식물의 일반적인 영양 요구에 대해 토론

식물은 두 가지 방법으로 음식을 얻습니다. 독립 영양 식물은 햇빛이있는 상태에서 광합성을 통해 이산화탄소와 물 같은 무기 원료로부터 자신의 음식을 만들 수 있습니다. 이 그룹에 녹색 식물이 포함되어 있습니다. 그러나 일부 식물은 종속 영양:그들은 완전히 기생하며 엽록소가 부족합니다. 홀로 기생 식물이라고하는이 식물은 유기 탄소를 합성하고 숙주 식물에서 모든 영양소를 끌어낼 수 없습니다.

식물은 또한 영양소 획득에 미생물 파트너의 도움을 요청할 수 있습니다. 박테리아와 곰팡이의 특정 종은 뿌리와 상호 공생 관계를 만들기 위해 특정 식물과 함께 진화했습니다. 이것은 식물 및 미생물 둘 다의 영양을 개량합니다. 콩과 식물 및 균근에서의 결절 형성은 식물의 영양 적응 중에서 고려 될 수 있습니다. 그러나,이것들은 우리가 찾을 수있는 유일한 유형의 적응이 아니며,많은 식물들은 특정 조건 하에서 번창 할 수있는 다른 적응을합니다.

영양 요구 사항

식물은 뿌리 시스템을 통해 영양분과 물뿐만 아니라 대기 중의 이산화탄소를 흡수 할 수있는 독특한 유기체입니다. 토양의 질과 기후는 식물 분포와 성장의 주요 결정 요인입니다. 햇빛과 함께 토양 영양소,물 및 이산화탄소의 조합은 식물이 자랄 수있게합니다.

식물의 화학적 조성

그림 1. 물 뿌리 털을 통해 흡수 하 고 잎에 목 부 위로 이동 합니다.

식물은 탄소와 칼륨과 같은 원소의 형태로 영양분을 필요로하기 때문에 식물의 화학적 조성을 이해하는 것이 중요합니다. 식물 세포의 부피의 대부분은 물이다;그것은 일반적으로 식물의 총 중량의 80~90%를 포함한다. 토양 토지 식물에 대 한 물 소스 이며 물,풍부한 소스 될 수 있습니다 그것은 건조 표시 하는 경우에. 식물 뿌리는 물 뿌리 털을 통해 토양에서 흡수 하 고 목 부를 통해 잎까지 전송. 물 증기가 잎에서 손실되면 증산 과정과 물 분자의 극성(수소 결합을 형성 할 수 있음)은 뿌리에서 식물을 통해 잎으로 더 많은 물을 끌어옵니다(그림 1).물 분자를 통해 수증기가 잎에서 손실됩니다. 식물은 세포 구조,대사 기능,영양소 운반 및 광합성을 위해 물 이 필요합니다.

식물 세포는 생명을 유지하기 위해 집합 적으로 영양소라고 불리는 필수 물질이 필요합니다. 식물 영양소는 유기 또는 무기 화합물로 구성 될 수 있습니다. 유기 화합물은 대기에서 얻은 이산화탄소와 같은 탄소를 포함하는 화합물입니다. 대기 중 이산화탄소에서 얻은 탄소는 대부분의 식물 내에서 건조 질량의 대부분을 구성합니다. 무기 화합물은 탄소를 포함하지 않으며 살아있는 유기체의 일부이거나 생산되지 않습니다. 토양 용액의 대부분을 형성하는 무기 물질은 일반적으로 미네랄이라고합니다:식물에 필요한 것은 질소(엔)과 칼륨(케이)구조 및 조절을 위해.

필수 영양소

식물은 모든 생화학 적 요구를 지원하기 위해 빛,물 및 약 20 가지 요소 만 필요합니다.이 20 가지 요소를 필수 영양소라고합니다(표 1). 필수 요소로 간주 될 요소에 대 한 세 가지 기준 필요:1)식물 요소;없이 그것의 라이프 사이클을 완료할 수 없습니다.

