DINH DƯỠNG THỰC VẬT: DINH DƯỠNG ĐA LƯỢNG, VI LƯỢNG, THIẾU HỤT - SINH HỌC - 2024

Các dinh dưỡng thực vật là tập hợp các quá trình hóa học mà các chất dinh dưỡng được chiết xuất từ các tầng đất mà hỗ trợ cho sự tăng trưởng và phát triển của các cơ quan. Nó cũng đề cập đến các loại chất dinh dưỡng khoáng mà cây trồng cần và các triệu chứng thiếu hụt của chúng.

Việc nghiên cứu dinh dưỡng cây trồng đặc biệt quan trọng đối với những người phụ trách công tác chăm sóc và bảo dưỡng cây trồng quan tâm đến nông nghiệp, vì nó liên quan trực tiếp đến các thước đo về năng suất và sản lượng.

Cánh đồng gieo hạt ngô (Nguồn: pix.com/)

Do việc canh tác rau kéo dài gây ra xói mòn và nghèo khoáng chất của đất, nên những tiến bộ lớn trong ngành nông nghiệp liên quan đến sự phát triển của phân bón, mà thành phần của nó được thiết kế cẩn thận theo yêu cầu dinh dưỡng của giống cây trồng quan tâm.

Không nghi ngờ gì, việc thiết kế các loại phân bón này đòi hỏi một kiến ​​thức rộng lớn về sinh lý học và dinh dưỡng thực vật, vì cũng như trong bất kỳ hệ thống sinh học nào, có những giới hạn trên và dưới mà thực vật không thể hoạt động bình thường, bởi thiếu hoặc thừa một số nguyên tố.

Thực vật được nuôi dưỡng như thế nào?

Rễ đóng vai trò cơ bản trong dinh dưỡng của cây. Các chất dinh dưỡng khoáng được lấy từ "dung dịch đất" và được vận chuyển theo con đường đơn giản (nội bào) hoặc bất sản (ngoại bào) đến các bó mạch. Chúng được nạp vào xylem và vận chuyển đến thân cây, nơi chúng thực hiện các chức năng sinh học khác nhau.

Rễ cây rau diếp xoăn

Sự hấp thụ các chất dinh dưỡng từ đất thông qua bộ phận tiếp hợp ở rễ và sự vận chuyển tiếp theo của chúng đến xylem bằng con đường apoplastic là những quá trình khác nhau, do các yếu tố khác nhau thực hiện.

Vòng tuần hoàn chất dinh dưỡng được cho là điều chỉnh sự hấp thu ion vào xylem, trong khi dòng chảy vào rễ giao cảm có thể phụ thuộc vào nhiệt độ hoặc nồng độ ion bên ngoài.

Sự vận chuyển các chất tan đến xylem thường xảy ra bằng cách khuếch tán thụ động hoặc vận chuyển thụ động các ion qua các kênh ion, nhờ vào lực tạo ra bởi các bơm proton (ATPase) được biểu hiện trong các tế bào ống khí của nhu mô.

Mặt khác, quá trình vận chuyển đến lá rụng được thúc đẩy bởi sự khác biệt về áp suất thủy tĩnh từ các lá thoát hơi nước.

Nhiều loài thực vật sử dụng các mối quan hệ tương hỗ để nuôi dưỡng bản thân, hoặc để hấp thụ các dạng ion khác của khoáng chất (chẳng hạn như vi khuẩn cố định nitơ), để cải thiện khả năng hấp thụ của rễ hoặc để có được nhiều nguyên tố nhất định (chẳng hạn như mycorrhizae). .

Yếu tố cần thiết

Thực vật có nhu cầu khác nhau đối với từng chất dinh dưỡng, vì không phải tất cả đều được sử dụng theo cùng một tỷ lệ hoặc cho các mục đích giống nhau.

Yếu tố thiết yếu là yếu tố cấu thành nên cấu trúc hoặc sự trao đổi chất của thực vật và sự thiếu vắng của chúng gây ra những bất thường nghiêm trọng trong quá trình sinh trưởng, phát triển hoặc sinh sản của cây.

Nói chung, tất cả các yếu tố đều hoạt động trong cấu trúc tế bào, sự trao đổi chất và điều hòa thẩm thấu. Việc phân loại các chất dinh dưỡng vĩ mô và vi lượng liên quan đến sự phong phú tương đối của các nguyên tố này trong các mô thực vật.

