31.3 Næringaraðlögun plantna

Hæfniviðmið

Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:

• Skilið næringaraðlögun plantna
• Lýst svepprótum
• Útskýrt niturbindingu

Plöntur afla sér fæðu á tvo mismunandi vegu. Frumbjarga plöntur geta myndað eigin fæðu úr ólífrænum hráefnum, svo sem koltvíoxíði og vatni, með ljóstillífun í sólarljósi. Grænar plöntur tilheyra þessum hópi. Sumar plöntur eru hins vegar ófrumbjarga: þær eru algerir sníklar og skortir blaðgrænu. Slíkar plöntur, sem kallast alsníkjur, geta ekki myndað lífrænt kolefni og taka öll næringarefni sín frá hýsilplöntunni.

Plöntur geta einnig nýtt sér aðstoð örvera við öflun næringarefna. Tilteknar tegundir baktería og sveppa hafa þróast með ákveðnum plöntum og mynda samhjálparsamlíf við rætur þeirra. Þetta bætir næringu bæði plöntunnar og örverunnar. Myndun rótarhnýða í belgjurtum og myndun sveppróta má telja til næringaraðlögunar plantna. Þetta eru þó ekki einu aðlögunargerðirnar; margar plöntur hafa aðra aðlögun sem gerir þeim kleift að þrífast við sérstakar aðstæður.

Tengill í námsefni

Þetta myndband fer yfir grunnhugtök ljóstillífunar. Smelltu á hvern flipa vinstra megin til að velja efni til upprifjunar.

Niturbinding: samskipti róta og baktería

Nitur er mikilvægt stórnæringarefni vegna þess að það er hluti kjarnsýra og prótína. Nitur í andrúmslofti, sameindin N₂, er stærsti niturforðinn í vistkerfum á landi. Plöntur geta þó ekki nýtt þetta nitur beint, því þær hafa ekki nauðsynleg ensím til að breyta því í líffræðilega nýtanleg form. Nitur getur hins vegar bundist, sem þýðir að hægt er að breyta því í ammoníak (NH₃) með líffræðilegum, eðlisfræðilegum eða efnafræðilegum ferlum. Eins og þú hefur lært er líffræðileg niturbinding (BNF) umbreyting niturs úr andrúmslofti (N₂) í ammoníak (NH₃), og hana framkvæma eingöngu dreifkjörnungar, svo sem jarðvegsbakteríur eða blábakteríur. Líffræðileg ferli leggja til 65 prósent af því nitri sem notað er í landbúnaði. Eftirfarandi jafna sýnir ferlið:

Mikilvægasta uppspretta BNF er samhjálparsamlíf jarðvegsbaktería og belgjurta, þar á meðal margra nytjaplantna sem eru mikilvægar mönnum (Mynd 31.10). NH₃ sem verður til við bindingu er hægt að flytja inn í plöntuvef og fella inn í amínósýrur, sem síðan eru notaðar til að mynda plöntuprótín. Sum fræ belgjurta, svo sem sojabaunir og jarðhnetur, innihalda mikið prótín og eru meðal mikilvægustu prótíngjafa landbúnaðar í heiminum.

Myndræn tenging

Bændur rækta oft maís, sem er kornjurt, og sojabaunir, sem eru belgjurt, til skiptis á sama akri eftir ræktunartímabilum. Hvaða ávinning gæti slík skiptirækt haft?

Sojabaunir geta bundið nitur í rótum sínum, sem eru ekki uppskornar í lok vaxtartímabilsins. Nitrið neðanjarðar getur nýst maísnum á næsta ræktunartímabili.

Jarðvegsbakteríur sem kallast einu nafni rótarhnýðisbakteríur mynda samlífi við rætur belgjurta og sérhæfð rótarhnýði þar sem niturbinding fer fram. Ferlið felur í sér afoxun niturs úr andrúmslofti í ammoníak með hjálp ensímsins nítrogenasa. Notkun rótarhnýðisbaktería er því náttúruleg og umhverfisvæn leið til að bera næringu á plöntur, ólíkt tilbúnum áburði sem nýtir óendurnýjanlega auðlind á borð við jarðgas. Með samlífisniturbindingu nýtur plantan góðs af nær ótakmarkaðri niturlind úr andrúmsloftinu. Ferlið stuðlar um leið að frjósemi jarðvegs, því rótarkerfi plöntunnar skilur eftir sig hluta af líffræðilega aðgengilegu nitri. Eins og í öllu samlífi njóta báðar lífverurnar góðs af tengslunum: plantan fær ammoníak og bakteríurnar fá kolefnissambönd sem myndast við ljóstillífun, auk verndaðs vaxtarstaðar (Mynd 31.11).

Svepprætur: samlífi sveppa og róta

Næringarskortssvæði getur myndast þegar upptaka jarðvegslausnar er hröð, styrkur næringarefna er lágur, flæðihraði er lítill eða jarðvegsraki er lítill. Þessar aðstæður eru mjög algengar og því reiða flestar plöntur sig á sveppi til að auðvelda upptöku steinefna úr jarðvegi. Sveppir mynda samlífi við plönturætur sem kallast svepprætur; þá verða sveppirnir hluti af sjálfri byggingu rótarinnar. Sveppirnir nema land í lifandi rótarvef meðan plantan vex virkt.

