Az esszenciális elemek

Az esszenciális elemek meghatározásának az előfeltétele a kutatási módszerek fejlődése volt. Három német kutató, W. Pfeffer, J. Sachs és W. Knop először 1860-ban használt tápoldatot a talaj helyett a növénytáplálási kísérletekhez. Ez jelentette a hidropóniás, talajmentes, vagy tápoldatos növénynevelés kezdetét. Később bevezették a tápoldatok levegőztetését is. A vegyszerek és a hidropóniás tenyészetekhez használt víz tisztítása volt a következő lépés, ami különösen a mikroelemek vizsgálatánál volt fontos (2.1. ábra).

Forrás: Taiz-Zeiger, 2002

2.1. ábra: Tápanyag gazdálkodási kísérletekben használt növénynevelési

rendszerek.

(A) A hidropóniás rendszerben a gyökerek a tápoldatba merülnek, a levegőt átbuborékoltatják a tápoldaton. (B) A tápanyagfilm rendszerben a vékony rétegű, ferdén áramló tápoldat körbeveszi a gyökereket. Itt a tápoldat összetétele és pH-ja automatikusan ellenőrizhető. (C) Az aeropóniás rendszerben a növények gyökerei egy

Egyes mikroelemek hiánytüneteit (réz, cink, bór, nikkel, stb.) nagymagvú növényeknél nehéz megfigyelni, mert a mag rendszerint elegendő mikroelemet tartalmaz a növény teljes kifejlődéséhez. Ilyenkor több generáció vizsgálata is szükséges lehet. Árpánál a nikkelhiány tünetei csupán a 3. generációban jelentkeznek. A műszerezettség fejlődése további segítséget adott a növények tápanyagigényének a vizsgálatához.

A hidroponiás tenyészetek hátránya a gyökerek levegőztetésének a szükségessége. A hidropónia hátrányának kiküszöbölésére gyakran használnak ma már perlitet, de ez egyes mikroelemek vizsgálatára nem alkalmas. Üvegházakban gyakori a recirkulációs rendszer, ahol a tápoldat összetételét rendszeres ellenörzik és szükség szerint kiegészítik a szükséges tápelemekkel.

A rendelkezésre álló tápoldatok a legtöbb növény számára szükséges elemet tartalmazzák, de az egyik növény számára ideális tápoldat a legritkábban ideális egy másik faj számára is. Vannak csupán nitrát-nitrogént tartalmazó tápközegek, amelyeknél gyors pH-érték emelkedés tapasztalható. A magyarázat az, hogy a nitrát felvétele hidrogén-ion felvétellel, vagy hidroxil-ion leadással jár együtt, a töltés egyensúlyának a fenntartása miatt. Fordított a helyzet az ammónium-ionnál. Célszerű ezért a nitrogén egy részét ammónium-ion alakjában adagolni.

A tápoldatok 10-100-szor töményebbek, mint a talajoldat, de ez nem zavaró, mert ezek ozmotikus potenciálja rendszerint nem nagyobb, mint 1 bár.

2.1.2. Esszenciális elemek

Első megközelítésben logikusan feltételezhető, hogy a növények azt igénylik, mint amit szárazanyaguk tartalmaz. Ez azonban nem így van, mert a talaj összetétele hatással van a növényre. A növények aktívan vesznek fel egy sor tápelemet, ami az összetételüket befolyásolja. A növényekben több mint 60 elemet mutattak ki, köztük aranyat, olmot higanyt, arzént és urániumot. Összesen 17 esszenciális elemről tudunk, amelyből a legtöbb növény képes felépíteni a számára szükséges vegyületeket. Vannak ugyan adatok arra, hogy egyes növények szerves anyagok vagy vitaminok (B-vitamin) kipermetezésekor több termést adtak, de ez nem igazolt eléggé.

