами, содержат азотфиксирующие бактерии, которые могут преобразовывать атмосферный азот в азот, который растение может использовать. Растения, не классифицируемые как бобовые, такие как пшеница, кукуруза и рис, зависят от соединений азота, присутствующих в почве, для поддержки своего роста. Они могут быть предоставлены минерализация из органическое вещество почвы или добавленные растительные остатки, азотфиксирующие бактерии, отходы животноводства за счет разрыва тройной связи азота2 молекул от ударов молнии или путем применения удобрения.

Функции питательных веществ

Дальнейшая информация: Почва § Питательные вещества

Известно, что по крайней мере 17 элементов являются необходимыми питательными веществами для растений. В относительно больших количествах почва обеспечивает азот, фосфор, калий, кальций, магний и серу; их часто называют макроэлементы. В относительно небольших количествах почва поставляет железо, марганец, бор, молибден, медь, цинк, хлор и кобальт, так называемые микроэлементы. Питательные вещества должны быть доступны не только в достаточном количестве, но и в соответствующих соотношениях.

Питание растений сложно полностью понять, частично из-за различий между разными растениями и даже между разными видами или особями данного клона. Элементы, присутствующие в низких количествах, могут вызывать симптомы дефицита, а токсичность возможна при слишком высоких уровнях. Кроме того, дефицит одного элемента может проявляться как симптомы токсичности другого элемента, и наоборот. Избыток одного питательного вещества может вызвать дефицит другого. Например, K+ на поглощение может влиять количество NH+
4 имеется в наличии.[5]

В атмосфере Земли много азота, и ряд важных с коммерческой точки зрения сельскохозяйственных растений занимаются его выращиванием. азотфиксация (перевод атмосферного азота в биологически полезную форму). Однако растения в основном получают азот через почву, где он уже превращается в биологически полезную форму. Это важно, потому что азота в атмосфере слишком много для потребления растением, и для его преобразования в более мелкие формы требуется много энергии. К ним относятся соя, съедобные бобы и горох, а также клевер и люцерна, используемые в основном для кормления домашнего скота. Такие растения, как коммерчески важные кукуруза, пшеница, овес, ячмень и рис, требуют наличия соединений азота в почве, в которой они произрастают.

Углерод и кислород поглощаются из воздуха, в то время как другие питательные вещества поглощаются из почвы. Зеленые растения обычно получают свои углеводы из углекислого газа в воздухе в процессе фотосинтез. Каждое из этих питательных веществ используется в разных местах для выполнения различных важных функций.[6]

Макроэлементы (полученные из воздуха и воды)

Углерод

Углерод формирует основу большинства растений биомолекулы, включая белки, крахмалы и целлюлоза. Углерод зафиксирован через фотосинтез; это преобразовывает углекислый газ из воздуха в углеводы которые используются для хранения и транспортировки энергии внутри завода.

Водород

Водород необходим для создания сахаров и строительства завода. Его почти полностью получают из воды. Ионы водорода необходимы для протонного градиента, чтобы помочь управлять цепочкой переноса электронов в фотосинтезе и дыхании.[5]

Кислород

Кислород является компонентом многих органических и неорганических молекул в растении и приобретается во многих формах. К ним относятся: О2 и CO2 (в основном из воздуха через листья) и ЧАС2О, НЕТ−
3, ЧАС2PO−
4 и ТАК2−
4 (в основном из почвенной воды через корни). Установки производят газообразный кислород (O2) вместе с глюкоза в течение фотосинтез но тогда требуется O2 заниматься аэробикой клеточное дыхание и расщепить эту глюкозу, чтобы произвести АТФ.

Макроэлементы (первичные)

Дальнейшая информация: Микробный инокулянт

Азот

Дальнейшая информация: Азотный цикл

Азот является одним из основных компонентов нескольких важнейших растительных веществ. Например, соединения азота составляют от 40% до 50% сухого вещества протоплазма, и это составная часть аминокислоты, строительные блоки белки.[7] Это также важный компонент хлорофилл.[8] Дефицит азота чаще всего приводит к задержке роста, замедлению роста и хлорозу. Растения с дефицитом азота также будут иметь пурпурный цвет на стеблях, черешках и нижней стороне листьев из-за скопления антоциановых пигментов.[5] Большая часть азота, потребляемого растениями, поступает из почвы в форме NO.−
3, хотя в кислой среде, такой как бореальные леса, где нитрификация менее вероятна, аммоний NH+
4 с большей вероятностью будет доминирующим источником азота.[9] Аминокислоты и белки могут быть получены только из NH.+
4, так что НЕТ−
3 должен быть уменьшен. Во многих сельскохозяйственных условиях азот является ограничивающим питательным веществом для быстрого роста. Азот переносится через ксилему от корней к покрову листьев в виде нитрат-ионов или в органической форме, такой как аминокислоты или амиды. Азот также может переноситься в соке флоэмы в виде амидов, аминокислот и уреидов; поэтому он подвижен внутри растения, и старые листья проявляют хлороз и некроз раньше, чем молодые.[5][8]

Земная атмосфера богата азотом - N2 газ составляет около 79% воздуха. Однако N2 недоступен для использования большинством организмов, потому что между двумя атомами азота в молекуле существует тройная связь, что делает ее почти инертной. Чтобы азот использовался для роста, он должен быть "фиксированный" (комбинированные) в виде аммоний (NH+
4) или нитратов (NO−
3) ионы. Выветривание горных пород высвобождает эти ионы настолько медленно, что оказывает незначительное влияние на доступность фиксированного азота. Поэтому азот часто является ограничивающим фактором для роста и биомасса производство во всех средах, где есть подходящий климат и наличие воды для поддержания жизни.

