Næringsstoffer - fra jord til plante

Næringsstoffer i planten

Glukose som næringsstof er utilstrækkelig til vækst hvis planterne ikke får næringssalte med nødvendige grundstoffer. Herunder kan nævnes bl.a. kvælstof, fosfor og andre mineraler.

Hovedgrundstofferne i organisk materiale udgøres af kulstof, ilt og brint (90% af plantevævet), mens resten fordeler sig mellem 14 essentielle næringsstoffer:

Seks makronæringsstoffer: kvælstof (N), kalium (K), calcium (Ca), fosfor (P), magnesium (Mg) og svovl (S)

Otte mikronæringsstoffer: klor (Cl), jern (Fe), bor (B), mangan (Mn), zink (Zn), kobber (Cu), nikkel (Ni) og molybden (Mo).

For nogle planter er også cobolt (Co) og natrium (Na) essentielle.

Mikronæringsstoffer defineres som de stoffer planterne behøver i mindre mængde end svovl. Der findes dog også andre makro- og mikronæringsstoffer som er vigtige for planten, fx Al, Se, Si, Au, Pb, Hg, Cd, As og U.

En oversigt over de vigtigste kemiske grundstoffer og særligt deres funktioner i planten ses nedenfor:

Grundstof og kemisk symbol	Optagelsesform	% af tørstofvægt	Funktion i planten
Kulstof (C) Ilt (O) Brint (H)	CO2 CO2, H2O, O2 H2O	45 45 6	Indgår i alle organiske stoffer: kulhydrat, proteiner, fedtstoffer, DNA og vitaminer, m.fl.
Kvælstof (N)	NO-3, NH4+	1,5	Indgår i alle aminosyrer, DNA, korofyl, visse vitaminer
Calcium (Ca)	Ca2+	0,5	Indgår i cellevæggen og i regulation af membranproteiner og enzymer
Fosfor (P)	H2PO4-	0,2	Del af ATP, DNA, NADPH, fosforlipider og visse vitaminer
Kalium (K)	K+	1	Indgår i plantecellers ionbalance og i lukning af stomata
Magnesium (Mg)	Mg2+	0,2	Indgår i klorofyl og i aktivering af mange enzymer
Svovl (S)	SO42-	0,1	Indgår bl.a. i aminosyrerne cystein og methionin samt i coenzym-A
Klor (Cl)	Cl-	0,010	Indgår i plantecellers ionbalance
Jern (Fe)	Fe2+ Fe3+	0,010	Nødvendig for klorofylsyntese og indgår i cytochromer og nitrogenase
Bor (B)	H3BO3	0,002	Indgår i specielle stoffer i cellevæggen
Mangan (Mn)	Mn2+	0,0050	Indgår i aktiveringen af visse enzymer og frigivelsen af ilt fra fotosyntese
Zink (Zn)	Zn2+	0,0020	Indgår i mange enzymer
Kobber (Cu)	Cu+, Cu2+	0,0006	Indgår i mange enzymer
Nikkel (Ni)	Ni2+	?	Indgår i enzymer involveret i kvælstof-stofskiftet
Molybden (Mo)	MoO42-	0,00001	Indgår i enzymet nitrogenase til fiksering af kvælstof

Næringsstofferne i rodzonen

Jorden består hovedsageligt af silicium, aliminium, jern og andre metaloxider. De stoffer planterne søger rummer jorden som regel kun i ganske små koncentrationer. Planterne optager næringsstofferne i jordvæsken som ioner (uorganiske stoffer med negativ/positiv ladning).

Jord i rodzonen består af lerpartikler, jordkolloider, og af et dødt organisk stof, humus, dvs. rester af dødt plantestoffer, som svampe/bakterier har nedbrudt. Jordkolloider og humusstoffer har begge negative ladninger på overfladen, så de kan binde de positivt ladede næringsstoffer.

På jordkolloiderne sker stor udskiftning af ioner fra bindingsstederne. Et ion med kraftig ladning (biningskapacitet) fortrænger svagere ladede kationer. Protonerne (H⁺) binder sig (absorberer) med størst styrke.

