Minerální a organická výživa rostlin Přírodovědecká fakulta JčU Marie Hronková hronkova@umbr.cas.cz

Složení nejdůležitějších stavebních prvků rostlinného těla SACHARIDY C, H, O LIPIDY C, H, O, P, S, (N) BÍLKOVINY C, H, O, N, S, (P) DNA, RNA C, H, O, N, P ENZYMY Fe, Mo, Zn, Cu, Ni, Mn, Co, CHLOROFYLY Mg IONTY K+, Ca2+, Na+, Cl–

Odkud pochází uhlík (C), kyslík (O) a vodík (H), obsažený v rostlinné biomase? Nejsou považovány za minerální živiny. Primárně pochází z vody a oxidu uhličitého

Obsah nejdůležitějších prvků v sušině rostliny Prvky makrobiogenní, stavební

Mikrobiogenní-stopové prvky mikroelementy atomová hmotnost µmol.g-1 ppm Počet atomů molybden 95,95 0,001 0,1 1 měď 63,54 0,10 6 100 zinek 65,38 0,30 20 300 mangan 54,94 1,0 50 1 000 železo 55,85 2,0 2 000 bor 10,82 chlor 35,46 3,0 3 000

Klasifikace minerálních živin podle biochemické funkce. Skupina 1- části organických uhlíkatých sloučenin N- aminokyseliny, amidy, proteiny, nukleové kyseliny, nukleotidy, koenzymy, hexosaminy atd. S – cystein, cystin, methionin-proteiny, mastné kyseliny,koenyzm A, thiamin, glutathion, biotin atd. Skupina 2- významné při ukládání energie nebo ve strukturální integritě P- fosfáty cukrů, aminokyseliny, nukleotidy, koenzymy, fosfolipidy. Klíčová úloha v reakcích zahrnujících ATP. Si- amorfní křemík v buněčné stěně-pevnost a elastiicta buněčných stěn. B- manitol, manan-buněčná stěna- prodlužování buněk, metabolismus nukleových kyselin Skupina 3- zůstávající v podobě iontů (volných nebo vázaných K- kofaktor více než 40 enzymů, základní kation udržující buněčný turgor a buněčnou elektroneutralitu. Ca- střední lamela buněčné stěny, kofaktor enzymů hydrolýzy ATP a fosfolipidů, druhý posel v metabolické regulaci. Mg-chlorofyl, přenos fosfátů Cl- fotosyntetické reakce –vývoj kyslíku Mn-aktivita dehydrogenáz, dekarboxyláz, kináz, oxidáz a peroxidáz, vývoj kyslíku Na- regenerace fosfoenol pyruvátu u C4 a CAM rostlin Skupina 4- účastnící se redox- reakcí- přenosu elektronů Fe-cytochromy a nehemové proteiny pro fotosyntézu, dýchání a fixaci N2 Zn-alkohol dehydrogenáza, karbon anhydráza atd Cu- kofaktor dalších enzymů, plastocyanin Ni- ureáza Mo- nitrogenáza, nitrát reduktáza atd.

Optimální poměry pro příjem živin Kalcifilní-vápnomilné Kalcifobní- vápnostřezné

Toky a transporty živin rostlinou

Pěstování rostlin- interakce rostlina (kořen)-půda hnojení Částice humusu půda

Interakce kořene s okolím

Transport přes polopropustnou membránu

Nernstův potenciál

Transportní kanály, přenašeče, pumpy Pasivní -difúze -usnadněná difúze Aktivní -primární (hydrolýza ATP) elektroneutrální elektrogenní -sekundární- (gradient elektochem. potenciálu) uniport,symport, antiport

1840- J. von Liebig-minerální teorie J. Sachs 1860- Knop Hoagland Hydroponie

Živné roztoky

Dusík (N) Je potřeba v největším množství- NO3- dusičnanový ion, organicky vázaný-symbiotické bakterie (Fabaceae), NH4 + Význam- růst (aminokyseliny , nukleové kyseliny) Projevy deficience: -zpomalení růstu -chloróza- žloutnutí a opad starších listů Snadno pohyblivý mezi částmi rostliny, recyklace -zdřevnatělé stonky- (přebytek karbohydrátů) -akumulace anthocyaninů (purpurové zbarvení listů, petiol a stonků)-rajče, obiloviny

molekulární dusík (N2), když v atmosféře je ho Cyklus dusíku Proč nevyužívají rostliny molekulární dusík (N2), když v atmosféře je ho 78 %? N N

Cyklus dusíku

Asimilace dusíku 16 ATP 12 ATP NH3

Příjem amonných iontů

Asimilace nitrátů reduktasa dusičnanu reduktasa dusitanu

Redukce nitrátů plastidy cytoplasma

Asimilace nitrátu vakuola přenašeč nitrátu plasmová membrána 16.34 Nitrate assimilation by plant cells involves transport of nitrate across the plasma membrane and then reduction to ammonia in a two-step process. A proton-pumping ATPase maintains the electrochemical gradient that drives cellular uptake of nitrate. The values shown for electrical potentials and intracellular nitrate concentrations are typical but can vary significantly. přenašeč nitrátu plasmová membrána

Asimilace nitrátů-tvorba aminokyselin GS/GOGAT

Biologická fixace dusíku-symbióza Sinice Anabaena Nitrogenáza Anaerobní prostředí

