BÖLÜM 5 MİNERAL BESLENME
Bitkinin toprağa bağlanması Su ve mineralleri depolaması ve bitkiye verilmesi Toprak tipi Toprağın yapısı, iyon değişim kapasitesi, ph değeri, mineral madde içeriği ve bunların kullanılabilirliği Hidroponik ve aeroponik kültür tekniği Besin çözeltileri (Hoagland ve Hewit çözeltisi)
TOPRAĞIN YAPISI
1- Kumlu topraklar - Porlar büyük - Organik madde az - Tarla kapasitesi ve mineralleri tutuma özelliği az - Besin içeriği düşük
2- Killi topraklar: - Su ve mineralleri tutma özelliği yüksek - Yüzey/hacim oranı büyük - Kil partikülleri (-) yüklü - Su ve hava hareketi düşük
3- Humuslu topraklar: - Organik madde içeriği yüksek - Su ve hava hareketi iyi - (+) ve (-) yüklü iyonları bağlar - Tarla kapasitesi yüksek - Por aralıkları orta büyüklükte
Tindal etkisi TOPRAĞIN KOLLOİDAL Kil kolloidleri (-) yüklüdür ÖZELLİĞİ Kolloidlerde birim alan başına yüzey alanı fazladır (özel yüzey alanı) Suyu kuvvetle tutarlar
Kil Kolloidlerinin özellikleri Negatif yükler Katyon değişimi Katyonların kalma süresi ve yeteneği Özel yüzey alanı fazla
Toprak kolloidleri-katyon etkileşimleri Kolloidlerin katyonlara olan ilgisi Elektrostatik etkileşim Al +3 >H + >Ca +2 >Mg +2 >K + = NH + >Na + Katyon absorbsiyonu reversible bir olaydır İyon değişimi-adsorbsiyon
İyon değişim kapasitesi-toprak tipi İnce partikül-iyon bağlama kapasitesi yüksek ph nötrkullanılabilirlik yüksek H + -katyon değişimi Asit yağmurlarıtoprağın fakirleşmesi
H + -toprak partiküllerine geçiş Organik maddelerin mikrobiyal parçalanması- H 2 O 2 oluşumu-oksidasyon-asit üretimi Köklerdeki solunum-co 2 oluşumu CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - - Toprak kolloidleri-ana kaynak - İyonlar-ara kaynak - İyon kaynağı-kayaların aşınması
Toprak kolloidleri-anyonlar Kolloidler (-) yüklü Anyonlar (-) yüklü NO 3 - Ötrofikasyon İnsan ve hayvanlarda zehirlenme Fosfat ve sülfat anyonları bazen bağlanabilir
Toprağın ph değeri-besin kullanımı Ca, Mg, K, P-asidik toprakta fazla adsorblanır H 2 PO 4 - Bazik toprakta-hpo 4-2 ve PO 4-3 Bazik toprak-fe, Mn, Al kullanımı az Karbonat tuzları, kristal form Asit yağmurları-toprağın fakirleşmesi Bazik toprak-oh - ile nitrat ve fosfat rekabeti
Fe eksikliği-şelasyon-edta Sitrik asit-fe Toprağın asitlenmesi (asit bileşikleri, kükürtlü bileşikler) Kireçleme (CaCO 3, CaO, Ca(OH) 2 Demir alınımı: Kafeik asit ve fitosideroforlar (Gramineae)
BESİN İYONLARININ ALINIMI - Kök uçları ve tüm kök yüzeyi 1- Pasif iyon alınımı 2- Aktif iyon alınımı - Hücrenin içi daha negatif
Nitrat, klor, fosfat ve sülfat aktif alınır Na, Mg ve Ca pasif Tonoplast
Zar proteinleri (permeazlar) Transport proteinleri - Pompalar - Taşıyıcılar (porter) - Kanallar
KOLAYLAŞTIRILMIŞ DİFÜZYON Kolaylaştırılmış difüzyon Konsantrasyon gradienti
KOLAYLAŞTIRILMIŞ DİFÜZYON Hücre dışı Hücre içi
