Srovnání obsahů makro- a mikroživin v biomase rostlin

Transkript

1 Srovnání obsahů makro- a mikroživin v biomase rostlin

2 Mangan Příjem, funkce v rostlině, projevy nedostatku

3 Formy Manganu v půdě a rostlinách Mnoho různých oxidačních stavů (II a IV nejčast.) Velikost iontu podobná Mg a Ca > substituce, kompetice při příjmu i funkcích Vyskytuje se v rostlině volný ion i kovalentně vázaný

4 Funkce Mn Součástí enzymů Mn-SOD (peroxizómy, mitochondrie) - PSII O 2 vyvíjející komplex Enzymy aktivované Mn cca 35 enzymů - enzymy v TCA- malát dehydrogenáza, isocitrát dehydrogenáza PEP karboxykináza zejména u C4 rostlin Mn nezastupitelný enzymy vedoucí k syntéze látek aromatickým jádrem (tyrosinu, ligninu, flavonoidů atd.)

5 Dopad nedostatku Mn na fotosyntetický aparát

6 Závislost aktivity PEP karboxykinázy na Mn

7 Vliv dostupnosti Mn na množství ligninu

8 Funkce Mn Vysoká afinita k ATP vytěsňuje Mg většina Mn proto ve vakuole Aktivace RNA polymerázy (ale není nezbytný pro proteosyntézu!) Ovlivňuje syntézu lipidů (syntéza mast. kyselin)

9 Projevy nedostatku Mn Zpomalený růst, zejména kořenů Zastavení tvorby bočních kořenů Chloróza (u dvouděložných), šedé skvrny (jednoděložné) Zpomalení fotosyntézy Méně rozpustných sacharidů

10 Projevy toxicity Mn Různé symptomy podle druhu nejčastěji hnědé skvrny na listech Chloróza a nekróza kolem žilnatiny Deformace mladých listů

11 Měď Příjem, funkce v rostlině, projevy nedostatku

12 Vlastnosti Cu v rostlinách Vlastnosti podobné Fe snadná změna oxidačního stavu, tvorba komplexů Cu 2+ Cu + Většina Cu v rostlině ve formě komplexů s proteiny, fenolickými sloučeninami nebo karboxysloučeninami

13 Funkce Cu v rostlině Proteiny obsahující měď Plastocyanin (funguje v PS-I) - do PC lokalizováno cca 50% Cu v rostlině CuZnSOD - likvidace superoxidů v chloroplastech Cytochrom oxidáza - v respiračním řetězci mitochondrií Askorbát oxidáza - terminální repirační enzym, test na zásobenost Cu

14 Vliv dostupnosti Cu na biomasu a aktivitu askorbát oxidázy u jetele

15 Funkce Cu v rostlině Proteiny obsahující měď Diamin oxidáza - Degradace polyaminů za vzniku H 2 O 2 a NH 3 Fenol oxidázy -při syntéze ligninu, alkaloidů

16 Další funkce Cu v rostlině Fce ve fotosyntéze - Ovlivňuje množství rozpustných sacharidů Lignifikace - ovlivňuje tvorbu BS a její impregnaci Tvorba pylu -důležitější pro tvorbu generativních orgánů než pro vegetativní růst vysoký obsah Cu v květech

17 Vliv nedostatku mědi na vývoj sklerenchymu ve stonku slunečnice

18 Projevy nedostatku Cu Zdeformované mladé listy Nekróza apikálních meristémů Zvýšená tvorba odnoží Zakrslý růst Špatný vývoj vodivých pletiv Vadnutí mladých listů

19 Vliv dostupnosti Cu na biomasu a množství Cu v rostlinách rajčete

20 Projevy toxicity Cu Většinou nastávají při obsahu nad µg g -1 DM Chloróza důsledek nedostatku Fe a peroxidace lipidů Inhibice prodlužovacího růstu kořenů, zvýšená tvorba bočních kořenů

21 Zinek Příjem, funkce v rostlině, projevy nedostatku

22 FormyZnv půdě a rostlině Většinou přijímán jako Zn 2+ Transport v rostlině buď jako ion nebo vázán na organ. kyseliny, vysoká konc. v lýku Většinou tvoří komplexní sloučeniny = hlavně strukturní fce Příjem může rušit zvýšení fosforu v půdě