Chất dinh dưỡng đa lượng

Trong số các chất dinh dưỡng đa lượng là nitơ (N), kali (K), canxi (Ca), magiê (Mg), phốt pho (P), lưu huỳnh (S) và silic (Si). Mặc dù các yếu tố thiết yếu tham gia vào nhiều sự kiện tế bào khác nhau, một số chức năng cụ thể có thể được chỉ ra:

Nitơ

Đây là nguyên tố khoáng mà cây trồng cần với số lượng lớn hơn và thường là nguyên tố hạn chế trong nhiều loại đất, đó là lý do tại sao phân bón thường có nitơ trong thành phần của chúng. Nitơ là một nguyên tố di động và là một phần thiết yếu của thành tế bào, các axit amin, protein và axit nucleic.

Mặc dù hàm lượng nitơ trong khí quyển rất cao nhưng chỉ những cây thuộc họ Fabaceae mới có khả năng sử dụng nitơ phân tử làm nguồn nitơ chính. Các dạng có thể được đồng hóa bởi phần còn lại là nitrat.

Kali

Khoáng chất này thu được trong thực vật ở dạng cation đơn hóa trị (K +) và tham gia vào việc điều chỉnh tiềm năng thẩm thấu của tế bào, đồng thời là chất kích hoạt các enzym tham gia vào quá trình hô hấp và quang hợp.

Canxi

Nó thường được tìm thấy dưới dạng các ion hóa trị hai (Ca2 +) và cần thiết cho quá trình tổng hợp thành tế bào, đặc biệt là sự hình thành phiến giữa ngăn cách tế bào trong quá trình phân chia. Nó cũng tham gia vào quá trình hình thành thoi phân bào và cần thiết cho hoạt động của màng tế bào.

Nó có một vai trò quan trọng như một chất truyền tin thứ cấp trong một số con đường phản ứng của thực vật thông qua các tín hiệu nội tiết tố và môi trường.

Nó có thể liên kết với calmodulin và phức hợp điều chỉnh các enzym như kinase, phosphatase, protein tế bào, protein truyền tín hiệu, trong số những loại khác.

Magiê

Magiê tham gia vào quá trình hoạt hóa nhiều enzym trong quá trình quang hợp, hô hấp và tổng hợp DNA và RNA. Ngoài ra, nó là một phần cấu trúc của phân tử diệp lục.

Trận đấu

Phốt phát đặc biệt quan trọng đối với việc hình thành các chất trung gian đường-phốt phát của quá trình hô hấp và quang hợp, cũng như là một phần của các nhóm phân cực trên các đầu phospholipid. ATP và các nucleotide liên quan sở hữu phốt pho, cũng như cấu trúc của axit nucleic.

Lưu huỳnh

Các chuỗi bên của axit amin cysteine ​​và methionine chứa lưu huỳnh. Khoáng chất này cũng là thành phần quan trọng cấu tạo nên nhiều coenzyme và vitamin như coenzyme A, S-adenosylmethionine, biotin, vitamin B1 và ​​axit pantothenic, cần thiết cho sự trao đổi chất của cây.

Silicon

Mặc dù chỉ có một yêu cầu cụ thể đối với khoáng chất này đã được chứng minh trong họ Equisoceae, nhưng có bằng chứng cho thấy sự tích tụ của khoáng chất này trong mô của một số loài góp phần vào sự tăng trưởng, khả năng sinh sản và khả năng chống lại stress.

Cây con (Nguồn: pixabay.com/)

Vi chất dinh dưỡng

Các vi chất dinh dưỡng là clo (Cl), sắt (Fe), bo (B), mangan (Mn), natri (Na), kẽm (Zn), đồng (Cu), niken (Ni) và molypden (Mo). Giống như các chất dinh dưỡng đa lượng, vi chất dinh dưỡng có các chức năng thiết yếu trong quá trình trao đổi chất của thực vật, đó là:

Clo

Clo được tìm thấy trong thực vật ở dạng anion (Cl-). Nó cần thiết cho phản ứng quang phân của nước diễn ra trong quá trình hô hấp; tham gia vào quá trình quang hợp và tổng hợp DNA và RNA. Nó cũng là một thành phần cấu trúc của vòng của phân tử diệp lục.

Bàn là

Sắt là một đồng yếu tố quan trọng đối với nhiều loại enzym. Vai trò cơ bản của nó liên quan đến việc vận chuyển các electron trong các phản ứng khử oxit, vì nó có thể dễ dàng bị oxi hóa thuận nghịch từ Fe2 + thành Fe3 +.

Vai trò chính của nó có lẽ là một phần của các cytochromes, rất quan trọng đối với việc vận chuyển năng lượng ánh sáng trong các phản ứng quang hợp.

