Podział pierwiastków mineralnych wg. różnych kryteriów :

1. Kryterium ilościowe : najprostszy podział ale i jedne i drugie są równie ważne.

٠ makroelementy - powyżej 0,01% s.m. N , P , K , Ca , Mg , S

٠ mikroelementy - poniżej 0,01 s.m. Fe , Zn , B , Cu , Mo, Mn , Cl

2. Kryterium wg. pełnionych funkcji :

٠ pierwiastki budulcowe - C , H ,O ; makroelementy - bez P czyli N , K , Ca , Mg , S

٠ katalizatory reakcji E - mikroelementy i makroelementy

٠ pierwiastki pożądane - Na , Si , Al , Co , ponad 40 pierwiastków

Na - w niektórych przypadkach może zastępować K

S i- krzem - ważny dla procesu transpiracji i jako skł. ściany kom. u skrzypów

Al - w dużych il. szkodliwy, ale pożądany na plantacjach herbaty

Co - kobalt - wchodzi w skł. kobalaniny - wit. B12

3. Kryterium wg. właściwości fizjologiczno - biochemicznych: ٠ organogenne : C , H , O

٠ niemetale : N , P , S , Cl ٠ metale alkaliczne K , Ca , Mg ٠ metale ciężkie Fe, Mn, Cu , Zn, Mo

Klasyfikacja pierwiastków niezbędnych dla roślin

pierwiastki	grupa	forma pobierana
C , O , H	Organogenny	CO2 , O2 , H2O
N , P , S , B , Cl	Niemetale	NO3^- , NH4^+ , HPO4 ^2 - , H2PO4^- , SO4 ^2 - , SO2 , BO3 ^3 - , CL^-
Na , K , Ca , Mg	Metale alkaliczne	Na ^+ , K ^+ , Ca ^2+ , Mg ^2+
Fe , Mn , Cu , Zn Mo	Metale ciężkie	kationy + lub ich chelaty MoO4 ^2 +

Zdolność pierwiastków do przemieszczania się w rośl. :

1. B. ruchliwe : N , Na , K ; 2. Ruchliwe : P , Cl ; 3. Nieruchliwe : Zn , Cu , Mn , Mg ,Mo , Fe , B , Ca , S

Niedobór składników :

N - azot : zahamowanie wzrostu cz. nadziemnych, i podziemnych , rośl. wątłe o cienkich pędach i małych liściach, pierwiastek ruchliwy bo nekrozy , chlorozy , na starszych liściach, zamierają i opadają, zamieranie pąków bocznych, słabe krzewienie, ograniczone kwitnienie, skracanie fazy wegetatywnej wzrostu, wcześniejsze dojrzewanie, słabe owocowanie.

P - fosfor : silne zahamowanie wzrostu cz. nadziemnych, stymulacja wzrostu korzenia, pędy krótkie i cienkie, liście małe i drobne, ciemnozielono-fioletowe - w skutek biosyntezy antocjanów, przebarwienia liści i łodyg, starsze liście przedwcześnie opadają, zamieranie pąków bocznych, słabe krzewienie, ograniczone kwitnienie, liście pochylone do dołu. Zahamowanie syntez i łańcucha oddechowego, brak związków wysokoenergetycznych ADP, ATP, NADP , zahamowanie procesów fotolizy, przepływu jonów i zw. organicznych, zahamow. pobierania aktywnego H2O.

K - potas : rośliny skarłowaciałe, liście niebiesko-zielono-żółte,pozawijane do dołu, zwiędły pokrój rośl., b. zahamowany wzrost, dość słabo wykształcony system korzeniowy, liście matowe, pierwiastek ruchliwy bo żółknięcie, i nekrozy na starszych liściach, chlorozy międzynerwowe, zamieranie pędów głównych, słabe kwitnienie. Kędzieżawość liści, nekrozy wierzchołków owoców , liści , pędów np. pomidora, papryki, marchwi ; deformacje owoców i żółte plamy na owocach, owoce małe, przy deficycie K bardzo obija się na owocowaniu. Wpływa na transpirację i wymianę gazową - tlen i CO2 , a jak aparaty szparkowe są przymknięte to wymiana gazowa jest nieprawidłowa w procesie oddychania i fotosyntezy.

