معلومة

لماذا يتم امتصاص أيونات البوتاسيوم والنترات في النباتات بشكل أسرع من أيونات أخرى؟


نقلاً عن كتابي في علم الأحياء من المستوى الأول:

تمتص النباتات $ ce {K ^ +، NO3 ^ -} $ أسرع من أي أيونات أخرى. حيث إن $ ce {Ca ^ 2 +، SO4 ^ 2 -} $ يتم امتصاصه بأبطأ سرعة.

ماهو السبب؟

تفكيري: أولاً على الرغم من أن حجم الأيونات سيكون مهمًا في هذه الحالة. من الواضح أن $ ce {K ^ +} $ أصغر من $ ce {Ca ^ 2 +} $ ، ثم "بدا لي" أن الأيونات الأصغر سيتم امتصاصها بشكل أسرع. يمكن تطبيق نفس المنطق على $ ce {NO3 ^ -، SO4 ^ 2 -} $. ولكن هناك أيونات أصغر من $ ce {K ^ +} $ والتي يتم امتصاصها بشكل أبطأ على سبيل المثال. $ ce {Na +} $. لذا ، من الواضح أن الحجم فقط لا يهم هنا. هناك عوامل أخرى.


بما أن النباتات تمتص المعادن مثل البوتاسيوم والكالسيوم والكبريت وما إلى ذلك في شكلها الأيوني ، مثل K+، لا3-، وبالتالي42-، كاليفورنيا2+، فهم بحاجة إلى استيعابها بنشاط. نظرًا لأن هذه الأيونات مشحونة ، فإنها تواجه صعوبة أثناء المرور عبر غشاء البلازما. وبالتالي ، تحتاج النباتات إلى إنفاق الطاقة من أجل نقلها. لهذا ، يستخدمون بروتينات ATP ونقل الغشاء. تنقل هذه الناقلات الأيونات عبر غشاء الخلية مع أيون مصاحب (H+) وذلك للحفاظ على التدرج الكهروكيميائي. نتيجة لذلك (جزئيًا) ، تكون هذه الناقلات انتقائية للغاية للأيونات التي تحملها. على سبيل المثال ، حرف K.+ لن يقوم الناقل بنقل SO42- أو أيون آخر. انظر إلى هذه الإجابة لترى كيف يحقق الناقلون هذه الانتقائية.

يوضح الجزء أعلاه كيفية انتقال الأيونات في النباتات. الآن ، دعنا نأتي إلى السؤال الرئيسي ، وهو لماذا يتم نقل بعض الأيونات بشكل أسرع من غيرها. حسنًا ، لا توجد إجابة محددة لهذا (على الأقل ما أعرفه). لكن يمكنني التفكير في سببين محتملين لهذا (باستخدام أمثلة K.+، كاليفورنيا2+، لا3- و حينئذ42-):

  • حجم الشحن: حقيقة واحدة هنا هي أن كلا من K.+ و لا3- لديك تكلفة $ / pm 1 $ ، بينما Ca2+ و حينئذ42- بتكلفة 2 $ / pm $ 2. وماذا في ذلك؟ هذا يجعل نقلهم أكثر صعوبة قليلاً. على سبيل المثال ، لنقل K.+ عبر الغشاء ، سوف ينقض الناقل 1 H.+ مقابل 1 ك+، في حين أن مضادًا مماثلًا سينقل 2 H.+ لإحضار 1 Ca2+ في. من الواضح أن هذا لا يفسر الفرق بين الأيونات بنفس الشحنة ، وهو ما يبدو أن النقطة التالية تفعله.

  • المتطلبات: أحد أهم النقاط التي يجب وضعها في الاعتبار هنا هو الاختلاف في متطلبات الأيونات المختلفة حسب المصنع. هذا هو سبب تقسيم المغذيات النباتية الكبيرة (أي المطلوبة بكميات كبيرة) إلى مغذيات كبيرة أولية (N ، P ، K) ومغذيات كبيرة ثانوية (جميع العناصر الأخرى ، بما في ذلك Ca ، S ، Na). كما ترى ، يعتبر النيتروجين والبوتاسيوم في الغالب من العوامل المحددة لإنتاج المحاصيل. هذا هو السبب في أن النباتات تتطلبها بكميات كبيرة ، وبالتالي محاولة امتصاصها في أسرع وقت ممكن. هذا ، جزئيًا ، يفسر سبب وجود K.+ و لا3- (مصدر النيتروجين الاصطناعي الوحيد بخلاف NH4+) تمتصه النباتات بشكل أسرع بينما Ca2+ و حينئذ42- يتم امتصاصها ببطء.

مراجع:

  • امتصاص المعادن - ويكيبيديا

  • المغذيات النباتية الثانوية: الكالسيوم والمغنيسيوم والكبريت - جامعة ولاية ميسيسيبي


تحتاج النباتات إلى 16 عنصرًا لتنمو بطريقة صحية وتنتج جذورًا قوية أو أزهارًا أو فاكهة أو أوراقًا. وفقًا لوزارة الزراعة في ولاية كارولينا الشمالية وخدمات المستهلك ، تنقسم هذه العناصر إلى معادن وغير معدنية. العناصر غير المعدنية هي الكربون والهيدروجين والأكسجين ، والتي تمتصها النباتات من الهواء والماء. هناك 13 عنصرًا غذائيًا معدنيًا ضروريًا لنمو النبات الصحي. وهي مقسمة إلى مغذيات كبيرة ، تحتاج النباتات إلى الكثير منها ، والمغذيات الدقيقة التي تحتاجها النباتات بكميات ضئيلة.

والمغذيات الأساسية هي النيتروجين (N) والفوسفور (P) والبوتاسيوم (K). تمتص النباتات هذه العناصر الغذائية من التربة ، ولكن سرعان ما تنضب التربة من هذه العناصر الغذائية الرئيسية لأن النباتات تستخدم كميات كبيرة. عادة ما يستبدل البستانيون هذه العناصر الغذائية من خلال الأسمدة. أكياس الأسمدة النباتية عليها أرقام مثل 24-8-16 ، 10-10-10 أو أرقام أخرى. تشير هذه الأرقام إلى نسبة النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم في كل كيس من السماد.

N و P و K ضروريان لنمو النبات ، وكل عنصر يتحكم ويؤثر على مرحلة مختلفة من نمو النبات. وفقًا لتقويم المزارع القديم ، يعزز النيتروجين نمو الأوراق واللون الأخضر في النباتات. يعزز الفوسفور نمو الجذور ، وهو أمر مهم لمساعدة النباتات على النمو بقوة بمرور الوقت. يساعد البوتاسيوم ، المدرج أيضًا في أكياس الأسمدة مثل البوتاس ، النبات على مقاومة الأمراض ويحافظ على مرونته لتحمل أشياء مثل تقلبات درجات الحرارة.


النمو الزائد في أوراق الشجر

أحد الإجراءات الرئيسية للنيتروجين هو زيادة إنتاج الكلوروفيل ، وتتم هذه العملية عن طريق إنشاء هياكل أوراق أكبر مع مساحات سطح أكبر للصبغة الضوئية. النيتروجين الزائد يغذي نمو أوراق الشجر بسرعة بحيث تبدو حديقتك وكأنها غابة أصبحت برية ، لكن نمو النباتات الأخرى يعاني نتيجة لذلك. يتم إعادة توجيه الطاقة اللازمة لنمو الأزهار إلى تكاثر أوراق الشجر ، لذلك قد لا تنتج النباتات حتى الأعضاء التناسلية الضرورية خلال موسم النمو.


