DINH DƯỠNG KHOÁNG THỰC VẬT

THỜI ĐIỂM PHÁT HIỆN ĐƯỢC TẦM QUAN TRỌNG CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG ĐỐI VỚI SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN THỰC VẬT... Hàm lượng trung bình các chất cơ bản có trong chồi thực vật sinh trưởn

DINH DƯỠNG

KHOÁNG THỰC VẬT

Thí nghiệm dẫn đến lời giải thích & quan niệm:

“cây trồng sống được nhờ nước” !!! ở thế kỷ 16

 Đất đã có sãn các chất để nuôi cây ( Aristote )

 Đất, nước, không khí, lửa cần thiết cho cây

 Muối là cơ sở sự sống cho cây (phân hữa cơ  muối

 cây) [ Palisi – 1453 ]

 Cây sinh trưởng nhờ nước [ Helmont-1526 ]

 Mùn là chất dinh dưỡng cho cây- Khóang thúc đẩy

vai trò của mùn [ 1800s ]

 Liebig (1803-1873): thuyết dinh dưỡng khoáng

Độ phì  Dinh dưỡng khóang

 Phân hóa học: cuối thế kỷ 19

Sản xuất phân bón phát triển khởi nguồn từ những hiểu biết về vai trò không thể thiếu của dinh dưỡng khoáng

với thực vật

Hiểu được nhu cầu về dinh dưỡng khoáng thực vật cho

phép thực hiện nuôi trồng cây trong điều kiện invitro

DINH DƯỠNG KHOÁNG

THỰC VẬT

Chất lượng/độ phì nhiêu của đất canh tác là sự kết hợp của những đặc tính tối ưu về đặc tính vật lý, đặc tính hóa học và đặc tính sinh học của đất

THỜI ĐIỂM PHÁT HIỆN ĐƯỢC TẦM QUAN TRỌNG CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG ĐỐI

VỚI SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN THỰC VẬT

Nguyên tố cần thiết

Nguyên tố có lợi

Nguyên tố gây hại

tt Nguyên tố Hàm lượng

M/g DW tt Nguyên tố Hàm lượng M/g DW

Hàm lượng trung bình các chất cơ bản

có trong chồi thực vật sinh trưởng

trong điều kiện đầy đủ dinh dưỡng

( tính theo trọng lượng khô )

-Nguyên tố cần thiết

 Không thể thiếu trong suốt chu trình sống của tất cả các loài thực vật

 Không thể thay thế

 Liên quan trực tiếp đến quá trình hấp thụ, chuyển hóa của cây

[Arnon & Stout – (1939)]

- Nguyên tố có lợi

-

 Nguyên tố đa lượng

 Nguyên tố vi lượng

Ý nghĩa:

 Cung cấp tối ưu cho cây trồng; tăng năng suất, phẩm chất

 Tránh sai sót kỹ thuật, tăng hiệu quả kinh tế

 Cung cấp cho cây đúng lúc, đúng liều lượng

Xu hướng gây tác động của các nguyên tố

đa lượng, vi lượng và những nguyên tố còn lại với sinh trưởng và năng suất cây trồng

Thực vật đòi hỏi một lượng hài hòa các yếu tố dinh dưỡng

để tồn tài, phát triển và tái tạo các thế hệ mới Khi thực vật gặp phải điều kiện rối loạn dinh dưỡng,

chúng sẽ biểu hiện ra những triệu chứng thiếu sức sống

Thiếu hay thừa bất kì yếu tố dinh dưỡng nào đều làm nảy sinh những vấn đề cho cây trồng

Các kiểu triệu chứng thấy được gây ra do rối loạn (thiếu/thừa) dinh dưỡng:

- Hoại tử

- Đổi màu (gân là, mép lá, chóp lá)

- Không tạo được cơ quan mới

- Không tăng trưởng

- Quăn lá,

- Chùn, teo đọt

Nguyên tắc để xác định vai trò & triệu chứng rối loạn đối với một nguyên tố dinh dưỡng

Nhiều triệu chứng tương tự nhau rất khó nhận biết

Cần phải biết hình thái của một cây khỏe mạnh để từ đó mới có thể so sánh nhận biết cây bị rối lọan dinh dưỡng

Nếu cùng lúc cây trồng gặp phải nhiều yếu tố bất lợi, triệu chứng đặc trưng có thể không không nhận thấy được