Азот поступает в растение в основном через корни. Накапливается «пул» растворимого азота. Его состав внутри одного вида широко варьируется в зависимости от нескольких факторов, включая продолжительность дня, время суток, ночные температуры, дефицит питательных веществ и дисбаланс питательных веществ. Короткий световой день способствует аспарагин образование, тогда как глутамин вырабатывается в режимах долгого дня. Темнота способствует расщеплению белков, сопровождающемуся высоким накоплением аспарагина. Ночная температура изменяет эффекты из-за продолжительности ночи, и растворимый азот имеет тенденцию накапливаться из-за замедленного синтеза и распада белков. Низкая ночная температура сохраняет глутамин; высокая ночная температура увеличивает накопление аспарагина из-за распада. Дефицит калия подчеркивает различия между растениями длинного и короткого дня. Запасы растворимого азота намного меньше, чем у хорошо питаемых растений, когда N и P недостаточны, поскольку поглощение нитрата и дальнейшее восстановление и преобразование N в органические формы ограничены в большей степени, чем синтез белка. Дефицит Ca, K и S влияет на преобразование органического азота в белок больше, чем на его поглощение и сокращение. Размер пула растворимого азота не является ориентиром. как таковой к скорости роста, но размер пула по отношению к общему N может быть полезным соотношением в этом отношении. Наличие азота в среде для укоренения также влияет на размер и структуру трахеид, образующихся в длинных боковых корнях ели белой (Krasowski and Owens 1999).[10]

Микроорганизмы играют центральную роль почти во всех аспектах доступности азота и, следовательно, для жизнеобеспечения на Земле. Некоторые бактерии могут преобразовывать N2 в аммиак с помощью процесса, называемого азотфиксация; эти бактерии либо свободноживущие, либо образуют симбиотический ассоциации с растениями или другими организмами (например, термитами, простейшими), в то время как другие бактерии вызывают преобразования аммиак к нитрат, а нитратов в N2 или другие газы азота. Много бактерии и грибы разлагают органические вещества, высвобождая фиксированный азот для повторного использования другими организмами. Все эти процессы способствуют азотный цикл.

Фосфор

Дальнейшая информация: Цикл фосфора

Как азот, фосфор участвует во многих жизненно важных процессах растений. Внутри растения он присутствует в основном как структурный компонент нуклеиновые кислоты: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК), а также входит в состав жировой фосфолипиды, которые важны для развития и функционирования мембран. Он присутствует как в органических, так и в неорганических формах, обе из которых легко перемещаются внутри растения. Вся передача энергии в клетке критически зависит от фосфора. Как и все живые существа, фосфор входит в состав Аденозинтрифосфат (АТФ), который незамедлительно используется во всех процессах, требующих энергии в клетках. Фосфор также можно использовать для изменения активности различных ферментов путем фосфорилирование, и используется для клеточная сигнализация. Фосфор концентрируется в наиболее активно растущих точках растения и хранится в семенах в ожидании их прорастания. Фосфор чаще всего содержится в почве в виде полипротонной фосфорной кислоты (H3PO4), но легче всего воспринимается в виде H2PO−
4. Фосфор доступен растениям в ограниченных количествах в большинстве почв, потому что он очень медленно выделяется из нерастворимых фосфатов и снова быстро фиксируется. В большинстве условий окружающей среды это элемент, который ограничивает рост из-за этого сужения и из-за высокой потребности в нем растений и микроорганизмов. Растения могут увеличивать поглощение фосфора за счет мутуализма с микоризой.[5]А Дефицит фосфора у растений характеризуется интенсивной зеленой окраской или покраснением листьев из-за недостатка хлорофилла. Если растение испытывает дефицит фосфора, листья могут денатурироваться и проявлять признаки гибели. Иногда листья могут казаться пурпурными из-за скопления антоциан. Поскольку фосфор является мобильным питательным веществом, более старые листья обнаруживают первые признаки дефицита.

На некоторых почвы, фосфорное питание некоторых хвойные породы, в том числе ели, зависит от способности микориза поглощать почвенный фосфор, доступный дереву, до сих пор недоступный для немикоризных корней. Саженцы белой ели, выращенные в теплице в песке с отрицательным результатом теста на фосфор, были очень маленькими и пурпурными в течение многих месяцев до самопроизвольной микоризной инокуляции, эффект которой проявлялся в позеленении листвы и развитии сильного роста побегов.

