المغذيات النباتية، تغذية النبات والعناصر الغذائية الكبرى

 المغذيات النباتية

النباتات، بصفتها كائنات ذاتية التغذية، تستخدم الطاقة الضوئية للقيام بعملية البناء الضوئي. وخلال هذه العملية، تُحوَّل جزيئات الماء وثاني أكسيد الكربون غير العضوية إلى جزيء الجلوكوز العضوي. يتركّب الجلوكوز، شانه شأن معظم الكربوهيدرات، من عناصر الكربون والهيدروجين و الأوكسجين.

فقط تحتاج النباتات إلى امتصاص مغذيات أخرى بهدف تركيب جزيئات أخرى (كالبروتينات التي تضم النتروجين) وإتمام تركيب هياكل و تراكيب أخرى (كالكالسيوم الذي يعد جزءًا من جُدران الخلايا).

تُقسم المغذيات التي تحتاجها النباتات إلى فئتين. مغذيات كبرى تحتاجها النباتات بكميات كبيرة. وتُعدّ العناصر السبعة التالية جزءًا من هذه الفئة: النتروجين (N) والفوسفور (P) والبوتاسيوم (K) والكالسيوم (Ca) والمغنيسيوم (Mg) والكبريت (S) ومغذيات صغرى تحتاجها النباتات بكميات أقل. وتتضمن المجنيز (Mn) والزنك (Zn) والبورون (B) والألومنيوم (Al) والكلور (Cl) والنحاس (Cu) والموليبدينوم (Mo) واليود (I) والحديد (Fe)،ونظرًا إلى أن الكثير من هذه العناصر توجد بمثابة جزءٍ من الأملاح في التربة، فإن النباتات تمتصها على هيئة أيونات.

فكر في الأسئلة التالية:

• هل هناك طرق أخرى للحصول على العناصر الغذائية من مصادر غير التربة؟
• كيف تحصل النباتات في أنواع التربة الفقيرة بالمغذيات على هذه العناصر الغذائية؟
• هل هناك طرق للحصول على المواد الغذائية من خلال علاقات مع كائنات حية أخرى؟

المغذيات النباتية، العناصر الغذائية الكبرى

تركيب النبات

تتألف أجسام النباتات مغطاة البذور من ثلاثة أجزاء رئيسة: الجذور والسيقان والأوراق. تشكّل هذه الأعضاء الأساسية من جسم النبات التى لا تستخدم فى التكاثر، هى الساق مع الأوراق المتصلة ، وهى ما تشكل الفسيلة.

تشكّل جذور النبات معًا ما يُسمى المجموع الجذري، بينما تشكّل الفسائل المجموع الخضري.

المجموع الجذرى:

تثبّت الجذور النبات في التربة، وتمتص الماء والمعادن، وتوفّر مكانًا لتخزين الغذاء. 

للمجموع الجذرى نوعان رئيسان هما :المجموع الجذري الأصلي والمجموع الجذري العَرَضيّ أو الطارئ.

 يتألف المجموع الجذري الأصلي، وهو الأكثر شيوعًا، من جذرٍ وتدي (جذر أصلي) ينمو باتجاه رأسي نحو الأسفل (انتحاء أرضي موجب).

 تنشأ عن الجذر الوتدي جذور جانبية صغيرة (جذور ثانوية) تنمو أفقيًا أو مائلة (قطريا) وتنشأ من الجذور الثانوية أيضًا جذورها الجانبية الأصغر حجمًا (جذور ثالثية).

 وهكذا، تنشأ أصناف كثيرة من الجذور متناقصة الحجم عن جذرٍ بارز وحيد، ألا وهو الجذر الوتدي. تنتج معظم ذوات الفلقتين جذورًا وتدية، ومنها الهندباء أو نبات السريس على سبيل المثال.

وفي بعض الحالات، يكون للمجموع الجذري الوتدي شكل معدّل/ متكيف ليفي أو منتشر. وفي هذين النوعين، لا تلبث الجذور الثانوية الرئيسة أن تساوي في حجمها الجذر الأصلي أو تصبح أكبر حجمًا منه.

