Většina rostlin jsou fotoautotrofní organismy, které se udržují při životě příjmem světla, oxidu uhličitého, vody a výživných látek. Z látek, které přijímají, rostliny vytváří fotosyntetickou asimilací organické látky. Důležitým předpokladem pro tento proces je světlo (většinou sluneční záření) a zelené barvivo (chlorofyl), které pohlcuje světlo a přeměňuje v chloroplastech světelnou energii na chemickou.
Výživa rostlin je proces přijímání souhrnu látek potřebných pro zdravý vývoj rostliny ve formě rostlinou přijatelné. Přežití všech rostlinných organismů závisí na vyváženém příjmu a výdeji vody buňkou. Rostliny nezbytně potřebují k růstu devět makrobiogenních a minimálně osm mikrobiogenních prvků. Nedostatek uvedených živin způsobuje poruchy růstu, zbarvení a úhyn. Takové projevy byly ve 20. století nazývány fyziologické choroby rostlin, avšak od 21. století jsou často nazývány fyziologická poškození rostlin.
Význam makro- a mikroprvků
Mikroelementy fungují především jako kofaktory pro enzymy a rostliny je vyžadují jenom ve velmi malém množství. Přesto může jejich nedostatek způsobit v porostech rostlin velké škody. Například nedostatek železa způsobuje žloutnutí listů, což může rostlinu natolik oslabit, že přestane i růst a zahyne.
Struktura a chemické složení půdy
Struktura a chemické složení půdy jsou vedle biogeografické polohy a podnebí hlavními faktory, které určují, jestli se rostliny v daných podmínkách adaptují na minerálové složení a půdní typ, ať už se jedná o přírodní ekosystém či zemědělskou oblast. Na rozhraní půda-rostlina se odehrávají biochemické procesy, které podmiňují zachování mnoha ekosystémů na Zemi. V půdě se nachází částice různých velikostí, které vznikly rozdrobňováním matečné horniny a spolu s těmito částečkami tvoří půdní humus. Humus zabraňuje slepování jílovitých částic a je zodpovědný za drolivou strukturu půdy, díky které je v půdě zadržována voda a zároveň umožňuje kořenům rostlin přístup ke kyslíku díky zvýšení poréznosti půdy.
Rozpouštěním půdních minerálů vznikají ionty, z nichž mnoho, zejména ty s pozitivním nábojem (kationty), např. draslík, vápník a hořčík, je poutáno k negativně nabitým částicím půdy pomocí elektrostatických sil. Proto k tomu, aby kořeny rostlin mohly absorbovat výživné látky, musí dojít k jejich uvolnění z vazby na částice, čímž se stanou pro rostlinu lépe dostupné. Kationty se stávají pro rostliny dostupnými v okamžiku, kdy jsou ve vazbě na jílové částice nahrazeny půdními vodíkovými ionty (H+). Tato kationtová výměna je stimulována kořenovými vlásky, které vylučují H+ do půdního roztoku. Právě z tohoto důvodu je péče o půdní strukturu velmi důležitá.
Čtěte také: Borovice lesní: vlastnosti a využití
Kořeny rostlin jsou součástí rozsáhlých podzemních společenstev, jako jsou například určité druhy hub a bakterií. Během dlouhého evolučního vývoje vznikl mezi kořeny rostlin a těmito organismy úzký symbiotický vztah, jehož výsledkem je usnadnění získávání živin, z něhož těží obě strany. Adaptační mechanismy pro zlepšení výživy rostlin jsou ale i takové, které mohou případnému hostiteli i škodit. Nazýváme je rostlinným parazitismem nebo rostlinným predátorstvím. Parazitické rostliny získávají živiny napojením na hostitelova vodivá pletiva, nebo nepřímo přes houbová vlákna mykorhizy, a masožravé rostliny doplňují svou potřebu na minerální výživu vstřebáváním těl živočichů.
Významné prvky ve výživě rostlin
Oxid uhličitý a voda
Může být dodáván ve formě hnojení oxidem uhličitým. Takovou výživou je dosaženo zvýšení transpirace a množství chlorofylu. Je dodáván ve formě zálivky. Voda je nosič živin a vodík i kyslík se přímo účastní základních chemických procesů v rostlině.
