تغذية النباتات العليا بالمركبات العضوية والصناعية والعناصر الدقيقة

تعتبر تغذية النباتات مسألة أساسية في الزراعة، لذا فإن فهم خصائص كيفية تغذية النباتات وما تتغذى عليه يمثل أحد أهم مهام العلوم الزراعية البيولوجية.

على مدى السنوات الـ120 الماضية، سادت آراء متعارضة للغاية حول تغذية النباتات. حلّت نظرية الدبال لثاير في ثلاثينيات القرن التاسع عشر محل نظرية التغذية المعدنية للنباتات ليبيج-بوسينغو، التي نفت أي إمكانية لامتصاص النباتات للمركبات العضوية.

ومع ذلك، أظهرت الممارسة الزراعية الأهمية البالغة للأسمدة العضوية، حيث ظهر تأثير الأسمدة المعدنية بقوة أكبر عند استخدامها مع الأسمدة العضوية أو في التربة المزروعة جيدًا.

زادت قيمة الأسمدة العضوية أكثر مع الاستخدام الواسع للمخاليط العضوية المعدنية، وأسمدة الكومبوست، وتطوير النظرية البيولوجية لتغذية التربة.

تغذية النباتات بالمركبات العضوية

يمكن للنباتات الخضراء العليا أن تتغذى على مركبات عضوية نيتروجينية وغير نيتروجينية، لكن هذا النوع من التغذية أقل كفاءة من التغذية الضوئية الطبيعية. يمكن أن يكون السكر والمانيتول مصادر للكربون للنباتات الخضراء. تمتص النباتات الأميدات والأحماض الأمينية جيدًا، ووفقًا لبعض المؤلفين، حتى دون انفصال الأمونيا مسبقًا.

في وجود الطاقة الشمسية، تفضل النباتات التغذية عن طريق التمثيل الضوئي، وتوفير مركبات عضوية جاهزة لا يمكن أن يضعف هذه العملية. أعطى استخدام التغذية الاصطناعية بالمركبات العضوية الجاهزة نتائج أكثر إيجابية للطحالب مقارنة بالنباتات العليا. كانت أشكال التغذية العضوية الأكثر ملاءمة للطحالب، مثل النباتات العليا، هي السكريات والكحوليات متعددة الهيدروكسيل. ومع ذلك، فإن الطحالب الدنيا أقل تطلبًا من النباتات العليا، حيث يمكنها الحصول على العناصر الغذائية من الأحماض الأمينية، والأحماض الدهنية، والأحماض الهيدروكسيلية، وحتى من اليوريا، والهيدانتوين، والكرياتين، وما إلى ذلك. وبالتالي، تحتل الطحالب الدنيا موقعًا وسيطًا بين النباتات العليا والكائنات غير الخضراء.

أظهرت التجارب التي أجريت بعناية في بيئات معقمة أن النباتات تستخدم الأسباراجين بشكل جيد جدًا. منذ ذلك الحين، ظهرت فقط عدد قليل من الأبحاث تشير إلى أن الأحماض الأمينية مصدر أفضل للنيتروجين من النترات والأملاح الأمونيومية.

التغذية الفوسفورية للنباتات

أما بالنسبة للفوسفور، فإن المصدر الوحيد لتغذية الكائنات النباتية هو مشتقات أكسيد الفوسفور الأعلى P₂O₅، أي أملاح حمض الأورثوفوسفوريك، وحمض البيروفوسفوريك، والمركبات العضوية للفوسفور التي تحتويه في شكل مجموعات بهذه الدرجة من الأكسدة.

يمكن امتصاص العديد من المركبات العضوية، التي قد تتكون في التربة كمنتجات وسيطة للتحلل، مثل الكرياتينين، والأرجينين، والهيستيدين، والجوانيدين، والزانثين، والهيبوكزانثين، وحمض النووي، من قبل النباتات بدلاً من النترات والأمونيا؛ والسكريات كمصدر للكربون؛ والليسيثين والسيستين كمصادر للفوسفور والكبريت.

ومع ذلك، فإن هذا النمط من التغذية ثانوي في أهميته وقد يكون ذا صلة بزراعة الكائنات غير الخضراء، مثل الفطر.

يتطلب امتصاص الأشكال العضوية للفوسفور انفصالها بواسطة إنزيمات الفوسفاتاز التي تفرزها الجذور. تمتص التربة إفرازات الجذور، وأزالتها من سطح الجذور ساعد في تحسين امتصاص الفوسفور في نباتات الذرة.

أظهرت التجارب في ظروف معقمة إمكانية امتصاص الذرة للأسباراجين وبعض الأحماض الأمينية، وكذلك توافر النيتروجين، والأسباراجين، وفوسفور الفيتين للذرة والبازلاء. ظهرت العديد من الأبحاث في هذا المجال، خاصة في السنوات الأخيرة، مع إدخال طريقة الذرات الموسومة في المختبرات العلمية.

وجد غوش وبوريس، باستخدام النيتروجين الثقيل (N¹⁵)، أن براعم البرسيم والطماطم في ظروف معقمة تمتص الأحماض الأمينية جزئيًا، بينما لم يظهر التبغ هذه القدرة. في الزراعة المائية، تمتص النباتات وتنقل إلى أجزائها الهوائية (بما في ذلك الأوراق) العديد من المواد العضوية المعقدة، مثل المضادات الحيوية (البنسلين، إلخ). في تجارب مع نبات الحنطة السوداء في بيئات معقمة، تم تحديد أن الميثيونين وفيتامين B₁ الموسومان بالكبريت (S³⁵) تم امتصاصهما بواسطة الجذور واستخدامهما من قبل النبات. ومع ذلك، في ظروف معقمة، استنتج أيضًا أن الذرة لا يمكن أن تنمو بشكل مناسب إذا كان مصدر النيتروجين لديها هو الأحماض الأمينية فقط، بما في ذلك الألانين، الذي يتم تصنيعه بسهولة في الجذور من حمض البيروفيك والأمونيا. في نفس التجارب، امتصت الذرة في ظروف معقمة المركب العضوي الفوسفوري، جليسيروفوسفات الكالسيوم، بشكل جيد.