다량 영양소와 미량 영양소

필수 요소는 다량 영양소와 미량 영양소의 두 그룹으로 나눌 수 있습니다. 식물이 더 많은 양으로 필요로하는 영양소를 다량 영양소라고합니다. 탄소,수소,산소,질소,인,칼륨,칼슘,마그네슘 및 황과 같은 필수 요소의 약 절반이 다량 영양소로 간주됩니다. 이러한 다량 영양소 중 첫 번째 인 탄소는 탄수화물,단백질,핵산 및 기타 여러 화합물을 형성하는 데 필요합니다. 평균적으로 셀의 건조 중량(물 제외)은 탄소 50%입니다. 그림 2 에서 볼 수 있듯이 탄소는 식물 생체 분자의 핵심 부분입니다.

그림 2. 식물 세포벽의 주요 구조적 구성 요소 인 셀룰로오스는 식물 물질의 30%이상을 차지합니다. 그것은 지구상에서 가장 풍부한 유기 화합물입니다.

식물 세포에서 다음으로 가장 풍부한 원소는 질소(엔);단백질과 핵산의 일부입니다. 질소는 또한 일부 비타민의 합성에 사용됩니다. 수소와 산소는 많은 유기 화합물의 일부인 다량 영양소이며 물도 형성합니다. 산소는 세포 호흡에 필수적이며 식물은 산소를 사용하여 에너지를 저장합니다. 인(피),또 다른 거대 분자는 핵산과 인지질을 합성 할 필요가있다. 인의 일부로 식품 에너지를 산화 적 인산화를 통해 화학 에너지로 변환 할 수 있습니다. 마찬가지로 광 에너지는 광합성에서 광 인산화 중에 화학 에너지로 변환되고 호흡 중에 추출되는 화학 에너지로 변환됩니다. 유황은 시스테인 및 메티오닌과 같은 특정 아미노산의 일부이며 여러 보효소에 존재합니다. 유황은 또한 전자 수송 사슬의 한 부분으로 광합성에 있는 역할을 합니다,수소 기온변화도는 광에너지의 변환에 있는 핵심 역활을 합니다. 칼륨(케이)때문에 기공 개폐 조절에 그 역할의 중요하다. 가스 교환을위한 개구부로서 기공은 건강한 물 균형을 유지하는 데 도움이됩니다.또한 마그네슘과 칼슘은 중요한 다량 영양소입니다. 칼슘의 역할은 두 가지입니다:영양소 수송을 조절하고 많은 효소 기능을 지원합니다. 마그네슘은 광합성 과정에 중요합니다. 이 미네랄은 아래에 설명 된 미량 영양소와 함께 식물의 이온 균형에 기여합니다.

다량 영양소 외에도 유기체는 소량으로 다양한 요소를 필요로합니다. 이러한 미량 영양소 또는 미량 원소는 매우 소량으로 존재합니다. 또한,이 물질은 주로 붕소,염소,망간,철,아연,구리,몰리브덴,니켈,실리콘 및 나트륨을 포함합니다.

그림 3. 영양소 결핍은 이러한 식물이 보여주는 증상에서 분명합니다. 이 포도 토마토는 칼슘 결핍으로 인한 꽃송이 썩음을 앓고 있습니다. 이 황변은 마그네슘 결핍으로 인해 발생합니다. 부적절한 마그네슘은 또한 여기 스위트 검 잎에서 볼 수있는 중간 백화 증을 유발합니다. 이(디)손바닥은 칼륨 결핍의 영향을받습니다. (신용 다:짐 콘래드에 의해 작품의 수정;신용 디:말콤 매너에 의해 작품의 수정)

이러한 영양소,특히 다량 영양소의 결핍은 식물 성장에 악영향을 미칠 수 있습니다(그림 3). 특정 영양소에 따라 부족은 성장 장애,느린 성장 또는 백화 증(잎의 황변)을 유발할 수 있습니다. 극단적인 부족은 세포 죽음의 표시를 보여주는 잎 귀착될 수 있습니다.

