31.3: Adaptări nutriționale ale plantelor

  • Contribuit de OpenStax
  • Biologie generală la OpenStax CNX

Abilități de dezvoltat

adaptări

  • Înțelegeți adaptările nutriționale ale plantelor
  • Descrieți micorize
  • Explicați fixarea azotului

Plantele obțin hrană în două moduri diferite. Plantele autotrofe își pot face propriile alimente din materii prime anorganice, cum ar fi dioxidul de carbon și apa, prin fotosinteză în prezența soarelui. Plantele verzi sunt incluse în acest grup. Unele plante, totuși, sunt heterotrofe: sunt total parazite și lipsite de clorofilă. Aceste plante, denumite plante holo-parazite, sunt incapabile să sintetizeze carbon organic și să-și extragă toți nutrienții din planta gazdă.

Plantele pot solicita, de asemenea, ajutorul partenerilor microbieni în achiziționarea nutrienților. Specii particulare de bacterii și ciuperci au evoluat împreună cu anumite plante pentru a crea o relație simbiotică mutualistă cu rădăcinile. Acest lucru îmbunătățește nutriția atât a plantei, cât și a microbului. Formarea nodulilor la plantele de leguminoase și micorizarea pot fi luate în considerare printre adaptările nutriționale ale plantelor. Cu toate acestea, acestea nu sunt singurul tip de adaptări pe care le putem găsi; multe plante au alte adaptări care le permit să prospere în condiții specifice.

Fixarea azotului: interacțiuni cu rădăcina și bacteriile

Azotul este un macronutrient important deoarece face parte din acizi nucleici și proteine. Azotul atmosferic, care este molecula diatomică \ (\ ce \), sau dinitrogen, este cel mai mare bazin de azot din ecosistemele terestre. Cu toate acestea, plantele nu pot profita de acest azot deoarece nu au enzimele necesare pentru a-l transforma în forme utile din punct de vedere biologic. Cu toate acestea, azotul poate fi „fixat”, ceea ce înseamnă că poate fi transformat în amoniac (\ (\ ce \)) prin procese biologice, fizice sau chimice. După cum ați aflat, fixarea biologică a azotului (BNF) este conversia azotului atmosferic (\ (\ ce \)) în amoniac (\ (\ ce \)), efectuată exclusiv de procariote, cum ar fi bacteriile solului sau cianobacteriile. Procesele biologice contribuie la 65% din azotul utilizat în agricultură. Următoarea ecuație reprezintă procesul:

\ [\ ce < N2 + 16 ATP + 8 e^+ 8 H^ \rightarrow 2 NH3 + 16 ADP + 16 P_i + H_2>\]

Cea mai importantă sursă de BNF este interacțiunea simbiotică dintre bacteriile solului și plantele de leguminoase, inclusiv multe culturi importante pentru oameni (Figura \ (\ PageIndex \)). NH3 rezultat din fixare poate fi transportat în țesutul vegetal și încorporat în aminoacizi, care sunt apoi transformați în proteine ​​vegetale. Unele semințe de leguminoase, cum ar fi soia și arahide, conțin niveluri ridicate de proteine ​​și servesc printre cele mai importante surse agricole de proteine ​​din lume.

Fermierii rotesc adesea porumbul (o cultură de cereale) și boabele de soia (o leguminoasă) plantând un câmp cu fiecare cultură în anotimpuri alternative. Ce avantaj ar putea conferi această rotație a culturilor?

Soia este capabilă să fixeze azot în rădăcini, care nu sunt recoltate la sfârșitul sezonului de creștere. Azotul subteran poate fi folosit în sezonul următor de porumb.

Fermierii rotesc adesea porumbul (o cultură de cereale) și boabele de soia (o leguminoasă), plantând câte un câmp cu fiecare cultură în anotimpuri alternative. Ce avantaj ar putea conferi această rotație a culturilor?

Bacteriile solului, denumite în mod colectiv rizobie, interacționează simboliotic cu rădăcinile leguminoase pentru a forma structuri specializate numite noduli, în care are loc fixarea azotului. Acest proces implică reducerea azotului atmosferic la amoniac, prin intermediul enzimei nitrogenază. Prin urmare, utilizarea rizobiei este un mod natural și ecologic de fertilizare a plantelor, spre deosebire de fertilizarea chimică care folosește o resursă nerenovabilă, precum gazul natural. Prin fixarea simbiotică a azotului, planta beneficiază de utilizarea unei surse nesfârșite de azot din atmosferă. Procesul contribuie simultan la fertilitatea solului, deoarece sistemul rădăcinii plantelor lasă în urmă o parte din azotul disponibil biologic. Ca în orice simbioză, ambele organisme beneficiază de interacțiune: planta obține amoniac, iar bacteriile obțin compuși de carbon generați prin fotosinteză, precum și o nișă protejată în care să crească (Figura \ (\ PageIndex \)).

Figura \ (\ PageIndex \): rădăcinile de soia conțin (a) noduli care fixează azotul. Celulele din noduli sunt infectate cu Bradyrhyzobium japonicum, o rizobie sau o bacterie „iubitoare de rădăcini”. Bacteriile sunt înglobate în vezicule (b) în interiorul celulei, așa cum se poate observa în această micrografie electronică de transmisie. (credit a: modificare a lucrării de USDA; credit b: modificare a lucrării de Louisa Howard, Dartmouth Electron Microscope Facility; date de la scala de la Russell)

Micorize: relația simbiotică dintre ciuperci și rădăcini

O zonă de epuizare a nutrienților se poate dezvolta atunci când există o absorbție rapidă a soluției solului, o concentrație scăzută de nutrienți, o rată redusă de difuzie sau o umiditate scăzută a solului. Aceste condiții sunt foarte frecvente; prin urmare, majoritatea plantelor se bazează pe ciuperci pentru a facilita absorbția mineralelor din sol. Ciupercile formează asociații simbiotice numite micorize cu rădăcinile plantelor, în care ciupercile sunt de fapt integrate în structura fizică a rădăcinii. Ciupercile colonizează țesutul rădăcinii vii în timpul creșterii active a plantelor.