34.18: Kluczowe elementy żywienia roślin

Jak wszystkie żywe organizmy, rośliny potrzebują organicznych i nieorganicznych składników odżywczych, aby przetrwać, rozmnażać się, rosnąć i utrzymywać homeostazę. Aby zidentyfikować składniki odżywcze niezbędne do funkcjonowania roślin, badacze wykorzystali technikę zwaną hydroponiką. W systemach upraw hydroponicznych rośliny hoduje się— bez gleby— w roztworach wodnych zawierających składniki odżywcze. Co najmniej 17 składników odżywczych zostało zidentyfikowanych jako podstawowe pierwiastki wymagane przez rośliny. Rośliny pozyskują te pierwiastki z atmosfery, gleby, w której są zakorzenione, oraz wody.

Dziewięć z tych niezbędnych składników odżywczych — zwanych łącznie makroskładnikami — jest potrzebnych roślinom w większych ilościach. Do makroskładników zaliczamy węgiel, tlen, wodór, azot, fosfor, siarkę, wapń, magnez i potas. Krytyczne związki roślinne, takie jak woda, białka, kwasy nukleinowe i węglowodany, zawierają makroelementy. Makroskładniki regulują także procesy komórkowe. Na przykład potas reguluje otwieranie i zamykanie aparatów szparkowych w celu wymiany gazowej.

Rośliny potrzebują mikroelementów w mniejszych ilościach. Należą do nich chlor, żelazo, mangan, bor, cynk, miedź, nikiel i molibden. Wiele mikroelementów pełni funkcję kofaktorów umożliwiających działanie enzymów. Dlatego bez mikroelementów rośliny nie są w stanie pełnić kluczowych funkcji.

Roślina doświadczająca niedoborów niezbędnych składników odżywczych może wykazywać objawy, takie jak suszenie i żółknięcie liści. Stare i młode liście są podatne na wyraźne niedobory składników odżywczych. Na przykład młodsze liście rośliny są często bardziej dotknięte niedoborem żelaza niż starsze liście.

Skuteczne leczenie niedoborów składników odżywczych w roślinach jest integralną częścią praktyk rolniczych i środowiskowych. Na przykład czujniki optyczne służą do pomiaru zawartości azotu w glebie. Azot ma kluczowe znaczenie dla roślin, ale nadmierne stosowanie nawozów zawierających azot (tj. utrzymywanie poziomu azotu w glebie przekraczającego to, co rośliny mogą wchłonąć) negatywnie wpływa na funkcjonowanie ekosystemu i może przyczynić się do globalnego ocieplenia.

Kiedy roślina doniczkowa nie była przesadzana ani nawożona przez wiele lat, możesz zauważyć oznaki niepokoju, takie jak żółknięcie liści. Podobnie jak wszystkie żywe istoty, rośliny potrzebują określonych składników odżywczych do rozmnażania, fotosyntezy i utrzymania homeostazy. Jakich składników odżywczych potrzebują rośliny, aby dobrze się rozwijać?

Zdrowe rośliny potrzebują organicznych związków opartych na węglu, a także nieorganicznych składników odżywczych, potocznie nazywanych minerałami. 

Istnieje około 17 składników odżywczych, które zaspokajają wszystkie potrzeby biochemiczne rośliny. Pierwiastki te nazywane są niezbędnymi składnikami odżywczymi; Żadne inne pierwiastki nie są w stanie zastąpić niezbędnych pierwiastków, a bez nich roślina nie może zakończyć swojego cyklu życia.

Wśród niezbędnych składników odżywczych są węgiel, wodór i tlen, które pochodzą z atmosfery i wody. Większość roślin pozyskuje wszystkie inne niezbędne składniki odżywcze z gleby, w której są zakorzenione. 

Dwie grupy niezbędnych składników odżywczych to makroelementy i mikroelementy. Makroelementy obejmują węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor, potas, wapń, magnez i siarkę. Rośliny potrzebują tych pierwiastków w stosunkowo dużych ilościach. 

Węgiel stanowi około 45 procent suchej masy roślin i jest kluczowym składnikiem białek, kwasów nukleinowych i węglowodanów. Azot jest również krytycznym składnikiem kwasów nukleinowych, białek i fotosyntetycznego pigmentu chlorofilu. Potas jest niezbędny do regulacji wymiany gazowej, procesu o krytycznym znaczeniu dla fotosyntezy. 

Niezbędne składniki odżywcze roślin potrzebne w mniejszych ilościach nazywane są mikroelementami; mikroelementy chlor, żelazo, mangan, bor,, miedź, nikiel i molibden są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania roślin. 

Niektóre mikroelementy działają jako kofaktory, czyli substancje, które pomagają enzymom w prawidłowym działaniu. Na przykład żelazo jest kofaktorem enzymów w mitochondriach i chloroplastach. 

Jeśli roślina ma niedobór niezbędnego składnika odżywczego, zaczyna wykazywać objawy, takie jak chloroza lub żółknięcie liści. Konkretny niedobór składników odżywczych można często określić, badając wygląd rośliny i zawartość składników odżywczych w glebie. 

Chociaż niezbędne składniki odżywcze stanowią stosunkowo niewielką ilość masy rośliny, mają one kluczowe znaczenie dla wzrostu roślin i homeostazy.