Дефицит фосфора может вызывать симптомы, похожие на симптомы дефицита азота,[11] но, как заметил Рассел:[12] «Дефицит фосфата отличается от дефицита азота тем, что его чрезвычайно сложно диагностировать, а сельскохозяйственные культуры могут страдать от крайнего голода, при этом не существует каких-либо очевидных признаков того, что причиной является недостаток фосфата». Наблюдение Рассела применимо по крайней мере к некоторым хвойный саженцы, но бензиан[13] обнаружили, что, хотя реакция на фосфор в очень кислых лесных питомниках в Англии была неизменно высокой, ни у одного вида (включая ель ситкинскую) не было видимых симптомов дефицита, кроме небольшого отсутствия блеска. Уровень фосфора должен быть чрезвычайно низким, прежде чем у таких проростков появятся видимые симптомы. При культивировании на песке при содержании фосфора 0 ppm проростки белой ели были очень маленькими и имели темно-фиолетовый оттенок; при 0,62 ppm только самые маленькие проростки были темно-фиолетовыми; при 6,2 ч / млн проростки были хорошего размера и цвета.[14][15]

Полезно применять удобрения с высоким содержанием фосфора, такие как костная мука, для многолетних растений, чтобы способствовать успешному формированию корней.[5]

Калий

В отличие от других основных элементов, калий не входит в состав каких-либо важных растительных компонентов, участвующих в обмене веществ,[7] но он встречается во всех частях растений в значительных количествах. Это особенно важно для листьев и в точках роста. Калий является выдающимся среди питательных элементов своей подвижностью и растворимостью в тканях растений. Процессы с участием калия включают образование углеводы и белки, регулирование внутренней влажности растений, как катализатор и конденсирующий агент сложных веществ, как ускоритель действия ферментов и как фактор фотосинтез, особенно при низкой освещенности.

Калий регулирует открытие и закрытие устьица насосом с ионами калия. Поскольку устьица важны для регуляции воды, калий регулирует потерю воды листьями и увеличивает засуха толерантность. Калий служит активатором ферментов, используемых в фотосинтезе и дыхании.[5] Калий используется для создания целлюлозы и помогает в фотосинтезе за счет образования предшественника хлорофилла. Ион калия (K+) очень подвижен и может помочь уравновесить анионные (отрицательные) заряды внутри растения. Калий способствует окраске и форме плодов, а также увеличивает их Брикс. Следовательно, качественные фрукты производятся на богатых калием почвах.

Дефицит калия может вызвать некроз или межжелковый хлороз. Дефицит может привести к более высокому риску патогенов, увяданию, хлорозу, коричневым пятнам и более высокому риску повреждения от мороза и жары. Связь между питанием калием и холодоустойчивостью была обнаружена у нескольких видов деревьев, в том числе у двух видов ели.[16] Острый дефицит серьезно влияет на точки роста, и обычно происходит их отмирание. Симптомы дефицита калия у ели белой включают: потемнение и гибель хвои (хлороз ); уменьшенный рост в высоту и диаметр; нарушение удержания игл; и уменьшенная длина иглы.[17] При умеренном дефиците калия эффекты сначала проявляются в более старых тканях, а затем переходят к точкам роста.

Когда почва -уровень калия высокий, растения потребляют больше калия, чем необходимо для здорового роста. Период, термин потребление роскоши был применен к этому. Потребление калия увеличивается с увеличением температуры корня и снижает усвоение кальция.[18]

Макроэлементы (вторичные и третичные)

Сера

Сера является структурным компонентом некоторых аминокислот (в том числе цистеин и метионин ) и витаминов, и необходим для хлоропласт рост и функции; он обнаружен в комплексах железо-сера в цепях переноса электронов при фотосинтезе. Это нужно для N2 фиксация бобовыми культурами и превращение нитратов в аминокислоты, а затем в белок.[19]

У растений сера не может быть мобилизована из старых листьев для нового роста, поэтому симптомы дефицита сначала проявляются в самых молодых тканях.[20] Симптомы дефицита включают пожелтение листьев и задержку роста.[21]

Кальций

Кальций регулирует перенос других питательных веществ в растение, а также участвует в активации некоторых ферментов растения. Дефицит кальция приводит к задержке роста. Это питательное вещество участвует в фотосинтезе и структуре растений.[22][23] Цветение конца гнили также является результатом нехватки кальция.[22]

Другой распространенный симптом дефицита кальция в листьях - скручивание листа по направлению к жилкам или центру листа. Часто это также может иметь почерневший вид[24] Было обнаружено, что кальций оказывает положительное влияние на борьбу с засолением почв. Было показано, что он уменьшает негативные последствия засоления, такие как уменьшение использования воды растениями.[25] Кальций в растениях содержится в основном в листья с более низкими концентрациями в семенах, фруктах и ​​корнях. Основная функция - это составная часть клеточных стенок. В сочетании с некоторыми кислотными соединениями желеобразных пектинов средней ламеллы кальций образует нерастворимую соль. Он также тесно связан с меристемы, и особенно важен для развития корней, поскольку играет роль в делении клеток, удлинении клеток и детоксикации ионов водорода. Другие функции, приписываемые кальцию: нейтрализация органических кислот; ингибирование некоторых активированных ионов калия; и роль в абсорбции азота. Примечательной особенностью растений с дефицитом кальция является дефектная корневая система.[12] Корни обычно поражаются раньше, чем надземные части.[26]

