תזונה צמחית: מקרונוטריינטים, מיקרו תזונה, ליקויים - ביולוגיה - 2025

תזונת הצמח היא הסט של תהליכים כימיים שבאמצעותם מזינים המחולצים בקומות הקרקע כי תמיכה לצמיחה והפיתוח של איברים. זה גם מתייחס במיוחד לסוגי החומרים המזינים המינרלים שצמחים דורשים ולתסמינים של חסרונותיהם.

חקר תזונת הצומח חשוב במיוחד למי שאחראי על הטיפול והתחזוקה של גידולים בעלי עניין חקלאי, מכיוון שהוא קשור ישירות למדדי התשואה והייצור.

שדה שנזרע עם תירס (מקור: pixabay.com/)

מכיוון שגידול ממושך של ירקות גורם לשחיקה והתרוששות מינרלית של הקרקעות, ההתקדמות הגדולה בענף החקלאי קשורה להתפתחות דשנים, שהרכבם תוכנן בקפידה על פי הדרישות התזונתיות של הזנים הזוכים לעניין.

תכנון הדשנים הללו מחייב ללא ספק ידע נרחב בפיזיולוגיה ותזונה של הצמחים, שכן כמו בכל מערכת ביולוגית, ישנם גבולות עליונים ותחתונים שבהם צמחים אינם יכולים לתפקד כראוי, גם על ידי חוסר או עודף של אלמנט כלשהו.

כיצד ניזונים צמחים?

השורשים ממלאים תפקיד מהותי בתזונת הצומח. חומרים מזינים מינרליים נלקחים מ"פתרון האדמה ", ומועברים באמצעות דרך פשטנית (תוך תאית) או אפופלסטית (חוץ תאית) אל צרורות כלי הדם. הם נטענים אל הקסילם ומועברים לגבעול, שם הם ממלאים תפקודים ביולוגיים שונים.

שורש עולש

ספיגת חומרים מזינים מהאדמה דרך הסילפסט בשורשים והובלתם לאחר מכן לקסילם במסלול האפופלסטי הם תהליכים שונים, המתווכים על ידי גורמים שונים.

רכיבה על אופניים תזונתיים נחשבת כמווסתת את ספיגת היונים לתוך הקסילם, בעוד שזרם לשורש הסימפתטי עשוי להיות תלוי בטמפרטורה או בריכוז יונים חיצוני.

הובלת המומסים לקסילם מתרחשת בדרך כלל על ידי דיפוזיה פסיבית או הובלה פסיבית של יונים דרך תעלות יון, בזכות הכוח הנוצר על ידי משאבות הפרוטון (ATPases) המתבטאות בתאים המונחיים של parenchyma.

מצד שני, ההובלה לאפופלסט מונעת על ידי הבדלים בלחצים ההידרוסטטיים מהעלים המתרחשים.

צמחים רבים משתמשים במערכות יחסים הדדיות כדי להזין את עצמם, בין אם כדי לספוג צורות יוניות אחרות של מינרל (כמו חיידקים מקבעים חנקן), כדי לשפר את יכולת הספיגה של שורשיהם, או להשיג זמינות רבה יותר של יסודות מסוימים (כמו mycorrhizae). .

אלמנטים הכרחיים

לצמחים צרכים שונים לכל חומר מזין, מכיוון שלא כולם משמשים באותה פרופורציה או לאותן מטרות.

נדבך חיוני הוא חלק המהווה חלק מהמבנה או חילוף החומרים של צמח, והיעדרו גורם לחריגות חמורות בגדילתו, התפתחותו או רבייתו.

באופן כללי, כל האלמנטים מתפקדים במבנה התא, מטבוליזם, ורגולציה אוסמורית. הסיווג של חומרים מאקרו ומיקרו-מזון קשור בשפע היחסי של אלמנטים אלה ברקמות הצמח.

מקרונוטנטים

בין התזונה המקורנית ניתן למצוא חנקן (N), אשלגן (K), סידן (Ca), מגנזיום (מג), זרחן (P), גופרית (S) וסיליקון (Si). למרות שאלמנטים חיוניים משתתפים באירועים סלולריים רבים ושונים, ניתן להצביע על כמה פונקציות ספציפיות:

חַנקָן

זהו האלמנט המינרלי שצמחים דורשים בכמויות גדולות יותר ולרוב זהו יסוד מגביל בקרקעות רבות, וזו הסיבה שבדרך כלל לדשנים יש חנקן בהרכבם. חנקן הוא יסוד נייד והוא חלק חיוני מדופן התא, חומצות אמינו, חלבונים וחומצות גרעין.