Ca - wapń : pierwiastek nieruchliwy bo młode liście silnie chlorotyczne-żółte, zahamowanie wzrostu, zamieranie wierzchołków pędu, kwiatostanów, śluzowacenie korzeni, zamieranie siewek zbóż, zgnilizna kwiatów, sucha zgnilizna owoców, łamliwość łodyg. Antagonistyczny do K przy gospodarce wodnej - w blaszce środkowej pektyniany wapnia.

Mg - magnez : zahamowanie fotosyntezy, silna chloroza międzynerwowa, nerwy dość długo pozostają zielone, potem nekrozy i zamieranie, zaczyna się od starszych liści, pierwiastek częściowo ruchliwy. Pełni rolę strukturalną.

Fe - żelazo : pierwiastek nieruchliwy chlorozy młodszych cz. rośl., potem nekrozy. Do wazonu wstawiliśmy 3 rośl. kukurydzę, pomidor, fasolę. Najbardziej widoczny objaw niedoboru na kukurydzy, górne liście żółte ; pomidor górne liście żółte, owoce później dojrzewają, mniejsze rośliny, nerwy zielone.

S - siarka : chlorozy górnych, młodych cz. rośl., pierwiastek nieruchliwy, nieprawidłowa struktura białek bo brak mostków -S-S- , liście cytrynowo-żółte, karłowatość, łodygi cienkie i słabe, pąki wierzchołkowe żywe.

Funkcje poszczególnych pierwiastków : (makroelementy , mikroelementy)

N - azot -funkcje- składnik aminokwasów, białek, enzymów, amidów, nukleotydów, kw. nukleinowych, koenzymów, chlorofilu, cytokinin, poliamin, fitochromu, fototropiny.

1.Strukturalna : aminokwasy, amidy, peptydy; białka strukturalne, fosfolipidy np. cholina wchodzi w skład błon cytoplazmatycznych.

2.Synteza białek - kwasy nukleinowe DNA , RNA

3.Fotosynteza i oddychanie : - chlorofil ; - przenośniki protonów i ē np. NAD, FAD, cytochromy͢͢

biorące udział w fazie świetlnej fotosyntezy, łańcuchu oddechowym ;

- ATP nukleotydy purynowe i pirymidynowe ; - CoA

4.Metabolizm rośliny : - białka enzymatyczne ; koenzymy metabolizmu węglowodanów i tłuszczowców ; - CoA ; - ADP, ATP .

5. Wzrost roślin : auksyny , cytokininy -biosynteza i dystrybucja.

6.Związki specyficzne : - alkaloidy ; wit. B

7. Związki zapasowe np. warstwa aleuronowa ziarniaków.

P- fosfor -funkcje- składnik nukleotydów, kw. nukleinowych, koenzymów, fosforanów, cukrowców, fosfolipidów, fosfoinozytoli, zw. wysokoenergetycznych, bierze udział w procesach przenoszenia i magazynowania energii.

1.Strukturalna : fosolipidy np. lecytyna, błony cytoplazmatyczne.

2.Fotosynteza : - faza świetlna ATP, NADP ; - faza ciemna : estry fosforanowe cukrów , karboksylaza RuBP ; - transport asymilatów z chloroplastów do cytoplazmy.

3.Oddychanie : - glikoliza estry P-cukrów , acetylo CoA ; - cykl Krebsa NADP ,FAD ;

- łańcuch oddechowy-przenośniki H⁺ i ē NAD , NADP , FAD , FMN , kumulacja energii ATP.

4.Aktywny transport jonów i zw. organicznych - przez membrany komórkowe : ATP-aza ;

- pobieranie i transport w rośl. ATP.

5.Metabolizm związków organicznych : - cukrów np. estry-P ATP ;

- tłuszczowców : CoA, NAD , NADP ; - białek : redukcja NO3- do NH4+ , NADH2 , biosynteza aminokwasów ATP , kwasy nukleinowe .

6.Wzrost roślin : cytokininy, auksyny.

7.Związki zapasowe np. fityna u zbóż.