درجة حموضة التربة وتوافر المغذيات النباتية

درجة حموضة التربة هي خاصية تصف الحموضة أو القلوية النسبية للتربة. من الناحية الفنية ، يتم تعريف الرقم الهيدروجيني على أنه القيمة السالبة (-) لوغاريتم أو القيمة 10 الأساسية لتركيز أيونات الهيدروجين (H +). سيكون الماء النقي قريبًا من الرقم الهيدروجيني المحايد ، أي 10 إلى 7 ناقص تركيز أيونات H + (10-7 [H +]). يتم التعبير عن هذا التركيز على أنه 7. أي قيمة أعلى من 7 تعني أن تركيز أيون H + أقل من الرقم الهيدروجيني المحايد والمحلول قلوي وهناك المزيد من أيونات الهيدروكسيل (OH-) الموجودة أكثر من أيونات H +. أي قيمة أقل من 7 تعني أن تركيز أيون H + أكبر منه عند درجة الحموضة المحايدة وأن المحلول حمضي. تعتبر التربة حمضية أقل من الرقم الهيدروجيني 5 ، وحمضية جدًا أقل من الرقم الهيدروجيني 4. على العكس ، تعتبر التربة قلوية أعلى من الرقم الهيدروجيني 7.5 وقلوية جدًا فوق الرقم الهيدروجيني 8. عادةً ، يتم قياس قيم الأس الهيدروجيني للتربة عند 10 جم من يتم خلط التربة المجففة بالهواء مع 20 مل من الماء المقطر المزدوج أو 20 مل من 0.01 M CaCl2 المحلول ، ويتم قياس الأس الهيدروجيني باستخدام قطب كهربائي مناسب متصل بمقياس الأس الهيدروجيني. يعد تحليل التربة هذا جزءًا منتظمًا من معظم بروتوكولات اختبار التربة إن لم يكن كلها.

يتأثر توافر بعض المغذيات النباتية بشكل كبير من خلال درجة الحموضة في التربة. ودرجة حموضة التربة "المثالية" قريبة من درجة الحموضة المتعادلة ، وتعتبر التربة المحايدة تقع ضمن نطاق يتراوح من درجة حموضة حمضية طفيفة تبلغ 6.5 إلى درجة حموضة قلوية قليلاً تبلغ 7.5. لقد تم تحديد أن معظم المغذيات النباتية متاحة على النحو الأمثل للنباتات ضمن نطاق 6.5 إلى 7.5 درجة الحموضة ، بالإضافة إلى أن هذا النطاق من الرقم الهيدروجيني متوافق بشكل عام جدًا مع نمو جذر النبات.

النيتروجين (N) والبوتاسيوم (K) و Sulfer (S) هي مغذيات نباتية رئيسية يبدو أنها أقل تأثراً بدرجة حموضة التربة بشكل مباشر من العديد من الأنواع الأخرى ، ولكنها لا تزال إلى حد ما. ومع ذلك ، يتأثر الفوسفور (P) بشكل مباشر. عند قيم الأس الهيدروجيني القلوية ، التي تزيد عن 7.5 على سبيل المثال ، تميل أيونات الفوسفات إلى التفاعل بسرعة مع الكالسيوم (Ca) والمغنيسيوم (Mg) لتشكيل مركبات أقل قابلية للذوبان. عند قيم الأس الهيدروجيني الحمضية ، تتفاعل أيونات الفوسفات مع الألومنيوم (Al) والحديد (Fe) لتكوين مركبات أقل قابلية للذوبان مرة أخرى. تميل معظم العناصر الغذائية الأخرى (خاصة المغذيات الدقيقة) إلى أن تكون أقل توفرًا عندما يكون الرقم الهيدروجيني للتربة أعلى من 7.5 ، وفي الواقع تكون متاحة على النحو الأمثل عند درجة حموضة حمضية قليلاً ، على سبيل المثال 6.5 إلى 6.8. الاستثناء هو الموليبدينوم (Mo) ، والذي يبدو أنه أقل توفرًا في ظل درجة الحموضة الحمضية وأكثر توفرًا عند قيم الأس الهيدروجيني القلوية المعتدلة.

في بعض الحالات ، تتم إضافة المواد إلى التربة لضبط درجة الحموضة. على نطاق ميداني ، هذا هو الأكثر شيوعًا للتربة الحمضية لرفع درجة الحموضة من 4.5 إلى 5.5 إلى 6.5 أو الاقتراب من الحياد. يتم ذلك عن طريق تطبيق ودمج مادة الجير ، غالبًا ما تكون من الحجر الجيري المطحون ناعماً أو الحجر الجيري الدولوميت ، والتي تنتشر باستخدام موزعات الجير المتخصصة ، أو نثرات الدوران المتوافقة مع أنظمة الاهتزاز لمنع سد المواد في قواديس الناشرات. من الممكن خفض الرقم الهيدروجيني للتربة باستخدام محلول حامض سائل ، أو عنصر S مطحون ناعماً يتأكسد إلى حمض الكبريتيك من خلال عمل التربة التي تسكن البكتيريا المؤكسدة S. ومع ذلك ، نادرًا ما يتم ذلك على أساس النطاق الميداني بسبب التكلفة العالية. يتم إجراؤه بشكل أكثر شيوعًا في تطبيقات إنتاج البستنة حيث تتم إدارة حاويات النباتات الفردية أو المساحات المحدودة (على سبيل المثال & lt10 إلى 20 فدانًا) لخفض درجة الحموضة للنباتات المكيفة للتربة الحمضية مثل بعض الزهور والأشجار و / أو الفواكه الصغيرة (مثل العنبية و كرز). من المهم ملاحظة أن معظم إنتاج المحاصيل الجاري سوف يخفض تدريجياً من درجة حموضة التربة حيث يتم إطلاق أيونات H + وتحويلها إلى نترات بواسطة ميكروبات التربة. هذا صحيح بشكل خاص حيث يتم استخدام الأسمدة N مثل الأمونيا اللامائية وكبريتات الأمونيوم واليوريا.

سواء كنت تحاول ضبط درجة الحموضة أم لا ، فمن المهم أن تفهم الطرق الأخرى لزيادة توافر واستخدام العناصر الغذائية المضافة. يمكن القيام بذلك بعدة طرق للمغذيات المذكورة أعلاه والتي تتأثر سلبًا من خلال التطرف في درجة الحموضة في التربة أو الحمضية أو القلوية. على سبيل المثال ، يمكن استخدام السماد المحتوي على P في صف البذور أو بالقرب منه عند الزراعة لتسهيل امتصاص أيونات الفوسفات في بداية الموسم بواسطة جذور المحاصيل قبل السماح لها بالتفاعل مع كاتيونات التربة التي تهيمن تحت ظروف الأس الهيدروجيني للتربة الحمضية أو القلوية. في ظل قيم الأس الهيدروجيني للتربة القلوية ، يمكن استخدام الأسمدة الفوسفاتية في حزم مع الأسمدة التي تولد شكلًا مؤينًا من الأمونيا (NH4). سيسمح ذلك بتحميض طفيف للتربة المجاورة لشريط الأسمدة. طريقة أخرى هي تصنيع حبيبات السماد المغذي المركب التي تحتوي على N ، P ، وحتى الأسمدة المحتوية على عنصر S ، لتطبيقها على التربة القلوية. سيتم أيضًا تحميض التربة المجاورة للحبيبات قليلاً مما يسمح بامتصاص محسن للفوسفور عندما تعترض جذور المحاصيل الحبيبات. مثال آخر هو التطبيق الورقي لمركبات سماد الحديد القابلة للذوبان على المحاصيل التي تعاني من نقص الحديد والتي تزرع في تربة ذات درجة حموضة عالية حيث يتفاعل السماد بسرعة كبيرة مع التربة بحيث تكون المغذيات مرتبطة وغير متوفرة للنباتات. هذا هو السبب في أن الأسمدة الحديدية المطبقة في التربة لا تصحح عيوب الحديد بنجاح. من خلال تجنب التربة وتطبيق الحديد على الأوراق ، يتم إدخال كمية صغيرة من الحديد المطلوب للنبات بنجاح في المحصول.

