31.3: Харчові адаптації рослин

  • Внесок OpenStax
  • Загальна біологія в OpenStax CNX

Навички для розвитку

поживні речовини

  • Зрозумійте харчові адаптації рослин
  • Опишіть мікоризу
  • Поясніть фіксацію азоту

Рослини отримують їжу двома різними способами. Автотрофні рослини можуть виробляти власну їжу з неорганічної сировини, наприклад, вуглекислого газу та води, завдяки фотосинтезу в присутності сонячного світла. Зелені рослини входять до цієї групи. Однак деякі рослини гетеротрофні: вони абсолютно паразитують і не мають хлорофілу. Ці рослини, які називаються голопаразитарними рослинами, не здатні синтезувати органічний вуглець і витягувати всі свої поживні речовини з рослини-господаря.

Рослини також можуть заручитися допомогою мікробних партнерів у засвоєнні поживних речовин. Окремі види бактерій і грибів еволюціонували разом з певними рослинами, створюючи мутуалістичний симбіотичний зв'язок з корінням. Це покращує живлення як рослини, так і мікроба. Утворення бульбочок на рослинах бобових та мікоризація можна розглядати серед харчових адаптацій рослин. Однак це не єдиний тип адаптацій, який ми можемо знайти; багато рослин мають інші пристосування, що дозволяють їм процвітати в певних умовах.

Фіксація азоту: взаємодія коренів та бактерій

Азот є важливим макроелементом, оскільки входить до складу нуклеїнових кислот і білків. Азот атмосфери, який є двоатомною молекулою \ (\ ce \), або динітрогеном, є найбільшим резервуаром азоту в наземних екосистемах. Однак рослини не можуть скористатися цим азотом, оскільки у них немає необхідних ферментів для перетворення його в біологічно корисні форми. Однак азот може бути "фіксованим", що означає, що він може бути перетворений в аміак (\ (\ ce \)) за допомогою біологічних, фізичних або хімічних процесів. Як ви вже дізналися, біологічна фіксація азоту (BNF) - це перетворення атмосферного азоту (\ (\ ce \)) в аміак (\ (\ ce \)), яке здійснюється виключно такими прокаріоти, як ґрунтові бактерії або ціанобактерії. Біологічні процеси вносять 65 відсотків азоту, який використовується в сільському господарстві. Наступне рівняння представляє процес:

\ [\ ce < N2 + 16 ATP + 8 e^+ 8 H^ \rightarrow 2 NH3 + 16 ADP + 16 P_i + H_2>\]

Найважливішим джерелом БНФ є симбіотична взаємодія між ґрунтовими бактеріями та рослинами бобових культур, включаючи багато культур, важливих для людини (Рисунок \ (\ PageIndex \)). NH3, що утворюється внаслідок фіксації, може транспортуватися в рослинні тканини та вбудовуватися в амінокислоти, які потім перетворюються на рослинні білки. Деякі насіння бобових культур, такі як соя та арахіс, містять високий рівень білка і служать одним з найважливіших сільськогосподарських джерел білка у світі.

Фермери часто чергують кукурудзу (зернові культури) та соєві боби (бобові), висаджуючи поле з кожною культурою в інший сезон. Яку перевагу може дати цей сівозміна?

Соя здатна фіксувати азот у своїх коренях, який не збирають в кінці вегетації. Підземний азот можна використовувати в наступному сезоні кукурудзою.

Фермери часто обертають кукурудзу (зернові культури) та соєві боби (бобові), висаджуючи поле з кожною культурою в чергові сезони. Яку перевагу може дати цей сівозміна?

Грунтові бактерії, звані спільно ризобіями, симбіотично взаємодіють з корінням бобових культур, утворюючи спеціалізовані структури, які називаються бульбочками, в яких відбувається фіксація азоту. Цей процес передбачає відновлення атмосферного азоту до аміаку за допомогою ферменту нітрогенази. Тому використання ризобії є природним та екологічно чистим способом удобрення рослин, на відміну від хімічного підживлення, яке використовує невідновлюваний ресурс, такий як природний газ. Завдяки симбіотичній фіксації азоту рослина отримує користь від використання нескінченного джерела азоту з атмосфери. Процес одночасно сприяє родючості ґрунту, оскільки коренева система рослин залишає за собою частину біологічно доступного азоту. Як і в будь-якому симбіозі, обидва організми отримують вигоду від взаємодії: рослина отримує аміак, а бактерії отримують сполуки вуглецю, що утворюються внаслідок фотосинтезу, а також захищену нішу, в якій можна рости (Рис.

Рисунок \ (\ PageIndex \): Коріння сої містять (а) фіксуючі азот бульбочки. Клітини всередині бульбочок заражені Bradyrhyzobium japonicum, ризобією або бактерією, що любить коріння. Бактерії укладені у (b) везикули всередині клітини, як це видно на цій мікрофотографії передавальних електронів. (кредит a: модифікація роботи USDA; кредит b: модифікація роботи Луїзи Говард, Дартмутський електронний мікроскоп; дані шкали від Метта Рассела)

Мікориза: Симбіотичні стосунки між грибами та корінням

Зона виснаження поживних речовин може розвинутися при швидкому поглинанні ґрунтового розчину, низькій концентрації поживних речовин, низькій швидкості дифузії або низькій вологості ґрунту. Ці стани дуже поширені; тому більшість рослин покладаються на гриби, щоб полегшити засвоєння мінеральних речовин із ґрунту. Гриби утворюють симбіотичні асоціації, звані мікоризою, з корінням рослин, в яких гриби насправді інтегровані у фізичну структуру кореня. Гриби колонізують живу кореневу тканину під час активного росту рослин.