독립 영양 식물

질소 고정:뿌리와 박테리아 상호 작용

질소는 핵산과 단백질의 일부이기 때문에 중요한 다량 영양소입니다. 대기 질소,이는 이원자 분자 엔 2,또는 일 질소,육상 생태계에서 가장 큰 질소 풀입니다. 그러나 식물은이 질소를 생물학적으로 유용한 형태로 변환하는 데 필요한 효소가 없기 때문에 이 질소를 이용할 수 없습니다. 그러나 질소는”고정”될 수 있으며,이는 생물학적,물리적 또는 화학적 공정을 통해 암모니아로 전환 될 수 있음을 의미합니다. 당신이 배운 것처럼,생물학적 질소 고정은 대기 질소의 변환입니다(엔 2)암모니아(엔 3),독점적으로 토양 박테리아 또는 시아 노 박테리아와 같은 원핵 생물에 의해 수행됩니다. 생물학적 과정은 농업에 사용되는 질소의 65%를 기여합니다. 다음 방정식은 프로세스를 나타냅니다:

\text{N}_2+16\text{ATP}+8\text{e}^{-}+8\text{H}^{+}\longrightarrow2\text{NH}_{3}+16\text{ADP}+16\text{Pi}+\text{H}_2

가장 중요한 원천의 BNF 은 공생 사이의 상호 작용을 토양 박테리아 및 콩과 식물, 등 많은 농작물 중요한 인간의(그림 4). 고정으로 인한 엔에이치 3 는 식물 조직으로 운반되어 아미노산에 통합되어 식물 단백질로 만들어집니다. 콩과 땅콩과 같은 일부 콩과 식물 씨앗은 높은 수준의 단백질을 함유하고 있으며 세계에서 가장 중요한 농업 단백질 공급원 중 하나입니다.

그림 4. 일부 일반적인 식용 콩과 식물(ㅏ)땅콩,(비)콩,및(기음)병아리 콩—질소를 고정시키는 토양 박테리아와 공생 적으로 상호 작용할 수 있습니다. (신용 가:쥘 클랜시에 의해 작업의 수정;신용 나: 미 농무부의 작업 수정)

총칭하여 뿌리 줄기라고 불리는 토양 박테리아는 콩과 식물 뿌리와 공생 적으로 상호 작용하여 질소 고정이 일어나는 결절이라고 불리는 특수 구조를 형성합니다. 이 과정은 효소 질소 분해 효소에 의해 대기 질소를 암모니아로 환원시키는 과정을 수반한다. 따라서 뿌리 줄기를 사용하는 것은 천연 가스와 같은 재생 불가능한 자원을 사용하는 화학 시비와는 달리 식물을 비옥하게하는 자연스럽고 환경 친화적 인 방법입니다. 공생 질소 고정을 통해 식물은 대기로부터 끝없는 질소 공급원을 사용함으로써 이익을 얻습니다. 이 과정은 식물 뿌리 시스템이 생물학적으로 이용 가능한 질소 중 일부를 남기 때문에 토양 비옥도에 동시에 기여합니다. 어떤 공생에서와 마찬가지로,두 유기체는 상호 작용으로부터 이익을 얻습니다:식물은 암모니아를 얻고 박테리아는 광합성을 통해 생성 된 탄소 화합물과 성장할 보호 된 틈새를 얻습니다(그림 5).