في المرة القادمة التي يتم فيها أخذ عينات من التربة في حقلك ، خذ وقتك في تدوين قيم الأس الهيدروجيني في نتائجك. من المفيد مقارنة هذه القيم بقيم الأس الهيدروجيني لاختبار التربة السابقة وتحديد ما إذا كان هناك اتجاه لتغيير درجة الحموضة في التربة. من خلال مراقبة قيم الأس الهيدروجيني بانتظام (كل 2 إلى 3 سنوات) في أحد الحقول ، يمكنك التفكير في اتخاذ إجراء لرفع درجة الحموضة في التربة من قيم الأس الهيدروجيني الحمضية إلى القيم القريبة من المحايدة عن طريق التجيير. يمكن زيادة توافر المغذيات وتحسين نمو المحاصيل عند إضافة مادة الجير إلى التربة شديدة الحموضة. يمكن أن يكون هذا مهمًا بشكل خاص للمحاصيل التي تتطلب درجة حموضة محايدة ، مثل الأعلاف البقولية أو البقول ، لأن بكتيريا نوع Rhizobia لا تعقِّد وتثبت النيتروجين بشكل فعال تحت قيم pH أقل من 5.5


دور العناصر المعدنية في النباتات

تؤدي العناصر المعدنية ، عند وجودها على شكل أيونات أو كمكونات أو جزيئات عضوية ، العديد من الوظائف الهامة في النباتات بعدد من الطرق المختلفة (الجدول 9-3).

وهي مكونات مهمة للبروتوبلازم وجدار الخلية ، على سبيل المثال ، يوجد الكبريت في البروتينات ، والفوسفور في البروتينات النووية وفوسفات الأدينوزين ، والمغنيسيوم في الكلوروفيل ، وبكتات الكالسيوم في الصفيحة الوسطى. تؤثر الأملاح المعدنية الذائبة في النسغ الخلوي جزئيًا على الضغط الاسموزي للخلية.

تؤثر الأملاح المعدنية التي يتم امتصاصها من التربة أيضًا على الرقم الهيدروجيني لنسغ الخلايا وكذلك السيتوبلازم. تعتبر أنظمة الفوسفات والكربونات من أهم أنظمة عازلة المصنع. تنشأ في المواد التي يمتصها النبات من بيئاته.

المكونات الموجبة لأنظمة المخزن المؤقت للنبات ، بخلاف أيون H + هي عناصر معدنية مثل البوتاسيوم والكالسيوم والصوديوم والمغنيسيوم. نظام المخزن المؤقت هو خليط من حمض ضعيف وملحه مثل حمض الكربونيك + كربونات الصوديوم.

إنه يمكّن السيتوبلازم والنسغ الخلوي للخلية من مقاومة التغيرات في الأس الهيدروجيني بسبب فقدان أو إضافة أيونات H + أو OH & # 8211. تؤثر الكاتيونات والأنيونات على نفاذية الأغشية السيتوبلازمية. على سبيل المثال ، الكالسيوم والكاتيونات ثنائية وثلاثية التكافؤ لها تأثير متناقص على نفاذية الأغشية السيتوبلازمية بينما الكاتيونات أحادية التكافؤ لها تأثير متزايد.

علاوة على ذلك ، تؤثر الأيونات المحددة الملامسة للخلية أيضًا على آلية تراكم الأيونات في الخلايا النباتية. أيونات العديد من العناصر المعدنية لها تأثير سام على البروتوبلازم ، مما يتسبب في تفككها حتى في التركيزات المخففة للغاية. بعض هذه الأيونات التي لها تأثير سام هي الألومنيوم والزرنيخ والبورون والنحاس والرصاص والمنغنيز والزئبق والموليبدينوم.

تأثير عدائي:

في بعض الأحيان ، يمكن عكس تأثير أيون واحد بواسطة أيون آخر ويسمى تأثير العداء. يوجد قدر من العداء بين أي زوج من الأملاح. على سبيل المثال ، يزيد كلوريد الصوديوم من نفاذية الأغشية السيتوبلازمية إلى مواد مذابة مختلفة بينما يكون لكلوريد الكالسيوم المضاف إلى الوسط تأثير متناقص.

وبالمثل تقلل أيونات الكالسيوم أيضًا من سمية أيونات النحاس. في الجسم الحي ، تؤدي هذه العناصر وغيرها وظائف موازنة.

التأثيرات التحفيزية:

تشارك بعض المعادن مثل الحديد والنحاس والزنك في الأنظمة التحفيزية وهي مجموعات اصطناعية من إنزيمات معينة. الحديد هو أحد مكونات السيتوكرومات. تعمل المعادن الأخرى مثل المغنيسيوم والمنغنيز والكوبالت كمنشطات أو مثبطات في واحد أو أكثر من الأنظمة الأنزيمية.

بالإضافة إلى ذلك ، قد يتواجد السليكون والألمنيوم والسيلينيوم والكروم والقصدير واليود كعناصر أثرية وقد لا يكون لها دور محدد في استقلاب النبات. لأغراض المناقشة وسهولة فهم العناصر الغذائية يمكن تصنيفها إلى أربع مجموعات.

هذه مذكورة أدناه:

N و S ، في شكل مختزل عبارة عن مكونات مرتبطة تساهميًا من المواد العضوية النباتية.

P ، B ، و Si ، تحدث على شكل فوسفات أو بورات أو سيليكات أوكسيانيون.

K ، Na ، Mg ، Ca ، CI ، لديهم أدوار في التوازن التناضحي والأيوني ولديهم وظائف محددة في تشكيل الإنزيم والتحفيز (على سبيل المثال ، مجمعات البروتينات المعدنية).

Fe ، Cu ، Mo ، Zn ، فهي موجودة كمخلبات هيكلية أو بروتينات معدنية. العناصر الثلاثة الأولى تشارك في تفاعلات الأكسدة والاختزال.

يعطي الجدول 9-5 تصنيفًا وظيفيًا للمغذيات المعدنية التي تحتاجها النباتات العليا.

المعتمد من كلاركسون وهانسون (1980) في المراجعة السنوية لفسيولوجيا النبات ، 31239.

الكربون والهيدروجين والأكسجين:

يتم تأمينها من الهواء والتربة على شكل ثاني أكسيد الكربون والماء ، على التوالي. الغازات الثلاثة هي مكونات البروتوبلازم وجدار الخلية ومعظم المكونات العضوية للنباتات.

باستثناء البقوليات ، يحصل النبات على إمداد النيتروجين بشكل أساسي على شكل نترات (NCT3) من التربة وأيونات الأمونيوم (NH4). تمتلك البقوليات ، التي تحتوي على بكتيريا Rhizobium في عقيداتها ، القدرة على الاستفادة من النيتروجين الجزيئي. في الخلية النباتية ، يتم تقليل أيونات النترات إلى NH42 مجموعة من خلال سلسلة من التفاعلات الأنزيمية.

النيتروجين مكون أساسي للبروتينات والبروتوبلازم والإنزيمات وكذلك الكلوروفيل. وهو أيضًا أحد مكونات البيورينات والبيريميدين والبورفيرينات والإنزيمات المساعدة.

في حين أن البيورينات والبيريميدينات هي مكونات الأحماض النووية (RNA و DNA) ، فإن بنية البورفيرين موجودة في الكلوروفيل وإنزيمات السيتوكروم. كما أنه يحدث في الإنزيمات المساعدة الضرورية لعمل الإنزيمات. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الفيتامينات أيضًا على النيتروجين. عادة ما تكون النباتات المزودة بالنيتروجين المفرط ذات لون أخضر داكن ، وتكثر في أوراق الشجر ولكن عادةً ما يكون نظام الجذر ضعيفًا.

على سبيل المثال ، تحتوي نباتات البطاطس التي تتعرض لنسبة عالية من النيتروجين على درنات صغيرة ولكنها تنمو بشكل غزير. ربما يتأثر انتقال السكر إلى الدرنات والجذور بطريقة ما. علاوة على ذلك ، فإن الكمية الزائدة من النيتروجين تقلل أيضًا من الإزهار وحتى تكوين البذور في العديد من المحاصيل.

ومع ذلك ، فإن نباتات اليوم القصير تعطى زهرة النيتروجين الوفيرة بشكل أسرع. أظهرت نباتات القمح المزودة بجرعات عالية من النيتروجين قابلية متزايدة للصدأ. في فصل لاحق سنناقش تفاصيل التمثيل الغذائي للنيتروجين.