23 Funkce Zn v rostlině Proteiny obsahující zinek Alkohol dehydrogenáza - Redukce acetaldehydu na ethanol (v meristémech) Karbonát anhydráza CO 2 + H 2 O HCO 3- + H + -důležitá hlavně u C4 rostlin - přímá úměra mezi aktivitou a FS produkcí

24 Mechanismus funkce karbonát anhydrázy

25 Vliv dostupnosti Zn na aktivitu CA a fotosyntézu

26 Funkce Zn v rostlině Proteiny obsahující zinek CuZn-SOD Zn zřejmě strukturní funkce (Cu katalytická) Alkalická fosfatáza Fosfolipáza Kaboxypeptidáza RNA polymeráza

27 Důležitost Zn pro fungování SOD

28 Další funkce Zn v rostlině Aktivace enzymů - aktivní při vzniku terciální struktury proteinů Proteosyntéza - Důležitý ve struktuře ribozómů, zvlástě vysoká potřeba při růstu pylové láčky Metabolismus cukrů -celá řada enzymů aktivována Zn (např. fru- 1,6 bisfosfatáza, aldoláza) Syntéza auxinů Integrita membrán (struktura proteinů, omezení oxidace)

29 Funkce Zn v terciální struktuře proteinů

30 Projevy nedostatku Cu Zejména na vápenitých půdách Zakrslý růst, tvorba krátkých internodií u dvouděložných Chloróza - proužky kolem střední cévy, barevné skvrny Zvýšené vylučování fytosideroforů

31 Projevy toxicity Zn Zpomalení prodlužovacího růstu kořenů Rozvoj nedostatku Mn Inhibice FS (inhibice Rubisco, PS II)

32 Nikl Příjem, funkce v rostlině, projevy nedostatku

33 Formy Ni v půdě a rostlině Většinou přijímán a využíván jako Ni 2+ Tvoří stabilní komplexní sloučeniny např. s cysteinem a citrátem Je esenciální minerální živinou nejen u baktérií ale i u vyšších rostlin Mobilní v xylému i floému Některé druhy - zvýšená koncentrace v semenech

34 Funkce Ni v rostlinách Součástí struktury enzymu ureázy (katalytické místo - důležitý pro funkčnost enzymu) velký význam zejména u vikvovitých v metabolismu ureidů Součástí hydrogenáz u baktérií Rhizobium U ječmene důležitý pro vývoj životaschopných semen

35 Obsah Ni ve vegetativních orgánech i obilkách žita

36 Projevy nedostatku a toxicity Ni Deficience u rostlin pěstovaných v půdě neznámá Velká variablita v toleranci k Ni, většinou vede k zpomalení růstu kořenů

37 Molybden Příjem, funkce v rostlině, projevy nedostatku

38 Formy Mo v půdě a rostlinách Několik různých oxidačních stavů (VI nejčastěji ale i IV a V) Přijímán a transportován jako MoO 4 2- Mobilní v xylému i floému Často využívány redoxní vlastnosti v enzymech Zejména důležitý pro enzymy dusíkového metabolismu

39 Funkce Mo v rostlinách Nitrogenáza - základem struktury enzymu v symbiotických a většině volně žijících baktérií Nitrát reduktáza - Mo jeden ze tří prostetických skupin přenášejících elektrony (FAD-Hem-Mo) enzym lze inaktivovat aplikací WO 4 2- Xanthin oxidáza, sulfid oxidáza

40 Vliv dostupnosti Mo na aktivitu NR

41 Vliv dostupnosti Mo na tvorbu a vlastnosti pylu

42 Projevy nedostatku a toxicity Mo Příznaky nedostatku podobné nedostatku dusíku (zejména u vikvovitých časté) Také omezení růstu a deformace listů, chloróza a nekrózy okolo žilnatiny u starších listů Obrovská variablita v toleranci k Mo, většinou vede k deformacím a žlutému zbarvení listů

