8.3.2013

1

ISHRANA BILJA

Preddiplomski studij primijenjene ekologije u poljoprivredi

Ishrana bilja istražuje:

– usvajanje, premještanje i raspodjelu elemenata u biljci

– funkcije mineralnih elemenata u biljkama

– interakcije biljke i tla kao supstrata

Cilj:

povećanje priroda i njegove kakvoće

8.3.2013

2

znanstvene discipline s kojima se Ishrana bilja djelomično preklapa:

–Fiziologija bilja

–Ekologija

–Pedologija

–Zemljišna mikrobiologija

–Biljna proizvodnja

podjela hraniva

• prema kemijskom svojstvu

• prema količini koja je potrebna biljci

• prema količini u biljnoj masi izražena u % na masu suhe tvari biljke:

– makro i mikro

Organski Glavni Sekundarni Mikro Funkcionalni

C N Mg B, Mn Na, Si

O P Ca Cu, Mo V, Cl

H K S Fe, Zn Co

8.3.2013

3

Povijest Ishrane bilja

•Stari Egipćan, Kinezi - stajski gnoj i pepeo biljaka

•Rimljani - stajski gnoj, rotacija usjeva i leguminoze u plodoredu

•Aristotel (384.-322. god. st.e.) - humusna teorija

•Lavoisier (1743.-1794. god.) - nepromjenjivost kem. elemenata

•de Saussureu (1767.-1845. god.) - iz zraka CO2, vodu iz tla ili atmosfere I još neke elemente iz tla

•Thaer: humus i voda temelj ishrane bilja, a soli sporedna hraniva

• Berzelius, 1838.: ugljik dolazi iz humusa, usvaja se korijenom

•mineralne teorije, Carl Sprengel (1787.–1859.): biljke pomoću svjetlosti tvore organsku tvar iz mineralnih tvari tla i zraka (pravi autor “Zakona minimuma” 1828.)

•Boussingault dušik biljke usvajaju iz atmosfere (kao i ugljik)

8.3.2013

4

• Justus von Liebig (1803. – 1873.) - teorija mineralne ishrane bilja:

• mineralne tvari u biljci su nužne

• C, O, H, N, P, S, K, Ca, Mg, Na, Si i Fe od kojih C, O i H potječu iz zraka

• nedostatak hraniva u tlu može se nadoknaditi gnojidbom

• humus nije neophodan za život biljaka, ali je vrlo značajan izvor hraniva

•novi biogeni elementi (Mn, B, Zn, Cu, Mo, Cl i Ni)

•niskomolekularne organske tvari (stimulatori, inhibitori, sredstava za zaštitu itd.)

–onečišćavanja

8.3.2013

5

USVAJANJE HRANIVA

karakteristike usvajanja iona

–selektivnost

–akumulacija

–genotip

8.3.2013

6

Ion

Konc. otopine (mM) Konc. (mM) u korijenu

Početna konc.

Nakon 4 dana

Kukuruz Grah Kukuruz Grah

K+ 2.00 0.14 0.67 160.0 84.0

Ca2+ 1.00 0.94 0.59 3.0 10.0

Na+ 0.32 0.51 0.58 0.6 6.0

H2PO4 0.25 0.06 0.09 6.0 12.0

NO3- 2.00 0.13 0.07 38.0 35.0

SO42- 0.67 0.61 0.81 14.0 6.0

prolazak tvari kroz staničnu stjenku:

•kroz otvore u stan. stijenki promjera 5 nm - tvari male molekulske mase

•pasivan prolazak difuzijom i tokom vode

promjer/nm

saharoza 1

hidratizirani ion K+ 0,66

hidratizirani ion Ca2+ 0,82

8.3.2013

7

Sve pore stan. stjenki stanica čine kontinuum tzv. apoplast

vodeni slobodni prostor, eng. water free space, WFS

Donnanov slobodni prostor, eng. Donnan free space, DFS

KIK

vezanje Cu2+, Zn2+ i Fe2+ u apoplastu

8.3.2013

8

ulazak tvari u citoplazmu i vakuole prelaskom preko membrana

–neselektivan ili selektivan

–pasivan ili aktivan

–difuzijom kroz membranu

–pomoću membranskih proteina (kanala ili crpki)

građa membrana

• plazmalema - odvaja stanicu od vanjske sredine

• membrana jezgre

• tonoplast tj. membrana vakuole

• membrane ostalih staničnih organela

8.3.2013

9

uzroci narušavanja strukture membrane koji dovode do poremećaja u usvajanju hraniva:

•kod nedostatka fosfora i cinka

–dodatkom Zn raste izbacivanje tvari iz stanice (efluks)

•ugradnja stranih tvari

•monokarboksilne kiseline

•stresni faktori – jaka svjetlost, suša, hladnoća, polutanti, nedostatak hraniva

štetno djelovanje kisika (O2.- , OH. I H2O2)

Utjecaj hraniva na oštećenje membrane djelovanjem radikala kisika:

•preko Zn, Cu, Mn, Fe komponenti obrambenih enzima

•akumulacijom prekursora radikala fenola i kinona - kod deficita B

•smanjena potreba biljke za asimilatima i porast količine radikala kisika u listovima kod deficita K i Mg

biljni obrambeni mehanizmi:

–enzim superoksid dismutaza prevodi O2.- u H2O2

–enzim peroksidaza/katalaza prevodi H2O2 u H2O

8.3.2013

10

Raspodjela iona Nitela – jezerska voda

Transport tvari preko membrane

mehanizmi transporta tvari preko membrane

8.3.2013

11

pasivni transport

niz gradijent

sniziti aktivitet iona u citoplazmi

•adsorpcijom iona na nabijene skupine (-COO- ili -NH3+)

•ugradnjom iona u organske molekule

aktivan transport

nasuprot gradijentu potencijalne energije –za aktivaciju nosača –vezanje iona i nosača –transport kompleksa nosača i iona –otpuštanje iona od nosača

konc. kationa i aniona na obje strane membrane u elektrokemijskoj ravnoteži računaju se prema Nernstovoj jednadžbi:

Ion Koncentracija u vakuoli / µekv/g

Očekivana Stvarna K+ 74 75 Na+ 74 8 Mg2+ 2.70 3 Ca2+ 10.80 2 NO3

- 0.0272 28 Cl- 0.0136 7 H2PO4

- 0.0136 21 SO4

2- 0.000094 19

8.3.2013

12

protonske crpke

transport H+ nasuprot gradijenta konc.

nosači

uniporter

antitransporter

kotransporter (simporter)

transport selektivnim kanalima

endocitoza (pinocitoza)

8.3.2013

13

endocitoza (pinocitoza)

ulazak u citosol makromolekula, proteina

kinetika ulaska iona preko membrane Michaelis-Menten-ina relacija primijenjena na usvajanje hraniva: nosač = enzim, ion = supstrat Vm – maksimalan transport iona, Km – konc. iona jednaka polovici maksimalne brzine transporta – afinitet nosača za ion Cmin - minimalna konc. iona u vanjskoj otopini pri kojoj neto ulaz iona u stanice prestaje Km niži – afinitet

viši

8.3.2013

14

• Sistem I – visoka selektivnost na niskim vanjskim konc.

• Sistem II – niska selektivnost, na visokim vanjskim konc.

– Kompetitivnost iona, prateći ion

• Cm ovisi o biljnoj vrsti i vanjskim uvjetima – temp. korijena

Brzina ulaska ovisi o vanjskoj konc. iona

neto ulazak = ulazak – izlazak

8.3.2013

15

Brzina usvajanja iona ovisi o hranidbenom statusu biljke

usvajanje nitrata po dva mehanizma:

•Sistem niskog kapaciteta i visoka selektivnost

kod visoke koncentracije iona linearan je odnos

između konc. u hranivoj otopini i brzine influksa iona

•Sistem kojeg inducira vanjska konc. nitrata

• ima viši afinitet (niži Km) i višu brzinu transporta (viši Imax) od prvog sistema