أعراض النقص:

يؤدي نقص النيتروجين إلى اصفرار الأوراق نتيجة فقدان الكلوروفيل أولاً في الأوراق القديمة وأخيراً في الأوراق الصغيرة. تظهر الأعراض أخيرًا في الأوراق اليافعة بسبب حركة النيتروجين لأنها تحصل على النيتروجين المنقول من الأوراق القديمة.

في الحالات الشديدة ، تصبح الأوراق القديمة صفراء وتسقط بينما تظل الأوراق الصغيرة ملتصقة لفترة طويلة ولكنها تتحول إلى اللون الأخضر الباهت بسبب تطور الأنثوسيانين ، مما يجعل أعناق الأوراق والأوردة أرجوانية. بسبب قلة توافر النيتروجين ، يكون نمو الأوراق ضعيفًا وتصاب النباتات بالتقزم بسبب انخفاض تخليق البروتين.

التربة هي مصدر رئيسي لأيونات الفوسفات (H2 ص4 -) وفي المركبات العضوية ، يحدث في شكل مؤكسد.

إنه مكون مهم لكل خلية حية ويدخل في تكوين الدهون الفوسفورية والأحماض النووية والبروتينات النووية والإنزيمات المساعدة مثل NAD و NADP وحتى ATP. يحدث بكثرة في الأنسجة الإنشائية وأعضاء التخزين مثل البذور والفواكه.

إن الإنزيمات المساعدة والإنزيمات مثل NAD و NADP مهمة في تفاعلات تقليل الأكسدة والعديد من العمليات ، مثل التمثيل الضوئي ، وتحلل السكر ، والتنفس ، وتخليق الأحماض الدهنية تعتمد على عملها.

يؤدي استخدام الأسمدة الفوسفاتية إلى التربة إلى تغيير توازن النيتروجين في النباتات ، وبالتالي فإن دور النيتروجين والفوسفور في استقلاب النبات مرتبط بعدة طرق.

أعراض النقص:

النباتات متقزمة ولكنها غالبًا ما تكون خضراء داكنة اللون. تتطور أعناق الأوراق أو الثمار إلى مناطق نخرية. يؤدي نقص الفوسفور إلى تساقط الأوراق قبل الأوان وتصبغ الأنثوسيانين الأرجواني بسبب انخفاض تخليق البروتين وتراكم السكريات في الأعضاء الخضرية.

نظرًا للحركة العالية للفوسفور إلى الأنسجة النامية في النباتات ، فإن الأوراق القديمة هي أول من تظهر عليها أعراض نقص الفوسفور. قد يؤدي نقص الفوسفور أيضًا إلى تشويه شكل الأوراق. قد يتأخر نضج النبات أيضًا.

يُمتص الكالسيوم من التربة في صورة نترات الكالسيوم أو كبريتات الكالسيوم. إنه غير متحرك نسبيًا في النباتات. الأوراق القديمة غنية بالكالسيوم مقارنة بالصغار. وهو أحد مكونات الصفيحة الوسطى ويحدث على شكل بكتات الكالسيوم.

يساعد على تدعيم جدار الخلايا معًا. في بعض الأحيان ، تحتوي فجوات الخلية على بلورات غير قابلة للذوبان من أكسالات الكالسيوم مثل الجرافيد و sphaeroraphides. الكالسيوم ضروري لتكوين أغشية الخلايا والبنى الدهنية.

بكميات صغيرة ، يعد الكالسيوم ضروريًا للتأثير على الانقسام الطبيعي وقد يكون مهتمًا بالكروماتين أو تنظيم المغزل الانقسامي.

يسبب نقصه تشوهات في بنية الكروموسوم وحتى الانقسام. ينشط عددًا من الإنزيمات بما في ذلك α-amylase ويلعب دورًا مهمًا في استقلاب النيتروجين من خلال المشاركة في تقليل النترات. كما أنه يؤثر على نفاذية الأغشية السيتوبلازمية ويثبط دخول الصوديوم والبوتاسيوم.

يظهر أيضًا دور الكالسيوم في التحلل المائي للنشا إلى سكر ونقله اللاحق. وبالتالي يؤدي نقص الكالسيوم إلى تراكم النشا في الأوراق.

وبالمثل ، في ظل نقص الكالسيوم ، ينخفض ​​عدد الميتوكوندريا كما هو مذكور في جذور القمح. يؤدي نقص الكالسيوم إلى موت المناطق الإنشائية. يحدث التكلور على طول حافة الأوراق الصغيرة لتصبح نخرية. تصبح أطراف الأوراق الصغيرة معقوفة ، وتصبح جدران الخلايا صلبة وهشة.

يلعب المغنيسيوم دورًا مهمًا في التمثيل الضوئي وأيض الكربوهيدرات. وهو أحد مكونات جزيء الكلوروفيل ويمنع التكلور البيني للأوراق القديمة. ينشط العديد من إنزيمات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات ، تخليق الحمض النووي (DNA و RNA) من النيوكليوتيدات polyphosphates.

تتضمن هذه التفاعلات نقل الفوسفات ويصبح ATP مرتبطًا بسطح الإنزيم من خلال المغنيسيوم كحامل وسيط ويسهل تكسير الرابطة. يساعد هذا العنصر في الحفاظ على بنية الريبوسومات. ينشط الإنزيمات المشاركة في تخليق الحمض النووي وأيضًا العديد من الإنزيمات الأخرى بما في ذلك بعض الترانسفوسفوريلاز ونزعة الهيدروجين والكربوكسيلاز.

كما أنه يعمل كعامل ارتباط مهم في جزيئات الريبوسوم. يلعب المغنيسيوم دورًا مهمًا في آلية الجهاز التنفسي من خلال تنظيم استقلاب الفوسفات في النباتات. يؤدي نقص المغنيسيوم إلى الإصابة بالكلور بين الأوردة أولاً في الأوراق القديمة ثم في الأوراق الصغيرة.

يحدث بشكل أساسي كملح غير عضوي قابل للذوبان أو أملاح الأحماض العضوية في الخلايا وهو شديد الحركة في النباتات. المناطق الشابة والتي تنمو بنشاط مثل البراعم والأوراق ونصائح الجذر لديها وفرة من K +. ينشط هذا العنصر الإنزيمات المشاركة في تخليق بعض روابط الببتيد أثناء تخليق البروتين.

لذلك ، يؤدي نقص البوتاسيوم إلى انخفاض مستوى البروتين ولكن يؤدي إلى تراكم الأحماض الأمينية والأميدات بشكل كبير أو ينشط أيضًا إنزيمات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات. إنه ضروري لتطوير الكلوروفيل ويحفز تحلل الكربوهيدرات العادي أثناء التنفس.

يؤدي نقص البوتاسيوم إلى إضعاف الأوراق ، والكلور ، وتدحرج الأوراق ، وتوقف النمو وتقصير العقد الداخلية.

يمتص الكبريت من التربة على هيئة أيونات كبريتات ويختزل إلى مجموعة SH في تكوين الأحماض الأمينية الحاملة للكبريت مثل السيستين والميثيونين. كما أنه ضروري لتركيب الفيتامينات الحاملة للكبريت مثل البيوتين والثيامين والإنزيمات المساعدة.

يوجد الكبريت أيضًا كمجموعات سلفيدريل في العديد من الإنزيمات. ينتج عن نقص الكبريت داء الاخضرار العام يليه تصبغ الأنثوسيانين. النباتات التي تعاني من نقص الكبريت تظهر اصفرار الأوراق الصغيرة أولاً. يؤدي النقص الشديد إلى الإصابة بالكلور في جميع الأوراق لأن الكبريت غير متحرك في النبات.

تتراكم الأحماض الأمينية والمركبات الأخرى المحتوية على النيتروجين في الأنسجة ويزداد نشاط التحلل أيضًا. تبدو النباتات متقزمة ويتأخر الإزهار. يتم تحويل الكبريت إلى مركبات عضوية من خلال مشتق الأدينوزين يسمى 3 & # 8242- فوسفودينوسين- 5 & # 8242- فوسفوسلفات (PAPS). يتم إنتاج هذا المركب على حساب ATP. يتم بعد ذلك تقليل جزء الكبريت في PAPS ودمجه في الجزيئات العضوية.