Магний

Основная статья: Магний в биологических системах

Выдающаяся роль магний в питании растений является составной частью хлорофилл молекула. Как носитель, он также участвует в многочисленных ферментативных реакциях как эффективный активатор, в которых он тесно связан с энергоснабжением. фосфор соединения. Магний очень подвижен в растениях и, как и калий, неполноценный перемещается из более старых тканей в более молодые, поэтому признаки дефицита сначала появляются в самых старых тканях, а затем постепенно распространяются на более молодые ткани.

Микроэлементы

Растения способны накапливать большинство микроэлементов. Некоторые растения являются чувствительными индикаторами химической среды, в которой они растут (Dunn 1991),[27] и некоторые растения обладают барьерными механизмами, которые исключают или ограничивают поглощение определенного элемента или вида ионов, например, веточки ольхи обычно накапливают молибден, но не мышьяк, тогда как для коры ели справедливо обратное (Dunn 1991).[27] В противном случае растение может объединить геохимические характеристики почвенной массы, пронизанной его корневой системой, вместе с содержащимися в ней грунтовыми водами. Отбору проб способствует склонность многих элементов накапливаться в тканях конечностей растения.

Утюг

Утюг необходим для фотосинтеза и присутствует в растениях как кофактор ферментов. Недостаток железа может привести к межжелезному хлороз и некроз. Железо не является структурной частью хлорофилла, но очень важно для его синтеза. Дефицит меди может быть причиной дефицита железа.[28]Это помогает в переносе электронов растений.

Молибден

Молибден является кофактором ферментов, важных для построения аминокислот, и участвует в метаболизме азота. Молибден входит в состав нитратредуктаза фермент (необходим для восстановления нитратов) и нитрогеназа фермент (требуется для биологическая азотфиксация ).[8] Снижение производительности в результате дефицит молибдена обычно связано со сниженной активностью одного или нескольких из этих ферментов.

Бор

Бор усваивается растениями в виде аниона БО3−
3. Он доступен для растений в умеренно растворимых минеральных формах боратов Ca, Mg и Na, а также в хорошо растворимой форме органических соединений. Он доступен для растений с диапазоном pH от 5,0 до 7,5. Он подвижен в почве, следовательно, склонен к вымыванию. В результате выщелачивания удаляется значительное количество бора из песчаной почвы, но мало - из мелкого ила или глинистой почвы. Привязка бора к этим минералам при высоком pH может сделать бор недоступным, в то время как низкий pH высвобождает фиксированный бор, делая его склонным к выщелачиванию во влажном климате. Он осаждается вместе с другими минералами в виде буры, в которой он впервые был использован более 400 лет назад в качестве добавки к почве. Разложение органического материала вызывает отложение бора в самом верхнем слое почвы. Когда почва высыхает, это может вызвать резкое падение доступности бора для растений, так как растения не могут извлекать питательные вещества из этого иссушенного слоя. Следовательно, бородефицитные заболевания возникают в засушливую погоду.

Бор выполняет множество функций в растении: он влияет на цветение и плодоношение, прорастание пыльцы, деление клеток и активное всасывание соли. Бор сильно влияет на метаболизм аминокислот и белков, углеводов, кальция и воды. Многие из перечисленных функций могут быть воплощены в его функции по перемещению высокополярных сахаров через клеточные мембраны за счет уменьшения их полярности и, следовательно, энергии, необходимой для прохождения сахара. Если сахар не может достаточно быстро перейти к наиболее быстрорастущим частям, эти части погибнут.

Бор не может быть перемещен на завод через флоэма. Он должен подаваться к растущим частям через ксилема. Опрыскивание листьев влияет только на обработанные части, что может оказаться недостаточным для наиболее быстрорастущих частей и носит временный характер.

Бор необходим для правильного формирования и укрепления клеточных стенок. Недостаток бора приводит к тому, что короткие толстые клетки дают низкорослые плодовые тела и корни. Для нормального роста растений соотношение кальция и бора должно поддерживаться в узком диапазоне. Для люцерны соотношение кальция и бора должно составлять от 80: 1 до 600: 1. Дефицит бора проявляется при 800: 1 и выше. Уровни бора в растениях различаются в зависимости от вида растений и колеблются от 2,3 мг / кг для ячменя до 94,7 мг / кг для мака. Недостаток бора вызывает нарушение метаболизма кальция, что приводит к полому сердцу в свекле и арахисе.

Недостаточное количество бора наиболее сильно влияет на многие сельскохозяйственные культуры, бобовые и кормовые культуры. Среди микроэлементов дефицит бора занимает второе место после цинка. Дефицит приводит к отмиранию конечных точек роста и задержке роста.