Dusík
Dusík je biogenní prvek, který se vyskytuje ve významných organických sloučeninách a ve všech živých organismech. Rostliny ho přijímají kvůli svému růstu a nevylučují ho. Sloučeniny dusíku jsou obsaženy v půdě a mohou být dodávány ve formě hnojiva. Nedostatek i nadbytek se projevuje poruchami. Dusík je součástí aminokyselin, amidů, bílkovin (např. enzymů), pyrimidinových a purinových bází (tedy součást nukleových kyselin), chlorofylu a dalších biologicky aktivních látek. V rostlinách se jeho obsah pohybuje ve značném rozmezí v závislosti na druhu orgánu a stáří rostliny. V počátečních fázích vývoje je obsah dusíku v rostlině a spotřeba dusíku rostlinou vysoká. S klesající tvorbou biomasy potřeba příjmu dusíku klesá. Rostlina přijímá dusík především ze dvou forem, a to jako ionty NO3− a NH4+. Obě formy jsou mobilní, dobře metabolicky využitelné, ale mají značně rozdílný význam, úměrný rozdílům oxidace obou iontových forem. Kromě toho mohou rostliny v omezené míře přijímat i některé dusíkaté organické látky, např. močovinu, aminokyseliny aj.
Některé rostliny v symbióze s bakteriemi mohou využívat vzdušný dusík (N2) díky procesu tzv. biologické fixace dusíku, jedná se například o hlízkové bakterie a bobovité rostliny, aktinobakterie žijící v symbiotickém vztahu s řadou rostlin (olše, rakytník…) nebo cyanobakterie (sinice) a některé rostliny (jako je vodní kapradina azolla). Riziko nedostatku dusíku u těchto rostlin je tedy menší a některé rostliny se dokonce využívají jako „přírodní hnojivo“, běžně se jedná o rostliny z čeledi bobovité a v Číně je od 11. století takto používána azolla pro hnojení rýže. Nedostatek dusíku u rostlin je vážnou fyziologickou poruchou, poruchou výživy. Projevuje se slabým růstem rostlin, rostliny jsou malé. Nedostatek dusíku se projevuje nejdříve u starších listů, dusík rostlina transportuje přednostně do růstových orgánů. Mladé listy jsou proto ještě zelené, ale starší jsou zjevně poškozeny.
Síra
Síra patří mezi makrobiogenní prvky ve výživě rostlin. Rostliny mají relativně vysoké požadavky na síru. Rostliny přijímají síru z půdy ve vodném roztoku jako síranový anion SO42− symportem se třemi protony H+. Tyto protony musí být poté zase vyčerpány protonovými ATPázami ven z buňky za investice ATP, aby se udržela jejich optimální koncentrace v buňce. Příjem síry je pro rostlinu energeticky náročný. Nedostatek síry se projevuje poruchami. Poškození rostlin vlivem přebytku síry v podmínkách ČR nebylo pozorováno. Časté ovšem bývaly poškození oxidem siřičitým jako průmyslovým znečištěním. Pokud poklesne obsah síry pod její kritickou hladinu, neprojeví se obvykle symptomy deficience přímo na rostlinách, ale klesá biosyntéza proteinů a v rostlinách se hromadí větší množství volných aminokyselin. Celkově dochází k inhibici metabolických procesů. Projevuje se celkovou chlorózou a pomalým růstem.
Čtěte také: Stanoviště pro tabákovník
Fosfor
Rostliny fosfor přijímají v podobě aniontů H2PO4− a HPO42−. Fosfor se nachází v rostlinách jako složka nukleových kyselin, fosfolipidů, koenzymů NAD a NADP a adenozintrifosfátu (ATP). Vzhledem ke svému zápornému náboji (uvnitř buňky je záporný náboj) a vysoké vnitrobuněčné koncentraci je jeho příjem energeticky velmi náročný, přijímá se neustále a vysokoafinními transportéry. Při příjmu pomáhá mykorhiza. V rostlině se vyskytuje volný (jako fosfátový aniont H2PO4−) i vázaný. Fosfolipidy spolu s bílkovinami tvoří důležitou složkou buněčných membrán. Fosfor se koncentruje zejména v meristematických zónách rostlin, kde je využíván pro syntézu nukleových kyselin. Kyselina fosforečná je především nezbytná pro tvorbu nukleových kyselin, lecitinu a proteinů. Fosfor je jako složka DNA nejdůležitější součástí jádra a plastidů. Všude tam, kde je kyselina fosforečná přeměněna na své nerozpustné sloučeniny, se pohybuje v rostlině difúzí.