في الحالة الحديدية (Fe +++) يتم امتصاص الحديد ولكن بشكل استقلابي ، يكون نشطًا في الحالة الحديدية. إنه ليس مكونًا من الكلوروفيل ولكنه مهم لتركيبه. وهو مكون من البروتينات الفلافينية ومكون من بروتينات بورفيرين الحديد مثل السيتوكرومات والبيروكسيديز والكتلاز. يعتبر الحديد أيضًا جزءًا مهمًا من اختزال الفيروكسين والنتريت.

النباتات التي تعاني من نقص الحديد تسبب داء الاخضرار بين العروق في الأوراق. يكون التأثير الأقصى في الأوراق الصغيرة بينما قد لا تظهر الأوراق الناضجة الإصابة بالكلور على الإطلاق. الحديد غير متحرك. قد يمنع نقص الحديد تخليق البروتين.

يعتقد العديد من العلماء أن الحديد هو منشط أساسي للإنزيمات التي تحفز التفاعلات المشاركة في تخليق الكلوروفيل. إذا تم وضع ملح الحديد بشكل قابل للذوبان على الأوراق المصفرة ، يتطور اللون الأخضر في الأماكن التي تغلغل فيها الملح في الأوراق.


أشكال المغذيات النباتية الأساسية

لكي يستخدمها النبات ، يجب تقسيم المغذيات الأساسية إلى شكلها الأساسي. يجب أن تكون المغذيات على شكل أيون موجب الشحنة (كاتيون) أو أيون سالب الشحنة (أنيون). لا يمكن للنبات استخدام المركبات العضوية ، مثل تلك الموجودة في السماد الطبيعي أو الأوراق الميتة ، حتى يتم تقسيمها إلى أشكالها الأولية أو الأيونية.

أيضًا ، لا يمكن للنباتات استخدام عنصر ليس بالشكل المناسب (أيون معين) حتى لو كان موجودًا بتركيزات عالية في التربة. على سبيل المثال ، فإن وجود الحديد (Fe) في التربة لن يضمن توفر كمية كافية من أيونات الحديد المناسبة ، Fe2 + أو Fe3 + ، للنبات.

تمتص النباتات جميع العناصر الغذائية الأساسية تقريبًا من خلال جذورها. الاستثناء هو الكربون ، الذي يتم امتصاصه من خلال مسام الأوراق أو الثغور. يساعد نوعان من الكائنات الحية في التربة الجذور على امتصاص العناصر الغذائية:

  • تقوم الكائنات الحية الدقيقة أو الميكروبات بتفكيك المركبات العضوية إلى مركبات غير عضوية في عملية تسمى التمعدن.
  • تمكن الفطريات بعض النباتات من امتصاص الفوسفور عن طريق زيادة حجم الجذور وتوفير المزيد من الاتصال بين التربة والجذور.

التقسيم والتخزين في فجوات

بمجرد أن يكون K + داخل symplast الجذر ، يمكن تخزينه في فجوات محليًا ، أو نقله إلى التصوير عبر نسيج الخشب والمتراكم في الأنسجة الهوائية. تجمع النباتات كميات كبيرة من K + في فجواتها ، متجاوزة المتطلبات الغذائية البحتة. في المصانع التي تحتوي على K + ، يمكن أن يصل محتوى K + إلى 10٪ من الوزن الجاف للنبات ، وبالتالي يتجاوز كاليفورنيا. 2٪ تدعم معدلات النمو شبه القصوى (White and Karley، 2010). يلعب تجمع الفراغ K + وظيفة فيزيائية حيوية رئيسية ، أي تقليل القدرة التناضحية لسحب المياه ، وتوليد التورم ، ودفع تمدد الخلية. نظرًا لأن الفجوات تحتل معظم الحجم داخل الخلايا للخلايا النباتية وهي الخزان الخلوي الرئيسي لـ K + ، فإن التغييرات في تركيز الأنسجة K + هي إلى حد كبير انعكاس لديناميكيات تجمع الفجوات. سينخفض ​​تركيز العصارة الخلوية K + إلى ما دون نقطة الضبط المثلى 80 & # x2013100 & # x000A0mM فقط عندما ينضب احتياطي الفراغ K + تحت التوازن الديناميكي الحراري مع تجمع العصارة الخلوية (Walker et & # x000A0al. ، 1996). على العكس من ذلك ، يتم وضع فائض K + في الفجوة للحفاظ على العصارة الخلوية K + ضمن حدود ضيقة بشكل مستقل عن وفرة K في وسط النمو.

على عكس غشاء البلازما ، يعتمد تراكم K + في الفجوة على النشاط المنسق لمضخات Tonoplast H + وناقلات K + الثانوية التي تربط تدفقات K + بتبديد تدرج الأس الهيدروجيني أو إمكانات الغشاء الكهربائي الناتجة عن عدم التماثل توزيع الرسوم. يضخ الفراغ H + -ATPase (V-ATPase) والبيروفوسفاتاز من تونوبلاست (PPase) H + نحو التجويف الفراغي ويولد درجات الحموضة 1 & # x20132 وحدات الأس الهيدروجيني (داخل الحمضية) وشحنة كهربائية (إمكانات الغشاء) من 20 & # x201340 & # x000A0mV وهو أمر إيجابي في التجويف الفراغي بالنسبة إلى العصارة الخلوية. هذا يعني أنه يتم استبعاد أيونات K + المشحونة إيجابياً من فجوات K + المكتملة ما لم يكن النقل مقترنًا بآلية امتصاص تعتمد على الطاقة ، في حين أن التدفق مدفوعًا بقنوات فراغية تتخلل K + انحدارًا من التدرج الكهروكيميائي. يُقترح منذ فترة طويلة أن المضاد الحمضي AK + / H + الذي يتم تنشيطه بواسطة تدرج الأس الهيدروجيني عبر بلاست تونوبلاست لتحفيز تراكم الفراغ K + (Walker et & # x000A0al. ، 1996 Carden et & # x000A0al. ، 2003) ، ولكن الهوية الجزيئية للناقل الأساسي (الناقلات) ) ظل بعيد المنال حتى وقت قريب. لقد ثبت أن المبادلات من نوع NHX الفراغية تخدم هذه الوظيفة الحاسمة في الخلايا النباتية (Venema et & # x000A0al.، 2002 Venema et & # x000A0al.، 2003 Leidi et & # x000A0al.، 2010 Bassil et & # x000A0al.، 2011 Barragan et & # x000A0al. ، 2012).

تم وصف مبادلات NHX في الأصل على أنها مضادات حامض Na + / H + قادرة على منح تحمل الملح عن طريق دفع عزل Na + الزائد في فجوات (Blumwald ، 2000). ومع ذلك ، ظلت الآلية الأساسية غير مؤكدة لأن تحمل الملح للمركبات المعدلة وراثيًا التي تفرط في التعبير عن بروتينات NHX من مصادر مختلفة لا ترتبط دائمًا بتراكم Na + المحسن (Jiang et & # x000A0al. ، 2010). علاوة على ذلك ، أثبتت الدراسات البيوكيميائية أن بروتينات NHX تحفز التبادل Na + / H + و K + / H + مع تقاربات مماثلة (Venema et & # x000A0al. ، 2002). خلص التحليل التلوي الأخير لعدد كبير من المنشورات التي أبلغت عن أنماط ظاهرية للتسامح تم نقلها بواسطة مبادلات عائلة Cation / Proton Antiporter 1 (CPA1 ، والتي تتضمن بروتينات NHX) إلى أن التأثير على حالة K كان أكثر وضوحًا بشكل عام من محتوى Na + (Ma et & # x000A0al. ، 2017). أظهر عمل إعلامي أن الإفراط في التعبير عن AtNHX1 & # x000A0in يسبب أعراض نقص K + على الرغم من النباتات المعدلة وراثيا التي تحتوي على محتوى K + أكبر من الضوابط (Leidi et & # x000A0al. ، 2010). أدى العزل المكثف لـ K + في نباتات NHX1 المفرط في التعبير إلى تقليل نشاط العصارة الخلوية K + ، وتهيئة نظام امتصاص K + عالي التقارب ، واستنباط مجموعة من الاضطرابات الأيضية والهرمونية المتعلقة بالحرمان من K + (Leidi et & # x000A0al. ، 2010 De Luca et & # x000A0al.، 2018). على الرغم من هذه الآثار غير المقصودة الناتجة عن فرط التعبير NHX ، فإن بروتينات NHX تزيد من تحمل الملح ، ويفترض أن الاحتفاظ بالخلية K + شرط للتكيف مع البيئة المالحة (Jiang et # x000A0al. ، 2010). يؤدي إجهاد الملوحة إلى إزالة استقطاب غشاء بلازما الجذر وإنتاج ROS ، وكلاهما يفتح قنوات K + المعدلة للخارج والتي تقوم بتفريغ K + لإعادة بناء إمكانات الغشاء (Shabala and Pottosin ، 2014). يشير فقدان K + الناجم عن الملوحة إلى الحاجة إلى تجديد تجمع K + العصاري الخلوي عن طريق سحب K + المخزنة في الفجوات (Cuin et & # x000A0al.، 2003 Leidi et & # x000A0al.، 2010).