امتصاص المواد العضوية عبر الجذور والأوراق

تفرز النباتات، مثل الكائنات الدقيقة، نفس الإنزيمات في التربة عبر جذورها. على سبيل المثال، تمتص الفاصوليا سكريات الفوسفات دون تحلل، وهذا يحدث ليس عندما لا يكون لدى النبات خيار آخر، ولكن في وجود الأملاح المعدنية لحمض الفوسفوريك، لذلك ليس "إجباريًا" (بفضل استخدام الفوسفور الموسوم P³²، تم تحديد المركبات العضوية والمعدنية لحمض الفوسفوريك التي تم امتصاصها بواسطة الجذور).

تم اكتشاف الجلوكوز والفركتوز الموسومان بالكربون الثقيل (C¹⁴) في الجذور بعد 15 دقيقة من إضافة هذه السكريات إلى المحلول المغذي. امتصاص أملاح حمض الإيثيلين ديامين تيترا أسيتيك في عباد الشمس، مما يسهل نقل الحديد في النبات. امتصاص الجذور لبراعم القمح ونقلها إلى أوراقها للمضاد الحيوي جريسوفولفين، والذي لوحظ أيضًا مع مضادات حيوية أخرى.

لوحظ إطلاق بعض المركبات العضوية المتطايرة من التربة، التي تمتصها الجذور جزئيًا وتحسن نموها. تأثير إيجابي لإضافة كميات صغيرة من البكتين إلى زراعة الطماطم في الرمال. هذا يفسر بمشاركته في تغذية الكائنات الدقيقة التي تفرز الثيامين (فيتامين B₁) الضروري للنباتات.

في السنوات الأخيرة، تم الحصول على بيانات جديدة حول الامتصاص المباشر للمواد العضوية من قبل النباتات عبر الأوراق والجذور. هذا هو الأساس، على سبيل المثال، لاستخدام ما يسمى بالسموم الجهازية، التي تمتصها النباتات وتكسبها خصائص سامة ضد الحشرات الضارة. بعض المركبات العضوية الفوسفورية هي أمثلة على هذه السموم الجهازية.

يعتمد استخدام مبيدات الأعشاب الانتقائية ومنشطات النمو، مثل الجبريلينات، على امتصاص النباتات للمواد العضوية.

تندمج المواد الفسيولوجية النشطة المضافة خارجيًا، مثل حمض ألفا-نفثيل أسيتيك، ورودانيد البوتاسيوم، إلخ، في التمثيل الغذائي العام للنباتات وتنتقل مع التيارات الصاعدة والهابطة، وتتراكم في الأعضاء النامية الصغيرة. بالإضافة إلى ذلك، تحدث إزالة السموم من بعض المركبات العضوية الاصطناعية، مثل الكحول الإيثيلي، وإيثيلين كلورهيدرين، ورودانيد الأمونيوم، والثيوريا، والعديد غيرها، في النباتات.

أفضل شكل من الأسمدة النيتروجينية للتغذية الورقية هو اليوريا. في الزراعة المائية، تمتص النباتات الفيتين والليسيثين.

تأثير المركبات العضوية للفوسفور على المحصول

في تجارب مع الذرة في بيئات معقمة، تم استخدام جليسيروفوسفات، وليسيثين، وحمض الريبونوكلييك، وفيتين، والفوسفور المعدني كمصادر للفوسفور. في هذه التجارب، ثبت أن جليسيروفوسفات مصدر مناسب تمامًا للفوسفور للنباتات، لا يقل عن الفوسفور المعدني سهل الامتصاص، وفي بعض الحالات يتفوق عليه.

في تجارب النمو التي أجريناها في زراعة الرمال مع بنجر السكر، تم استخدام مركبات عضوية مثل الفيتين وجليسيروفوسفات الكالسيوم كمصادر للفوسفور. تم امتصاصها جيدًا من قبل النباتات. زادت المغذيات الدقيقة هومات البوتاسيوم بشكل كبير من فعالية هذه المركبات الفوسفورية، كما هو موضح في الجدول 6.

بيانات تجربة النمو مع البرسيم، المقدمة في الجدول 7، تظهر أن البرسيم استخدم الفوسفور من الفيتين وجليسيروفوسفات الكالسيوم، وساعد هومات البوتاسيوم على تحسين امتصاص الفوسفور من قبل النباتات.

استخدام النباتات للمركبات العضوية

لتحري إمكانية استخدام النباتات للمركبات العضوية المحتوية على كربون موسوم، استخدمنا في أبحاثنا الحمض الأميني التيروزين. بعد يومين من حقنه في الجذر، تم تحديد درجة دمجه في أنسجة أوراق بنجر السكر. أظهرت النتائج نقلًا سريعًا إلى حد ما لكربون التيروزين وتوزيعًا متساويًا تقريبًا في الأوراق الصغيرة والقديمة، بالإضافة إلى وجود كمية كبيرة منه في البروتينات البنائية، مما يشير إلى أهمية الأحماض الأمينية في تغذية النباتات.

الاستنتاجات

بناءً على كل ما سبق، يمكن الاستنتاج أنه إلى جانب المعادن، تستخدم النباتات المركبات العضوية. وهذا ما تؤكده سرعة امتصاص المواد العضوية عبر الأوراق والجذور وكذلك دمجها النشط في التمثيل الغذائي للكائن النباتي.