Az esszenciális elemek felosztása gyakran történik aszerint, hogy növényi szöveteket alkotó vegyületek része-e az elem, vagy van-e enzimaktiváló szerepe. Kettős hatása van például a szénnek, hidrogénnek és oxigénnek de a magnéziumnak is, amely a klorofill alkotója, de sok enzimet is aktivál. A legtöbb mikroelem csupán enzimek aktivátora. Sok, vegyülethez nem kötött elem a növény turgorának a fenntartásában fontos.

Két kritériuma van annak, hogy egy elemet esszenciálisnak tekintünk-e vagy sem. Ha az elem hiányában a növény nem tudja életciklusát befejezni, azaz nem hoz életképes magot. Ha az elem olyan molekula, vagy növényi alkotó része, amely nélkülözhetetlen a növény számára, pl. a fehérjékben a nitrogén, vagy a klorofillban a magnézium. Bármelyik kritérium a kettő közül igazolja a nélkülözhetetlenséget. A 17 elem közül a legtöbb mindkettőnek megfelel. Ezek a legtöbb növény számára esszenciális elemek. Közülük 8 elem minősül mikroelemnek, amely 100 mg/kg nál kisebb mennyiségben fordul elő a növényben, míg a makroelemek mennyisége 1000 mg/kg-nál nagyobb. A hiánytünetek okozása még nem a nélkülözhetetlenség jele, ha a növény életképes magot érlel. Más a helyzet, ha a növény a hiány miatt elpusztul.

A növények általános tápanyagigényét a növényi növekedés idealizált görbéje mutatja, miszerint van hiányzóna, kritikus koncentráció, ami a maximális növekedés 90%-át biztosítja, majd a megfelelő növekedést jelentő szakasz, ami egyben felesleges tápanyagfelvételt is nyújt, végül a mérgező szakasz következik (2.2. ábra).

Forrás: Taiz-Zeiger, 2002

2.2. ábra: Összefüggés a növekedés mértéke és a növényi szövetek

tápanyagtartalma között. A növekedési paraméter lehet a hajtások száraztömegének vagy a hosszúságának a változása. Egy tápelem kritikus koncentrációja jelenlétében a

növényi növekedés csökkenését tapasztaljuk. 2.1.3. Kelátképző anyagok

A kationokhoz tartozó egyes mikroelemek, a vas és kisebb mértékben a cink, a mangán és a réz közönséges sói a talajoldatokban kevéssé oldhatók, ezért hozzáférhetetlenek a növények számára. Ez különösen 5 feletti pH-értéknél érvényes, amikor fém-oxihidroxidok jönnek létre. Meszes talajokban, ahol sok a kalcium és semleges a pH, a réz és a mangán 90 %-a, a cinknek pedig több mint a fele kelátkötésben található (2.3. ábra).

Meszes talajokban általánosan előfordul a vashiány okozta klorózis. A vas két vegyértékű alakja a növények számára hozzáférhetőbb, mint a három vegyértékű. A jól átlevegőzött talajokban a vas három vegyértékű alakja fordul elő, ami jóval kevésbé vízoldható, mint a kétvegyértékű. A felvehetőséget mikrobák által termelt kelátképzők, és/vagy a gyökerek által kibocsátott kivonat növeli. A növények egy része megfelelő mechanizmusokkal rendelkezik a vashiány ellen. A kétszikűek és sok egyszikű növény gyökere kávésavat termel, ami megköti a növény számára nehezen felvehető Fe3+ iont. Ezt követően a gyökér felszínén a vas Fe2+-ná redukálódik, leválik a kelátról és bekerül a gyökérbe. A gabonaféléket is magában foglaló fűfélék a vashiányra nagyon erős kelátképző anyagok, ún. fitoszideroforok termelésével válaszolnak, így védekeznek a vashiány okozta klorózis ellen.

Forrás: Taiz-Zeiger, 2002

2.3. ábra: A talaj pH-értékének a hatása az egyes tápelemek felvehetőségére. A

satírozott területek szélessége jelzi az illető elem gyökéren keresztüli felvételének mértékét.