Добавки бора получают из отложений на дне высохшего озера, например, в Долине Смерти, США, в виде тетраборат натрия (бура), из которой получают менее растворимый борат кальция. Листовые опрыскивания используются на плодовых деревьях на почвах с высокой щелочностью. Бор часто применяется к полям в качестве загрязнителя в других почвенных добавках, но, как правило, его недостаточно для компенсации потерь от сельскохозяйственных культур.Нормы внесения бората для получения адекватного урожая люцерны варьируются от 15 фунтов на акр для песчано-иловой кислой почвы с низким содержанием органических веществ до 60 фунтов на акр для почвы с высоким содержанием органических веществ, высокой емкостью катионообмена и высокой емкостью. pH.

Концентрация бора в почвенном водном растворе выше одной ppm токсична для большинства растений. Токсичные концентрации в растениях составляют от 10 до 50 частей на миллион для мелких зерен и 200 частей на миллион для бор-устойчивых культур, таких как сахарная свекла, брюква, огурцы и хвойные деревья. Токсичные почвенные условия обычно ограничиваются засушливыми регионами или могут быть вызваны подземными отложениями буры при контакте с водой или вулканическими газами, растворенными в просачивающейся воде. Нормы внесения должны быть ограничены несколькими фунтами на акр на испытательном участке, чтобы определить, нужен ли бор в целом. В противном случае для определения лекарств требуется анализ уровня бора в растительном материале. Избыток бора можно удалить с помощью орошения, а также путем внесения элементарной серы для снижения pH и повышения растворимости бора.

Дефицит бора может быть обнаружен путем анализа растительного материала, чтобы применить коррекцию до появления очевидных симптомов, после чего уже слишком поздно предотвратить потерю урожая. Клубника с дефицитом бора дает комковатые плоды; абрикосы не будут цвести или, если они это сделают, не будут плодоносить или опадут в зависимости от уровня дефицита бора. Трансляция борных добавок эффективна и долговременна; немедленное опрыскивание листьев, но его нужно повторить.

Медь

Медь важен для фотосинтеза. Симптомы дефицита меди включают хлороз. Он участвует во многих ферментативных процессах; необходим для правильного фотосинтеза; участвует в производстве лигнина (клеточных стенок) и участвует в производстве зерна. Его также трудно найти в некоторых почвенных условиях.

Марганец

Марганец необходим для фотосинтеза,[23] в том числе строительство хлоропласты. Дефицит марганца может привести к аномалиям окраски, например к обесцвечиванию пятен на листва.

Натрий

Натрий участвует в регенерации фосфоенолпируват в CAM и C4 растения. Натрий потенциально может заменить калиевую регуляцию открытия и закрытия устьиц.[5]

Сущность натрия:

  • Существенен для растений C4, а не C3
  • Замена K на Na: Растения можно разделить на четыре группы:
  1. Группа A - высокая доля калия может быть заменена на Na и стимулировать рост, чего нельзя достичь применением калия.
  2. Группа B - наблюдаются специфические реакции роста на Na, но они гораздо менее отчетливы.
  3. Группа C - возможно только незначительное замещение, Na не оказывает никакого влияния
  4. Группа D - замены не происходит.
  • Стимулируйте рост - увеличивайте площадь листьев и устьиц. Улучшает водный баланс
  • Функции Na в метаболизме
  1. C4 метаболизм
  2. Нарушают превращение пирувата в фосфоенолпируват
  3. Снижают активность фотосистемы II и ультраструктурные изменения в хлоропласте мезофилла
  • Замена K-функций
  1. Внутренний осмотик
  2. Устьичная функция
  3. Фотосинтез
  4. Противодействие в транспорте дальнего следования
  5. Активация ферментов
  • Повышает качество урожая, например улучшает вкус моркови за счет увеличения сахарозы

Цинк

Цинк требуется в большом количестве ферментов и играет важную роль в Транскрипция ДНК. Типичный симптом дефицит цинка задержка роста листьев, обычно известная как «маленький лист», вызванная окислительной деградацией гормона роста. ауксин.

Никель

В высшие растения, никель усваивается растениями в виде Ni2+ ион. Никель необходим для активации уреаза, фермент, связанный с метаболизм азота что требуется для обработки мочевины. Без никеля накапливается токсичный уровень мочевины, что приводит к образованию некротических поражений. В низшие растения, никель активирует несколько ферментов, участвующих в различных процессах, и может заменять цинк и железо в качестве кофактора некоторых ферментов.[2]

Хлор

Хлор, как составной хлорид, необходим для осмос и ионный баланс; он также играет роль в фотосинтез.

