Żywność roślin wyższych organicznymi i syntetycznymi formami związków i mikroelementami

Żywność roślin jest podstawowym problemem rolnictwa, więc wyjaśnienie specyfiki i sposobu żywienia roślin stanowi jedną z najważniejszych zadań nauki rolniczej.

Przez ostatnie 120 lat w kwestii żywienia roślin zdominowały skrajnie przeciwnie ujęte poglądy. Teoria humusu Thaera z lat 30. XIX wieku została zastąpiona teorią mineralnego żywienia roślin Liebiga-Boussingaulta, która odrzucała wszelką możliwość dostarczania związków organicznych do roślin.

Praktyka rolnictwa wykazała kluczowe znaczenie nawozów organicznych, a wpływ nawozów mineralnych był najbardziej widoczny przy ich zastosowaniu razem z organicznymi lub na tle uprawionej gleby, dobrze nawianej tymi nawozami.

Ważność nawozów organicznych jeszcze wzrosła w związku z szerokim zastosowaniem mieszanków organo-mineralnych, kompostów z nawozem i rozwijaną biologiczną teorią glebowego żywienia roślin.

Żywność roślin związkami organicznymi

Rośliny wyższe zielone mogążywić się gotowymi bezazotowymi i azotowymi związkami organicznymi, ale to żywienie ustępuje normalnemu - fotosyntetycznemu. Cukry i mannit mogą być źródłem węglerodu dla roślin zielonych. Amidey i aminokwasycy są dobrze absorbowane przez nie, a według niektórych autorów nawet bez wcześniejszego odłączania amonu.

W obecności energii słonecznej rośliny preferują żywienie fotosyntetyczne, a dostarczanie roślinom gotowych związków organicznych nie może osłabić procesu fotosyntetycznego. Zastosowanie sztucznego żywienia gotowymi związkami organicznymi dawało dla glonów czasami bardziej pozytywne wyniki niż dla roślin wyższych. Najbardziej korzystnymi formami żywienia organicznego dla glonów, tak jak i dla roślin wyższych, są cukry i blisko spokrewnione z nimi wieloatomowe alkohole. Jednakże glony niższe są mniej wymagające niż rośliny wyższe, ponieważ mogą czerpać niezbędną pożywienie z aminokwasów, kwasów tłuszczowych, kwasów utlenionych oraz nawet z mocznika, hydantoiny, kreatyny i innych związków. W ten sposób glony niższe zajmują pośrednią pozycję między roślinami wyższymi a organizmami bezchlorofilowymi.

Dokładnie przeprowadzonymi doświadczeniami z kulturami sterylnymi naukowcy ustalili, że rośliny bardzo dobrze wykorzystują asparaginę. Od tego czasu przez długi okres pojawiło się tylko kilka prac, w których wskazywano, że aminokwasy są lepszym źródłem azotu niż soli nitratu i amoniowe.

Fosforowe żywienie roślin

Co do fosforu, to jedynym źródłem żywienia roślin organicznymi fosforu są tylko pochodne najwyższego solnego utlenku P₂O₅, a mianowicie: soli kwasu ortofosforowego, pirofosforowego i związki organiczne fosforu zawierające go w postaci grup tego stopnia utlenienia.

Różne związki organiczne, znaczna część których może powstawać w glebie jako pośrednie produkty rozkładu, takie jak kreatynez, arginina, histydyna, guanidyna, xantyna, hipoksantyna i kwas nukleinowy, mogą być absorbowane przez rośliny zamiast nitratów i amonu, cukry - jako źródło węglerodu, lecytyna, cystyna - jako źródła fosforu i siarki.

Jednakże ten sposób żywienia roślin jest podporządkowany pod swoim znaczeniem i może mieć istotne znaczenie dla kultury organizmów bezchlorofilowych, takich jak grzyby szampony.

Absorpcja organicznych form fosforu poprzedza jego odłączanie za pomocą enzymów fosfataz wydzielanych przez korzenie. Wydzieliny korzeni są pochłaniane przez glebę, a usunięcie organicznych wydzielin z powierzchni korzeni sprzyja lepszemu dostarczaniu fosforu do roślin kukurydzy.

Doświadczenia w warunkach sterylnych wykazały możliwość absorpcji kukurydzy asparaginy i niektórych aminokwasów, a także dostępność azotu, asparaginy i fosforu fitynu dla kukurydzy i grochu. W ostatnich latach pojawiło się znaczne zwiększenie badań w tym kierunku, zwłaszcza po wprowadzeniu metody atomów oznaczonych do praktyki laboratoriów naukowych.

Gosh i Burris, korzystając z ciężkiego azotu (N¹⁵), stwierdzili, że rosliny klasy i pomidorów w warunkach sterylnych częściowo absorbowali aminokwasy, natomiast tytoń nie wykazał takich właściwości. W kulturach wodnych rośliny dostarczają przez korzenie i przenoszą do części powyżejziemnej (do liści włącznie) szereg złożonych związków organicznych, takich jak np. antybiotyki (penicyliny itp.). W wyniku doświadczeń z kulturami sterylnymi gryki ustalono, że oznakowane siarką (S³⁵) metionina i witamina B₁ były pochłaniane przez korzenie i wykorzystywane przez rośliny. Jednakże eksperymentując również w warunkach sterylnych, stwierdzono, że kukurydza nie może się rozwijać zadowalająco, jeśli jedynym źródłem jej żywienia azotowego są aminokwasy, w tym również najłatwiej syntetyzowany w korzeniach z kwasu malonowego i amonu alanina. W tych samych doświadczeniach kukurydza w warunkach sterylnych dobrze absorbowała fosforo-organiczną substancję - glicerofosfian wapnia.

