Pobór jonów.
akapitJony wszystkich niezbędnych pierwiastków są w korzeniu rośliny w wyższej koncentracji niż w otaczającym je (korzenie) środowisku. Stąd pytanie: jak jony pierwiastków są w stanie „poruszać” się na przekór tej granicy stężeń ?
akapitW odpowiedzi na to pytanie Jacoby (1995) postawił następujące pytania:
1. W jaki sposób odbywa się przejście przez nieprzepuszczalną warstwę ciekłą ?
2. W jaki sposób dochodzi do nagromadzenia się przeciwko granicy stężeń ?
3. Jaka energia metaboliczna jest połączona do takiego transportu ?
4. Czym jest mechanizm selektywności ?
5. W jaki sposób osiągany jest transport wektorowy ?
W pełni na większość tych pytań nie udzielono jeszcze odpowiedzi. Jednak koncepcje wchłaniania jonów i ruchu w górę rośliny są opisany przez sześć procesów:
1. Wolne miejsce i wielkości osmotyczne.
2. Transport metaboliczny.
3. Transport białek.
4. Bilans ładunku i stechiometria
5. Transport białek.
6. Transport do pędów.
akapitAbsorpcja jonów przez korzeń jest procesem zarówno pasywnym jak i aktywnym. W zależności od konkretnego jonu transport odbywa się przez pasywny uniport przez kanały lub poprzez carrier-aided współ-transport razem z protonami (Jacoby 1995). Pasywna absorpcja przez korzeń oznacza że jon jest niesiony do korzenia przez płynięcie wody, inaczej mówiąc jon przedostaje się do rośliny razem z wodą którą ta (roślina) przyjmuje. Uważa się że pasywna forma transportu wyjaśnia wysoką koncentracje niektórych jonów takich jak K + , NO 3– , i Cl –, wykrywaną w łodygach i liściach niektórych roślin. Czynnikami regulującymi ilość pasywnie zaadsorbowanych jonów są: ilość wody przedostającej się do rośliny (zależna od warunków atmosferycznych), koncentracja tych jonów w wodzie otaczającej korzenie rośliny i wielkość systemu korzeniowego rośliny. Jednakże adsorpcja pasywna to nie wszystko, ponieważ proces angażujący selektywność chemiczną zachodzi gdy noszący jony roztwór dosięgnie powierzchni korzenia. Błony komórek korzenia tworzą efektywną barierę zapobiegającą przed przedostaniem się większości jonów do środka – woda zostanie pobrana przez komórki, ale jony które się w niej znajdują pozostaną poza układem, w wodzie otaczającej korzenie. Innym fenomenem jest fakt jak to działa: jony fizycznie przenoszą się jedynie z okolic o wyższej koncentracji do okolic o niższej koncentracji w procesie zwanym dyfuzją. Jednakże w przypadku komórek korzeniowych koncentracja większości jonów w korzeniach jest zwykle wyższa niż w otaczającej te korzenie wodzie, dlatego jony powinny przemieszczać się z korzenia do otaczającej go wody i rzeczywiście taki proces jest możliwy i zachodzi. Rodzi się więc pytanie w jaki sposób jony poruszają się przeciwstawnie do koncentracji i trafiają do korzenia. Odpowiedzią na to pytanie jest proces zwany „aktywna adsorpcją”.
akapitW typowym systemie korzeniowym rośliny, rozpuszczone substancje można znaleźć w trzech przedziałach. Przedział zewnętrzny, w którym rozpuszczone substancje są w pełnej dostępności nazywany jest apparent free space (AFS) lub outer free space (OFS). W przedziale tym zawierają się dwa pod przedziały: water free space (WFS), w którym rozpuszczone substancje (takie jak jony) mogą swobodnie dyfundować; i Donnan free space (DFS), którego (pod przedziału) ściany komórkowe i membrany zawierają szeregi ujemnie naładowanych stron, które wiążą kationy.
Zdolność komórek rośliny do ilości wymienianych kationów jest determinowana przez DFS. Ruch jonów poprzez komórki ścian i membrany wymaga zarówno energii jak i systemu nośnego. Aktywna adsorpcja działa bazując na nośnikach i Stałej Michaelisa. Teoria ta bazuje na naturze komórek membran, które funkcjonują w kilka sposobów kontrolując przepływ jonów z zewnątrz do wewnątrz komórki. Popularne jest mówienie o „transporcie” jonów pomiędzy komórkami membran i w zasadzie takie zjawisko może być tym co zachodzi. Ruch jonów na przekór rosnącemu gradientowi prawdopodobnie odbywa się dzięki temu że jon jest skompleksowany z konkretną substancją (prawdopodobnie białkiem) i jako taki kompleks jest „niesiony” poprzez membrany do komórki. Aby ten system zadziałał niezbędna jest obecność nośnika i dostarczonej energii. Jak dotąd nikt nie był w stanie określić dokładnej natury nośnika lub nośników jednak uważa się że są to białka. Koncepcja nośników pomaga wyjaśnić co obserwujemy w ruchu jonów do komórek korzeniowych. Inna teoria związana jest i zakłada istnienie i funkcjonowanie pomp jonowych lub protonowych zamiast określonych nośników. Dla obu tych systemów do pracy, konieczna jest energia: w jednym jest ona związana z działaniem pomp, w drugim z adenozynotrójfosforanem (ATP). Większość takich procesów jest związana z wysokim zapotrzebowaniem na energię. Jeśli chcesz uzyskać więcej informacji na temat mechanizmu przyjmowania jonów przez korzenie skieruj się z lekturą do artykułu napisanego przez Wignarajah (1995).