Með svepprótum fær plantan aðallega fosfat og önnur steinefni, svo sem sink og kopar, úr jarðvegi. Sveppurinn fær næringarefni, svo sem sykrur, frá plönturótinni (Mynd 31.12). Svepprætur auka yfirborðsflatarmál rótarkerfis plöntunnar, því mjóir sveppþræðir geta breiðst út fyrir næringarskortssvæðið. Sveppþræðir geta vaxið inn í smá jarðvegsholur og veitt aðgang að fosfór sem annars væri óaðgengilegur plöntunni. Gagnleg áhrif á plöntuna sjást best í rýrum jarðvegi. Ávinningur sveppsins er að hann getur fengið allt að 20 prósent af heildarkolefninu sem plantan aflar. Svepprætur virka einnig sem efnisleg hindrun gegn sýklum. Þær örva almenn varnarkerfi hýsilsins og stundum framleiða sveppirnir sýklalyfjasambönd.

Til eru tvær megintegundir sveppróta: útsvepprætur og innsvepprætur. Útsvepprætur mynda umfangsmikið, þétt slíður utan um ræturnar sem kallast möttull. Sveppþræðir teygja sig frá möttlinum út í jarðveginn og auka yfirborðsflatarmál fyrir upptöku vatns og steinefna. Þessi tegund sveppróta finnst í skógartrjám, einkum barrtrjám, birki og eik. Innsvepprætur, einnig kallaðar greinóttar svepprætur, mynda ekki þétt slíður utan um rótina. Í staðinn er mýsli sveppsins fellt inn í rótarvefinn. Innsvepprætur finnast í rótum meira en 80 prósenta landplantna.

Næringarefni frá öðrum uppsprettum

Sumar plöntur geta ekki framleitt eigin fæðu og þurfa að fá næringu frá öðrum uppsprettum. Þetta getur átt við um plöntur sem eru sníkjuplöntur eða rotplöntur. Sumar plöntur eru samhjálparsamlífisverur, ásætur eða skordýraætur.

Sníkjuplöntur

Sníkjuplanta er háð hýsli sínum til að lifa af. Sumar sníkjuplöntur hafa engin laufblöð. Dæmi um slíka plöntu er silki (Mynd 31.13), sem hefur veikbyggðan, sívalan stöngul sem vefur sig utan um hýsilinn og myndar sogfæri. Frumur frá sogfærunum ráðast inn í stöngul hýsilsins og tengjast æðaknippum hans. Sníkjuplantan fær vatn og næringarefni í gegnum þessar tengingar. Plantan er alsníkill vegna þess að hún er algjörlega háð hýsli sínum. Aðrar sníkjuplöntur, hálfsníklar, ljóstillífa að fullu og nota hýsilinn aðeins sem uppsprettu vatns og steinefna. Til eru um 4.100 tegundir sníkjuplantna.

Rotplöntur

Rotplanta er planta sem hefur ekki blaðgrænu og fær fæðu sína úr dauðu efni, líkt og bakteríur og sveppir. Athugið að sveppir eru oft kallaðir rotlífverur, en það er ónákvæmt í þessu samhengi vegna þess að sveppir eru ekki plöntur. Slíkar plöntur nota ensím til að breyta lífrænum fæðuefnum í einfaldari form sem þær geta tekið upp næringarefni úr (Mynd 31.14). Flestar rotplöntur melta þó ekki dautt efni beint; í staðinn sníkja þær á sveppum sem melta dautt efni, eða eru í svepprótarsamlífi, og fá að lokum ljóstillífunarafurðir frá sveppi sem fékk þær frá hýsli sínum. Rotplöntur eru sjaldgæfar; aðeins fáum tegundum hefur verið lýst.

Samlífisverur

Samlífisvera er planta í samlífi og hefur sérstaka aðlögun, til dæmis svepprætur eða rótarhnýði (Mynd 31.12 og Mynd 31.11).

Ásætur

Ásæta er planta sem vex á annarri plöntu en er ekki háð henni um næringu (Mynd 31.16). Ásætur hafa tvær gerðir róta: festiloftrætur, sem taka upp næringarefni úr moldarefni sem safnast fyrir í sprungum trjáa, og loftrætur, sem taka upp raka úr andrúmsloftinu.

Skordýraætandi plöntur

Skordýraætandi planta hefur sérhæfð laufblöð til að laða að og melta skordýr. Flugugildra er þekkt dæmi um skordýraætandi næringarnám og hefur laufblöð sem virka sem gildrur (Mynd 31.17). Steinefnin sem hún fær úr bráðinni bæta upp skort í súrum mýrarjarðvegi á náttúrulegu útbreiðslusvæði hennar á strandsléttum Norður-Karólínu. Þrjú skynhár eru í miðju hvors helmings laufblaðsins. Brúnir laufblaðsins eru þaktar löngum göddum. Nektar sem plantan seytir laðar flugur að laufblaðinu. Þegar fluga snertir skynhárin lokast laufblaðið samstundis. Síðan brjóta vökvar og ensím bráðina niður og steinefni eru tekin upp af laufblaðinu. Þar sem plantan er vinsæl í garðyrkju er henni ógnað í náttúrulegum heimkynnum sínum.