حذف NHX1 و NHX2 نتج عن الجينات التي تشفر الشكلين الإسطوانيين الكبيرين من NHX عدم القدرة على تجزئة K + ، وبشكل مدهش ، في الحساسية لتزويد K + بتركيزات لا تؤثر على نمو نباتات التحكم (Bassil et & # x000A0al.، 2011 Barragan et & # x000A0al. ، 2012). وعلاوة على ذلك، nhx1 nhx2 أظهرت الخطوط الطافرة نشاطًا غير فعال في الفم ، مع ضعف في الفتح والإغلاق (Barragan et & # x000A0al. ، 2012 Andr & # x000E9s et & # x000A0al. ، 2014). يؤدي الامتصاص السريع والإفراج عن K + والأحماض العضوية الأنيونية بواسطة الخلايا الحامية ، ومعظمها في حجرة الفراغ ، إلى تحركات الثغور. التغييرات في حجم وشكل خلايا الحراسة تعمل بالتوازي مع إعادة تشكيل مكثفة للفجوات (Gao et & # x000A0al.، 2005 Tanaka et & # x000A0al.، 2007). تعطيل تراكم K + في الخلايا الحامية لـ nhx1 nhx2 ترتبط النباتات الطافرة بمزيد من الفجوات الحمضية واختفاء إعادة التشكيل الديناميكية العالية للبنية الفراغية المرتبطة بحركات الفم (Andr & # x000E9s et & # x000A0al. ، 2014).

حددت التسجيلات الفيزيولوجية الكهربية لأنشطة القناة في الصخر العلوي للقنوات الفراغية السريعة (FV) والفجوة البطيئة (SV) والقنوات الموجبة للفراغ الانتقائي K + (VK) التي تتوسط في إطلاق الفراغ K + (Hedrich ، 2012). تم تخصيص تيارات VK لقنوات K + (TPK) ثنائية المسام (Gobert et & # x000A0al. ، 2007). TPK1 و 2 و 3 و 5 من أرابيدوبسيس توجد في تونوبلاست ، بينما توجد TPK4 & # x000A0 في غشاء البلازما. تيارات TPK1 مستقلة عن جهد الغشاء ولكنها حساسة لعصارة الخلايا Ca 2+ وتنظمها كينازات البروتين المعتمدة على الكالسيوم (CDPKs) و 14-3-3 ارتباط البروتين (Latz et & # x000A0al. ، 2013). ايضا في أرابيدوبسيس، حسابات قناة TPC1 لتيار SV (Peiter et & # x000A0al. ، 2005). TPC1 يعتمد على الجهد وغير انتقائي ، مما يسمح لـ K + و Na بالتخلل نحو العصارة الخلوية. Whether TPC1 also permeates Ca 2+ or Ca 2+ is only an effector of TPC1 gating is a matter of controversy (Hedrich etਊl., 2018). TPC channels are activated by a decrease in transmembrane potential and increased cytosolic Ca 2+ , and inhibited by low luminal pH and Ca 2+ . Structurally, TPC1 resembles two subunits of voltage-dependent شاكر-like channel fused in tandem, and two cytosolic EF hands in between (Guo etਊl., 2016 Kintzer and Stroud, 2016). The ubiquitous nature of TPC channels and the magnitude of the SV/TPC currents are such that TPC channels are capable of contributing substantially to cellular K + homeostasis. Accordingly, the transcriptome of the tpc1 loss-of-function mutant of أرابيدوبسيس is reminiscent of profiles that were obtained under K + limitation (Bonaventure etਊl., 2007b). However, plants lacking TPC1 function are not impaired in growth and development. This may indicate that the TPC1 channel is closed most of the time and opens upon specific inputs or under stress. Current thinking is that TPC1 is part of a Ca 2+ /ROS relay that propagates stress signals (Choi etਊl., 2014 Evans etਊl., 2016). The gain-of-function mutant fou2 results in a hyperactive TPC1 channel with an altered voltage-dependent gating behavior that increases the probability of the channel to be open under physiological vacuolar potentials. As a consequence of this “leaky” channel, the fou2 mutant plant behaves as being wounded and shows elevated levels of the stress hormone jasmonate (Bonaventure etਊl., 2007a).

Several KT/HAK/KUP transporters have been localized to the tonoplast (Table 1). They are thought to force the energetically uphill release of K + into the cytoplasm under chronic K + starvation, in which the cytosolic concentration of K + could be low enough to impair the discharge of luminal K + by tonoplast channels (Ahmad and Maathuis, 2014).


AP Bio: Plants

Eudicots: bundles are arranged in a ring that separates the ground tissue into cortex and pith regions cortex fills the space between the vascular ring and the epidermis and the pith fills the center of the stem and is important in food storage

Tracheids: long, thin cells with tapered ends

Vessel elements: wider, shorter, and less tapered

Chains of these with overlapping ends form a system of tubes that conveys water from the roots to the stems and leaves as part of xylem tissue tubes are hollow because they are dead when mature, with only their cell walls remaining

Water passes through pits in the walls of tracheids and vessel elements and through openings in the end walls of vessel elements

Moving up from the root tip, they are the zone of cell division, the zone of elongation, and the zone of differentiation

Potassium: cofactor required for activity of several enzymes main solute for osmotic regulation in plants (potassium ion movements regulate opening and closing of stomata)

Chemical: distasteful or toxic compounds ex: amino acid called canavanine takes place of arginine, thus changing function of proteins and harming the insect

But can cross through wounds or stomata once infected.

Second line of defense: chemicals- release microbe-killing molecules and chemicals that signal other cells to do the same infection stimulates chemical changes in plant cell walls, which toughen and thus slow spread of microbes in plant

Compromise: pathogen can perpetuate in host without severely harming the plant- pathogen is avirulent plant is resistant

This is because they have complementary pair of molecules: plant has R genes and pathogen has Avr genes

R gene encodes for R protein, a receptor protein in cells Avr gene encodes an Avr protein, a signal molecule that binds to R protein

Triggers signal transduction pathway that leads to both local and plant-wide defense responses

Cells at site of infection mount a vigorous chemical defense, tightly seal off the area, and then kill themselves


In plants why are potassium and nitrate ions absorbed faster than any others? - مادة الاحياء

How does excess amounts of nitrate affect the growth of a plant and why is this so?

Increase in nitrate, like increase in any salt will increase the osmotic concentration of the soil solution. The roots of the plant then have to take up minerals from a more and more concentrated solution. If the solution outside gets too concentrated, there will come a point where the plant is not able to take up any water against the concentration gradient and the plant will start to wilt. Even before this point is reached, the plant will grow slower.

When plants are irrigated in arid areas, the salts from the irrigation water become concentrated in the soil and the soil can become "saline" and no longer fertile. So the effect you have observed is very important in some areas of the world.

If farmers apply too much fertilizer, then it cannot be taken up be plants fast enough, or retained by the soil, so there is a danger that it will be washed through into the drainage water and get into the rivers. If this happens then algal growth (and the growth of other water plants) in rivers can be stimulated and the result is eutrophication. This is another reason for not applying too much nitrate.