Nhận biết nhanh:

Biết đặc điểm của cây khỏe mạnh

Nhận diện nơi xuất hiện triệu chứng lạ (lá non, lá già, mép lá, gân lá…)

Nhận diện cách thực triệu chứng xuất hiện

 Tìm biện pháp khắc phục

QUI LUẬT TỐI THIỂU

Sinh trưởng phát triển của thực vật tùy thuộc vào yếu tố dinh dưỡng bị giới hạn nhất trong môi trường dinh dưỡng mà cây đòi hỏi

độ hòa tan của các nguyên tố dinh dưỡng

Quan hệ giữa các yếu tố dinh dưỡng:

Quan hệ đối kháng: sự hấp thụ nguyên tơ này hạn chế sự hấp thu nguyên tố khác

Quan hệ hỗ trợ: sự hấp thụ nguyên tơ này thúc đảy

sự hấp thu nguyên tố khác

Biểu đồ Mulder: mối tương quan đối kháng (đỏ) và tương quan

hỗ trợ (xanh lục) trong quá trình hấp thụ của thực vật đối với

các cặp nguyên tố dinh dưỡng khoáng khác nhau

Dạng hấp thụ của các nguyên tố di dưỡng khác nhau

Dinh dưỡng chỉ có thể được hấp thụ dưới dạng ion hòa tan trong dung dịch (Nước)

1 Rễ phóng thích acid (H + ) , CO2 (từ hô hấp)

3 Rễ hấp thu các cation vào bên trong cơ thể để

sừ dụng

Dạng hấp thụ của các nguyên tố di dưỡng khác nhau

Đường cong thể hiện tác động của nồng độ chất dinh dưỡng trong mô thực vật ổ ở khoảng khác nhau đến phản ứng sinh trưởng của thực vật

Phân loại mức độ di động của các nguyên tố

dinh dưỡng trong cơ thể thức vật

Mức độ linh động của nguyên tố trong cây ảnh hưởng đến

vị trí biểu hiện triệu chứng rối loạn

DINH DƯỠNG

KHOÁNG THỰC VẬT

Ý nghĩa sinh lý và quá trình đồng hóa N

N trong khi quyển cực kỳ lớn

Thực vật đồng hóa trực tiếp C, O dạng khí nhưng không thể đồng hóa N trong không khí

N2 chuyển thành NO3- : 2-5 kg/ha/năm ở vùng nhiệt đới

Nhu cầu N ở thực vật : 80-150 kg/ha/vụ/năm

Sesbania rostrata hình thành nốt sần trên thân-

Ở nốt sần này vừa diễn ra quá trình quang hợp, vừa diễn ra quá trình đồng hóa N

Cơ chế hình thành nốt sần ở cây họ đậu

CHỨC NĂNG SINH LÝ CỦA N

Chiếm 1-7% sinh khối khô

Thành phần chính của

amino acid, protein

enzyme, coenzyme (NAD, NADP, FAD, Co.A…)

nucleic acid

chlorophyll & các sắc tố

chất kích thích sinh trưởng

vitamin

alkaloid & các chất thứ cấp

………

Tác động đến sự tạo tế bào mới

Tác động đến tính keo, độ nhớt chất nguyên sinh

Quá trình hấp thụ N:

Trong đất nhiệt đới: NH4+ NO3-

Thiếu N:

 Đẩy nhanh quá trình hóa già

 Triệu chứng thấy trước ở lá già

 Thay đổi hình thái

Dư thừa N:

 Chồi vươn dài, cây yếu, dễ đổ ngã,

 Kéo dài quá trình sinh trưởng sinh dưỡng

 Tồn dư N vô cơ trong sinh khối ( nitrate )

Thiếu đạm biểu hiện trên lá cao su

Thiếu đạm biểu hiện ở Lan hài

oP hữu cơ  khó hòa tan

pH cao: hình thành Ca(H2PO4)2 >> Apatit -Đòi hỏi P cho sự sinh trưởng tối ưu: 0.3-0.5% DW -Thực vật hấp thụ: H2PO4- & HPO4 2-

-Sự hấp thụ bị tác động bởi :

 pH

 Fe (Fe > < P)

 Mg (P≡ Mg2+)

