Grzegorz Niedoba, biotechnologia, grupa 2

Temat: Wpływ makro- i mikroelementów na rozwój roślin.

Badania i analiza chemiczna roślin wykazały, że oprócz wody i związków organicznych w skład „ciała” roślin wchodzi także szereg substancji mineralnych. Świadczyć może o tym, choćby analiza chemiczna składu popiołu uzyskanego po spaleniu dowolnego materiału roślinnego. Wyniki takiej analizy (zamieszczonej w poniższej tabeli) wskazują, że ilość tych składników jest dość duża i różnorodna. Nasuwa się zatem pytanie, czy wszystkie składniki mineralne wykryte w popiele roślin są im niezbędne do życia, czy może niektóre z nich znalazły się w nim przypadkowo.

Tabela zestawiająca procentową zawartość popiołu i poszczególnych jego składników w różnych organach niektórych gatunków roślin uprawnych. UWAGA! Suma poszczególnych składników wykrytych w popiele jest niższa niż 100%, gdyż w tabeli nie uwzględniono elementów występujących w bardzo małych ilościach.

Materiał roślinny	Procent popiołu w stosunku do suchej masy	Procentowa zawartość poszczególnych składników w stosunku do masy popiołu
Ziarna żyta	2,09	32,1	1,5	2,9	11,2	1,2	47,7	1,2	1,4	0,5
Nasiona grochu	2,75	43,1	1,0	4,8	8,0	0,8	35,9	3,4	0,9	1,6
Jabłka (owoce)	1,44	34,7	25,1	4,1	8,7	1,4	13,7	6,1	4,3	-
Korzenie marchwi	5,47	34,9	20,2	11,3	4,4	1,0	12,8	6,4	2,4	4,6
Liście kapusty	20,82	23,1	8,9	26,5	4,1	1,2	3,7	16,4	1,9	12,6

Liczne doświadczenia wykazały, jakie składniki są roślinom do normalnego życia potrzebne, a jakie zbędne. W tym celu hodowano rośliny na specjalnych pożywkach, zawierających wodę destylowaną i rozpuszczone w niej odpowiednie substancje chemiczne. Dobór składników w pożywce ustalano tak, by początkowo roślinie nie brakowało żadnego potrzebnego do życia elementu. Jedną z najczęściej stosowanych pożywek jest tzw. pożywka Knopa (zawiera ona w 1000g wody destylowanej 1g
, 0,25g
, 0,25g
, 0,12g
oraz kroplę
). Następnie hodowanym roślinom usuwano z pożywek poszczególne pierwiastki i obserwowano zmiany zachodzące w ich rozwoju.

Podczas przeprowadzania takiego doświadczenia można zauważyć, że rośliny rozwijające się z nasion rosną początkowo normalnie. Jest to wywołane faktem, że wszystkie niezbędne im do życia składniki zawarte są w niewielkich ilościach w nasieniu. Natomiast zmiany we wzroście rośliny, spowodowane ubytkiem jakiegoś składnika, można zauważyć dopiero w późniejszej fazie rozwoju.

Na podstawie powyższego doświadczenia (doświadczeń) ustalono, że do normalnego rozwoju rośliny niezbędne są następujące składniki mineralne: azot, siarka, fosfor, potas, wapń, magnez i żelazo. Należy również zaznaczyć, że w popiele roślin wykryto sód, chlor, krzem i szereg innych pierwiastków, które są roślinie albo niepotrzebne, albo potrzebne w minimalnych ilościach (i ich brak w pożywce nie może być wyraźnie zaobserwowany podczas wzrostu rośliny).

Składniki mineralne pobierane przez rośliny możemy podzielić na dwie grupy. Do pierwszej z nich zaliczamy elementy, które wchodzą w skład związków organicznych syntezowanych bezpośrednio przez roślinę. Zaliczamy do nich azot, siarkę, fosfor i magnez. Azot i siarka wchodzą w skład niektórych aminokwasów, które następnie są wykorzystywane do produkcji odpowiednich białek. W skład białek może również wchodzić fosfor. Magnez stanowi z kolei podstawowy element mineralny chlorofilu. Do drugiej grupy z kolei należą potas, wapń i żelazo. Pierwiastki te, w przeciwieństwie do poprzednich, nie wchodzą w skład syntezowanych związków organicznych, lecz znajdują się w roślinie w postaci wolnych jonów. Przy czym potas występuje w roślinie w formie kationów; wapń i żelazo tworzą natomiast związki kompleksowe z innymi substancjami. Obecność tych pierwiastków - szczególnie potasu i wapnia, wywiera duży wpływ na przebieg procesów przemiany materii w organizmie roślinnym.