Кобальт

Кобальт оказался полезным, по крайней мере, для некоторых растений, хотя, по-видимому, не является необходимым для большинства видов.[29] Однако было показано, что это важно для азотфиксация азотфиксирующими бактериями, связанными с бобовые и другие растения.[29]

Алюминий

Алюминий - один из немногих элементов, способных сделать почву более кислой. Это достигается за счет того, что алюминий выводит ионы гидроксида из воды, оставляя ионы водорода позади.[30] В результате почва становится более кислой, что делает ее непригодной для жизни многих растений. Еще одно последствие содержания алюминия в почве - это токсичность алюминия, которая препятствует росту корней.[31]

  • Чай имеет высокую переносимость алюминий (Al) токсичность и рост стимулируется нанесением Al. Возможная причина - предотвращение токсических эффектов Cu, Mn или P.
  • Поступали сообщения, что Al может служить фунгицидом против определенных типов корневая гниль.

Кремний

Кремний не считается важным элементом для роста и развития растений. Он всегда в изобилии в окружающей среде и, следовательно, при необходимости доступен. Он содержится в структурах растений и улучшает здоровье растений.[32]

У растений кремний было показано в экспериментах по усилению клеточные стенки, улучшают силу, здоровье и продуктивность растений.[33] Были исследования, показывающие, что кремний улучшает засуха и мороз сопротивление, уменьшение жилье потенциал и повышение естественных систем борьбы с вредителями и болезнями растений.[34] Было также показано, что кремний улучшает жизнеспособность и физиологию растений за счет увеличения массы и плотности корней и увеличения надземных растений. биомасса и урожайность.[33] Кремний в настоящее время рассматривается Американской ассоциацией специалистов по контролю пищевых продуктов и пищевых продуктов (AAPFCO) на предмет повышения до статуса «полезного для растений вещества».[35][36]

Ванадий

Ванадий может потребоваться некоторым растениям, но в очень низких концентрациях. Он также может заменять молибден.

Селен

Селен вероятно, не обязательно для цветущих растений, но может принести пользу; он может стимулировать рост растений, улучшить устойчивость к окислительному стрессу и повысить устойчивость к патогенам и травоядным.[37]

Однако селен является важным минеральным элементом для питания животных (в том числе человека) и дефицит селена как известно, возникают при выращивании продуктов питания или кормов для животных на почвах с дефицитом селена. Использование неорганических селеновых удобрений может увеличить концентрацию селена в съедобных культурах и рационах животных, тем самым улучшая здоровье животных.[37]

Дефицит питательных веществ

Эффект дефицита питательных веществ может варьироваться от незначительного снижения скорости роста до явной задержки роста, деформации, изменения цвета, стресса и даже смерти. Визуальные симптомы, достаточно отчетливые, чтобы их можно было использовать для выявления дефицита, встречаются редко. Большинство недостатков множественные и умеренные. Однако, хотя дефицит одного питательного вещества встречается редко, азот обычно является самым коротким питательным веществом.

Хлороз листвы не всегда происходит из-за дефицита минеральных питательных веществ. Соляризация может производить внешне аналогичные эффекты, хотя недостаток минералов имеет тенденцию вызывать преждевременную дефолиацию, в то время как соляризация - нет, и соляризация не снижает концентрацию азота.[38]

Исследователи обнаружили, что частичный недостаток K или P не меняет жирная кислота Состав фосфатидилхолин в Brassica napus L. растения. С другой стороны, дефицит кальция привел к заметному снижению полиненасыщенный соединения, которые, как ожидается, окажут негативное влияние на целостность растения мембрана, который может влиять на некоторые свойства, такие как проницаемость, и необходим для ион поглощающая активность мембран корней.[39]

Питательный статус растений

Статус питательных веществ (состав минеральных питательных веществ и микроэлементов, также называемый иономом и профилем питательных веществ) растений обычно отображается с помощью элементарного анализа тканей. Однако интерпретация результатов таких исследований была неоднозначной.[40] В последние десятилетия на смену «закону минимума» или «закону Либиха» почти двадцатилетней давности (который гласит, что рост растений контролируется не общим количеством имеющихся ресурсов, а их наименьшим объемом) заменили несколько математических подходов которые используют разные модели для учета взаимодействия между отдельными питательными веществами.

Более поздние разработки в этой области были основаны на том факте, что питательные элементы (и соединения) не действуют независимо друг от друга;[40] Бакстер, 2015,[41] потому что между ними могут быть прямые химические взаимодействия, или они могут влиять на поглощение, транслокацию и биологическое действие друг друга через ряд механизмов[40] как показано[как? ] в случае аммиака.[42]