As the amount of fertilizer is increased, the amount of extra yield is reduced. each extra kg of fertilizer produces less extra crop. There comes a point where the value of the extra crop is less than the cost of the extra fertilizer. Another reason to only apply the right amount of fertilizer and not too much.


Fertilizing: It’s Mainly About Nitrogen

I learned my first lesson about fertilizing many years ago as a boy on our family farm. My young mind was having a hard time reconciling the lessons of my elementary school botany studies with the bags of Chilean nitrate fertilizer stacked up to the ceiling of our barn. Impressionable youth that I was, I had come away from the class with the understanding that plants made their own food out of thin air and sunlight through the miraculous process of photosynthesis.

So why, I asked my dad, do we have to feed them all this fertilizer? He thought about it for a few moments and answered: “Well, I suppose those tomatoes might be able to grow on their own, but they’d never make it to market without us. We’re just giving them a little push in the right direction.”

It seemed like more than a little push to me. Whenever I returned home from school, I knew where to find my dad: out on the tractor, side-dressing the crops with fertilizer. I wasn’t sure if the plants required his constant attention or if he just enjoyed the solitude of the job.

I later found out that, like most things we learn when we’re very young, fertilization is a little more complicated than I had been led to believe.

You could spend years studying the science of fertilizing crops. But I try to keep it simple in my garden. I bear in mind the basics of plant nutrition. I’ve learned that one of the most important distinctions among fertilizers is how soluble they are, a concept critical to protecting ground water. And I’ve organized my garden in a way that makes fertilizing easier.

Plants do absorb oxygen, hydrogen, and carbon dioxide from the air. Fueled by sunlight, plants use these elements to manufacture carbohydrates through the process of photosynthesis. But that’s just a part of what they need. In order to make vital proteins and amino acids, they require 13 other elements.

There are the primary nutrients: nitrogen, phosphorus, and potassium. And the secondary nutrients: calcium, magnesium, and sulfur. Then the micronutrients: zinc, iron, manganese, copper, boron, molybdenum, and chlorine. Each plays a vital role in plant growth, and if any one of them is deficient, the plants will suffer.

Nitrogen is the element that gets most of our attention, and rightly so.

Nitrogen is the fuel that makes plants go. It’s used to synthesize amino acids, proteins, chlorophyll, nucleic acids, and enzymes. Plants need more nitrogen than any other element. It’s the nutrient we most often have to apply.

The good news is that nitrogen is in plentiful supply in nature it comprises 78 percent of the earth’s atmosphere. The bad news is plants cannot extract nitrogen from the air. In fact, whether in the air or in the soil, nitrogen cannot be absorbed by plants in its elemental form. For nitrogen to be absorbed by plant roots, it must be converted, or “fixed,” into nitrates (NO3) or ammonium (NH4) الأيونات.

That transformation occurs naturally in the nitrogen cycle. Some nitrogen is fixed in lightening strikes and delivered via rainfall. But most is converted from organic matter in the soil with the aid of microorganisms, which transform the nitrogen to nitrates.This transformation can be a slow process. But the richer the soil, the higher it is in organic matter and microorganisms, and the faster the nitrogen is made available.

Until about 100 years ago, this natural nitrogen cycle was the only way nitrogen was converted to nitrates. We farmed and gardened under the restrictions of time and nature, and in harmony with the nitrogen cycle—applying manure and wastes, and allowing them to break down over time, thus providing a steady stream of nitrogen. In those days, virtually all nitrogen fertilizers came from natural sources: manure, plant residue, bone and blood meals.

That all began to change in the late 19th century with a breakthrough discovery that nitrogen could be fixed artificially by combining atmospheric nitrogen with hydrogen to form ammonia. That ammonia could then be used to produce nitrates. النتيجة؟ The nitrogen cycle was speeded up dramatically, and the synthetic fertilizer industry was born.

This breakthrough changed the way we looked at fertilizer. Unlike in natural fertilizers, the nitrogen in these synthetics was available to plants almost as soon as it hit the ground. We could practically watch the plants green-up and grow before our eyes. But there was, and is, a downside to these fast-acting, water soluble synthetics. They are also very mobile in the soil. They can rapidly wash out of the reach of plant roots and into groundwater. So they must be used carefully and applied frequently. If you apply too much at one time, the excess nitrates can leach into groundwater and pose a health hazard too little and plants suffer.

Phosphorus and potassium round out the big three nutrients

Phosphorus is second only to nitrogen in the amount required by plants. It is a vital element early in the season, as it stimulates early shoot growth and root formation. When phosphorus levels are low, plants grow slowly and may have poor fruit or seed development. Phosphorus is especially important in cool weather. That’s why most starter fertilizer contains high amounts of it.

The problem with phosphorus is the opposite of that with nitrogen. Soils generally contain a good supply of it, but it is not readily available to plants. Phosphorus is extremely immobile in the soil. It does not travel in the soil solution, and plant roots must be in contact with phosphate ions to absorb them.

All phosphate fertilizers originate from phosphate rock, generally in the form of francolite. But in its natural form, it takes forever to become available in the soil. However, in 1842 it was found that treating phosphate rock with sulfuric acid would greatly speed the release of phosphorus. The result was superphosphate.

Superphosphate (0-20-0) is produced by reacting finely ground phosphate rock with sulfuric acid. Concentrated, or triple superphosphate, containing as much as 45 percent phosphate, is formed if phosphoric acid is used.

Finely ground phosphate rock (0-30-0) is still used as a natural source of phosphorus, as are colloidal phosphate (0-20-0) and bone meal (0-12-0). They all release their nutrients very slowly. No matter what type of phosphate fertilizer you use, the key is location, location, location. Make sure to work the fertilizers into the root zone of the soil. Add the required amount of phosphorus in fall or early spring. Don’t bother to side-dress during the year. If the soil is cold, use a liquid starter fertilizer containing ammonium phosphate. The nitrogen in the formula seems to make the phosphorus more readily available.

Potassium, the third primary nutrient, also encourages root growth and helps plants resist disease. It helps increase the size of vegetables and improves cold hardiness. Signs of potassium deficiency include weak plants, slow growth, small or shriveled fruit, and leaf burning at the tips and margins. As with phosphorus, only about 1 percent of the soil potassium is available to plants.

Potassium fertilizer comes in several forms. Potassium chloride (0-0-60), also known as muriate of potash, is the most common. Derived from sylvanite ore, it is available to plants almost immediately. However, potassium chloride is rather acidifying, and some crops, notably beans, potatoes, and tomatoes, have a low tolerance to chlorides.

Potassium nitrate (13-0-45) is produced when potassium chloride reacts with nitric acid. Its advantage is that it does not acidify the soil and does provide nitrogen as well as potassium. However, it leaches from the soil rapidly. Sulfate of potash magnesia (0-0-21), sold as Sul-po-mag or K-mag, is derived from the mineral langbeinite. It is in a form that is available to plants rapidly.

Potassium sulfate (0-0-50) another mined product, provides sulfur as well as potassium. Other common sources of potassium include greensand, from the mineral glauconite (0-0-6), wood ashes (0-0-10), and granite dust (0-0-7).

Small amounts of other elements aid plant growth

The secondary nutrients, calcium, magnesium, and sulfur, are not required in great quantities by plants and are often present in the soil in adequate amounts. Also, some nitrogen and phosphorus fertilizers contain small amounts.

الكالسيوم must be present in plants for the construction of new cells, where it strengthens the walls and membranes. The soil usually has sufficient quantities, except in alkaline or very dry conditions. Calcium deficiencies show up as tip burn on young leaves, or abnormally green leaves. Limestone is a good source of calcium, as are calcium nitrate and superphosphate fertilizers.

المغنيسيوم is an essential element in the process of photosynthesis. It may be deficient in sandy soils and it will show in yellowing of leaves. Dolomitic limestone is a good source of magnesium. You can also provide magnesium with magnesium sulfate, epsom salts, and sulfate of potash magnesia, Sul-po-mag.