Obecność potasu w roślinie wpływa na intensywniejsze pobieranie przez nią wody i jednocześnie zmniejsza jej transpirację (potas bierze udział w regulacji procesu otwierania i zamykania aparatów szparkowych). Powoduje to lepsze uwodnienie wszystkich składników komórki, a w związku z tym intensywniejszy przebieg wszystkich procesów życiowych. Potas przyczynia się również do lepszego rozprowadzania węglowodanów w roślinie. Przy niedoborze potasu młode rośliny mają wygląd pozornie zdrowy, są zielone i świeże. Po pewnym czasie następuje jednak nagłe zahamowanie wzrostu korzeni i pędów na grubość, słaby rozwój tkanek mechanicznych, pojawiają się żółte plamy na liściach (które następnie brunatnieją i zasychają).

Działanie wapnia jest odwrotne do działania potasu. Hamuje on pobieranie wody przez roślinę, ogranicza transpirację i powoduje odwodnienie komórek - może więc spowodować zahamowanie procesów życiowych. Bez określonej ilości wapnia rośliny jednak nie mogą się rozwijać - jest on bowiem jednym ze składników budulcowych ściany komórkowej. Wapń posiada jeszcze jedną, ważną, funkcję: przyczynia się do zobojętniania trującego dla roślin kwasu szczawiowego tworząc z nim nierozpuszczalny w wodzie szczawian wapniowy (będący jednym z ubocznych produktów przemiany materii. Niedobór wapnia natomiast wpływa ujemnie szczególnie na rozwój korzeni, które śluzowacieją i obumierają. Stożki wzrostu i pędu przybierają zabarwienie brunatne.

Przeciwstawne działanie jonów potasu i wapnia przyczynia się do zachowania przez roślinę w pewnej równowadze tempa procesów życiowych. Ich działanie jest przykładem tego, jak roślina może regulować tempo przemian zachodzących w swoim organizmie.

Obecność w roślinie niewielkich ilości żelaza jest niezbędna do wytworzenia przez nią chlorofilu. Wprawdzie samo żelazo nie jest składnikiem tego związku, ale odgrywa rolę niezbędnego w ty procesie katalizatora. Żelazo wchodzi także w skład ferrodoksyny - białka biorącego udział w procesie fotosyntezy. Zatem niedobór tego składnika mineralnego, podobnie jak niedobór magnezu (którego główną rolą jest udział w syntezie chlorofilu) powoduje brak barwników fotosyntetycznych, na skutek czego na powierzchni liści pojawiają się biało-żółte plamy. Zjawisko to nosi nazwę chlorozy.

Niedobór azotu powoduje u roślin przede wszystkim zahamowanie rozwoju nadziemnych części roślin. Zmniejsza się wówczas zarówno ilość, jak i wielkość liści, kwiatów i owoców; korzeń zaczyna rozwijać się stosunkowo szybciej niż pęd. W skutek intensywnego rozwoju tkanek mechanicznych roślina staje się dużo bardziej sztywna niż zwykle. Liści przybierają początkowo barwę jasnozieloną, później żółtawą, ich unerwienie przybiera kolor czerwonawy. Roślina zaczyna dojrzewać przedwcześnie, przy czym wydaje plon znacznie mniejszy od normalnego.

Zapotrzebowanie roślin na składniki mineralne nie jest zatem jednakowe. Takie pierwiastki jak azot, potas, fosfor, wapń, siarka i magnez pobierane są przez rośliny w większych ilościach i dlatego nazywamy je makroelementami. Żelazo natomiast, które potrzebne jest roślinom tylko w małych ilościach zaliczane jest do mikroelementów. Badania wykazały, że obok żelaza istnieje jeszcze szereg innych mikroelementów niezbędnych roślinom do prawidłowego rozwoju. Należą do nich cynk, bor, miedź, kobalt, jod, mangan i wiele innych. Niektóre z nich, jak na przykład miedź i cynk, wchodzą w skład ważnych enzymów. Ponieważ mikroelementy występują w znikomych ilościach prawie wszędzie, zwłaszcza zaś w glebie (a nawet w naczyniach szklanych używanych do doświadczeń, dlatego stosunkowo późno zauważono, że również są one niezbędne do prawidłowego rozwoju roślin. Mikroelementy zastosowane w większych stężeniach działają na roślinę trująco (w większości przypadków).

źródło „Botanika” S. Tołpa i J. Radomski, strona 407

---