 ومن ثم، تتشكل العديد من الجذور الكبيرة وذات الانتحاء الأرضي الموجب، والتي تعطي جذورًا أعلى رتبةً يمكن أن تنمو لتماثل في حجمها الجذر الأصلي. 

لذلك، لا يوجد في حالة المجموع الجذري الليفي جذر وتدي وحيد واضح المعالم.

على العموم، يكون المجموع الجذري الليفي أقل عمقًا في التربة من الجذور الوتدية.

انماط التغذية فى النبات:

تحصل جميع الكائنات على عناصرها الغذائية من البيئة، ولكن لا تحتاج جميع الكائنات الحية إلى نفس العناصر الغذائية كما أنها لا تمثِّل هذه العناصر بنفس الطريقة .

من حيث نمط التغذية هناك نوعان من الكائنات الحية ، كائنات ذاتية التغذية وكائنات غير ذاتية التغذية. تحتاج الكائنات غير ذاتية التغذية إلى مصادر للغذاء تضم مركبات عضوية (تحتوى على الكربون) وغير عضوية ، وتحصل الكائنات الحية ذاتية التغذية على عناصرها الغذائية من مركبات غير عضوية، ومصدر الكربون بالنسبة لها هو ثاني أكسيد الكربون ($C{O}_2$). والكائن الحي ذاتيُ التغذية كائنًا ذاتي التغذية ضوئيًا أى يحتاج الطاقة الضوئية لتمثيل $C{O}_2$ إلى المكوّنات العضوية التى تحتاجها خلاياه. علاوةً على ذلك، يُسمّى الكائن الحي ذاتي التغذية الضوئي الذي يستخدم الماء ويطلق الأوكسجين خلال عملية البناء الضوئي بالكائن الحي ذاتي التغذية الضوئية المعتمدة على الأوكسجين.

الكائنات الحية التي وُجدت على الأرض من هذا النوع هي المصدر الرئيس لأكسجين الغلاف الجوي في يومنا هذا (بنسبة 21 بالمائة تقريبًا). جميع النباتات تقريبًا، إضافةً إلى الكثير من أوليات النواة والطلائعيات، تتميز بكونها ذاتية التغذية وضوئية ومعتمدة على الأكسجين.

النباتات، بصفتها كائنات حية ذاتية التغذية، تستخدم الطاقة الضوئية فى عملية البناء الضوئي لإنتاج السكريات من غاز $C{O}_2$ والماء. كما تقوم أيضًا بتركيب الأحماض الأمينية والفيتامينات من الكربون المثبّت أثناء البناء الضوئي ومن عناصر تحصّل عليها من الطبيعة.

(لا تستطيع الحيوانات، بصفتها كائنات حية غير ذاتية التغذية، تركيب الكثير من المغذيات بما فيها أنواع محددة من الأحماض الأمينية والفيتامينات، ولذلك لا بد أن تحصل عليها من البيئة).

العناصر الاساسية والمعادن:

يلزم وجود بعض العناصر الرئيسة لحدوث عملية التمثيل الغذائي المعقدة في النباتات. عمومًا يعتبر علماء وظائف الأعضاء النباتية أن عنصرًا ما أساسيا في الحالات التالية: (1) عجز النبات عن إكمال دورة حياته (أي النمو والتكاثر) في غياب هذا العنصر، (2) لا يمكن لعنصر آخر سواه تنفيذ الأدوار البنائية أو الفسيولوجية أو الكيميائية الحيوية (3) يشارك العنصر مباشرة في عملية التمثيل الغذائي للنبات (على سبيل المثال ، كجزء من إنزيم أو مكونات عضوية خلوية أساسية أخرى). والعناصر المفيدة هي تلك التي تحفز نمو النبات عن طريق تخفيف التأثيرات السامة لعناصر أخرى أو تحل محل عنصر ذي دور أقل أهمية (على سبيل المثال ، تعمل بمثابة مُذاب إسموزي غير نوعي). تُعدّ بعض العناصر مفيدة من حيث كونها ضرورية للنمو بالنسبة لبعض أنواع النباتات وليس لجميعها.