akapitChociaż nie znamy kompletnego wyjaśnienia systemu aktywnej adsorpcji, istnieje ogólna zgoda, że jakiś rodzaj aktywnego systemu reguluje przepływ jonów do korzeni roślin. O przyjmowaniu jonów przez korzenie wiemy trzy rzeczy:
1. Roślina jest w stanie selektywnie przyjmować jony, nawet pomimo zewnętrznej koncentracji i stosunku ilości pierwiastków który może być inny w roślinie.
2. Akumulacja jonów w korzeniu może powodować wystąpienie znacznego gradientu stężeń.
3. Adsorpcja jonów przez korzeń wymaga energii która jest generowana przez metabolizm komórek.
Unikalną cechą aktywnego systemu absorpcji jonów przez korzenie roślin jest to, że wykazuje konkurencję pomiędzy jonami, antagonizm i synergizm. Efekty konkurencyjne ograniczyć wchłanianie niektórych jonów na rzecz innych.
Przykłady na wzmacnianie współpracy wychwytu obejmują:
* Potas (K +) jest faworyzowany podczas wychwytu ponad wapń (Ca 2+) i magnez (Mg 2+).
* Wychwyt Chlorku (Cl -), siarczanu (SO 42-), i fosforanu (H 2PO 4) jest stymulowany, gdy wychwyt azotanów (NO 3) jest mocno zaniżony. Szybkość wchłaniania jest różna dla różnych jonów. Mono wartościowe jony (np. K + , Cl – , NO 3– ) są przez korzenie łatwiej absorbowane niż jony dwuwartościowe (Ca 2+, Mg 2+, SO 42-).
Wychwyt poszczególnych jonów jest również wzmacniany przy aktywnym wychwycie. Jeśli w otoczeniu korzenia głównym źródłem N są aniony NO3- występuje tendencja do balansowanie efektu poprzez doskonalsze przyjmowania kationów K+, Ca2+ i Mg2+. Z kolei jeśli głównym źródłem N są kationy NH4+ to przyjmowanie kationów K+, Ca2+ i Mg2+ jest redukowane. Dodatkowo obecność NH4+ wzmacnia przyjmowanie NO3-. Jeśli w sporym stężeniu obecne są jony Cl- to redukowane jest przyjmowanie NO3-.
akapitSkutki tej konkurencji jonów, antagonizmu i synergizmu są uważane za istotne dla hodowców hydroponicznych ponieważ pozwala to uniknąć ryzyka stworzenia nierównowagi pomiędzy pierwiastkami w pożywce która może mieć wpływ na wzrost i rozwój rośliny i plonu. Dlatego pożywka musi być ostrożnie i prawidłowo zbilansowana na początku i podczas całego procesu hodowli. Dość szczegółowo swoją kwestie na temat balansu jonowego w pożywce przedyskutował Steiner (1980).
akapitNiestety wiele z obecnych systemów odpowiedzialnych za balans pierwiastkowy pożywki nie radzi sobie z tą kwestią w wystarczającym stopniu – zarówno w przypadku systemów w których pożywkę wymienia się cotygodniowo jak i przy systemach w których pożywka nieprzerwanie płynie w obiegu. Rzeczywiście koncepcja ciągłego przepływu nisko skoncentrowanej pożywki wydaje się być obiecująca podczas minimalizowania efektów interakcji jonów w pożywce podczas absorpcji i odżywiania rośliny.
akapitWreszcie substancje nie-jonowe – głównie molekuły rozpuszczalne w wodzie otaczające korzeń rośliny mogą być przyswajane podczas przepływu. Substancje o których tutaj mowa to aminokwasy, proste białka, węglowodany i mocznik które po wchłonięciu przez roślinę również mogą przyczynić się do jej rozwoju i wzrostu, jednak nie jest to dokładnie udokumentowane. Transport metaboliczny pomiędzy strukturami korzeni a naczyniami rośliny (xylem vessels) reguluje ilość jonów przenoszonych do szczytu rośliny; co ciekawe na tę ilość delikatny wpływa ma prędkość przepływu przez system naczyń (xylem sam flow). Gdy rozpuszczone jony i inne substancje rozpuszczalne znajdą się już w naczyniach są przenoszone poprzez przepływ w pierwszej kolejności do liści.
Tłumaczenie: Janek, dla
www.growlike.pro
źródło:
www.growlike.pro/forum/do-przetlumaczenia/3628-ion-uptake 
