دانش کشاورز: فرآیند جذب و نقش عناصر معدنی در گیاه

جذب و اسیمیلاسیون مواد معدنی بوسیله گیاهان مرحله‌ای کلیدی در چرخش مواد معدنی در داخل بیوسفر است. ورود عناصر غذایی معدنی به بیوسفر ، از طریق سیستم ریشه گیاهان صورت می‌گیرد. بنابراین گسترش زیاد سطح ریشه و نیز توانایی ریشه در جذب غلظتهای مختلف مواد غذایی معدنی خاک در فرایند جذب عناصر بسیار موثر هستند.

شکل واقعی عناصر در هنگام جذب

عناصر موجود در محیط غذایی خاک پس از یونیزاسیون جذب گیاهان شده و اشکال فلزی آنها به همان صورت مورد استفاده گیاهان قرار نمی‌گیرند. یونها جذب ذرات کلوئیدی موجود در محیط خاک شده به صورت رونشینی در سطح خارجی آنها قرار می گیرند. در این صورت مبادله یون بین ذرات کلوئیدی مختلف انجام پذیر بوده و این یونها می‌توانند تدریجا از ذرات کلوئیدی جدا شده و وارد ساختمان گیاه شوند.
بعضی از عناصر در خاک مانند آهن به سرعت به صورت غیر محلول درمی‌آیند و در این صورت نمی‌توانند جذب گیاهان شوند. برای رفع این اشکال ، به محیط خاک مواد همبند کننده مانند اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA) اضافه می‌کنند تا این عناصر را دربر گرفته و آنها را به صورت محلول نگه دارند. در داخل خاک ، اسیدهای هومیک و سایر بقایای موجودات زنده از موثرترین مواد همبند کننده بوده و نقش آنها در تغذیه آهن اساسی است.

راههای عبور یونها در داخل گیاهان

حرکت یونها در داخل بافتها ، حرکت آب ، از واکوئل یک سلول به واکوئل سلول دیگر صورت گرفته و این خط سیر که راه اصلی حرکت یونها محسوب می‌شود راه درون سیتوپلاسمی نامیده می‌شود. البته یونها از سیتوپلاسم و ورود آنها به سیتوپلاسم سلول مجاور را نیز نباید از نظر دور داشت. راه فرعی دیگر ، راهی است برون سیتوپلاسمی که از دیواره اسکلتی سلولها و فضاهای بین سلولی می‌گذرد. اهمیت این راه کمتر از راههای دیگر بوده و در محل آندودرم (آخرین لایه پوست و نزدیک آوندها) به دلیل وجود دیواره غیر قابل نفوذ به نام کاسپاری به بن‌بست منتهی می‌شود.

اساس فیزیولوژیک جذب

حفظ حالت تورژسانس

اگر سلول تارکشنده را در نظر بگیریم که جذب در ریشه توسط آنها صورت می‌گیرد، این سلول باید دارای نیروی اسمزی بیشتری نسبت به محیط خاک باشد تا بتواند آب و املاح را از خاک جذب کند، زیرا فرایند جذب از محیط دارای نیروی اسمزی کمتر به محیط دارای نیروی اسمزی بالاتر صورت می‌گیرد.

انتخاب در جذب مواد

اگر آنیونها و کاتیونها را از نظر قابلیت نفوذ در ریشه گیاهان با یکدیگر مقایسه کنیم می‌بینیم که سرعت نفوذ آنها اساسا تابع شرایط و مخصوصا PH آن است. سرعت نفوذ مواد در سلولهای تارهای کشنده با درشتی ذرات جذب شده نسبت معکوس دارد.

اثر عوامل داخلی بر جذب مواد

نیمه تراوا بودن غشای پلاسمایی سلولها و همچنین قابلیت سلولها در انباشته کردن و یا انتخاب مواد از علایم بارز زنده بودن سلولها بوده و پس از مرگ آنها تغییر می‌کند. ایجاد زخم در سلولهای گیاهی قابلیت نفوذ آنها را تغییر می‌دهد. در داخل سلولها بین کاتیونها و آنیونها تعادل برقرار است.

