Харчові адаптації рослин; Біологія

Мета навчання

Наприкінці цього розділу ви зможете:

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 у рослин 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.

У цьому відео розглядаються основні поняття про фотосинтез. На панелі ліворуч клацніть кожну вкладку, щоб вибрати тему для огляду.

Азот є важливим макроелементом, оскільки входить до складу нуклеїнових кислот і білків. Атмосферний азот, який є двоатомною молекулою N2, 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 (NH3) за допомогою біологічних, фізичних або хімічних процесів. Як ви вже дізналися, біологічна фіксація азоту (BNF) - це перетворення атмосферного азоту (N2) в аміак (NH3), яке здійснюється виключно прокаріоти, такими як ґрунтові бактерії або ціанобактерії. Біологічні процеси вносять 65 відсотків азоту, який використовується в сільському господарстві. Наступне рівняння представляє процес:

Найважливішим джерелом БНФ є симбіотична взаємодія між ґрунтовими бактеріями та рослинами бобових культур, включаючи багато культур, важливих для людини ([посилання]). 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 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 ([посилання]).

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.

Шляхом мікоризування рослина отримує в основному з грунту фосфати та інші мінерали, такі як цинк та мідь. Гриб отримує поживні речовини, такі як цукри, з кореня рослини ([посилання]). Мікоризи сприяють збільшенню площі поверхні кореневої системи рослин, оскільки вузькі гіфи можуть поширюватися за межі зони виснаження поживних речовин. Гіфи можуть переростати в невеликі пори ґрунту, що дозволяють отримати доступ до фосфору, який інакше був би недоступний для рослини. Сприятливий вплив на рослину найкраще спостерігається на бідних ґрунтах. Користь грибів полягає в тому, що вони можуть отримувати до 20 відсотків загального вуглецю, до якого отримують доступ рослини. Мікоризи виконують функцію фізичного бар'єру для патогенних мікроорганізмів. Він також забезпечує індукцію узагальнених захисних механізмів господаря, а іноді передбачає і виробництво антибіотичних сполук грибами.