CHỨC NĂNG SINH LÝ

Thành phần chính của

phosphore protein, phosphore lipid

nucleic acid

>>> vai trò trong phân bào và hình thành tế bào mới

các hợp chất cao năng (ATP, UTP, CTP, GTP), Glucose 6P

>>>vai trò trong trao đổi năng lượng

enzyme, coenzyme (NAD, NADP, FAD, Co.A…)

vitamin (B1, B6…)

 Tăng khả năng trao đổi nước của cây

 Giúp duy trì khả năng cân bằng pH nội bào

 Tăng tính chống chịu (hạn, nóng, lạnh, phèn…)

P trong mô thực vật có khoảng 0,1 đến 1% Trong đó chiếm tỉ

P đóng vai trò quan trọng trong các quá trình chuyển hóa năng lượng của cây (phosphoryl hóa, quang phosphoryl hóa, phosphoryl hóa – oxy hóa)

Phosphate là thành phần chính của các cấu trúc phospholipids,

phosphoproteins Phospholipids là thành phần chính trong cấu trúc màng

Acid phytic (ester hexaphosphate của phosphate myo-inositol) là dạng P phổ biến dự trữ trong hạt

P cần thiết cho sự phát triển của mô phân sinh, hạt và quả

P kích thích sự phát triển của rễ, làm cho rễ ăn sâu vào đất và lan rộng ra xung quanh, tạo điều kiện cho cây chống chịu được hạn và ít đổ ngã

P kích thích quá trình đẻ nhánh, nảy chồi, thúc đẩy cây ra hoa kết quả sớm

P làm tăng đặc tính chống chịu của cây đối với các yếu tố không thuận lợi: chống lạnh, hạn, phèn & chống một số loại sâu bệnh hại v.v…

Khó khăn đối với hấp thụ P của cây trồng:

 Trong đất P ở 2 dạng: dễ tiêu và khó tiêu, cây trồng sử dụng phần P

dễ tiêu

 Trong đất giàu acid, P bị kết tủa bởi Al và Fe

 Trong đất kiềm, các loại phân có tính acid sẽ hòa tan Ca, và hầu hết phân lân khi được bón vào trong đất bị kết tủa thành Dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) và Dicalcium phosphate (DCP)

 Khả năng đệm của đất có ảnh hưởng đến sự phân bố P trong đất

Root exudates

Enhanced spatial availability

• stimulation of root growth

• elongation and proliferation of root hairs

• enhanced formation of fine roots

• enhanced mycorrhizal colonization

Enhanced chemical availability

Modifications of rhizosphere chmistry in:

pH; redox potential; release of organic metal chelators; release of enzymes; uptake kinetics

Increased internal P use efficiency

• Pi retranslocation

• P-independent metabolic bypass reactions

• Utilization of alternative P sources (PPi)

Mobile mineral nutrients

Vai trò của các

nấm Mycorhizae

đối với dinh dưỡng

lân ở cây trồng

Thiếu P:

Góc mép lá cháy khô … toàn lá chuyển sang màu đỏ (hình thành anthocyanin) hay xanh đậm (tăng diện tích lá chậm hơn sự hình thành chlorophyll; hiệu quả quang hợp thấp)

Giảm hiệu quả họat động của hầu hết các quá trình: phân

bào, phát triển tế bào, hô hấp & quang hợp…

Thay đổi cân bằng các chất điều hòa tăng trưởng (hormone)

>>> làm chậm trễ hoặc ức chế sự tạo hoa, tạo trái

Dư thừa P: gây ra hiện tượng thiếu hụt các nguyên tố vi lượng,

đặc biệt là thiếu Zn và Cu

K

Ý nghĩa sinh lý và quá trình đồng hóa

K trong đất:

0.2-0.3 % K (đất giàu sét chứa nhiều K)

Tính linh động cao

Sự hấp thụ tác động bởi Na (Na > < K)

Đòi hỏi K cho sự sinh trưởng tối ưu: 2-5% DW

ĐẶC TÍNH CHỨC NĂNG SINH LÝ:

Dễ vận chuyển qua màng tế bào >>> tạo cơ chế đóng mở khí

khổng, cơ chế vận động của lá

Tính linh động cao, rất cần cho hoạt động sản sinh tế bào mới >>> nhu cầu nhiều nhất trong giai đoạn tăng sinh khối, đẻ

nhánh

>>> có nhiều ở bộ phận non & đang có hoạt động sinh lý mạnh

Là cation có nhiều nhất trong dịch bào

(100-120 mM trong dịch bào; 20-200 mM trong lục lạp)