K - potas -funkcje- uczestniczy w hydratacji biokoloidów, fosforylacjach fotosyntetycznych , reguluje przepuszczalność błon i gospodarkę wodną, ruchy aparatów szparkowych, jest aktywatorem ponad 50 enzymów. Powoduje wzrost uwodnienia kom.; Regulacja mechanizmu otwierania aparatów szparkowych - woda gromadzi się w kom. przyszparkowych , zwiększa sie turgor i aparaty szparkowe się otwierają ; Wpływa na transpirację i wymianę gazową - tlen i CO2 , a jak aparaty szparkowe są przymknięte to wymiana gazowa jest nieprawidłowa w procesie oddychania i fotosyntezy.

1. Katalityczne = aktywator ponad 50 E np. ATP  → ADP ; - fotosynteza - fosforylacja fotosyntetyczna ;

- oddychanie - fosforylacja oksydacyjna ; -biosynteza złożonych cukrówców np. skrobia ,

białek np. RuBP -karboksylaza .

2.Gospodarka wodna wpływa na na regulację i wzrost uwodnienia : - regulacja stopnia otwarcia aparatów szparkowych : dyfuzja pary wodnej - transpiracja , dyfuzja CO2 i O2 - fotosynteza i oddychanie ;

- aktywne i bierne pobieranie H2O przez rośl.

3.Transport asymilatów z donorów do akceptorów przez floem i dystrybucja asymilatów co wpływa na plon.

4. Wzrost roślin: auksyny, giberliny, cytokininy .

5. Odporność na patogeny i szkodniki : wyższa zaw. cukrów złożonych np. skrobia i białek = wyższa odporność.

Ca - wapń- funkcje - powoduje obniżenie stopnia uwodnienia ,regulator hydratacji biokoloidów oraz struktury i przepuszczalności błon, kofaktor E (fosfolipaz, amylaz, ATP-az) , stabilizator niektórych receptorów, wtórny przekaźnik informacji, uczestniczy w fosforylacji białek oraz mechanizmie działania fitochromu i ABA, skł. pektyn i ściany kom. W uwodnieniu tkanek decyduje stosunek K do Ca.

Pierwiastek nieruchliwy.

1.Strukturalna : - pektyniany Ca w blaszce środkowej ; - CaCO3 w ścianie kom. ;

- mostki wapniowe -Ca-Ca- struktura membran - selektywna ich przepuszczalność i białek E .

2.Gospodarka wodna : regulacja - spadek uwodnienia komórek - zamykanie szparek

3.Regulacja przepuszczalności błon- transport przez membrany komórkowe :

- struktura membran komórkowych ;

- aktywny transport = mediator sygnałów z błon do wnętrza kom.- kalmodulina = wpływ na metabolizm i transport do komórki ; - aktywacja kanałów jonowych .

4.Funkcja katalityczna : ATP-aza - aktywny transport.

5.Odporność na choroby szczeg,. owoce, liście np. gorzka plamistość jabłek, zgnilizna owoców pomidorów , brunatnienie liści sałaty, kapust .

6.Związki zapasowe np. fityna .

Mg - magnez- funkcje - składnik chlorofilu, niespecyficzny aktywator niektórych E np. rubisco, uczestniczy w przenoszeniu reszt fosforanowych i łączeniu podjednostek rybosomów. Pełni funkcji katalityczne i strukturalne, czasem pełni funkcję podobną do Ca np. w blaszce środkowej pektyny magnezu

1.Katalityczna = aktywator wielu E . - fotosynteza -fosforylacja fotosyntetyczna ; - oddychanie : fosforylacja oksydacyjna, glikoliza, cykl Krebsa ; - metabolizm zw. organicznych : synteza białek, tłuszczowców, węglowodanów, kw. nukleinowych, ATP .

2. Strukturalna : - pektyniany Mg w blaszce środkowej ; - chlorofil → fotosynteza ;

- mostki -Mg-Mg- stabilizujące struktury komórki ; - rybosomy - stabilizacja struktury- synteza białek.

3. Gospodarka wodna : regulacja -obniżenie uwodnienia komórek.

4.Zwiazki zapasowe: sole Mg kwasu fitynowego= fityna , sól wapniowo-magnezowa estru fosforanowego

czyli inozytolu w nasionach zbóż.

Fe - żelazo- funkcje - niezbędny w biosyntezie chlorofilu, składnik ferrodoksyny, cytochromów, nitrogenazy, reduktazy azotanowej, dysmutazy ponadtlenkowej(SOD), peroksydazy, katalazy.