Požadavky běžných polních plodin na fosfor jsou značné, pšenice například využije z 1 ha půdy asi 26,5 kg této kyseliny. Lesní plodiny vyžadují mnohem méně fosforu. Nedostatek fosforu u rostlin se projevuje se slabým růstem rostlin, zpomaluje se růst nadzemních orgánů rostliny, zpožďuje se vývoj pupenů, plody a květy předčasně opadávají a nedostatek fosforu nepříznivě působí i kořeny. Nedostatek přijatelného fosforu zabraňuje normálnímu fungování rostlinných buněk. Řasa spirogyra (šroubatka) pěstovaná po dobu osmi týdnů bez kyseliny fosforečné nevykazovala žádný růst. Došlo k žlutému zbarvení chlorofylu a hromadění tuku a albuminu.
Draslík
Význam draselných solí pro každou živou buňku je nepopiratelným faktem. V zelených rostlinách se podílí na syntéze sacharidů, ale také proteinů. Dodání draselných solí u zelené rostliny působí rychlý rozvoj a následně se tvoří velké množství proteinů. Většina hub vyžaduje draselné soli pro produkci proteinů. Tyto soli nemohou být nahrazeny lithiem nebo sodnými solemi. Hlavní úlohou draslíku je poskytnout odpovídající iontové prostředí pro metabolické procesy v cytosolu, a spolupůsobí například i jako regulátor různých procesů včetně regulace růstu. Rostliny potřebují ionty draslíku (K+) pro syntézu bílkovin a pro otevírání a zavírání průduchů, což je regulováno protonovou ATPázou tak, aby buňky průduchů byly buď napjaté nebo ochablé. Nedostatek iontů draslíku může poškodit schopnost rostliny regulovat tyto procesy.
Draslík zasahuje do tvorby cukru a do syntézy škrobu, a má roli i v jiných fyziologických procesech, jako je fotosyntéza nebo syntéza proteinů, což se projevuje při transportu a přeměnách vytvořených cukrů. Vysoký obsah draselné soli způsobí snížení absorpce chloridu sodného na minimum. Draselné soli způsobují také zvýšení obsahu sacharidů u rostlin. Často je to jen výnos slámy, který je zvýšen. Vysoká respirace listů je typickým projevem draslíkové deficience. Nedostatek draslíku snižuje syntézu organických látek a zvyšuje respiraci, čímž se omezuje energetický stav rostliny. Při nedostatku draslíku je omezen transport cukrů z listů do bulev u řepy cukrovky a zvyšuje se obsah redukujících cukrů, a tím je blokován citrátový cyklus.
Nedostatek draslíku u rostlin je vážnou fyziologickou poruchou výživy rostlin. Projevuje se deformacemi listů, svinováním listů, okrajovými nekrózami a zkracováním internódií. Rostlina s nedostatkem draslíku hůře hospodaří s vodou a je náchylnější k napadení patogeny. Vzhledem k vlivu na hospodaření s vodou nedostatek draslíku u rostlin výrazně ovlivňuje řadu metabolických a fyziologických funkcí, které jsou spojené s poklesem výnosu i jeho kvalitou. Je snížena odolnost rostlin proti nízkým teplotám, suchu a podobně. U zelenin se snižuje jejich skladovatelnost a chuťové vlastnosti. Nižší je i obsah vitamínu C. U obilovin se snižuje pružnost stébla, což zvyšuje nebezpečí poléhání. Přehnojení draslíkem se může projevit vedlejšími antagonistickými účinky.
