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基础植物生物学

2 years ago

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本节简要介绍植物的主要部分,然后讨论植物营养(图 6.3)。 进一步讨论不在本出版物的范围内,但更多信息可在 “进一步阅读” 一节中找到。

基本植物解剖学和功能

根吸收土壤中的水分和矿物质。 微小的根毛伸出根部,帮助吸收过程。 根有助于锚在土壤中的植物,防止它掉下来。 根还储存额外的食物供将来使用。 无土培养中的根源与标准的地面植物有趣的差异。 在无土培养中,水和营养物质不断提供给植物,这有助于他们寻找营养物质,并可以更快地生长。 水培根系生长对于激烈吸收和最佳输送磷来刺激其生长而言具有显著意义。 值得注意的是,根部保留了近 90% 的金属吸收的植物,其中包括铁,锌和其他有用的微量营养素。

茎是植物的主要支撑结构。 它们还充当植物的管道系统,将水和养分从根部输送到植物的其他部分,同时还将食物从叶子运送到其他区域。 茎可以是草本的,像雏菊的可弯曲茎,或木本,像橡树的树干。

植物中的大部分食物是在叶子中产生的。 叶子被设计用来捕捉阳光,然后植物通过一个叫做光合作用的过程来制作食物。 叶子也是重要的蒸腾的水。

花朵

花卉是大多数植物的繁殖部分。 花中含有花粉和小鸡蛋叫卵。 花授粉和卵子受精后,卵形发育成果。 在无土技术中,在开花前迅速输送钾可以帮助植物有更好的果实环境。

水果/种子

水果是开发的花卵巢含有种子的部分。 水果包括苹果、柠檬和石榴,还包括西红柿、茄子、玉米粒和黄瓜。 后者被认为是植物意义上的水果,因为它们含有种子,但在烹饪定义中,它们通常被称为蔬菜。 种子是植物的繁殖结构,水果有助于传播这些种子。 结果植物的营养要求与绿叶蔬菜不同,尤其需要更多的钾和磷。

光合作用

所有绿色植物的设计,以产生自己的食物使用的过程的光合作用 (图 6.4)。 光合作用需要氧气,二氧化碳,水和光。 植物内有一些被称为叶绿素的小细胞,其中含有叶绿素,这种酶使用阳光下的能量分离大气中的二氧化碳 (CO 2 ),并产生高能糖分子,如葡萄糖。 对这一过程至关重要的是水(H 2 O)。 这一过程释放氧气 (O 2 ),历史上对大气中的所有氧气负有责任。 一旦创建,糖分子被运输到整个植物,后来用于所有生理过程,如生长、繁殖和新陈代谢。 到了晚上,植物使用这些相同的糖和氧气来产生生长所需的能量。 这个过程被称为呼吸。

在每个植物都可以接触阳光的地方找到一个水生装置是至关重要的。 这确保了充足的能量进行光合作用。 水应始终通过系统提供给根源。 二氧化碳是免费从大气中获得的,虽然在非常密集的室内文化中,植物可能会使用所有的二氧化碳在封闭区域,并需要通风。

营养要求

除了光合作用的这些基本要求之外,植物还需要一些营养物质,也被称为无机盐。 这些营养素是必需的酶,促进光合作用,生长和繁殖。 这些营养物质可以从土壤中获得。 然而,在没有土壤的情况下,这些营养物质需要以另一种方式提供。 在水鱼类中,所有这些必需的营养物质都来自于鱼类废物。

营养素分为两大类:大量营养素和微量营养素。 这两种营养物质对植物来说都是必不可少的,但数量不同。 与微量营养素相比,需要更多的六种大量营养素,微量营养素只需要微量营养素。 虽然所有这些营养物质都存在于固体鱼类废物中,但一些营养物质在水生养中可能有限,并导致缺乏,例如钾、钙和铁。 基本了解每种营养物质的功能对于了解它们如何影响植物生长至关重要。 如果发生营养素缺乏,必须确定系统中缺乏或缺乏哪些元素,并通过添加补充肥料或增加矿化来相应地调整系统。