Питание растений в сельскохозяйственных системах

Гидропоника

Гидропоника это метод выращивания растений в водно-питательном растворе без использования почвы, богатой питательными веществами. Это позволяет исследователям и домашним садоводам выращивать растения в контролируемой среде. Наиболее распространенное решение - Раствор Хогланда, разработанный Д. Р. Хогландом и В. С. Снайдером в 1933 году. Решение (известное как Решение от А до Я) состоит из всех необходимых питательных веществ в правильных пропорциях, необходимых для роста большинства растений.[5] Аэратор используется для предотвращения аноксический событие или гипоксия. Гипоксия может повлиять на усвоение питательных веществ растением, поскольку без кислорода в клетках корня замедляется дыхание. В техника питательной пленки это гидропонная техника, при которой корни погружаются не полностью. Это обеспечивает адекватную аэрацию корней, в то время как тонкий «пленочный» слой богатой питательными веществами воды прокачивается через систему, чтобы обеспечить растения питательными веществами и водой.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Эмануэль Эпштейн. Минеральное питание растений: принципы и перспективы.
  2. ^ а б Аллен В. Баркер; Д. Дж. Пилбим (2007). Справочник по питанию растений. CRC Press. ISBN  978-0-8247-5904-9. Получено 17 августа 2010.
  3. ^ Маршнер, Петра, изд. (2012). Минеральное питание высших растений по Маршнеру (3-е изд.). Амстердам: Elsevier / Academic Press. ISBN  9780123849052.
  4. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2010-02-19. Получено 2010-02-10.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь) Проверено январь 2010 г.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j k Норман П. А. Хунер; Уильям Хопкинс (2007-11-07). «3 и 4». Введение в физиологию растений 4-е издание. John Wiley & Sons, Inc. ISBN  978-0-470-24766-2.
  6. ^ Страницы 68 и 69 Физиология растений Тайза и Зейгера, 3-е издание, 2002 г. ISBN  0-87893-823-0
  7. ^ а б Свон, H.S.D. 1971a. Взаимосвязь между поступлением питательных веществ, ростом и концентрацией питательных веществ в листве белой и красной ели. Pulp Pap. Res. Inst. Can., Woodlands Pap. WR / 34. 27 п.
  8. ^ а б c Roy, R.N .; Finck, A .; Blair, G.J .; Тандон, H.L.S. (2006). «Глава 3: Питательные вещества для растений и основы питания растений» (PDF). Питание растений для обеспечения продовольственной безопасности: руководство по комплексному управлению питательными веществами. Рим: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. С. 25–42. ISBN  978-92-5-105490-1. Получено 20 июн 2016.[постоянная мертвая ссылка ]
  9. ^ Ловенфельс, Льюис, Джефф, Уэйн (2011). Объединение с микробами. С. 49, 110. ISBN  978-1-60469-113-9.
  10. ^ Krasowski, M.J .; Оуэнс, Дж. (1999). «Трахеиды в длинных боковых корнях проростков белой ели в ответ на доступность азота». Растение и почва. 217 (1/2): 215–228. Дои:10.1023 / А: 1004610513572. S2CID  841104.
  11. ^ Блэк, К.А. 1957. Почва-растение. Нью-Йорк, Wiley and Sons. 332 с.
  12. ^ а б Рассел, E.W. 1961. Состояние почвы и рост растений, 9-е изд. Лонгманс Грин, Лондон, Великобритания .. 688 с.
  13. ^ Бензиан Б. 1965. Эксперименты по проблемам питания в лесных питомниках. Комиссия по лесному хозяйству Великобритании, Лондон, Великобритания, Bull. 37. 251 с. (Том I) и 265 с. (Том II).
  14. ^ Свон, H.S.D. 1960b. Минеральное питание балансов канадских пород. Фаза II. Полевые испытания гранул удобрений. Прогресс Реп. 1. Целлюлозный Пап. Res. Instit. Can., Montreal QC, Woodlands Res. Индекс № 115, Инст. Проект IR-W133, Рез. Примечание № 10. 6 л.
  15. ^ Свон, H.S.D. 1962. Научное использование удобрений в лесном хозяйстве. п. 13-24 в La Fertilization Forestière au Canada. Fonds de Recherches Forestières, Laval Univ., Quebec QC, Bull. 5
  16. ^ Sato, Y .; Муто К. 1951. (Факторы, влияющие на холодостойкость саженцев деревьев. II. О действии солей калия.) Hokkaido Univ., Coll. Agric., Coll. Exp. Леса, Res. Бык. 15: 81–96.
  17. ^ Heiberg, S.O .; Уайт, Д. 1951. Дефицит калия в восстановленных сосновых и еловых насаждениях на севере Нью-Йорка. Почвоведение. Soc. Амер. Proc. 15: 369–376.
  18. ^ . Дои:10.1080/01904168009362774. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь); Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  19. ^ Ханеклаус, Сильвия; Блум, Эльке; Шнуг, Эвальд; de Kok, Luit J .; Стулен, Инеке (2007). «Сера». В Barker, Allen V .; Pilbeam, Дэвид Дж. (Ред.). Справочник по питанию растений. CRC Press. С. 183–238. ISBN  978-0-8247-5904-9. Получено 12 июн 2017.