POMPALAR ATP hidrolizi Tek yönlü taşınım Pompa proteininde yapısal değişim Hücre zarı ve tonoplast Ca ve proton (H + ) pompaları
TAŞICILAR (PORTER) Proton ve iyon karşılıklı yer değiştirir Kotransport Simport 2 proton sitoplazmaya-1 klor sitoplazmaya Şekerlerin alınımı Antiport Proton sitoplazmaya-katyon hücre dışına
Proton pompası Sukroz-proton taşıyıcısı Sukroz KOTRANSPORT
SİMPORT ANTİPORT KOTRANSPORT
Hücre zarında 2 tane K taşıyıcısı KUP/HAK/KT ve HKT Katyon-proton antitaşıyıcıları (CPA proteinleri Halofit bitkilerde Na-proton antitaşıyıcıları Tuz stresine tolarans SOS1 geni Kökten Na atılması ve transpirasyonla taşınması sos1-mutant
TAŞIYICI PROTEİNLER
KANALLAR Birkaç alt birim-protein yapısında K kanalları, klor kanalları, Ca kanalları Açılma-kapanma Taşınım daha hızlı Açılma-ışık, hormonlar, iyon varlığı, membranın elektriksel potansiyeli Uniport
KANAL PROTEİNLERİ
KATYON KANALLARI Shaker kanalları-k-stoma bekçi hücreleri Siklik nükleotid katyon kanalları-k, Ca ve Na-cGMP bağlanması Tonoplastta-TPK/VK kanalları-k TPC1/SV kanalları-vakuolden Ca çıkışı
ANYON KANALLARI NO 3-, Cl -, SO 4-2 ve PO 4-3 Malat (-2 yüklü) SLAC1 proteini
TAŞIYICILARIN SPESİFİKLİĞİ K ve Na taşıyıcıları Cl ve F taşıyıcıları K alınımı Rb ile inhibe Cl alınımı Br ile inhibe Ca-K ve Br alınımını hızlandırır Sinergistik etki Antagonistik etki
AKTİF TAŞINIM-ATP ATPaz-proton pompaları Reversible fonksiyon Primer aktif taşınım ph düzenlemesi, büyüme, niktinasti, floem yüklenmesi, stoma hareketleri, sakkaroz taşınımı Proton taşınımı-anyonların vakuole alınmasıkatyonların vakuole alınması Simport ve antiport-sekonder aktif taşınım Solunum inhibitörler-siyanür ve 2,4-dinitrofenol
BİTKİDE İYON HAREKETİ Endodermise kadar- apoplastik ve simplastik Ksileme kadar-simplastik Ksilem parankiması-trake ve trakeid-ksilem YÜKLENMESİ Vertikal taşınım-ksilem Yanal taşınım-kambiyum Floem-iki yönlü taşınım Yapraktan gövdeye Eksiklik belirtileri yaşlı yapraklarda-hareketli Eksiklik belirtileri genç yapraklarda-hareketsiz
FOLİAR İYON ALINIMI Yapraklar Sucul bitkilerde kutikula yok Karasal bitkilerde püskürtme Fe, Mn, Zn, Cu Tween 20 veya 80 Serin saatlerde Buğday-azot
MİNERAL MADDELERİN BİTKİDEKİ GÖREVLERİ 1- Genel Görevleri a- Ozmotik fonksiyon: - Çözeltilerin su potansiyeli b- Yapısal fonksiyon: - Karbohidratlar, lipidler, proteinler, enzimler, klorofil, koenzimler c- Biyokimyasal fonksiyon: - Kofaktörler, ATP
2- Özel görevleri: - C, H, O A- Azot (N): Aminoasit ve proteinler, pürin ve pirimidinler, porfirinler, koenzimler - Odunlu gövde gelişimi - Antosiyanin birikimi-mor renk B- Fosfor (P): Nükleik asitler, şeker fosfatlar, fosfolipidler, ATP, NAD, NADP - Meristematik bölgeler - Nekroz C- Kükürt (S): Sistein ve metionin, koenzim A, biyotin ve tiamin, Fe-S proteinleri - Brassicaceae - Herbivorlara karşı savunma