大量营养素

有六种营养物质,植物需要在相对较大的数量。 这些营养物质是氮、磷、钾、钙、镁和硫。 以下讨论概述了这些大量营养素在植物内的功能。 还列出了缺陷的症状,以帮助查明问题。

** 氮 (N) ** 是所有蛋白质的基础。 它是建筑结构,光合作用,细胞生长,代谢过程和叶绿素的生产必不可少的。 因此,氮是植物中最常见的元素,碳和氧,这两者都是从空气中获得的。 因此,氮是水生养分溶液中的关键元素,也是其他营养物质的一种易于测量的代用指标。 通常,溶解氮是以硝酸盐的形式,但植物可以利用中等数量的氨,甚至游离氨基酸来促进它们的生长。 氮缺乏很明显,包括老叶变黄、茎细和活力不佳(图 6.5a)。 氮可以在植物组织中重新分配,因此可以从较老的叶片中调集到新的生长中,这就是为什么在老年生长中出现缺陷。 过量氮气会导致过多的植物生长,导致郁郁葱葱、柔软的植物容易受到疾病和昆虫损伤,并在花卉和果实中造成困难。

** 磷 (P) ** 被植物用作 DNA 的骨干(脱氧核糖核酸),作为磷脂膜的结构成分,以及作为三磷酸腺苷(在细胞中储存能量的组成部分)。 它是必不可少的光合作用,以及油和糖的形成。 它鼓励幼苗的萌发和根部发育。 缺磷通常会导致根部发育不良,因为能量无法正确地通过植物输送;老叶显得暗淡的绿色,甚至紫褐色,叶尖似乎烧焦。

** 钾 (K) ** 用于通过受控离子流通过膜进行细胞信号传输。 钾也可控制口腔开口,并参与花卉和果实套装。 它涉及生产和运输糖,吸水,抗疾病和果实成熟。 缺钾表现为老叶片上的烧斑,植物活力不佳和松脆(图 6.5b)。 没有钾,鲜花和水果将无法正确发展。 在边缘可能会看到静脉间氯化症,或叶片静脉之间的黄变。

** 钙 (Ca) ** 用作细胞壁和细胞膜的结构成分。 它参与加强茎,并有助于根源发展。 缺乏症在水培中很常见,并且在最新的生长中总是很明显,因为钙在植物中是不可移动的。 尖刻烧的生菜和开花结束腐烂的西红柿和西葫芦是缺乏的例子。 通常情况下,新的叶子会被迷上的尖端和不规则的形状扭曲。 钙只能通过活性木质蒸腾输送,因此,当条件太潮湿时,钙可以获得,但由于植物没有转移而被锁定。 通过通风口或风扇增加空气流量可以防止此问题。 添加珊瑚砂或碳酸钙可用于补充水生鱼中的钙,具有缓冲 pH 值的附加益处。

** 镁 (Mg) ** 是叶绿素分子中的中心电子受体,是光合作用的关键元素。 缺陷可以被看作是叶片变黄的静脉之间尤其是在老部分的植物。 虽然镁的浓度有时很低,但它似乎并不是一种限制性的营养物质,并且在系统中添加镁一般是不必要的。

** 硫 (S) ** 对于生产某些蛋白质,包括叶绿素和其他光合酶至关重要。 氨基酸蛋氨酸和半胱氨酸均含有硫,这有助于某些蛋白质的三级结构。 缺陷很少见,但包括在新生长过程中整个树叶的全面黄变(图 6.5c)。 叶子可能变成黄色,僵硬和脆,并脱落。

微量营养素

下面是只需要微量的营养物质的列表。 大多数微量营养素缺乏症涉及叶片变黄(如铁、锰、钼和锌)。 然而,缺乏铜会导致叶片变暗绿色。

** 铁 (Fe) ** 用于叶绿体和电子传输链,对于正确的光合作用至关重要。 缺陷被认为是介入性的黄变,其次是整个树叶变成淡黄色(氯绿色),最终出现坏死斑块和叶边扭曲。 由于铁是一种不可移动的元素,因此如果新的叶片出现氯化,很容易识别缺铁(图 6.5d)。 铁必须作为螯合铁添加,也称为螯合铁或 FeEDTA,因为铁在 pH 值大于 7 时会沉淀。 如果怀疑存在缺陷,建议添加 5 毫升的生长床;较大的量不会损害系统,但可能会导致罐体和管道变色。 有人提出,浸没式磁驱泵可以螯合铁,是目前研究的主题。