Ionernes bindingsevne er:

H⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > K⁺ = NH₄⁺ > Na⁺

Planterødderne udnytter dette ved at øge koncentrationen af protoner i jordvæsken. Protonerne fortrænger fx NH₄⁺-ioner fra jord- og humuspartiklerne, hvorefter rødderne kan optage dem. Dette betyder derfor også, at koncentrationen af negativt ladede næringsstoffer i jorden er meget lille. Negative ioner (anioner) som NO₃^- , SO₄^2- og Cl^- har nemlig ingen mulighed for at adsorbere til jordpartiklerne. De er letopløselige og skylles let ud til vandløb, søer med regnvand, eller siver ned mod grundvandet.

Tilgængeligt fosfat forekommer kun i lave koncentrationer i jordvæsken, men skylles dog ikke ud i gundvand og søer. I stedet danner fosfat tungtopløselige salte med aluminium, jern eller calcium fra jordpartiklerne. Her er fosfat så hårdt bundet at planterne kan have svært ved at skaffe fosfat nok, idet bundet fosfat kun frigives ved forvitring af jordmineralerne.

Rodcellerne hos planten tvinger næringsstofferne fri af jordkoloiderne

Koncentrationen af næringsstoffer er ofte lavere i jordvæsken end i rodcellerne. Adgang til næringsstoffer kræver derfor energi. Energi kommer fra ATP og trækker en protonpumpe der skaber grundlag for at drive næringsstofferne ind i rodcellerne.

Positivt ladede ioner sikrer planten sig ved at øge H⁺-koncentrationen i jordvæsken. Det sker dels ved at rodcellerne hele tiden frigiver CO₂ fra deres respiration. I jordvæsken reagerer CO₂ med vand og bliver til kulsyre som fraspalter H⁺. Samtidig pumper rodcellerne også H⁺ ud i jordvæsken via de såkaldte ATP-ase-komplekser i cellemembranen, som spalter ATP efter følende proces:

ATP → ADP + (P) + 32 kJ/mol ATP

Den frigjorte energi driver protonpumpen og skaber et elektrisk potentiale henover cellemembranen som følge af flere negativt ladede stoffer i cellens cytoplasma i forhold til omgivelserne. Positivt ladede ioner vil derfor søge mod cellens negative indre selvom koncentrationer af kalium er højere inde i cellen end udenfor. For kun at lade visse positivt ladede ioner komme ind, har rodcellerne endvidere transportproteiner.

Negativt ladede næringsstoffer (sammensat negative ioner) som NO₃^-, SO₄^2- og H₂PO₄^- tiltrækkes ikke af det negative indre af rodcellerne. Rødderne udnytter derfor igen protongradienten. Overskuddet af protoner i jordvæsken tiltrækker og binder de frie anioner, som ellers ville sive med jordvandet ud af rodzonen. Epidermismembranen er ikke permeabel for frie protoner, selvom koncentrationen inde i cellen trækker i protonerne. Men sammen med en anion kan de komme igennem membranen via specifikke transportproteiner. Hertil benyttes aktiv transport frem for diffusion, da diffusion vil begrænse plantes vækst. Systemet kaldes symport eller cotransport, da transporten af en anion sker sammen med en proton.

Frie aminosyrer i jordvæsken kan planterne optage ved cotransport med en proton og dermed skaffe sig nærings- og kvælstofbidrag.

Kun gasarter som O₂, CO₂ og N₂ samt vand optages udelukkende via diffusion. Gasarter kan nemlig pga. deres lille molekylestørrelse og neutrale ladning diffundere frit over membranen, og på denne måde skaffes ilt til respiration for planterne.

Når næringsstoffer er igennem cellemembranen leverer epidermiscellerne stofferne videre til næste cellelag i roden, cortexcellerne. Transporten er symplasmatisk, idet den går via cellernes cytoplasma gennem de såkaldte plasmodesmata (snævre rørforbindelser som forbinder nabocellernes cytoplasma). Næringsstofferne trænger således ind til rodens kerne, hvor en ny aktiv transportmekanisme transporterer dem til vedkarrene.