43 Projev deficience molybdenu na listech květáku

44 Bór Příjem, funkce v rostlině, projevy nedostatku

45 Formy B v půdě a rostlinách Většinou ve formě kyseliny borité nebo boritanového aniontu Mobilní v xylému i floému Tvorba komplexů s polyhydroxy sloučeninami

46 Model účasti B v syntéze buněčné stěny

47 Vliv B na funkce v rostlině Prodlužovací růst kořenů Syntéza buněčné stěny Metabolismus fenolických látek a auxinů Integrita membrán Klíčení pylových zrn a růst láčky Metabolimus sacharidů a proteinů

48 Projevy nedostatku B Deficience častá, zejména za vyššího ph Pokles rychlosti prodlužování mladých listů Nekróza terminálních pupenů Kratší internodia Zakrslý, keříčkovitý vzhled Opadávání pupenů a květů Omezení nebo zastavení produkce semen

49 Rozdíly v obsahu bóru u různých druhů

50 Projev deficience B u cukrové řepy

51 Chlór Příjem, funkce v rostlině, projevy nedostatku

52 Funkce Cl v rostlinách Součástí struktury PS II - stabilizační prvek Stimulace ATPázy (protonové pumpy) v tonoplastu Průduchová regulace - protion K +

53 Projevy nedostatku a toxicity Cl Deficience u druhů s vyššími nároky (palmy) - předčasné vadnutí a odumírání listů, zpomalený růst (dělivý i prodlužovací), pukání stonků Toxicita častá na zasolených půdách aridních oblastí

54 Stimulace ATPázy tonoplastu chloridem

55 Benefiční prvky Sodík, kobalt, křemík, selen, hliník

56 Sodík Příjem a transport do nadz. části přísně řízen U některých druhů esenciální prvek (Atriplex versicaria) Může z části kompenzovat nedostatek K + Stimulace růstu některých genotypů

57 Sodík ovlivňuje metabolismus C4 rostlin Hlavní efekt zřejmě na přeměnu Pyruvát PEP -Na + /Pyruvát ko-transport do chloroplastu v MC

58 Reakce C3 a C4 rostlin na dostupnost sodíku

59 Vliv K nebo Na ve výživě na reakci rostlin na sucho

60 Křemík V půdě jako kys. křemičitá Zejména důležité interakce s polyfenoly a pektiny v BS Rostliny se velmi liší v obsahu ( mg kg -1 DM) Často ukládaný v pokožce, trichomech, částech květůvýznamný pro vzpřímenou polohu listů trav Křemičitá vlákna mohou představovat zdravotní riziko pro živočichy

61 Komplexy Si s fenolickými látkami Nejenom stabilizuje strukturu ligninu, ale také zřejmě ovlivňuje jeho syntézu.

62 Využití Mn k růstu s nebo bez Si K dalším benefičním efektům patří omezení tocixity Mn a Fe

63 Kobalt Důležitý jako kofaktor v enzymech mikroorganismů např rodu Rhizobium Nedostatek Co vede k špatnému vývoji hlízek, menšímu počtu bakteroidů v hlízkách Kobalt ukládán i do semen vikvovitých Přímá účast Co v metabolismu vyšších rostlin zatím nebyla dokázána

64 Vliv Co na růst a složení hlízek u lupiny

65 Selen Chemicky podobný síře Tvoří i podobné AK (např. Selenocystein) a těkavé látky na rozdíl od sirných sloučenin nemají význam Některé rostliny akumulují ve větším množství (např. brokolice, hořčice, kozinec) Stimulace růstu nebyla přesvědčivě dokázána

66 Hliník Velmi rozšířený prvek tvořící 8% zemské kůry Zkoumaný hlavně z pohledu časté toxicity Není přesvědčivý důkaz o nezbytnosti tohoto prvku v rostlinách, i když existuje řada výsledků o stimulačním působení nízkých koncentrací Al Problematika toxicity i metodické problémy zkoumání je probírána v přednášce o toxických a extrémních půdách

67 Ostatní minerální prvky Celá řada prvků je esenciální pro nižší rostliny a houby např. Jód, Vanad Význam dalších prvků jako Lanthan či Cer pro rostliny se zkoumá Působení těžkých kovů (např. Cd, Cr, Pb, Hg) na rostliny je předmětem přednášky o toxických a extrémních půdách