1.Metaboliczna = składnik E transportujących elektrony np. reakcje oksydo-redukcyjne :

- fotosynteza - ferrodoksyna, cytochromy - faza świetlna fotosyntezy ;

- oddychanie - cytochromy, oksydaza cytochromowa, peroksydaza : łańcuch oddechowy.

2.Katalityczna : - aktywator enzymów w biosyntezie chlorofilu → fotosynteza ;

- udział w redukcji azotanów : wiązanie N atmosferycznego ; - biosynteza białek .

S - siarka- funkcje : składnik aminokwasów ( cysteiny, cystyny, metioniny), białek , sulfolipidów,

koenzymów( CoA, biotyna, tiamina ), glutationu, fitochelatyn, olejków eterycznych, substancji smakowych, glukozynolanów (kapustowate).

1.Strukturalna: - aminokwasy : cysteina, cystyna, metionina ; - peptydy- glutation ; - białka strukturalne ;

- mostki -S-S- stabilizacja przestrzennej struktury białek.

2. Metaboliczna i kataboliczna : - aktywność E -struktura białek enzymatycznych , koenzymy ;

- glutation- reakcje oksydo-redukcyjne, koenzym- przemiany cyklu Krebsa ;

- acetylo CoA - aktywny octan w cyklu Krebsa , utlenianie kwasów tłuszczowych ;

- witaminy - biotyna ( H ), tiamina ( B ) w koenzymach .

3.Fotosynteza - ferrodoksyna - faza świetlna fotosyntezy

4. Związki specyficzne - grupy rodankowe -N=C=S- , olejki gorczyczne

Bierny sposób pobierania jonów - odbywa sie zgodnie z gradientem stężeń, jony dostają sie z wodą do apoplastu , a proces ten odbywa się na drodze dyfuzji lub wymiany jonowej pomiędzy korzeniami, a podłożem. Pobieraniu jonów towarzyszy równoważna wymiana jonowa , rośl. pobierają kationy+ , a wydzielają do podłoża H+ który pochodzi najczęściej z przemian oddechowych.

Czyli wymieniają się jonami np. pobierają dwuwartościowe Ca2+ , Mg2+ a oddają OH- lub HCO3- .

Bierny transport jonów- pierwiastki są pobierane z tzw. prądem transpiracyjnym , nie wymaga to nakładu energii, woda się unosi i jest transportowana w roślinie a wraz z nią składniki mineralne.

Aktywny sposób pobierania jonów - następuje wbrew gradientowi potencjału stężeń, wymaga nakładu- zużycia energii metabolicznej - ATP pochodzącego z fosforylacji oksydacyjnej.

Są różne sposoby aktywnego pobierania jonów przez rośl. :

- przy użyciu specjalnie aktywowanych nośników białkowych ( aktywowanych przez ATP)

- pompa jonowa - transportowi jonów towarzyszy transport na zewnątrz protonów .

Ćwiczenie - siewki pszenicy dążyły do optymalnego dla nich pH 6,0 , czas trwania doświadczenia 1 godz. rośliny stosunkowo szybko pobierały jony by dopasować optymalne dla siebie pH, roślinki wybierały sobie bufory by zmienić pH, im było dalej optimum tym zmiany między początkowym i końcowym pH były większe.

Właściwości buforujące - roślina coś zamienia na coś:

- pobierając kationy lub aniony rośl. regulują sobie pH podłoża

- dążą do optymalnego dla nich pH

- regulują sobie pobieranie kationów i anionów w zależności od potrzeb.

Biorąc pod uwagę selektywny sposób pobierania jonów jeżeli :

1. w roztworze są jony Ca2+ , NO3- , Mg2+ , Na+, K+ rośliny pobierają łatwiej anion a do środowiska wydzielają OH- lub HCO3- , i wzrasta wówczas pH środowiska i sól taką nazywa się

solą fizjologicznie zasadową , bo powoduje zasadowienie podłoża, pożywki np. Na NO3 , Ca3(PO4)2 ,

KNO3 , Ca(NO3)2

2.pobierany jest kation a eydzielane są do środowiska jony H+ to obniża się wówczas pH podłoża, odżywki mi taki typ soli nazywa się solą fizjologicznie kwaśną np. KCl , K2SO4 , (NH4 )2SO4 , CO(NH2)2 , NH4NO3