Minerální a organická výživa rostlin

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

2. Složení nejdůležitějších stavebních prvků rostlinného těla • SACHARIDY C, H, OLIPIDY C, H, O, P, S, (N)BÍLKOVINY C, H, O, N, S, (P)DNA, RNA C, H, O, N, PENZYMY Fe, Mo, Zn, Cu, Ni, Mn, Co, CHLOROFYLY MgIONTY K+, Ca2+, Na+, Cl–

3. 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

4. Obsah nejdůležitějších prvků v sušině rostliny Prvky makrobiogenní, stavební

5. Mikrobiogenní-stopové prvky

6. 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.

7. Optimální poměry pro příjem živin Kalcifilní-vápnomilné Kalcifobní- vápnostřezné

8. Toky a transporty živin rostlinou

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

12. Interakce kořene s okolím

13. Transport přes polopropustnoumembránu

14. Nernstův potenciál

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

16. 1840- J. von Liebig-minerální teorie J. Sachs 1860- Knop Hoagland Hydroponie

17. Živné roztoky

18. 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

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

20. Cyklus dusíku

21. Asimilace dusíku 16 ATP 12 ATP NH3

22. Příjem amonných iontů

23. reduktasa dusitanu reduktasa dusičnanu Asimilace nitrátů

24. Redukce nitrátů plastidy cytoplasma

25. Asimilace nitrátu vakuola přenašeč nitrátu plasmová membrána

26. Asimilace nitrátů-tvorba aminokyselin GS/GOGAT

27. Biologická fixace dusíku-symbióza Sinice Anabaena Nitrogenáza Anaerobní prostředí

28. Symbiotická fixace dusíku

29. Nitrogenáza

31. Pronikání Rhizobia do kořene Signály- fenoly

32. 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

34. Asimilace sulfátů

35. Syntéza glutathionu Syntéza aminokyselin

36. Využití sirných sloučenin cibule brukvovité

37. Fosfor (P) • Forma - fosfát PO43- • Význam 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

38. Fosfor v energetickém metabolismu

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

40. Transport draselných iontů

41. Vápník (Ca) • Forma Ca2+ • Význam -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

42. 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

43. 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

44. Mikroelementy 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 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

45. 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

46. Příjem železa EDTA DTPA (diethylentriaminpentaoctová kyselina)

47. Mikroelementy • Zinek (Zn 2+ ) 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.

48. 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

49. Organická výživa-symbiózy ektomykorhíza endomykorhíza