Næringstofferne følger vedkarrene ud til hver eneste plantecelle, hvor transpirationen af vand fra bladene er drivkraften.

Sikar og vedkar – plantens forunderlige transportsystemer

I en plante forekommer to transportsystemer, som henholdsvis sørger for transport af sukkerstoffet sukrose og transport af vand.

Når en plante via fotosynteseprocessen bl.a. danner sukkerstoffet glukose, som skal bruges til plantens vækst og til at skabe mikrobiel aktivitet omkring rødderne, så kan overskuddet af glukosen pumpes ud i bladkarstenglens sikar i form af sukkerstoffet sukrose. Sikar eller phloem er derfor et langt kanalsystem i planten, som består af ufattelig mange langstrakte planteceller der forekommer yderst i plantens stængel.
I sikarene findes en plantesaft hvori sukrosen opløses og dernæst flyder med kanalerne til modtagercellerne. Transporten af plantesaften med sukrosen sker automatisk idet modtagercellerne trækker sukrosen til sig fra lav koncentration til høj koncentration. Der forekommer således det man kalder en massestrømning.
Via sikarene kan sukrosen på denne måde fordeles til andre dele af planten, som skal bruge sukkerstoffet til forskellige processer. Rødder, knopper og frugter, der alle kræver energi for at kunne udvides, vokse og modnes, er de dele af planten som kræver særligt meget sukrose. Desuden lagrer planten ofte sukrose i løbet af vinteren i form af stivelse, for på denne måde at være klar med energi når den nye vækstsæson starter.
Ud over sikarkanalerne findes også vedkar eller xylem i planter. Dette er igen et transportsystem. Det vi kalder årringe er i virkeligheden en række ældre vedkarlag. Hvert år danner planten nemlig et nyt lag af vedkar udenpå det gamle lag af vedkar.
I vedkar transporteres vand fra rødder op til plantes mange plantedele. Vand er essentielt for planter idet næsten 95% af deres optagne vand fordamper når de såkaldte spalteåbninger på undersiden af deres blade er åbne, hvorigennem bladene optager kuldioxid til deres fotosynteseproces. Vand er også en vigtig bestanddel i alle plantecellers cytoplasma og vand udgør samtidig en stor del af planternes fotosynteseproces.
Vandet optages igennem rødderne via passiv osmose, dvs. via en diffusionsform som ikke er energikrævende og hvor vandet bevæger sig fra en lav stofkoncentration til en høj stofkoncentration forårsaget af den højere saltkoncentration i rodcellerne.
Vandet i vedkarrene trækkes i planten fra rødderne op til bladene idet fordampningen af vand fra bladene skaber et undertryk i plantecellerne, hvormed de derfor trækker nyt vand fra vedkarrene for at udligne undertrykket.
Den efterfølgende vandoptagelse gennem plantens rødder, for at erstatte det fordampede vand, følger fordampningen fra bladene med nogle timers forsinkelse. Fordampningen fra bladene er størst midt på dagen, hvor solindstrålingen er kraftigst, men i løbet af eftermiddagen, hvor lysniveauet aftager opnår planten den optimale vandoptagelse gennem rødderne.

Vedkarrenes transport af vand forudsætter, at kanalsystemet er ubeskadiget, dvs. udgør en sammenhængende søjle af vand fra rødder til blade. Men hvis vedkarrene beskadiges og luft trænger ind i vedkarrene og bryder vandsøjlen, så vil vedkarrene være ubrugelige idet luften vil stoppe transporten af vand.
Når man derfor køber afskårne blomster hos blomsterhandleren, er det altid en god ide, hvis man gerne vil have sine blomster til at overleve længst muligt, at klippe det nederste af stænglerne fra inde de sættes i vand, idet man derfor klipper den del af plantestilken fra, hvor vedkarrene er beskadigede og blokerede med luft. På denne måde vil blomsterbuketten kunne overleve længere.