D- Kalsiyum (Ca): - Hücre bölünmesi, hücre plağı, iğ iplikleri, orta lamel - Sekonder messenger, Ca-kalmodulin kompleksi - Zar geçirgenliği, bazı enzimlerin aktivatörü karbohidrat taşınımı, meristemler E- Potasyum (K): - Ozmoregülasyon - Stoma ve bitki hareketleri - Enzim aktivasyonu, peptid bağlarının ve karbohidratların sentezini sağlayan enzimler
F- Silisyum (Si) - Çeper - Diatome ve at kuyrukları - Büyüme, üreme yeteneği ve stres dayanıklılığı - Mantar hastalıklarına duyarlılık G- Magnezyum (Mg): - Klorofil - CO 2 fiksasyon reaksiyonlarındaki rubilozdifosfat karboksilaz ve PEPC enzimlerinin aktivasyonu - Ribozom stabilitesi H- Demir (Fe): - Ferrik (Fe +3 ) ve çözünebilir ferrous (Fe +2 ) formunda alınır - Klorosis, enzim aktivasyonu I- Mangan (Mn): - Solunum ve azot metabolizmasındaki enzimlerin aktivasyonu - Krebs döngüsü, Hill reaksiyonu
J- Bakır (Cu): - Kullanılabilir formu Cu +2 - Az oksijenli topraklarda Cu + formu - Enzim kofaktörü - Polifenol oksidaz - Süperoksit dismutaz K- Bor (B): - Çeperde bulunur - Hücre bölünmesi ve uzaması - Hormon ve nükleik asit metabolizması - Polen tüpü çimlenmesi - Karbohidrat taşınımı ve fotosentez L- Molibden (Mo): - Azot fiksasyonu, nitrat asimilasyonu - Nitrogenaz ve nitrat redüktaz için kofaktör
M- Çinko (Zn): - İndol-3-asetik asit (IAA) sentezi - Protein sentezi - Alkol dehidrogenaz, karbonik anhidraz, süperoksit dismutaz N- Klor (Cl): - Hücre bölünmesi - Fotosentez (elektron taşınımı ve Hill reaksiyonu) O- Nikel (Ni): - Üreaz ve hidrogenaz enzimlerinin bileşeni - Azot taşınımı Ö- Sodyum (Na): - C4 ve CAM mekanizmasında CO2 nin yakalanması - Hücre genişlemesi ve büyümesi - Halofit
BİTKİ BESLENMESİ- MİKROORGANİZMALAR 1- Bakteriler 2- Mantarlar
1- BAKTERİLER Bakteriler-kök salgıları İndirgen şekerler, amino asitler, çözünür amidler Müsilaj Azot fiksasyonu Azotun alınabilecek forma dönüşümü P dönüşümü ve alınımı Köklerde lateral büyüme Proteoid kök oluşumu-iaa
PROTEOİD KÖKLER
2- FUNGUSLAR (MİKORİZA) Basidiomycetes ve Ascomycetes Mikoriza Aşırı yağmur-fakir topraklar Çam ağaçları, orkideler Asitlik Mutualizm Spesifiklik
A- Ektotrofik mikoriza (Ektomikoriza) - Miseller kök korteksine kadar gider - Kök bir kılıf gibi sarılır - Hartig ağı - Gymnosperm ve odunlu Angiospermler
2- Endotrofik mikoriza (Endomikoriza) - Kök çevresinde kılıf oluşmaz - Hifler korteks hücrelerinin içine kadar gider - Vesiküler-arbuskular mikoriza - Chenopodiaceae ve Brassicaceae hariç tüm otsu Angiospermlerde bulunur - P, Zn ve Cu alınımı
Endotrofik mikoriza
TOPRAK GÜBRELERİ Toprağın mineral kaynağı Toprakta mineralllerin azalma nedenleri Tam gübre (N-P-K) Azot, P 2 O 5 (fosfor pentoksit), K 2 O (potasyum oksit) Ahır atıkları, ürün atıkları, balık atıkları Organik ve inorganik gübreler İnorganik gübreler-toprak bozulması-inorganik madde azalması, humus azalması Katı, sıvı ve gaz gübreler Gübrelerin etkinlik süresi Toprakta kalma süresi Çözünme süresi Plastik kapsüller