 Là nguyên tố chính tạo nên tiềm năng thẩm thấu của hầu hết thực vật (không kể nhóm chịu mặn)

 Điều tiết các hoạt động sống thông qua việc làm biến đổi

mức độ giữ nước, độ nhớt chất nguyên sinh, trung hòa acid

trong tế bào

>>> tác động lên áp suất thẩm thấu tế bào, điều tiết pH

 Tham gia vào quá trình vận chuyển điện tử >> tăng cường quá trình tạo ra năng lượng

 Tham gia vào thành phần trên 50 enzyme:

(nhóm Synthetase; Hydrolase; Oxidase/Reductase;

Transferase

Thúc đẩy quá trình tổng hợp hữu cơ và quang hợp

>>> tăng độ ngọt sản phẩm

Đôi khi tồn tại dạng liên kết không bền với hợp chất hữu cơ

Thiếu K:

Hạn chế tổng hợp hữu cơ

Hạn chế sinh trưởng, K+ chuyển từ lá già sang lá non làm

“cháy” mép lá hoặc tạo các đốm

Biến Fe 3+  Fe 2+  gây độc bên trong tế bào

- Thiếu K Làm cho cây phát triển chậm lại, triệu chứng

không rõ ràng & khó nhận biết nếu thiếu hụt K+ ở mức độ ít trầm trọng

- Lá trưởng thành sẽ biểu hiện vàng sớm, bắt đầu từ chóp

và chạy dọc theo mép lá và lan rộng

- Tính đàn hồi và ổn định của thân cây giảm cây dễ bị đỗ ngã

Control

Ca

Ý nghĩa sinh lý và quá trình đồng hóa

Ca trong đất và nhu cầu của cây trồng:

- Phần lớn Ca tồn tại trong đất dạng khó tan:

o CaCO3; CaMg(CO3)2; CaHPO4; Ca4H(PO4)3

- Sự hấp thụ chịu tác động bởi K+, Mg+, NH4+

- Đòi hỏi cho sự sinh trưởng tối ưu: 0.1-5% DW; Đòi hỏi ở cây 1 lá mầm thấp hơn nhiều so với cây 2 lá mầm

- Cây đòi hỏi nhiều Ca hơn trong điều kiện có nhiều kim loại nặng ĐẶC TÍNH -CHỨC NĂNG SINH LÝ:

Tính linh động của Ca2+ trong quá trình vận chuyển giữa các tế bào cũng như trong mạch dẫn đều kém  Ca thường thể hiện các chức năng ở bên ngoài tế bào chất

Giúp ổn định vách và màng tế bào

Tham gia quá trình làm dãn vách tế bào

Làm tăng hoạt tính một số ít enzyme: Amylase,

ATPase, Phospholipase.

Ca không gây độc dù ở nồng độ cao

Là tác nhân khử độc đối với nhiều nguyên tố khác Giữ cân băng giữa cation và anion

Điều hòa áp suất thẩm thấu

- Thiếu Ca:

o Làm biến dạng lá non

o Làm chậm quá trình hình thành tế bào mới

o Rễ và lông hút không phát triển.

o Đẩy nhanh quá trình hóa già đặc biệt ở trái  Trái mềm, mau hư thối

(Ca ++ ) deficiency

- Đất cát ngèo Mg

- Mg bị rửa trôi nhanh trong đất

10-30 kg MgO/ha/năm

- Sự hấp thụ chịu tác động bởi K+, NH4+, Ca2+, Mn2+, H+  hiện tượng thiếu Mg trở nên phổ biến (do gặp quá nhiều sự cạnh tranh)

- Đòi hỏi cho sự sinh trưởng tối ưu: 0.5% DW

ĐẶC TÍNH CHỨC NĂNG SINH LÝ:

Nguyên tử trung tâm của chlorophyll (10-20% Mg 2+ trong lục lạp trong đó 50% gắn trực tiếp vào chlorophyll)

Tác động trực tiếp lên hiệu quả tổng hợp protein và chlorophyll

- M G

Hoạt hóa rất nhiều enzyme

Tổng hợp và vận chuyển năng lượng

Mg có thể được vận chuyển từ lá già sang lá non

Mg dư thừa được dự trữ trong không bào dưới dạng muối vô cơ  có giá trị dinh dưỡng cho con người

Nước có thể cuốn trôi 70% Mg từ lá.