Čtěte také: Ibišek květ: Proslazená pochoutka a její benefity
Hořčík
Hořčík hraje důležitou roli ve fotosyntéze, protože tvoří centrální atom chlorofylu, je chelátově vázán v jeho porfyrinovém jádře a bez chlorofylu není možná asimilace, a tedy syntéza organických látek v zelené rostlině. Bez dostatečného množství hořčíku proto pro pokrytí potřeby hořčíku v mladých listech rostliny začnou odbourávat chlorofyl ve starých listech. To způsobí, že hlavním příznakem nedostatku hořčíku je chloróza nebo žloutnutí listů mezi nervaturou, která zůstává zelená, což listům rostlin dodává mramorovaný vzhled. Hořčík je také nutný aktivátor mnoha důležitých enzymů a to i enzymů fotosyntézy. Hořčík je také velmi důležitý při stabilizaci struktury ribozomu, takže nedostatek hořčíku způsobuje depolymerizaci ribozomů, což vede k předčasnému stárnutí rostlin. Po delší době nedostatku hořčíku dochází k nekrózám listů a shazování starších listů.
Nedostatek hořčíku u rostlin patří mezi fyziologické poruchy rostlin. Prvním příznakem jsou chlorózy. Při nedostatku draslíku se příznaky zesilují. Chlorózy často připomínají mramorování, blednutí listů od okrajů a mezi cévními svazky, které ještě zůstávají zelené. Listy bývají často lámavé a křehké, kořeny slabě vyvinuté. U řepy se porucha projevuje hnědou kropenatostí, u brambor čárkami připomínajícími Y-virus. Při nedostatku hořčíku je ochuzena nejdříve řada biologicky významných soustav ještě předtím než dojde na změny u chlorofylu.
Železo
Železo je přijímáno rostlinou kořeny jako Fe3+ a Fe2+ nebo v chelátové formě. Stejně jako ostatní minerály, i železo rostlina přijímá s vodou z půdy. Ionty Fe3+ v půdě jsou obtížně rozpustné, proto rostlina vylučuje do svého okolí organické látky, které s železem reagují a tvoří cheláty. Tyto cheláty se vážou na membránu, na které se redukuje Fe3+ → Fe2+ enzymem Fe3+ chelátreduktázou, do buňky pak vstupuje železo v podobě Fe2+. U lipnicovitých (trav, Poaceae) se vylučované látky nazývají fytosiderofory a skrz membránu procházejí neredukované ionty Fe3+. Fytosiderofory jsou případem fytometaloforů, neboť takto lze přijímat i jiné kovy. Železo je v rostlinách skladováno je ve fytoferitinu (rostlinný feritin), který tvoří proteinový komplex obalující 5000-6000 iontů železa. Většina přijatého železa je distribuována do chloroplastů. Lze předpokládat, že mírné hnojení se solemi železa by mělo být prospěšné pro rostliny pěstované na půdě s nedostatkem železa.
Nedostatek železa se projevuje zpravidla za horkého léta po deštivém jaru. Projevuje se obvykle jako chloróza listů. Nedostatek železa může být zaměněn s nedostatkem manganu nebo nadbytkem některých jiných složek výživy.
Mangan
Rostliny přijímají mangan podobně jako ostatní minerály z půdního roztoku, kde se vyskytuje ve špatně rozpustných oxidech nebo dobře rozpustných chelátech, které jsou pro příjem příznivější. V rostlinách je mangan důležitou součástí kyslík vyvíjejícího komplexu, který v chloroplastech rozkládá vodu, což probíhá v primární fázi fotosyntézy. Pohyblivost manganu v rostlině je velmi nízká, pohybuje se zřejmě v chelátové vazbě. Mladší listy bývají nedostatkem postiženy dříve. Nejcitlivějšími organelami na nedostatek manganu jsou chloroplasty. Mangan je dále nezbytný pro redukci NO2− z NO3−. Mezi rostlinami se projevují velké druhové rozdíly jak v nárocích, tak i ve schopnosti příjmu manganu z půdy. Nejběžnější je nedostatek manganu v zamokřených půdách, rašelinných půdách, mokřadech a humózních písčitých půdách a tam, kde jsou vysoké hladiny organické hmoty. Fyziologicky mangan nenahrazuje železo v rostlinách. Hlavními symptomy je mezinervová chloróza (nervatura listů zůstává zelená), tvorba hnědavých a šedavých skvrn na listech. Vážně postižené listy mohou hnědnout a usychat. Nejvýznamnějším příznakem je suchá skvrnitost ovsa. Listy mají šedavé skvrny a svěšují se a hynou aniž by rostlina vytvořila latu. Mezi postižené rostliny patří brambory, jabloně, hrách, fazol, jetel, řepa a maliník.