اثر عوامل خارجی

• اثر غلظت: غلظت یک یون در محیط خارج بر سرعت نفوذ همین یون در داخل سلولها اثر می‌گذارد.
• اثر PH محیط : مقداری از یونهای تشکیل دهنده محیط که جذب گیاه می‌شوند، مقدار جذب آنها با PH محیط نسبت عکس دارد.در حالت اسیدی جذب عناصر افزایش پیدا میکند.
• اثر تداخل یونها: جذب یون ، غالبا در نتیجه وجود سایر یونها در محیط غذایی تغییر می‌کند.
• اثر فشار اکسیژن: شدت جذب مواد توسط ریشه ، با کم شدن فشار اکسیژن در محیط کاهش می‌یابد.
• اثر دما: در مورد بسیاری از یونها ، جذب مواد توسط ریشه ، تحت اثر افزایش دمای محیط افزایش می‌یابد.
• اثر روشنایی: روشنایی باعث افزایش قدرت جذب مواد در گیاهان می‌شود.

عناصر معدنی و نقش آن ها در گیاه

نیتروژن (N):

• نقش حیاتی در بسیاری از فعالیت های گیاهی
• افزایش رشد رویشی گیاه
• عامل کلیدی در دستیابی به عملکرد مطلوب

فسفر (P):

• تولید و انتقال انرژی
• افزایش رشد ریشه
• تشکیل گل
• دانه و میوه
• مقاومت در برابر تنش‌های محیطی
• متحرک
• شرکت در فرایند فتوسنتز و تمامی فرایند های شیمیایی – فیزیولوژیکی
• تقسیم سلولی و گسترش و رشد بافت های گیاهی

پتاسیم (K):

• انتقال مواد فتوسنتزی در گیاه
• مقاومت در برابر سرمازدگی و سایر تنش‌ها
• کاهش خوابیدگی و ورس متحرک
• موجب فعال شدن ۶۰ آنزیم مختلف می گردد
• ساخت کربوهیدرات ها و پروتئین‌ها

گوگرد (S) :

• غیر متحرک
• ساخت پروتئین، روغن و بهبود کیفیت محصولات کشاورزی است.
• افزایش قابلیت جذب عناصر غذایی و بهبود کمّی و کیفی محصولات کشاورزی
• اصلاح خصوصیات فیزیکو شیمیایی خاکهای آهکی و سدیمی
• افزایش نفوذپذیری
• کاهش pH
• حذف بی‌کربنات از آب آبیاری
• کاهش تنشهای شوری و سدیمی
• رشد جوانه‌های گیاه، افزایش شاخه‌دهی

آهن (Fe):

• نسبتا غیر متحرک
• تولید کربوهیدرات‌ها، تنفس، احیاء شیمیایی نیترات و سولفات، تبدیل ازت نتیراته به اسیدهای آمینه
• شرکت در ساختمان کلروپلاست
• افزایش قدرت جوانه‌زنی بذر
• تشکیل کلروفیل
• تشکیل پروتئین ضروری در فتوسنتز
• شکل قابل جذب برای گیاهFe2+
• در محیط های غرقاب که الکترون زیاد و شرایط احیا فراهم است، فراهمی آهن زیاد است
• تفاوت علائم کمبود آهن با منیزیم در این است که کمبود آهن ابتدا در برگهای جوان ظاهر می شود ولی منیزیم در برگهای پیر زودتر مشاهده می شود
• کم تحرک ترین عنصر کم مصرف در گیاه آهن است
• بیشترین علت کمبود آهن، کم بودن مقدار آن در خاک نیست.بلکه تبدیل شدن آن به شکل غیرقابل جذب برای گیاه مشکل اصلی است
• گیاه حداقل ۱۰-۶ مولار آهن احتیاج دارد
• به ازاء هر يك واحد افزايش PH،حلاليت تركيبات آهن(۳ظرفیتی) هزار مرتبه و (۲ظرفیتی)صد مرتبه كاهش پيدا مي‌كند.
• جذب آهن توسط گیاه جذب فعال بوده و نیازمند انرژی می باشد
• آهن مانند مس، روی و مولیبدن در زنجیره انتقال الکترون نقش دارد
• در اثر کمبود آهن غلظت کلروفیل وسایر رنگ دانه های گیاهی مانند کاروتن و گزانتوفیل کاهش می یابد
• در اثر کمبود آهن به علت کاهش فرودکسین و در نتیجه کاهش احیاء نیتریت، نیترات در گیاه تجمع می یابد.( در لگومها اختلال در گره سازی)
• غلظت زياد عناصر غذايي مانند فسفر، مس، روي، موليبدن در قابليت استفاده Fe اثر منفي دارند
• بین آهن و روی در محیط ریشه رقابت وجود داشته و با افزایش میزان روی، از جذب آهن جلوگیری می‌گردد.