그림 5. 콩 뿌리에는 질소 고정 결절이 포함되어 있습니다. 결절 내의 세포는 브라 디 리조 비움 자포 니쿰,뿌리 공포증 또는”뿌리를 사랑하는”박테리아에 감염됩니다. 이 전송 전자 현미경 사진에서 볼 수 있듯이 박테리아는 세포 내부의 소포에 싸여 있습니다. (신용:미국 농무부에 의해 작업의 수정;신용 비:루이 하워드에 의해 작업의 수정,다트머스 전자 현미경 시설;매트 러셀에서 규모 바 데이터)

균근:곰팡이와 뿌리 사이의 공생 관계

영양 고갈 영역은 빠른 토양 용액 흡수,낮은 영양 농도,낮은 확산 속도 또는 낮은 토양 수분이있을 때 발생할 수 있습니다. 이러한 조건은 매우 일반적이다;따라서,대부분의 식물은 토양에서 미네랄의 흡수를 촉진하기 위해 곰팡이에 의존. 진균은 진균이라고 불리는 공생적 연관성을 식물 뿌리와 형성하는데,이 균류는 실제로 뿌리의 물리적 구조에 통합됩니다. 곰팡이는 활성 식물 성장 중에 살아있는 뿌리 조직을 식민지화합니다.

그림 6. 루트 팁은 균근 감염의 존재 하에서 증식하며,이 이미지에서 미색 퍼즈로 나타납니다. (신용:닐슨 등의 알에 의해 작업의 수정.(주)비엠씨생물정보학 2005)

균근을 통해 식물은 주로 인산염과 아연 및 구리와 같은 기타 미네랄을 토양에서 얻습니다. 곰팡이는 식물 뿌리에서 설탕과 같은 영양분을 얻습니다(그림 6). 균사는 좁은 균사가 영양소 고갈 영역을 넘어 퍼질 수 있기 때문에 균사체는 식물 뿌리 시스템의 표면적을 증가시키는 데 도움이됩니다. 균사는 식물에 그렇지 않으면 이용할 수 없을 인에 접근을 허용하는 작은 토양 숨구멍으로 성장할 수 있습니다. 식물에 대한 유익한 효과는 가난한 토양에서 가장 잘 관찰됩니다. 곰팡이에 대한 이점은 식물이 접근 한 총 탄소의 최대 20%를 얻을 수 있다는 것입니다. 균근은 병원체에 대한 물리적 장벽 역할을합니다. 또한 일반화 된 호스트 방어 메커니즘의 유도를 제공하고 때로는 곰팡이에 의한 항생제 화합물의 생산을 포함합니다.

균근에는 두 가지 유형이 있습니다. 외배엽은 맨틀이라고 불리는 뿌리 주위에 광범위한 조밀 한 외장을 형성합니다. 균류에서 균사 물 및 미네랄 흡수에 대 한 표면적을 증가 하는 토양으로 맨틀에서 확장 합니다. 이 유형의 균근은 숲 나무,특히 침엽수,자작 나무 및 참나무에서 발견됩니다. 또한 난생 균근이라고도하는 내내근,뿌리 위에 조밀 한 칼집을 형성하지 않습니다. 대신 곰팡이 균사체가 뿌리 조직 내에 내장되어 있습니다. 내향은 육상 식물의 80%이상의 뿌리에서 발견됩니다.

종속 영양 식물

일부 식물은 자신의 음식을 생산할 수 없으며 외부 공급원으로부터 영양을 얻어야합니다. 이것은 기생 또는 부생 식물 인 식물에서 발생할 수 있습니다. 일부 식물은 상호 공생체,착생체 또는 식충입니다.

식물 기생충

기생 식물은 생존을 위해 숙주에 의존한다. 일부 기생 식물에는 잎이 없습니다. 이 예는 도더입니다(그림 7 에이),이는 약한있다,호스트 및 양식 빨판 주위 코일 원통형 줄기. 이 빨판에서,세포는 숙주 줄기를 침입하고 숙주의 관 뭉치와 연결하기 위하여 성장합니다. 기생 식물은 이러한 연결을 통해 물 과 영양분을 얻습니다. 이 식물은 숙주에 완전히 의존하기 때문에 총 기생충(홀로 기생충)입니다. 다른 기생 식물(반 기생충)은 완전히 광합성이며 물 및 미네랄에만 숙주를 사용합니다. 약 4,100 종의 기생 식물이 있습니다.

