31.3: Marekebisho ya Lishe ya Mimea
- Page ID
- 175487
Ujuzi wa Kuendeleza
- Kuelewa marekebisho ya lishe ya mimea
- Eleza mycorrhizae
- Eleza nitrojeni fixation
Mimea hupata chakula kwa njia mbili tofauti. Mimea ya autotrophic inaweza kufanya chakula chao kutoka kwa malighafi isiyo ya kawaida, kama vile dioksidi kaboni na maji, kupitia photosynthesis mbele ya jua. Mimea ya kijani imejumuishwa katika kundi hili. Baadhi ya mimea, hata hivyo, ni heterotrophic: wao ni vimelea kabisa na kukosa katika chlorophyll. Mimea hii, inajulikana kama mimea ya holo-vimelea, haiwezi kuunganisha kaboni ya kikaboni na kuteka virutubisho vyao vyote kutoka kwenye mmea wa jeshi.
Mimea inaweza pia kuomba msaada wa washirika wa microbial katika upatikanaji wa virutubisho. Spishi maalum za bakteria na fungi zimebadilika pamoja na mimea fulani ili kuunda uhusiano wa pamoja na mizizi. Hii inaboresha lishe ya mmea wote na microbe. Kuundwa kwa vidonda katika mimea ya legume na mycorrhization inaweza kuchukuliwa kati ya mabadiliko ya lishe ya mimea. Hata hivyo, hizi sio aina pekee ya marekebisho ambayo tunaweza kupata; mimea mingi ina marekebisho mengine yanayowawezesha kustawi chini ya hali maalum.
Nitrogen Fixation: Mizizi na B
Nitrogen ni macronutrient muhimu kwa sababu ni sehemu ya asidi nucleic na protini. Nitrojeni ya anga, ambayo ni molekuli ya diatomiki\(\ce{N2}\), au dinitrojeni, ni bwawa kubwa la nitrojeni katika mazingira ya duniani. Hata hivyo, mimea haiwezi kuchukua faida ya nitrojeni hii kwa sababu hawana enzymes zinazohitajika kuzibadilisha kuwa aina za kibiolojia muhimu. Hata hivyo, nitrojeni inaweza kuwa “fasta,” ambayo ina maana kwamba inaweza kubadilishwa kuwa amonia (\(\ce{NH3}\)) kupitia michakato ya kibiolojia, kimwili, au kemikali. Kama umejifunza, kibiolojia nitrojeni fixation (BNF) ni uongofu wa nitrojeni anga (\(\ce{N2}\)\(\ce{NH3}\)) katika amonia (), peke uliofanywa na prokaryotes kama vile bakteria ya udongo au cyanobacteria. Michakato ya kibiolojia huchangia asilimia 65 ya nitrojeni inayotumiwa katika kilimo. Equation ifuatayo inawakilisha mchakato:
\[\ce { N2 + 16 ATP + 8 e^{-} + 8 H^{+} \rightarrow 2 NH3 + 16 ADP + 16 P_i + H_2} \nonumber\]
Chanzo muhimu zaidi cha BNF ni ushirikiano wa usawa kati ya bakteria ya udongo na mimea ya legume, ikiwa ni pamoja na mazao mengi muhimu kwa wanadamu (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). NH 3 kutokana na fixation inaweza kusafirishwa katika tishu kupanda na kuingizwa katika amino asidi, ambayo ni kisha kufanywa katika protini kupanda. Baadhi ya mbegu za legume, kama vile soya na karanga, zina viwango vya juu vya protini, na hutumika kati ya vyanzo muhimu vya kilimo vya protini duniani.
Zoezi\(\PageIndex{1}\)
Wakulima mara nyingi huzunguka mahindi (mazao ya nafaka) na maharage ya soya (legume) wakipanda shamba na kila mazao katika misimu mbadala. Ni faida gani inaweza hii mzunguko wa mazao kutoa?
- Jibu
-
Soya huweza kurekebisha nitrojeni katika mizizi yao, ambayo hayakuvunwa mwishoni mwa msimu wa kukua. Nitrojeni ya chini inaweza kutumika katika msimu ujao na mahindi.
Wakulima mara nyingi huzunguka mahindi (mazao ya nafaka) na maharagwe ya soya (legume), wakipanda shamba na kila mazao katika misimu mbadala. Ni faida gani inaweza hii mzunguko wa mazao kutoa?