Boron

Chức năng chính xác của nó vẫn chưa được xác định, tuy nhiên bằng chứng cho thấy rằng nó quan trọng trong việc kéo dài tế bào, tổng hợp axit nucleic, trong các phản ứng nội tiết tố, chức năng màng và trong việc điều hòa chu kỳ tế bào.

Mangan

Mangan được tìm thấy dưới dạng cation hóa trị hai (Mg2 +). Nó tham gia vào việc kích hoạt nhiều enzym trong tế bào thực vật, đặc biệt là decarboxylase và dehydrogenase tham gia vào chu trình axit tricarboxylic hoặc chu trình Krebs. Chức năng được biết đến nhiều nhất của nó là sản xuất oxy từ nước trong quá trình quang hợp.

Natri

Ion này được yêu cầu bởi nhiều thực vật có quá trình trao đổi chất C4 và axit crassulaceous (CAM) để cố định carbon. Nó cũng quan trọng đối với sự tái tạo của phosphoenolpyruvate, cơ chất của quá trình carboxyl hóa đầu tiên trong các lộ trình nói trên.

Kẽm

Một số lượng lớn các enzym cần kẽm để hoạt động, và một số loài thực vật cần kẽm để sinh tổng hợp chất diệp lục. Các enzym chuyển hóa nitơ, truyền năng lượng và các con đường sinh tổng hợp của các protein khác cần kẽm cho chức năng của chúng. Nó cũng là một phần cấu trúc của nhiều yếu tố phiên mã quan trọng về mặt di truyền.

Đồng

Đồng liên kết với nhiều enzym tham gia phản ứng oxi hóa - khử, vì nó có thể bị oxi hóa thuận nghịch từ Cu + thành Cu2 +. Một ví dụ về các enzym này là plastocyanin, nó chịu trách nhiệm chuyển các điện tử trong các phản ứng ánh sáng của quá trình quang hợp.

Niken

Thực vật không có yêu cầu cụ thể đối với khoáng chất này, tuy nhiên, nhiều vi sinh vật cố định nitơ duy trì mối quan hệ cộng sinh với thực vật cần niken cho các enzym xử lý các phân tử hydro dạng khí trong quá trình cố định.

Molypden

Nitrat reductase và nitrogenase là một trong số nhiều enzym cần molypden cho chức năng của chúng. Nitrat reductase chịu trách nhiệm xúc tác quá trình khử nitrat thành nitrit trong quá trình đồng hóa nitơ ở thực vật, và nitrogenase chuyển nitơ dạng khí thành amoni ở vi sinh vật cố định nitơ.

Chẩn đoán thiếu sót

Sự thay đổi dinh dưỡng trong rau có thể được chẩn đoán theo nhiều cách, trong đó phân tích lá là một trong những phương pháp hiệu quả nhất.

Chứng úa lá xen kẽ ở Liquidambar styraciflua (Jim Conrad, qua Wikimedia Commons)

Bệnh vàng lá hoặc vàng da, sự xuất hiện của các đốm hoại tử màu sẫm và các mô hình phân bố của chúng, cũng như sự hiện diện của các sắc tố như anthocyanins, là một phần của các yếu tố cần xem xét trong quá trình chẩn đoán thiếu sót.

Điều quan trọng là phải xem xét tính di động tương đối của từng mặt hàng, vì không phải tất cả đều được vận chuyển với mức độ đều đặn như nhau. Do đó, sự thiếu hụt các nguyên tố như K, N, P và Mg có thể được quan sát thấy ở lá trưởng thành, vì các nguyên tố này được chuyển vị trí đến các mô đang hình thành.

Ngược lại, lá non sẽ thiếu các nguyên tố như B, Fe và Ca, những nguyên tố này tương đối bất động ở hầu hết các loại cây.

Người giới thiệu

1. Azcón-Bieto, J., & Talón, M. (2008). Các nguyên tắc cơ bản của sinh lý thực vật (xuất bản lần thứ 2). Madrid: McGraw-Hill Interamericana của Tây Ban Nha.
2. Barker, A., & Pilbeam, D. (2015). Sổ tay dinh dưỡng thực vật (xuất bản lần thứ 2).
3. Sattelmacher, B. (2001). Apoplast và ý nghĩa của nó đối với dinh dưỡng khoáng thực vật. Nhà nghiên cứu thực vật học mới, 149 (2), 167-192.
4. Taiz, L., & Zeiger, E. (2010). Sinh lý thực vật (xuất bản lần thứ 5). Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates Inc.
5. Trắng, PJ & Nâu, PH (2010). Dinh dưỡng thực vật vì sự phát triển bền vững và sức khỏe toàn cầu. Biên niên sử Thực vật học, 105 (7), 1073–1080.