يمكن أن تختلف التركيزات المطلوبة للعناصر الأساسية والمفيدة اختلافًا كبيرا جدًا. تسمى العناصر الأساسية اللازمة بكميات كافية للنمو بالمغذيات الكبرى. وتتكون هذه المجموعة من تسعة معادن، وهي: الكربون (C)، والهيدروجين (H) والأكسجين (O) والنيتروجين (N) والبوتاسيوم (K) والكالسيوم (Ca)، والماغنيسيوم (Mg) والفوسفور (P) والكبريت (S). ويلزم وجود ثمانية عناصر معدنية أساسية أخرى، ولكن بكميات قليلة (0.01 بالمائة أو أقل)، وتسمى بالمغذيات الصغرى. وهذه العناصر هي الحديد (Fe)، والكلور (Cl)، والمنجنيز (Mn) والبورون (B)، والنحاس (Cu)، والموليبدينوم (Mo)، والزنك (Zn)، والنيكل (Ni). يمكن أن تختلف النسب المئوية المطلوبة اختلافًا كبيرًا حسب النوع والنمط الجيني (أو التنوّع الوراثي) وعمر النبات والظروف البيئية للنمو.

المغذيات الكبيرة فعليا تكون فى صيغة كيميائية الفعلية أوقد تكون على هيئة مركّب تدخل بها المغذيات الكبيرة إلى المجموع الجذري للنبات. على سبيل المثال، مصدر المغذي الكبير لعنصر النيتروجين الكبير هو أيون النترات($N{O}_3$)−، و يمكن امتصاص النتروجين كأيون الأمونيوم($N{H}_4$) + أو أحماض أمينية. تحصل النباتات آكلة اللحوم على النيتروجين من البروتيناتِ والأحماضِ النوويةِ للفريسة . ويوفّر غاز ثاني أكسيد الكربون الموجود بالغلاف الجوي ذرات الكربون والأكسجين اللازمة. ويُوفّر الماء الممتص من التربة معظم كمية الهيدروجين. بينما توفّر التربة المغذيات الكبرى والمغذيات الصغرى المعادن المركبة والصخور الأساسية والكائنات المتحللة. العوامل التي تحدد امتصاص جذور النبات تشمل: قابلية المادة الكيميائية المعنية للذوبان وقابلية حركتها، إضافةً إلى الخواص الغروية لأسطح التربة المشحونة، والمساحة السطحية لجذور النبات وقدرتها على الامتصاص.

يشكّل الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين أكثر من 96 بالمائة من وزن النباتات الجاف. ولذلك، تُعدّ هذه العناصر المكونات الرئيسة للمركبات البنائية ومركبات التمثيل الغذائي في النبات. ويساعد وجود هذه العناصر، بالإضافة إلى وجود البوتاسيوم داخل الخلايا، في تنظيم الضغط الأسموزي للنبات وإضافةً إلى ذلك، يُعدّ الفوسفور أحد مكونات الأحماض النووية، بما فيها DNA، والأغشية، وهو يؤدي دورًا في مسارات التمثيل الغذائي المتعددة. وتُعدّ المغذيات الصغرى عمومًا منشّطات للإنزيمات أو مكونات لها، على الرغم من أن عناصر البوتاسيوم والكالسيوم والماغنيسيوم الكبيرة تؤدي هذين الدورين أيضًا.

كيفية حصول النباتات على الموارد اللازمة للتغذية

• تستخدم النباتات تراكيب محددة للحصول على المواد التي تحتاجها لإكتمال عملية البناء الضوئي وتنفيذ باقى العمليات الحيوية . الورقة هي موضع امتصاص ضوء الشمس وتبادل الغازات، بينما يمتص الجذر الماء والأملاح المعدنية
• فى البداية تمتص الشعيرات الجذرية الماء من التربة . بعد ذلك، ينتقل الماء عبر قشرة الجذر إلى النسيج الوعائي.
• يدخل الماء الشعيرات الجذرية بواسطة الخاصية الإسموزية، وهي انتشار الماء من منطقة ذات تركيز مائى مرتفع إلى منطقة ذات تركيز مائى منخفض.
• تدخل المواد الأخرى الجذر من خلال عملية الانتشار الميسّر والنقل النشط.

تغذية النبات، المغذيات النباتية