למרות שתכולת החנקן האטמוספרי גבוהה מאוד, רק צמחים ממשפחת Fabaceae מסוגלים להשתמש בחנקן מולקולרי כמקור העיקרי לחנקן. הטפסים הניתנים להטמעה על ידי השאר הם חנקות.

אֶשׁלָגָן

מינרל זה מתקבל בצמחים בצורתו הקטיונית החד-מונומית (K +) ומשתתף בוויסות הפוטנציאל האוסמוטי של תאים, כמו גם מפעיל של אנזימים המעורבים בהנשמה ופוטוסינתזה.

סִידָן

בדרך כלל הוא נמצא כ- יוני דו-ערכי (Ca2 +) וחיוני לסינתזה של דופן התא, במיוחד ליצירת הלמלה האמצעית המפרידה בין תאים במהלך חלוקה. זה משתתף גם ביצירת הציר המיטוטי ונדרש לתפקוד קרומי התא.

יש לו תפקיד חשוב כמסר שלישי בכמה מסלולי תגובה צמחיים באמצעות אותות הורמונאליים וסביבתיים.

זה יכול להיקשר לקלמודולין והמתחם מווסת אנזימים כמו קינאזים, פוספטאזים, חלבונים ציטו-שלדיים, חלבוני איתות, בין היתר.

מגנזיום

המגנזיום מעורב בהפעלה של אנזימים רבים בסינתזה של פוטוסינתזה, נשימה וסיבולת DNA ו- RNA. בנוסף, זהו חלק מבני של מולקולת הכלורופיל.

התאמה

פוספטים חשובים במיוחד ליצירת אמצעי הביניים של סוכר-פוספט של הנשימה ופוטוסינתזה, כמו גם להיות חלק מהקבוצות הקוטביות על ראשי הפוספוליפידים. ATP ונוקליאוטידים קשורים הם בעלי זרחן, כמו גם המבנה של חומצות גרעין.

גוֹפרִית

השרשראות הצדדיות של חומצות האמינו ציסטאין ומתיונין מכילות גופרית. מינרל זה הוא גם מרכיב חשוב של קואנזימים וויטמינים רבים כמו קואנזים A, S-adenosylmethionine, ביוטין, ויטמין B1 וחומצה פנטותנית, החיוניים למטבוליזם של הצמח.

סִילִיקוֹן

למרות שהודגמה רק דרישה מסוימת למינרל זה במשפחת Equisoceae, ישנן עדויות לכך שהצטברות מינרל זה ברקמות של מינים מסוימים תורמת לצמיחה, פוריות ועמידות בפני לחץ.

שתיל (מקור: pixabay.com/)

מיקרו-תזונה

נוטרינטים הם כלור (Cl), ברזל (Fe), בורון (B), מנגן (Mn), נתרן (Na), אבץ (Zn), נחושת (Cu), ניקל (Ni) ומוליבדן (מו). בדומה למוצרי תזונה, למיקרו-תזונה יש תפקידים חיוניים במטבוליזם של הצמח, כלומר:

כְּלוֹר

כלור נמצא בצמחים כצורה האוניונית (Cl-). זה הכרחי לתגובת הפוטוליזה של מים המתרחשת בזמן הנשימה; משתתף בתהליכים פוטוסינתטיים ובסינתזה של DNA ו- RNA. זהו גם מרכיב מבני של הטבעת של מולקולת הכלורופיל.

בַּרזֶל

ברזל הוא קופקטור חשוב למגוון רחב של אנזימים. תפקידו הבסיסי כרוך בהובלת אלקטרונים בתגובות להפחתת תחמוצות, מכיוון שניתן בקלות להתחמצן הפיך מ- Fe2 + ל- Fe3 +.

תפקידו העיקרי הוא אולי כחלק מהציטוכרומים, חיוני להובלת אנרגיית האור בתגובות פוטוסינתטיות.

בּוֹר

תפקידה המדויק לא צוין, אולם עדויות מצביעות על כך שהוא חשוב בהארכת תאים, בסינתזת חומצות גרעין, בתגובות הורמונליות, בתפקודי הממברנה ובויסות מחזור התא.