منیزیم (Mg):

• نسبتا غیر متحرک
• کمک به جذب عناصر غذایی،
• تولید روغن در دانه‌های روغنی
• ساخت پروتئین
• فعال سازی آنزیم ها
• جذب و انتقال فسفات
• توزیع هیدروکربن ها
• ساخت کلروفیل و فتوسنتر

کلسیم (Ca):

• رشد ریشه
• کاهش خسارات ناشی از بیماری‌های فیزیولوژیک
• رشد لوله‌ گرده
• افزایش کیفیت محصول و مدت انبارداری
• رشد سلولی
• پایداری دیواره و غشاء سلولی
• تعادل عناصر غذایی
• فعال کردن برخی آنزیم‌ها
• افزایش مقاومت گیاه در برابر تنش‌ها

روی (Zn):

• جلوگیری از ریزش گل و جوانه‌ها
• گرده افشانی
• تشکیل میوه و دانه
• تحرک کم
• اکسین‌ها
• ساخت پروتئین و تولید بذر و تکامل و غنی سازی بذر
• افزایش درصد پروتئین غلات
• کاهش تجمع کادمیم
• کاهش مسمومیت بُر
• روی در ساختمان چندین آنزیم نظیر کربنیک آنهیدراز، دهیدروژناز، پروتئیناز و پپتیداز وجود دارد.
• (عنصر روی) نقش مهمی‌در تنظیم میزان باز بودن روزنه‌ها دارد به این دلیل که این عنصر در نگهداری عنصر پتاسیم در سلول‌های محافظ روزنه نقش دارد.

منگنز (Mn):

• افزایش جوانه‌زنی بذر
• مقاومت در برابر آفات و بیماری‌ها
• زودرسی محصول
• غیر متحرک
• در واکنش‌های انتقال الکترون در گیاه دخالت دارد
• تولید کلروفیل

مولیبدن (Mo):

• در بین تمام عناصر غذایی، نیاز گیاهان به مولیبدن و نیکل کمتر از سایرین است
• تثبیت بیولوژیکی نیتروژن
• کاهش تجمع نیترات در گیاه
• تحرک متوسط
• ضروري براي سوخت‌ و ساز ازت
• ضروري براي تشكيل كلروفيل
• مؤثر در ساخت‌ و ساز فسفر و آهن

بر (B):

• نسبتا غیر متحرک
• رشد ساقه و ریشه
• ترمیم بافت‌های آوندی
• تشکیل جوانه‌های برگ و گل
• تولید میوه و دانه
• تسهیل در ساخت قندها و پروتئین
• بهبود فرایند جوانه زنی و تشکیل میوه
• فعالیتهای کاتالیزوری در سیستم آنزیمی گیاه
• تکمیل غشاء سلولی
• توسعه دیواره سلولی
• تقسیم و توسعه سلول
• گرده افشانی لقاح گل

مس (Cu):

• غیر متحرک در صورت کمبود و در صورت وفور متحرک
• رشد و فتوسنتز
• تشکیل میوه
• افزایش دانه‌بندی
• افزایش طعم و رنگ میوه
• عمدتاً در فعالیت‌های آنزیمی ‌و تولید کلروپلاست است.
• وجود این عنصر در سیستم‌های آنزیمی‌اکسیدازکاتالاز،
• واکنش انتقال الکترون فعال کردن آنزیم‌های مختلف

سیلیسیم (Si):

• افزایش مقاومت به ورس
• آفات و بیماری‌ها
• افزایش جذب فسفر

کبالت (Co):

• تاثیر بر تثبیت بیولوژیکی نیتروژن
• افزایش فتوسنتز

نیکل (Ni):

• فعال‌سازی آنزیم‌ اوره‌آز
• کاهش سمیت اوره در گیاه
• تولید متابولیت‌های ثانویه

کلر (Cl):

• متحرک
• تنظيم اسمزي
• کلر در تجزيه مولکول آب در فتوسيستم II فتوسنتز دخالت دارد.
• آزاد کردن اکسیژن به هنگام فتوسنتز لازم است
• کمبود کلر باعث پژمردگی گیاه می گردد
• آنزيم از قبيل ATP از، آلفا آميلاز و آسپارژين سنتتاز جهت فعاليت به يون کلر نياز دارند