Symbiotická fixace dusíku Close Window                                                                                                                                                                                    

Nitrogenáza

Pronikání Rhizobia do kořene Signály- fenoly

Síra (S) Forma –SO42- Význam- ve 2 aminokyselinách (methionin,cystein) v koenzymech a vitamínech Projevy deficience - jako N -chloróza, zpomalení růstu, anthocyanin Spíše v dospělých a mladších listech než ve starých -méně pohyblivá, - nedochází k tak snadné remobilizaci do mladých listů

Asimilace sulfátů

Syntéza glutathionu Syntéza aminokyselin

Využití sirných sloučenin cibule brukvovité

Fosfor (P) Forma - fosfát PO43- Význam Projev deficience Cukr-fosfátové meziprodukty dýchání a fotosyntéty, fosfolipidy - součást rostlinných membrán, nukleotidy (ATP), nukleové kyseliny (DNA,RNA) Projev deficience -tmavě zelené zbarvení listů -malformace -nekrotické skvrny -křehké, slabé stonky -odumírání starších listů - zpomalené dozrávání

Fosfor v energetickém metabolismu

Draslík (K) Forma- K+ Význam: - regulace osmotického potenciálu v buňkách -aktivace enzymů fotosyntézy a respirace Projevy deficience -skvrnitá nebo marginální chloróza -nekrózy špiček listů, okrajů, mezi žilkami postupující k bázi -kadeřavost, vlnitost -slabé stonky, krátká internodia -tendence k poléhání u obilovin

Transport draselných iontů

Vápník (Ca) Forma Ca2+ Význam Ve vakuole-šťavelany, fosforečnany atd. -syntéza buněčných stěn- střední lamela -Mitotické vřeténko-buněčné dělení -tzv.„druhý posel“ pro hormonální a vnější signály -regulace metabolických reakcí(calmodulin) Ve vakuole-šťavelany, fosforečnany atd. Projevy deficience -nekrózy mladých meristematických oblastí špičky kořenů, vrcholů, mladých listů -chloróza mladých listů -deformace mladých listů -kořeny hnědnou, krátké,větví se

Hořčík (Mg) Forma Mg 2+ Význam: -aktivace enzymů(dýchání, respirace, syntéza DNA,RNA) -součást molekuly chlorofylu Projevy deficience -chloróza mezi žilkami -listy žluté nebo bílé -předčasný opad listů

Mikroelementy Křemík (Si) Ukládá se v endoplasmatickém retikulu, buněčné stěně, mezibuněčných prostorách jako amorfní hydratovaný křemičitan-(SiO2.H2O), komplexy s polyfenoly, alternativa k ligninu- (Equisetaceae- nutný pro životní cyklus) -zlepšuje odolnost k poléhání a houbovým chorobám -snižuje toxicitu těžkých kovů Bór (B) Prodlužování buněk, syntéza nukleových kyselin, hormonální reakce, funkce membrán Deficience-černé nekrózy mladých listů a terminálních pupenů, zvl. na bázi listové čepele, ztráta apikální dominance, větvení

Mikroelementy Mangan (Mn 2+) -aktivace dekarboxyláz a dehydrogenáz Krebsova cyklu, Vývoj kyslíku při štěpení vody při fotosyntéze (Marschner 1995) -deficience-chloróza intervenózní, nekrotické skvrny, nezávisle na stáří listů Sodík (Na+ ) C4 a CAM rostliny, Někdy C3- stimulace růstu, buněčná expanze, osmoticky aktivní roztoky místo K+ Chlór (Cl- ) Fotolýza vody , buněčné dělení Deficience-vadnutí, chlorózy, nekrózy, „bronzový“ vzhled, tloustnutí kořenů

Mikroelementy Železo (Fe) (Fe 2+ , Fe 3+) Molybden (Mo) (Mo 4+ Mo 6+) Redox – reakce, cytochromy, chlorofyl-proteinové komplexy deficience-chloróza mladých listů-nepohyblivé, komplexy ve starších listech- oxidy, fosfáty, phytoferritin( Oh et al.1996) Enzymy- nitrátreduktáza, nitrogenáza (N2 na NH3 –mikroorganismy) Chlorózy, nekrózy, netvoří se květy, předčasný opad

Příjem železa EDTA DTPA (diethylentriaminpentaoctová kyselina)

Mikroelementy Zinek (Zn 2+ ) Enzymy , biosyntéza chlorofylu, Měď (Cu) ( Cu + Cu 2+ ) Enzymy , biosyntéza chlorofylu, Deficience- redukce růstu internodií, přízemní růžice, Malé listy,zvlněné okraje-nedostatek auxinu, Chloróza, bílé nekrotické skvrny Enzym plastocyanin –světelné reakce fotoysntézy (Haehnel 1984) Deficience-tmavě zelené listy, nekrotické skvrny, vrcholy mladých listů, postupují po okrajích k bázi, zkroucené a deformované listy, předčasný opad.

Mobilní (pohyblivé) živiny Imobilní (nepohyblivé) živiny Klasifikace na základě pohyblivosti v rostlině a schopnosti retranslokace v důsledku nedostatku Mobilní (pohyblivé) živiny Dusík Draslík Hořčík Fosfor Chlór Sodík Zinek Molybden Imobilní (nepohyblivé) živiny Vápník Síra Železo Bór Měď

Organická výživa-symbiózy ektomykorhíza endomykorhíza

Heterotrofní výživa Ukládání zásobních látek-pupeny, semena, hlízy (triacylglyceroly-tuky, -glukany-sacharidy, zásobní bílkoviny Klíčení (mobilizace zás.látek-dělohy, endosperm) Prorůstání pupenů Parazité, poloparazité Masožravé rostliny Symbiózy(lišejníky) Příjem živin listy