Dostarczanie związków organicznych przez korzenie i liście

Rośliny, podobnie jak mikroorganizmy, wydzielają do gleby te same enzymy. Fasola, na przykład, pochłania nierozłożone cukry fosforowe, a to ma miejsce nie wtedy, gdy rośliny nie mają wyboru, ale w obecności soli mineralnych kwasu fosforowego i, zatem, nie jest to "wymuszone" (dzięki zastosowaniu oznaczonego fosforu P³² rozpoznano dostarczone do korzeni organiczne i mineralne związki kwasu fosforowego).

Cukry oznaczone ciężkim węglem (C¹⁴), takie jak glukoza i fruktoza, zostały wykryte w korzeniach już po 15 minutach od dodania tych cukrów do roztworu odżywczego. Dostarczanie do słonecznika soli kwasu etylenodiaminotetraukusowego, które sprzyjają przenoszeniu żelaza w roślinie. Dostarczanie przez korzenie roszczy pszennej i przenoszenie do jej liści antybiotyku griseofulwiny, co zostało ustalone na przykładzie innych antybiotyków.

Na wydzielanie z gleby niektórych lotnych związków organicznych, które częściowo są pochłaniane przez korzenie i poprawiają ich rozwój. Dodatni efekt od dodania do kultur piaskowych pomidorów małych ilości pektyny. To jest wyjaśnione uczestnictwem ostatniej w żywieniu mikroorganizmów, które wydzielają niezbędną roślinom tiaminę (witaminę B₁).

W ostatnich latach uzyskano nowe dane dotyczące bezpośredniego dostarczania związków organicznych z zewnątrz do ciała rośliny przez liście i przez korzenie. Na tym, w szczególności, opiera się zastosowanie tzw. środków systemowych, czyli środków trujących, które są wchłaniane przez roślinę i nadają jej działanie trujące wobec szkodników. Do takich środków systemowych należą niektóre związki fosforo-organiczne.

Na podstawie absorpcji związków organicznych przez rośliny stosuje się selektywne herbicydy i aktywatory wzrostu, w tym giberylinę.

Wprowadzone z zewnątrz aktywne fizjologicznie związki, takie jak kwas alfa-naphtylmowy, potas rodanistowy itp., są wchłaniane przez rośliny i przenoszone wraz z prądem wstępnym i odwrotnym, gromadząc się w najmłodszych rosnących organach roślin. W tym czasie w roślinach zachodzi deintoksykacja niektórych syntetycznych związków organicznych - etanolu, etylenu chlorowodorku, amonu rodanistowego, tiomoczniny i wielu innych.

Najlepszą formą nawozu azotowego do nawozów pozakorzeniowych jest mocznik. W kulturach wodnych rośliny absorbuje fitynę i lecytynę.

Wpływ związków organicznych fosforu na plon

W doświadczeniach z kukurydzą w warunkach kultur sterylnych jako źródło fosforu stosowano glicerofosfian, lecytynę, kwas ribonukleinowy, fitynę i fosfor mineralny. W tych doświadczeniach glicerofosfian okazał się pełnoprawnym źródłem fosforu dla roślin, nie ustępującym łatwodostępnemu fosforowi mineralnemu, a w niektórych przypadkach nawet go przewyższał.

W doświadczeniach wegetacyjnych przeprowadzonych przez nas w kulturach piaskowych z burakami cukrowymi jako źródło fosforu stosowano związki organiczne w postaci fityny i glicerofosfianu wapnia. Były one dobrze absorbowane przez rośliny. Mikro nawozy w postaci humatu potasu znacznie zwiększyły efektywność tych związków fosforu, co widać z danych tabeli 6.

Dane doświadczenia wegetacyjnego z klasy, przedstawione w tabeli 7, wykazują, że fosfor był wykorzystywany przez klas z fityny i glicerofosfianu wapnia, a preparat humatu potasu sprzyjał lepszemu dostarczaniu fosforu do roślin.

Użycie związków organicznych przez rośliny

Aby ustalić możliwe użycie związków organicznych zawierających oznaczony węgiel przez rośliny, w naszych badaniach zastosowano aminokwas - tyrozynę. Po 2 dniach od wstrzyknięcia do korzenia ustalano stopień włączenia jej w tkanki liści buraka cukrowego. Wyniki badań wykazały dość szybkie przenoszenie węglerodu tyrozyny i prawie równomierne jego rozłożenie w liściach młodych i starszych, a także obecność dużych ilości go w białkach konstytucyjnych, co świadczy o ważnym znaczeniu aminokwasów w żywieniu roślin.

Wnioski

Na podstawie wszystkiego powyższego można dojść do wniosku, że rośliny wykorzystują zarówno związków mineralnych, jak i organicznych. Potwierdza to zarówno szybkie dostarczanie związków organicznych przez liście i korzenie, jak i ich aktywne włączenie w wymianę materii organizmu roślinnego.