Canh tác qui mô công nghiệp dễ gây hiện tượng

thiếu Mg

S

Ý nghĩa sinh lý và quá trình đồng hóa

S trong đất và nhu cầu của cây:

- Phần lớn S tồn tại trong đất dạng CaSO4; FeS3; trong các chất hữu cơ & mùn

- Dạng hấp thụ chủ yếu: SO4

2 Đòi hỏi cho sự sinh trưởng tối ưu: 0.2-0.5% DW

- Gần các khu công nghiệp thường có nhiều khí SO2

ĐẶC TÍNH CHỨC NĂNG SINH LÝ:

Là thành phần của amino acids, acid béo, coenzyme

A, thiamine pyrophosphate, glutathione, biotin …

Tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử

Hoạt hóa rất nhiều enzyme

Tham gia quá trình điều tiết và chuyển đổi năng lượng Enzyme đồng hóa S thường nằm trong lục lạp

- Thiếu S:

 Rối loạn quá trình trao đổi protein

 Rối loạn chức năng một số enzyme

 Làm vàng các lá non trước sau đó mới biểu hiện ở lá già.

 Gây đốm lá gần giống như biểu hiện thiếu N

 B không nằm trong thành phần của enzyme và cũng không có khả năng họat hóa enzyme

 B nằm trên màng thường ở dạng ester

 B hình thành các phức hợp hiện diện trên màng >>> dán tiếp ảnh hưởng lên họat động các enzyme hoạt động trên bề mặt màng

 B tác động lên quá trình hóa gỗ của vách tế bào và sự

phân hóa của xylem

 Nhóm 2 lá mầm đòi hỏi nhiều hơn nhóm 1 lá mầm

 B có khả năng điều hòa họat động tổng hợp vách tế bào

>>> tăng tính bền vững vách tế bào

 Thiếu B: Gây ức chế sự phát triển kéo dài tế bào rễ, Tăng họat tính IAA oxidase

B

KẼM (ZN)

 Thiếu: < 10 mg/kg

 Ngộ độc: > 120 mg/kg

 VAI TRÒ:

 - Hiện diện trong thành phần nhiều enzyme

 - Kích thích sự hình thành các hormone sinh trưởng

 - Kém hòa tan trong điều kiện đất có pH cao >>> dễ gây ra các triệu chứng thiếu:

 Sinh trưởng còi cọc

 Lá non nhỏ hơn bình thường

 Đốm lá hay vàng phần giữa các gân lá ở các cây nhóm cam quít

 có thể xảy ra trong điều kiện đất giàu Phosphate (tỉ lệ P/Zn thông thường vào khỏang 200)

 Bổ sung ZnSO4 có thể hạn chế hấp thụ phosphate- Bổ sung Zn-EDTA tăng khả năng hấp thụ phosphate

ZINC DEFICIENCY

ZINC DEFICIENCY

Note “bronze” coloring of leaf

MANGANESE (MN)

 Thiếu: < 90 mg/kg

 Ngộ độc: > 200 mg/kg

VAI TRÒ:

 Họat hóa nhiều enzyme

 đóng vai trò quan trọng trong họat động quang hợp (thành phần của protein phân ly nước trong lục lạp) và trao đổi N

 Hiện tượng thiếu Mn xảy ra trong điều kiện kiềm

 Cây thiếu Mn thường bị đốm lá hay vàng phần giựa các gân lá ở lá mới hình thành

- O2

- O2

- O2

Fe

• Trong tế bào Fe được gắn vào các chelate và các phức chất Hàm lượng Fe 2+ & Fe 3+ cực kỳ thấp (10-13M)

• Hầu hết thực vật chỉ hấp thụ Fe 2+

• Các lòai thân cỏ có thể hấp thu Fe 3+ nhưng Fe 3+ phải được khử trên bề mặt rễ trước khi được vận chuyển

• Cây vận chuyển Fe trên đọan đường dài trong thân

dạng Fe liên kết với carbohydrate

• Fe có khả năng chuyển đổi linh họat giữa dạng oxi hóa và dạng khử để tạo nên chuỗi vận chuyển điện tử

-Fe(II)  Fe (III) + e-

FE DEFICIENCY

Note yellowing (chlorosis) between veins