  20. ^ «Питание растений». www.fao.org. Получено 12 июн 2017.
  21. ^ «Диагностика дефицита серы в злаках». www.agric.wa.gov.au. Получено 12 июн 2017.
  22. ^ а б Цюрихский университет (2011). Конечная гниль соцветия: идентифицирован транспортный белок. http://phys.org/news/2011-11-blossom-protein.html
  23. ^ а б (2012). Фотосинтез озарил новый свет. http://www.newswise.com/articles/new-light-shined-on-photosynthesis Университет Аризоны
  24. ^ Саймон, Э. У. (1978-01-01). «Симптомы дефицита кальция в растениях». Новый Фитолог. 80 (1): 1–15. Дои:10.1111 / j.1469-8137.1978.tb02259.x. JSTOR  2431629.
  25. ^ Кая, С; Кирнак, H; Хиггс, Д; Салтали, К. (28 февраля 2002 г.). «Дополнительный кальций усиливает рост растений и урожайность плодов клубники, выращенной при высокой (NaCl) засоленности». Scientia Horticulturae. 93 (1): 65–74. Дои:10.1016 / S0304-4238 (01) 00313-2.
  26. ^ Чепмен, Х. (Ред.) 1966. Диагностические критерии для растений и почв. Univ. Калифорния, Управление сельского хозяйства. Publ. 794 с.
  27. ^ а б Данн, C.E. 1991. Оценка биогеохимического картирования при низкой плотности образцов. Пер. Instit. Горный металл. 100: B130 – B133.
  28. ^ «Питательные вещества и токсины одновременно: как растения усваивают идеальное количество минералов». esciencenews.com. 12 апреля 2012 г.. Получено 2019-03-12.
  29. ^ а б Баркер, А.В.; Пилбим, диджей (2015). Справочник по питанию растений (2-е изд.). CRC Press. ISBN  9781439881972. Получено 5 июн 2016.
  30. ^ Моссор-Пьетрашевская, Тереза ​​(2001). «Влияние алюминия на рост и метаболизм растений» (PDF). Acta Biochimica Polonica. 48 (3): 673–686. Дои:10.18388 / abp.2001_3902. PMID  11833776.
  31. ^ Делхайз, Эммануэль (1995). «Токсичность и переносимость алюминия в растениях». Физиология растений. 107 (2): 315–321. Дои:10.1104 / стр.107.2.315. ЧВК  157131. PMID  12228360.
  32. ^ «Почвенные поправки: кремний и здоровье растений». canadianwollastonite.com. Архивировано из оригинал на 2017-04-21. Получено 2017-04-20.
  33. ^ а б «Кремниевое питание растений» (PDF). Plant Health Care, Inc.: 1. 12 декабря 2000 г. Архивировано с оригинал (PDF) 19 апреля 2011 г.. Получено 1 июля 2011.
  34. ^ Пракаш, доктор Н. Б. (2007). «Оценка силиката кальция как источника кремния в аэробном и влажном рисе». Университет сельскохозяйственных наук Бангалора: 1. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  35. ^ «Заседание Совета директоров AAPFCO в 2006 году». Ассоциация американских должностных лиц по контролю пищевых продуктов и растений. Получено 18 июля 2011.
  36. ^ Миранда, Стивен Р .; Баркер, Брюс (4 августа 2009 г.). «Кремний: обзор методов экстракции». Harsco Minerals. Получено 18 июля 2011.
  37. ^ а б Белый, Филип Дж. (2016). «Накопление селена растениями». Анналы ботаники. 117 (2): 217–235. Дои:10.1093 / aob / mcv180. ЧВК  4724052. PMID  26718221. Получено 5 июн 2016.
  38. ^ Ронко, Ф. (1970). «Хлороз высаженных сеянцев ели Энгельмана, не связанный с содержанием азота». Может. Дж. Бот. 48 (5): 851–853. Дои:10.1139 / b70-117.
  39. ^ Корни растений и их среда. Эльзевир. 1988. стр. 25.
  40. ^ а б c Родитель, Серж-Этьен; Родитель, Леон Этьен; Эгоску, Хуан Хосе; Розане, Данило-Эдуардо; Эрнандес, Аманда; Lapointe, Line; Эбер-Джентиль, Валери; Наесс, Кристина; Маршан, Себастьен; Лафонд, Жан; Маттос, Дирсеу; Барлоу, Филипп; Натале, Уильям (2013). «Возвращение к растительному иону с помощью концепции баланса питательных веществ». Границы науки о растениях. 4: 39. Дои:10.3389 / fpls.2013.00039. ЧВК  3605521. PMID  23526060.
  41. ^ Бакстер, Иван (2015). «Должны ли мы рассматривать ионом как комбинацию отдельных элементов, или мы должны получать новые комбинированные черты?». Журнал экспериментальной ботаники. 66 (8): 2127–2131. Дои:10.1093 / jxb / erv040. ЧВК  4986723. PMID  25711709.
  42. ^ Битцанский, Андраш; Пилинский, Каталин; Дьюлаи, Габор; Комивес, Тамас (2015). «Преодоление аммиачной токсичности». Растениеводство. 231: 184–190. Дои:10.1016 / j.plantsci.2014.12.005. PMID  25576003.

Источники

Конрад, Менгель; Киркби, Эрнест; Косегартен, Харальд; Аппель, Томас (2001). Принципы питания растений (5-е изд.). Kluwer Academic Publishers. ISBN  978-1-4020-0008-9.