부생 균

부생 균은 엽록소가없고 박테리아 및 곰팡이와 유사한 죽은 물질로부터 음식을 얻는 식물입니다(곰팡이는 종종 부생 균이라고 불리며 곰팡이가 식물이 아니기 때문에 잘못되었습니다). 이와 같은 식물은 효소를 사용하여 유기농 식품 재료를 영양분을 흡수 할 수있는 더 간단한 형태로 변환합니다(그림 7). 대부분의 부생균은 죽은 물질을 직접 소화하지 않습니다:대신,그들은 죽은 물질을 소화하거나 균근 인 곰팡이를 기생시켜 궁극적으로 숙주에서 광합성을 유도 한 곰팡이에서 광합성을 얻습니다. 부생 식물은 흔하지 않으며 몇 종만 설명됩니다.

그림 7. (아)도더는 숙주의 혈관 조직을 관통하고 그것의 자신의 성장을 위한 양분을 기분 전환하는 홀로 기생충입니다. 흰색 꽃을 가진 포도 나무는 베이지 색입니다. 도더는 엽록소가 없으며 자체 음식을 생산할 수 없습니다. (비)이 네덜란드 인의 관과 같은 부생균은 죽은 물질로부터 음식을 얻고 엽록소가 없습니다. (신용:”랄리 탐바”/플리커;비 신용: 이오 나 어 스킨-켈리의 작업 수정)

공생체

공생체는 균근 또는 결절 형성과 같은 특별한 적응을 가진 공생 관계에있는 식물입니다. 곰팡이는 또한 시아 노 박테리아 및 녹조류(이끼라고 함)와 공생 관계를 형성합니다. 이끼류는 때때로 바위와 나무 표면에 다채로운 성장으로 볼 수 있습니다(그림 8). 조류 파트너(피코 비온 트)는 음식을 독립 영양 학적으로 만들고 그 중 일부는 곰팡이와 공유합니다; 곰팡이 파트너(마이코 바이온트)는 녹색 조류가 사용할 수있는 환경에서 물 및 미네랄을 흡수합니다. 한 파트너가 다른 파트너와 분리되면 둘 다 죽을 것입니다.

착생식물

착생식물은 다른 식물에서 자라는 식물이지만 영양을 위해 다른 식물에 의존하지는 않는다(그림 8). 착생 식물에는 두 가지 유형의 뿌리가 있습니다:나무의 틈새에 축적되는 부식질으로부터 영양분을 흡수하는 집착 공중 뿌리;그리고 대기로부터 수분을 흡수하는 공중 뿌리.

그림 8. (1)종종 다른 식물과 공생 관계를 가진 이끼는 때때로 나무에서 자라는 것을 발견 할 수 있습니다. (비)이 착생 식물은 파리의 자르댕 데 식물원의 주요 온실에서 자랍니다. (제공:”벤케타로”/플리커)

식충 식물

그림 9. 금성 파리 통에는 곤충을 잡기 위해 특수 잎이 있습니다. (신용:”셀레나 엔.에이치”/플리커)

식충 식물은 곤충을 유인하고 소화하기 위해 특수 잎을 가지고 있습니다. 금성 파리 통은 식충 영양 모드로 널리 알려져 있으며 트랩으로 작동하는 잎을 가지고 있습니다(그림 9).

이 먹이에서 얻는 미네랄은 네이티브 노스 캐롤라이나 해안 평원의 늪지대(낮은 산도)토양이 부족한 사람들을 보상합니다. 각 잎의 각 반의 센터에 있는 3 개의 과민한 머리가 있습니다. 각 잎의 가장자리는 긴 등뼈로 덮여 있습니다. 식물에 의해 분비 된 과즙은 파리를 잎으로 끌어들입니다. 파리가 감각 머리카락에 닿으면 잎이 즉시 닫힙니다. 다음으로,체액과 효소는 먹이를 분해하고 미네랄은 잎에 흡수됩니다. 이 식물은 원예 무역에서 인기가 있기 때문에 원래 서식지에서 위협 받고 있습니다.

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