Bakteria ya udongo, kwa pamoja inayoitwa rhizobia, inashirikiana na mizizi ya legume ili kuunda miundo maalumu inayoitwa nodules, ambapo fixation ya nitrojeni hufanyika. Utaratibu huu unahusisha kupunguza nitrojeni ya anga kwa amonia, kwa njia ya nitrogenase ya enzyme. Kwa hiyo, kutumia rhizobia ni njia ya asili na ya kirafiki ya kuzalisha mimea, kinyume na mbolea ya kemikali inayotumia rasilimali isiyo ya kawaida, kama vile gesi asilia. Kupitia marekebisho ya nitrojeni ya symbiotic, mmea hufaidika kutokana na kutumia chanzo cha kutokuwa na mwisho cha nitrojeni kutoka anga. Mchakato huo wakati huo huo unachangia uzazi wa udongo kwa sababu mfumo wa mizizi ya mimea huacha nyuma baadhi ya nitrojeni inayopatikana kibiolojia. Kama ilivyo katika symbiosis yoyote, viumbe vyote viwili hufaidika kutokana na mwingiliano: mmea hupata amonia, na bakteria hupata misombo ya kaboni inayotokana na usanisinuru, pamoja na niche iliyohifadhiwa ambayo inakua (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).
Mycorrhizae: Uhusiano wa Symbiotic kati ya Fungi na Mizizi
Eneo la kupungua kwa virutubisho linaweza kuendeleza wakati kuna ufumbuzi wa haraka wa udongo, ukolezi wa chini wa virutubisho, kiwango cha chini cha kutenganishwa, au unyevu mdogo wa udongo. Hali hizi ni za kawaida sana; kwa hiyo, mimea mingi hutegemea fungi ili kuwezesha matumizi ya madini kutoka kwenye udongo. Fungi huunda vyama vya symbiotic vinavyoitwa mycorrhizae na mizizi ya mimea, ambayo fungi kweli huunganishwa katika muundo wa kimwili wa mizizi. Fungi hutawala tishu za mizizi hai wakati wa ukuaji wa mimea.
Kupitia mycorrhization, mmea hupata hasa phosphate na madini mengine, kama vile zinki na shaba, kutoka kwenye udongo. Kuvu hupata virutubisho, kama vile sukari, kutoka kwenye mizizi ya mmea (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Mycorrhizae kusaidia kuongeza eneo la uso wa mfumo wa mizizi ya mimea kwa sababu hyphae, ambayo ni nyembamba, inaweza kuenea zaidi ya eneo la kupungua kwa virutubisho. Hyphae inaweza kukua katika pores ndogo ya udongo ambayo inaruhusu upatikanaji wa fosforasi ambayo vinginevyo haipatikani kwa mmea. Athari ya manufaa kwenye mmea ni bora kuzingatiwa katika udongo maskini. Faida ya fungi ni kwamba wanaweza kupata hadi asilimia 20 ya jumla ya kaboni inayofikiwa na mimea. Mycorrhizae hufanya kazi kama kizuizi cha kimwili kwa vimelea. Pia hutoa induction ya utaratibu wa ulinzi wa jeshi la jumla, na wakati mwingine huhusisha uzalishaji wa misombo ya antibiotic na fungi.
Kuna aina mbili za mycorrhizae: ectomycorrhizae na endomycorrhizae. Ectomycorrhizae huunda shehena kubwa mnene karibu na mizizi, inayoitwa vazi. Hyphae kutoka fungi kupanua kutoka vazi ndani ya udongo, ambayo huongeza eneo la uso kwa ajili ya maji na ngozi ya madini. Aina hii ya mycorrhizae inapatikana katika miti ya misitu, hasa conifers, birches, na mialoni. Endomycorrhizae, pia huitwa arbuscular mycorrhizae, usifanye shehena mnene juu ya mizizi. Badala yake, mycelium ya vimelea imeingizwa ndani ya tishu za mizizi. Endomycorrhizae hupatikana katika mizizi ya zaidi ya asilimia 80 ya mimea ya duniani.
Virutubisho kutoka Vyanzo vingine
Baadhi ya mimea haiwezi kuzalisha chakula chao wenyewe na lazima kupata lishe yao kutoka vyanzo vya nje. Hii inaweza kutokea kwa mimea ambayo ni vimelea au saprophytic. Mimea mingine ni symbionts mutualistic, epiphytes, au insectivorous.
Panda Vimelea
Mimea ya vimelea inategemea mwenyeji wake kwa ajili ya kuishi. Baadhi ya mimea ya vimelea haina majani. Mfano wa hii ni dodder (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)), ambayo ina shina dhaifu, cylindrical ambayo inazunguka mwenyeji na hufanya suckers. Kutoka kwa suckers hizi, seli huvamia shina la jeshi na kukua ili kuungana na vifungo vya mishipa vya mwenyeji. Mimea ya vimelea hupata maji na virutubisho kupitia uhusiano huu. Mti huu ni vimelea jumla (holoparasite) kwa sababu inategemea kabisa mwenyeji wake. Mimea mingine ya vimelea (hemiparasiti) ni photosynthetic kikamilifu na hutumia tu jeshi kwa maji na madini. Kuna aina 4,100 za mimea ya vimelea.