كبريت is necessary for protein synthesis. Much of it is absorbed through the air and from the soil. When sulfur is deficient, plants are small and spindly, and the youngest leaves are light green to yellow. To supplement, apply Sul-po-mag, gypsum, or superphosphate.

An even smaller set of dietary elements also influences plant development. We call them micronutrients, and plants need only traces of them. For example, just ¾ ounce of Borax, the laundry detergent, provides all the boron necessary for 100 square feet of garden.

Zinc, manganese, and copper contribute to the formation of enzymes and hormones in plants. Iron and chlorine are necessary for the formation of chlorophyll. Boron regulates the metabolism of carbohydrates in plants. Molybdenum helps convert nitrates to amino acids. Most of these micronutrients are available in chelated forms, formulas that dissolve easily, making them readily available. Properly fed soil with well-adjusted pH should require no added micronutrients.

Though it’s fine to add the three primary nutrients to your garden soil as a matter of course, the secondary and mi­cro­nutrients should not be applied unless indicated by a soil test. Overapplication may cause more harm than good by contributing to a mineral imbalance in the soil.

Organic or synthetic?

As a teenager in the 1960s, I reacted against my father’s stacks of chemical fertilizers with their acrid, nose-twitching odor and planted an organic vegetable garden in a corner of the farm. I soon learned what all organic gardeners come to understand: that organic fertilizer is bulky, occasionally inconvenient, sometimes sloppy, and often smelly.

But it works as long as you don’t expect instant results. If you’re patient and have time to build up the soil, organic fertilizers pay dividends over the long run. If you work into the soil about one bushel of manure per 100 square feet of garden early in the year, every year, you will be providing virtually all the nutrition most plants need. The residual organic matter means that the plants never starve, and you won’t overfeed or underfeed.

However, we often don’t have the luxury of time. Or after years of building the soil in our garden, we pull up stakes and move and must start all over again. Or the pepper plants lag just when the compost bin runs out, and you can’t lay your hands on some mellow, aged manure.

It was during one of those times, after I had just started a garden in soil as sandy as the beach, that I began to wonder: What’s the harm in spritzing those plants with a little bit of Miracle-Gro? I would never consider using just a touch of synthetic pesticide, but I confess, I couldn’t think of a compelling reason not to use a little bit of synthetic fertilizer.

So now, my fertilizer program, like many things in my life, is perhaps less pure and a little more utilitarian. I do occasionally supplement organic fertilizer with a synthetic pick-me-up. To me, the important distinction is not whether a fertilizer is organic or synthetic, but whether its nitrogen is water insoluble or water soluble. I believe water-insoluble nitrogen is superior, because it is released gradually for steady feeding. Whereas water-soluble fertilizers are here today and gone tomorrow. Applying them is like the old joke about voting in Chicago: You have to do it early and do it often. Not only do you have to reapply regularly, there is also a danger of harmful nitrates leaching into the groundwater.

Nitrates in drinking water at levels greater than the federal standard of 10 parts per million can cause a potentially fatal condition in infants commonly known as “blue-baby” syndrome, also called methemoglobinemia. Babies can develop blue-baby syndrome after drinking water contaminated with nitrate levels greater than 10 parts per million for as little as one week, according to the Environmental Work Group, an activist organization based in Washington, D.C. The group estimated that between 1986 and 1995 more than 2 million people, including approximately 15,000 infants, drank water from systems that had nitrates in excess of 10 parts per million. The survey dealt mainly with farms.

Some of the newer synthetics mimic the slow-release quality of organics. Some, such as sulfur-coated urea, come in a shell that breaks down to release the nutrients over time. Others, like isobutylene urea (IBDU) or methylene urea contain nitrogen forms that are less water soluble, relying on temperature and microorganisms to release the nitrogen over time. They eliminate the need to constantly reapply fertilizer, but they offer none of the soil-building qualities of organics.

When shopping for fertilizers, read the label carefully

The label will list the percentages of water-soluble and water-insoluble nitrogen. The bag, of course, will show the amount of other nutrients in percentages. A 100-pound bag of 10-10-10 fertilizer has 10 pounds of each of the nutrients, with stabilizers making up the rest. If you need 20 pounds each of nitrogen, phosphorus, and potassium, you would need two bags of the fertilizer.

You need to keep in mind the actual amount of the ingredients, not only to get the biggest bang for your buck, but also to determine how much to apply to different crops.

Choosing your nitrogen source
Not all sources of nitrogen are created equal. The synthetic sources of nitrogen carry a high percentage of the fertilizer and offer a quick boost to plants. But they do nothing to build the soil and may leach into groundwater. The organic sources contain less nitrogen, but last longer and contribute to a healthy soil matrix.
سماد % Nitrogen Tendency
to leach
Period of
availability
in soil *
Nonorganic
Urea 46 عالي 2 أسابيع
Sulfur-coated urea 38 معتدل 6 اشهر
Urea formaldehyde 38 معتدل 3 اشهر
Ammonium nitrate 33 عالي شهر واحد
Isobutylene urea (IBDU) 31 قليل 9 months
Methylene uree 28-41 معتدل 6 اشهر
Ammonium sulfate 21 عالي شهر واحد
Nitrate of soda ** 16 عالي 3 اشهر
Calcium nitrate 15 عالي 3 اشهر
Potassium nitrate 13 عالي 3 اشهر
Organic
Bat guano 11 قليل 3 اشهر
Blood meal 10 قليل 1 year ***
Fish meal 10 معتدل 3 اشهر
Cottonseed meal **** 6-8 قليل 1 year ***
Alfalfa meal 5 قليل 1 year ***
Cow manure (dry) 2-3 قليل 1 year ***
Poultry manure 2 قليل 6 months ***
Seaweed (dry) 2 قليل 9 months ***
Horse manure (fresh) 1 معتدل 1 year ***
* Assumes idea soil conditions of neutral pH, moderate moisture, and warm temperature
** Though a natural product, not necessarily certified as organic
*** Available 2 weeks after application
**** May contain pesticide residues

Organizing the garden around feeding plants

Different plants have very different fertilizer requirements. Potatoes, for example, require about four times as much nitrogen and potash and twice as much phosphorus as beans. A 100-square-foot patch of potatoes needs about ½ pound each of actual nitrogen, phosphorus, and potassium per year for good growth. That’s about 5 pounds of a 10-10-10 fertilizer.

Root crops and leafy vegetables, such as lettuce, cabbage, and spinach, need about 1/3 pound of actual nitrogen, 1/4 pound of phosphorus, and 1/3 to 1/2 pound of potash per 100 square feet. Fruit crops, such as tomatoes, cantaloupes, and peppers, need 1/4 pound of actual nitrogen and phosphorus and 1/3 pound of potash per 100 square feet. While legumes, such as beans and peas, require only 1/10 pound of nitrogen, phosphorus, and potash for the same amount of space.

Trying to meet the diverse needs of a whole garden full of crops could make your head spin. But I have an easy way to keep the meal plans straight. Some people plan their kitchen gardens for aesthetics, some for succession and rotations, and some for ease of harvest. I take all of those elements into account, but plan my garden primarily according to the feeding needs—basically the nitrogen requirements—of the plants.

Potatoes, the heaviest feeders of all, get their own bed. I group the medium-feeding fruiting crops—tomatoes, peppers, melons, cucumbers—in a bed. Root crops get a bed, and so do the greens and legumes. That way, I can apply the same amount of fertilizer to a single bed, and know that every plant in it is getting the optimum amount of nutrition.

Over the years, I’ve learned that a fertilizer doesn’t have to be natural, but using it has to feel natural to you. That is, it must be in a form you feel comfortable with, one you will use faithfully. Because you need to feed. Choose the finest, tastiest, and best-looking varieties you can find—it doesn’t matter if they’re heirlooms or hybrids—and feed the plants properly. They will reward you with a harvest that’s everything you expected.

—This article originally appeared in Kitchen Gardener #21 (June 1999).

Get our latest tips, how-to articles, and instructional videos sent to your inbox.


شاهد الفيديو: اهميه البوتاسيوم واعراض النقص والزيادة على النبات (كانون الثاني 2022).