** 锰 (Mg) ** 用于在光合作用过程中催化水分裂,因此锰对整个光合作用系统具有重要意义。 缺陷表现为生长率下降、暗淡的灰色外观以及静脉之间的介入性黄变,然后是坏死。 症状类似于缺铁,包括氯化症。 pH 值大于 8 时,锰的摄入量非常差。

** 硼 (B) ** 被用作一种分子催化剂,特别是用于结构多糖和糖蛋白、碳水化合物运输以及植物中一些代谢途径的调节。 它还参与繁殖和细胞吸水。 缺陷可能被视为不完整的芽发育和花束、生长中断和尖端坏死以及茎根坏死。

** 锌 (Zn) ** 用于酶和叶绿素,影响植物的整体大小、生长和成熟。 缺陷可能被注意到为活力不佳、生长发育迟缓、节点间长度和叶片尺寸减少、静脉注射氯化症可能与其他缺陷混淆。

** 铜 (Cu) ** 用于某些酶,尤其是在繁殖过程中。 它也有助于加强茎。 缺陷可能包括氯化症、棕色或橙色叶尖、果实生长减少和坏死。 有时候,缺铜表现为异常的暗绿色生长。

** 钼 (Mo) ** 被植物用来催化不同形式的氮氧化还原反应。 如果没有足够的钼,植物可能会出现缺氮的症状,虽然存在氮。 在 pH 值小于 5 的情况下,钼在生物上不可用。

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其中许多营养物质的供应取决于 pH 值(见 6.4 节,了解 pH 值依赖性),虽然可能存在营养物质,但由于水质,它们可能无法使用。 有关本出版物范围以外的营养素缺乏的更多详情,请参阅 “进一步阅读” 部分,了解图解识别指南。

水生养分来源

氮主要以硝酸盐的形式提供给水生植物,通过细菌硝化从鱼类废物的氨转化。 其他一些营养物质溶解在水中从鱼类废物,但大多数仍然处于固体状态,是不可用于植物。 固体鱼类垃圾被异养细菌分解;这种作用将必要的养分释放到水中。 确保植物不会出现缺陷的最佳方法是保持最佳水 pH 值 (6-7),喂鱼均衡和完整的饮食,并使用饲料速率比平衡植物的鱼饲料量。 然而,随着时间的推移,即使是完全平衡的水生系统也可能缺乏某些营养物质,最常见的是铁钾或钙。

这些营养物质的缺乏是鱼饲料的组成造成的。 鱼饲料颗粒(在第 7 章中讨论)是鱼类的完整食物,这意味着它们提供了鱼生长所需的一切,但不一定是植物生长所需的一切。 鱼根本不需要相同数量的铁,钾和钙,植物需要。 因此,可能会出现这些营养物质的缺陷。 这可能对工厂生产造成问题,但有解决方案可以确保这三个元素的适当数量。

一般来说,铁经常作为螯合铁添加到水生生态系统中,以达到约 2 毫克/升的浓度。 将水缓冲至正确的 pH 值时添加钙和钾,因为硝化是一种酸化过程。 它们被添加为氢氧化钙或氢氧化钾,或作为碳酸钙和碳酸钾(详见第 3 章)。 缓冲液的选择可以根据栽培的植物类型进行选择,因为绿叶蔬菜可能需要更多的钙和结果植物更多的钾。 此外,第 9 章讨论了如何从堆肥中生产简单的有机肥料,作为鱼类废物的补充,确保植物始终得到适量的营养物质。

  • 资料来源:联合国粮食及农业组织,2014 年,克里斯托弗·萨默维尔、莫蒂·科恩、爱德华多·潘塔内拉、奥斯汀·斯坦库斯和亚历山德罗·洛瓦泰利,小规模水生粮,http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf。 经许可复制。 *

Food and Agriculture Organization of the United Nations

http://www.fao.org/
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