31.1 Næringarþörf plantna

Hæfniviðmið

Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:

• Lýst því hvernig plöntur afla sér næringarefna
• Talið upp frumefni og efnasambönd sem nauðsynleg eru fyrir eðlilega næringu plantna
• Lýst lífsnauðsynlegu næringarefni

Plöntur eru sérstakar lífverur að því leyti að þær geta tekið upp næringarefni og vatn með rótarkerfinu og koltvíoxíð úr andrúmsloftinu. Jarðvegsgæði og loftslag eru helstu þættirnir sem ráða útbreiðslu og vexti plantna. Samspil næringarefna í jarðvegi, vatns og koltvíoxíðs, ásamt sólarljósi, gerir plöntum kleift að vaxa.

Efnafræðileg samsetning plantna

Þar sem plöntur þurfa næringarefni í formi frumefna, svo sem kolefnis og kalíums, er mikilvægt að skilja efnafræðilega samsetningu plantna. Meirihluti rúmmáls plöntufrumu er vatn; það nemur venjulega 80 til 90 prósentum af heildarþyngd plöntunnar. Jarðvegur er vatnsuppspretta landplantna og getur verið ríkuleg vatnsuppspretta, jafnvel þegar hann virðist þurr. Rætur plantna taka upp vatn úr jarðvegi með rótarhárum og flytja það upp til laufblaðanna um viðarvefinn. Þegar vatnsgufa tapast frá laufblöðunum draga útgufun og skautun vatnssameinda, sem gerir þeim kleift að mynda vetnistengi, meira vatn frá rótunum upp um plöntuna til laufblaðanna (Mynd 31.2). Plöntur þurfa vatn til að styðja frumubyggingu, sinna efnaskiptum, flytja næringarefni og framkvæma ljóstillífun.

Plöntufrumur þurfa lífsnauðsynleg efni, sem kallast einu nafni næringarefni, til að viðhalda lífi. Næringarefni plantna geta verið lífræn eða ólífræn efnasambönd. Lífrænt efnasamband er efnasamband sem inniheldur kolefni, svo sem kolvetni, lípíð, prótín og kjarnsýrur, og er myndað af lifandi lífveru. Kolefni sem plöntur taka úr CO₂ í andrúmsloftinu er fellt inn í lífrænar sameindir og myndar því meirihluta þurrmassa flestra plantna. Ólífrænt efnasamband inniheldur ekki kolefni, að CO₂ undanskildu, og er hvorki hluti af lifandi lífveru né myndað af henni. Ólífræn efni, sem mynda meirihluta jarðvegslausnarinnar, eru almennt kölluð steinefni; þau sem plöntur þurfa eru meðal annars nitur (N) og kalíum (K), sem nýtast í byggingu og stjórnun.

Lífsnauðsynleg næringarefni

Plöntur þurfa aðeins ljós, vatn og um það bil 20 frumefni til að uppfylla allar lífefnafræðilegar þarfir sínar; þessi 20 frumefni kallast lífsnauðsynleg næringarefni (Tafla 31.1). Til að frumefni teljist lífsnauðsynlegt þarf það að uppfylla þrjú skilyrði: 1) planta getur ekki lokið lífsferli sínum án frumefnisins; 2) ekkert annað frumefni getur gegnt hlutverki þess; og 3) frumefnið tekur beinan þátt í næringu plöntunnar.

Stórnæringarefni og snefilefni

Lífsnauðsynlegum frumefnum má skipta í tvo hópa: stórnæringarefni og snefilefni. Næringarefni sem plöntur þurfa í meira magni kallast stórnæringarefni. Um helmingur lífsnauðsynlegu frumefnanna telst til stórnæringarefna: kolefni, vetni, súrefni, nitur, fosfór, kalíum, kalsíum, magnesíum og brennisteinn. Fyrsta stórnæringarefnið, kolefni (C), er nauðsynlegt til að mynda kolvetni, prótín, kjarnsýrur og mörg önnur efnasambönd; það er því til staðar í öllum stórsameindum. Að meðaltali er þurrþyngd frumu, að vatni undanskildu, 45 prósent kolefni. Eins og sést á Mynd 31.3 er kolefni lykilhluti lífsameinda plantna, en næst koma súrefni (45 prósent) og vetni (6 prósent), sem eru næstalgengustu frumefnin í plöntum.