מַנגָן

המנגן נמצא כקטיון דו-ערכי (Mg2 +). הוא משתתף בהפעלת אנזימים רבים בתאי צמחים, בפרט דקרבוקסילאזים ודה-הידרוגנזים המעורבים במחזור החומצה הטריקארבוקסילית או במחזור קרבס. תפקידו הידוע ביותר הוא בייצור חמצן ממים במהלך פוטוסינתזה.

נתרן

יון זה נדרש על ידי צמחים רבים עם מטבוליזם C4 וחומצה עזה (CAM) לצורך קיבוע הפחמן. זה חשוב גם להתחדשות של פוספונולפירובט, המצע של הקרבוקסילציה הראשונה בדרכים האמורות.

אָבָץ

מספר גדול של אנזימים מצריכים אבץ כדי לתפקד, וכמה צמחים זקוקים לכך לצורך ביוסינתזה של כלורופיל. אנזימים של חילוף חומרים בחנקן, העברת אנרגיה והמסלולים הביוסינתטיים של חלבונים אחרים זקוקים לאבץ לצורך תפקודם. זהו גם חלק מבני מהרבה גורמי שעתוק חשובים גנטית.

נְחוֹשֶׁת

נחושת קשורה לאנזימים רבים המשתתפים בתגובות להפחתת חמצון, מכיוון שניתן לחמצם הפיך מ- Cu + ל- Cu2 +. דוגמא לאנזימים אלו היא פלסטוציאנין, האחראי להעברת אלקטרונים במהלך תגובות האור של הפוטוסינתזה.

ניקל

לצמחים אין דרישה ספציפית למינרל זה, עם זאת, רבים מהמיקרואורגניזמים המקבעים את החנקן השומרים על קשרים סימביוטיים עם צמחים זקוקים לניקל לאנזימים המעבדים מולקולות מימן גזי במהלך קיבוע.

מוליבדן

ניטראט רדוקטאז וניטרוגז הם בין אנזימים רבים הדורשים מוליבדן לתפקידם. חנקה רדוקטאז מזרז את הפחתת החנקה לניטריט במהלך הטמעה של חנקן בצמחים, והניטראזאז ממיר גז חנקן לאמוניה במיקרואורגניזמים המקבעים חנקן.

אבחון ליקויים

ניתן לאבחן שינויים תזונתיים בירקות בכמה אופנים, ביניהם ניתוח העלים הוא אחת השיטות היעילות ביותר.

כלורוזיה בין-עירונית בוויליצידאמבר סטירקיפלה (ג'ים קונראד, באמצעות ויקימדיה Commons)

כלורוזיס או הצהבה, הופעתם של כתמים נמקיים בצבע כהה ודפוסי התפלגותם, כמו גם נוכחותם של פיגמנטים כמו אנתוציאנינים, הם חלק מהיסודות שיש לקחת בחשבון בעת ​​אבחון הליקויים.

חשוב לקחת בחשבון את הניידות היחסית של כל פריט, מכיוון שלא כולם מועברים באותה סדירות. לפיכך, ניתן להבחין במחסור באלמנטים כמו K, N, P ו- Mg בעלים הבוגרים, מאחר ואלמנטים אלו מועברים לכיוון הרקמות בהיווצרותם.

נהפוך הוא, עלים צעירים יראו ליקויים באלמנטים כמו B, Fe ו- Ca, שהם יחסית לא ניידים ברוב הצמחים.

הפניות

1. Azcón-Bieto, J., & Talón, M. (2008). יסודות הפיזיולוגיה של הצומח (מהדורה שנייה). מדריד: מקגרו היל אינטרמריקנה מספרד.
2. Barker, A., & Pilbeam, D. (2015). ספר לימוד לתזונה מהצומח (מהדורה שנייה).
3. Sattelmacher, B. (2001). האפופלסט ומשמעותו לתזונה מינרלית מהצומח. פיטולוג חדש, 149 (2), 167-192.
4. Taiz, L., & Zeiger, E. (2010). פיזיולוגיה של הצומח (מהדורה חמישית). סנדרלנד, מסצ'וסטס: Sinauer Associates Inc.
5. White, PJ, and Brown, PH (2010). תזונה צמחית לפיתוח בר-קיימא ובריאות עולמית. Annals of Botany, 105 (7), 1073–1080.