Chlór
Pro fyziologické funkce rostlin je chlór jen málo významný a jeho role není plně objasněna. Chlor je nezbytný k růstu kořenových špiček a kořenového vlášení. Účastní se osmoregulace a jako součást fotosystému II fotosyntézy.
Vliv světla na fotosyntézu a kvetení
Úspěšnost fotosyntézy závisí kromě CO2 a teploty především na typu a kvalitě světelného spektra. Rostliny účinně přemění pouze část elektromagnetického záření emitovaného sluncem. Fotosyntéza je nejúčinnější v modro fialové a červené části spektra, nejméně účinná je v zelené oblasti spektra. Naopak, nepřítomnost zeleného spektra může způsobovat nižší výnosy a snížení kvality produkce. Elektromagnetické záření není pro rostlinu pouze zdrojem energie, kterou spotřebovává při fotosyntéze, ale také signálem k nastartování různých procesů, jedná se o tzv. fotomorfologickou reakci. Ultrafialové záření s nižší vlnovou délkou (UV B a UV C) je škodlivé až zhoubné pro flóru i faunu. Při vyšších vlnových délkách ale ultrafialové záření UV A podporuje v rostlinách akumulaci fenolů a zvyšuje antioxidační aktivitu vnitřních koncentrátů. Má vliv na metabolické procesy v rostlinách a barvy, vůně nebo chutě plodů. To ovlivňuje rostliny hlavně ve fázi vegetativního růstu a podílí se na fototropismu, inhibici růstu, pohybu chloroplastů nebo otevírání stomat. Přispívá k tvorbě chlorofylu, podporuje fotosyntézu a zvyšuje fotomorfogenetenickou reakci. Proto se svítidla s posíleným modrým spektrem využívají při pěstování sazenic, semenáčků a mladých rostlin. Modré světlo stimuluje produkci terpenů. Velmi silným fotosyntetickým účinkem disponuje vlnová délka 660 nm. Vykazuje totiž nejvyšší účinek při klíčení, kvetení a dalších procesech souvisejících s „červeným“ fytochromem. Červené světlo ovlivňuje reverzibilitu fytochromu a je nejdůležitější pro regulaci kvetení a produkci plodů.
Adaptace rostlin
Naším cílem je popsat a pochopit mechanismy souvisejících s adaptací, aklimací a odolností rostlin vůči faktorům prostředí, které jsou spojovány se změnou klimatu jako je zvýšená koncentrace CO2 a ozónu v atmosféře, teplotní extrémy nebo extrémy v dostupnosti vody (sucho, zamokření). Laboratoř dále disponuje souborem expozičních lavic pro studium vlivu UV radiace či souborem experimentálních stříšek pro studium dopadů sucha. Pasivní zákryty jsou postupně nahrazovány automatickými zákrytovými systémy (systém používaný na lučním porostu experimentální stanice Bílý Kříž) umožňující studium kombinovaného účinku sucha (odstínění srážek), UV radiace (aplikace filtrů) a zvýšené teploty (zamezení vydávání tepelné radiace). Pro studium adaptačních mechanismů rostlin využívá Laboratoř rovněž přirozených experimentů in natura. Tyto experimenty využívají přirozené gradienty mikroklimatu, které jsou dány například nadmořskou výškou či geografickým gradientem. Typickým příkladem je adaptace slunného a stinného listoví buku v rámci gradientu nadmořských výšek.
tags: #ekologicka #fyziologie #rostlin #kveteni #vyznam
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]