Saprophytes
Saprophyte ni mmea ambao hauna chlorophyll na hupata chakula chake kutoka kwa jambo lililokufa, sawa na bakteria na fungi (kumbuka kuwa fungi mara nyingi huitwa saprophytes, ambayo si sahihi, kwa sababu fungi sio mimea). Mimea kama hizi hutumia enzymes kubadili vifaa vya chakula vya kikaboni katika fomu rahisi ambazo zinaweza kunyonya virutubisho (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Saprophytes wengi hawana moja kwa moja kuchimba jambo wafu: badala yake, vimelea fungi kwamba digest jambo wafu, au mycorrhizal, hatimaye kupata photosynthate kutoka kuvu inayotokana photosynthate kutoka mwenyeji wake. Mimea ya saprophytic ni kawaida; aina chache tu zinaelezwa.
Symbionts
Symbiont ni mmea katika uhusiano wa symbiotic, na marekebisho maalum kama vile mycorrhizae au malezi ya nodule. Fungi pia huunda vyama vya usawa na cyanobacteria na mwani wa kijani (inayoitwa lichens). Wakati mwingine lichens inaweza kuonekana kama ukuaji wa rangi juu ya uso wa miamba na miti (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Mshirika wa algal (phycobiont) hufanya chakula autotrophically, baadhi ambayo inashiriki na kuvu; mpenzi wa vimelea (mycobiont) huchukua maji na madini kutoka kwa mazingira, ambayo hupatikana kwa alga ya kijani. Ikiwa mpenzi mmoja alitenganishwa na mwingine, wangekufa wote wawili.
Epiphytes
Epiphyte ni mmea unaokua kwenye mimea mingine, lakini haitegemei mmea mwingine wa lishe (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)). Epiphytes zina aina mbili za mizizi: kushikamana na mizizi ya angani, ambayo inachukua virutubisho kutoka kwa humus ambayo hujilimbikiza kwenye miundo ya miti; na mizizi ya angani, ambayo inachukua unyevu kutoka anga.
Mimea ya wadudu
Mti wa wadudu una majani maalumu ili kuvutia na kuchimba wadudu. Flytrap ya Venus inajulikana kwa njia yake ya lishe ya wadudu, na ina majani ambayo hufanya kazi kama mitego (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Madini ambayo hupata kutokana na mawindo hulipa fidia kwa wale wanaokosa katika udongo wa boggy (chini pH) wa tambarare zake za asili za North Carolina za pwani. Kuna nywele tatu nyeti katikati ya kila nusu ya kila jani. Mipaka ya kila jani hufunikwa na miiba ndefu. Nectar iliyofichwa na mmea huvutia nzi kwenye jani. Wakati kuruka kunagusa nywele za hisia, jani hufunga mara moja. Kisha, maji na enzymes huvunja mawindo na madini huingizwa na jani. Kwa kuwa mmea huu unajulikana katika biashara ya maua, unatishiwa katika makazi yake ya awali.
Muhtasari
Nitrojeni ya anga ni bwawa kubwa la nitrojeni inapatikana katika mazingira ya duniani. Hata hivyo mimea haiwezi kutumia nitrojeni hii kwa sababu hawana enzymes zinazohitajika. Biolojia nitrojeni fixation (BNF) ni uongofu wa nitrojeni anga kwa amonia. Chanzo muhimu zaidi cha BNF ni ushirikiano wa usawa kati ya bakteria ya udongo na mboga. Bakteria huunda vidonda kwenye mizizi ya legume ambayo fixation ya nitrojeni hufanyika. Fungi huunda vyama vya symbiotic (mycorrhizae) na mimea, kuunganishwa katika muundo wa kimwili wa mizizi. Kupitia mycorrhization, mmea hupata madini kutoka kwenye udongo na kuvu hupata photosynthate kutoka kwenye mizizi ya mmea. Ectomycorrhizae huunda kamba kubwa mnene karibu na mizizi, wakati endomycorrhizae imeingizwa ndani ya tishu za mizizi. Baadhi ya mimea-vimelea, saprophytes, symbionts, epiphytes, na wadudu-wamebadilisha marekebisho ili kupata lishe yao ya kikaboni au madini kutoka vyanzo mbalimbali.
faharasa
- epiphyte
- mmea unaokua kwenye mimea mingine lakini hautegemei mimea mingine kwa ajili ya lishe
- mmea wa wadudu
- kupanda ambayo ina majani maalumu ili kuvutia na kuchimba wadudu
- nitrojeni
- enzyme kwamba ni wajibu wa kupunguza nitrojeni anga kwa amonia
- vinundu
- maalumu miundo ambayo yana bakteria Rhizobia ambapo nitrojeni naitrojeni unafanyika
- mmea wa vimelea
- kupanda kwamba ni tegemezi kwa mwenyeji wake kwa ajili ya kuishi
- rhizobia
- udongo bakteria kwamba symbiotically kuingiliana na mizizi legume kuunda nodules na kurekebisha nitrojeni
- saprophyte
- kupanda ambayo haina chlorophyll na anapata chakula chake kutokana na jambo wafu
- mshikamano
- kupanda katika uhusiano wa symbiotic na bakteria au fungi