Харчові потреби рослин; Біологія
Мета навчання
Наприкінці цього розділу ви зможете:
- Опишіть, як рослини отримують поживні речовини
- Перелічіть елементи та сполуки, необхідні для правильного живлення рослин
- Опишіть необхідну поживну речовину
Рослини - це унікальні організми, які можуть поглинати поживні речовини та воду через свою кореневу систему, а також вуглекислий газ з атмосфери. Якість ґрунту та клімат є основними чинниками розподілу та росту рослин. Поєднання поживних речовин, води та вуглекислого газу в грунті разом із сонячним світлом дозволяє рослинам рости.
Оскільки рослини потребують поживних речовин у вигляді таких елементів, як вуглець і калій, важливо розуміти хімічний склад рослин. Більшість об’єму рослинної клітини - вода; він зазвичай становить 80 - 90 відсотків загальної ваги рослини. Грунт є джерелом води для наземних рослин і може бути рясним джерелом води, навіть якщо вона здається сухою. Коріння рослин поглинають воду з ґрунту через кореневі волоски і транспортують її до листя через ксилему. Оскільки водяна пара втрачається з листя, процес транспірації та полярність молекул води (що дозволяє їм утворювати водневі зв’язки) забирає більше води з коренів вгору через рослину до листя ([посилання]). Рослинам потрібна вода для підтримки клітинної структури, метаболічних функцій, перенесення поживних речовин та фотосинтезу.
Клітини рослин потребують необхідних речовин, які разом називають поживними речовинами, для підтримки життя. Поживні речовини рослин можуть складатися як з органічних, так і з неорганічних сполук. Органічна сполука - це хімічна сполука, що містить вуглець, наприклад, діоксид вуглецю, отриманий з атмосфери. Вуглець, отриманий з атмосферного СО2, складає більшість сухої маси в більшості рослин. Неорганічна сполука не містить вуглецю і не входить до складу живого організму або не виробляється ним. Неорганічні речовини, які утворюють більшу частину ґрунтового розчину, зазвичай називають мінералами: ті, що потрібні рослинам, включають азот (N) і калій (K) для структури та регулювання.
Для забезпечення всіх своїх біохімічних потреб рослинам потрібно лише світло, вода та близько 20 елементів: ці 20 елементів називаються необхідними поживними речовинами ([посилання]). Щоб елемент розглядався як важливий, потрібні три критерії: 1) рослина не може завершити свій життєвий цикл без елемента; 2) жоден інший елемент не може виконувати функцію елемента; і 3) елемент безпосередньо бере участь у живленні рослин.
| Вуглець (C) | Залізо (Fe) |
| Водень (H) | Марганець (Mn) |
| Кисень (O) | Бор (B) |
| Азот (N) | Молібден (Mo) |
| Фосфор (P) | Мідь (Cu) |
| Калій (K) | Цинк (Zn) |
| Кальцій (Ca) | Хлор (Cl) |
| Магній (Mg) | Нікель (Ni) |
| Сірка (S) | Кобальт (Co) |
| Натрій (Na) | |
| Кремній (Si) |
Макроелементи та мікроелементи
Основні елементи можна розділити на дві групи: макроелементи та мікроелементи. Поживні речовини, необхідні рослинам у більшій кількості, називаються макроелементами. Близько половини основних елементів вважаються макроелементами: вуглець, водень, кисень, азот, фосфор, калій, кальцій, магній і сірка. Перший із цих макроелементів, вуглець (С), необхідний для утворення вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот та багатьох інших сполук; тому він присутній у всіх макромолекулах. У середньому суха маса (без води) клітини становить 50 відсотків вуглецю. Як показано в [посилання], вуглець є ключовою частиною рослинних біомолекул.
Наступним за поширеністю елементом у рослинних клітинах є азот (N); він входить до складу білків і нуклеїнових кислот. Азот також використовується для синтезу деяких вітамінів. Водень та кисень - макроелементи, які входять до складу багатьох органічних сполук, а також утворюють воду. Кисень необхідний для клітинного дихання; рослини використовують кисень для накопичення енергії у формі АТФ. Фосфор (P), інша макромолекула, необхідний для синтезу нуклеїнових кислот і фосфоліпідів. Як частина АТФ, фосфор дає змогу перетворювати енергію їжі в хімічну через окисне фосфорилювання. Подібним чином, світлова енергія перетворюється в хімічну енергію під час фотофосфорилювання при фотосинтезі та в хімічну енергію, що витягується під час дихання. Сірка входить до складу деяких амінокислот, таких як цистеїн та метіонін, і присутня в кількох коферментах. Сірка також відіграє роль у фотосинтезі як частина ланцюга переносу електронів, де градієнти водню відіграють ключову роль у перетворенні світлової енергії в АТФ. Калій (К) важливий завдяки своїй ролі в регулюванні розкриття та закриття устьиць. Як отвори для газообміну, продихи допомагають підтримувати здоровий водний баланс; іонний насос калію підтримує цей процес.