Þriðja algengasta frumefnið í plöntufrumum er nitur (N); það er hluti prótína og kjarnsýra. Nitur er einnig notað við nýmyndun sumra vítamína. Vetni og súrefni eru stórnæringarefni sem eru hluti margra lífrænna efnasambanda og mynda einnig vatn. Súrefni er nauðsynlegt fyrir frumuöndun; plöntur nota súrefni til að geyma orku í formi ATP. Fosfór (P), annað stórnæringarefni, er nauðsynlegur fyrir nýmyndun kjarnsýra og fosfólípíða. Sem hluti af ATP gerir fosfór kleift að umbreyta orku úr fæðu í efnaorku með oxunarfosfórun. Á sama hátt er ljósorku breytt í efnaorku við ljósfosfórun í ljóstillífun og í efnaorku sem er síðan unnin við öndun. Brennisteinn er hluti tiltekinna amínósýra, svo sem cysteins og metíóníns, og er í nokkrum kóensímum. Brennisteinn gegnir einnig hlutverki í ljóstillífun sem hluti af rafeindaflutningskeðjunni, þar sem róteindastiglar gegna lykilhlutverki í umbreytingu ljósorku í ATP. Kalíum (K) er mikilvægt vegna hlutverks þess við stjórnun á opnun og lokun loftaugna. Sem op fyrir gasskipti hjálpa loftaugu til við að viðhalda heilbrigðu vatnsjafnvægi; kalíumjónadæla styður þetta ferli.

Magnesíum (Mg) og kalsíum (Ca) eru einnig mikilvæg stórnæringarefni. Hlutverk kalsíums er tvíþætt: að stjórna flutningi næringarefna og styðja við virkni margra ensíma. Magnesíum er mikilvægt fyrir ljóstillífun. Þessi steinefni, ásamt snefilefnunum sem lýst er hér á eftir, stuðla einnig að jónajafnvægi plöntunnar.

Auk stórnæringarefna þurfa lífverur ýmis frumefni í litlu magni. Þessi snefilefni eru til staðar í mjög litlu magni. Þau eru meðal annars bór (B), klór (Cl), mangan (Mn), járn (Fe), sink (Zn), kopar (Cu), mólýbden (Mo), nikkel (Ni), kísill (Si) og natríum (Na).

Skortur á einhverju þessara næringarefna, einkum stórnæringarefnunum, getur haft slæm áhrif á vöxt plantna (Mynd 31.4). Eftir því hvaða næringarefni skortir getur skorturinn valdið vanvexti, hægum vexti eða klórósu, það er gulnun laufblaða vegna minnkaðrar blaðgrænu. Mjög mikill skortur getur valdið því að laufblöð sýni merki um frumudauða.

Tengill í námsefni

Farðu á þessa vefsíðu til að taka þátt í gagnvirkri tilraun um næringarskort plantna. Þú getur stillt magn N, P, K, Ca, Mg og Fe sem plönturnar fá og séð hvað gerist.

Tenging við daglegt líf: Vatnsræktun

Vatnsræktun er aðferð til að rækta plöntur í vatns- og næringarlausn í stað jarðvegs. Frá því að aðferðin kom fram hefur vatnsræktun þróast í ræktunarferli sem rannsakendur nota oft. Vísindamenn sem vilja rannsaka næringarskort plantna geta notað vatnsræktun til að kanna áhrif mismunandi samsetninga næringarefna við strangt stýrðar aðstæður. Vatnsræktun hefur einnig þróast sem leið til að rækta blóm, grænmeti og aðrar nytjaplöntur í gróðurhúsum. Þú gætir fundið vatnsræktaðar afurðir í matvöruversluninni þinni. Í dag eru mörg salöt og margir tómatar á markaði ræktaðir með vatnsræktun.