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31.1C: Essentielle Nährstoffe für Pflanzen

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Makronährstoffe und Mikronährstoffe

Die essentiellen Elemente können in Makronährstoffe und Mikronährstoffe unterteilt werden. Nährstoffe, die Pflanzen in größeren Mengen benötigen, nennt man Makronährstoffe. Etwa die Hälfte der essentiellen Elemente werden als Makronährstoffe bezeichnet: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium und Schwefel. Der erste dieser Makronährstoffe, Kohlenstoff (C), wird zur Bildung von Kohlenhydraten, Proteinen, Nukleinsäuren und vielen anderen Verbindungen benötigt; er ist daher in allen Makromolekülen enthalten. Im Durchschnitt besteht das Trockengewicht (ohne Wasser) einer Zelle zu 50 Prozent aus Kohlenstoff, was ihn zu einem wichtigen Bestandteil der pflanzlichen Biomoleküle macht.

Abbildung \(\PageIndex{1}\): Von Pflanzen benötigte essenzielle Elemente: Ein Element gilt als essentiell, wenn die Pflanze ihren Lebenszyklus ohne das Element nicht vollenden kann, kein anderes Element die Funktion des Elements übernehmen kann und das Element direkt an der Ernährung der Pflanze beteiligt ist.

Das nächsthäufigste Element in Pflanzenzellen ist Stickstoff (N); es ist Bestandteil von Proteinen und Nukleinsäuren. Stickstoff wird auch bei der Synthese einiger Vitamine verwendet. Wasserstoff und Sauerstoff sind Makronährstoffe, die Bestandteil vieler organischer Verbindungen sind und auch Wasser bilden. Sauerstoff ist für die Zellatmung erforderlich; Pflanzen nutzen Sauerstoff, um Energie in Form von ATP zu speichern. Phosphor (P), ein weiteres Makromolekül, ist für die Synthese von Nukleinsäuren und Phospholipiden erforderlich. Als Teil von ATP ermöglicht Phosphor die Umwandlung von Nahrungsenergie in chemische Energie durch oxidative Phosphorylierung. Lichtenergie wird während der Photophosphorylierung in der Photosynthese in chemische Energie umgewandelt und während der Atmung in chemische Energie, die extrahiert werden kann. Schwefel ist Bestandteil bestimmter Aminosäuren, wie z. B. Cystein und Methionin, und ist in mehreren Coenzymen enthalten. Schwefel spielt auch eine Rolle in der Photosynthese als Teil der Elektronentransportkette, in der Wasserstoffgradienten bei der Umwandlung von Lichtenergie in ATP eine entscheidende Rolle spielen. Kalium (K) ist wegen seiner Rolle bei der Regulierung des Öffnens und Schließens der Stomata wichtig. Als Öffnungen für den Gasaustausch tragen die Spaltöffnungen zur Aufrechterhaltung eines gesunden Wasserhaushalts bei; eine Kaliumionenpumpe unterstützt diesen Prozess.

Magnesium (Mg) und Kalzium (Ca) sind ebenfalls wichtige Makronährstoffe. Kalzium spielt eine doppelte Rolle: Es reguliert den Nährstofftransport und unterstützt viele Enzymfunktionen. Magnesium ist wichtig für den Photosyntheseprozess. Diese Mineralien tragen zusammen mit den Mikronährstoffen auch zum Ionengleichgewicht der Pflanze bei.

Neben den Makronährstoffen benötigen die Organismen verschiedene Elemente in kleinen Mengen. Diese Mikronährstoffe oder Spurenelemente sind in sehr geringen Mengen vorhanden. Zu den sieben wichtigsten Mikronährstoffen gehören Bor, Chlor, Mangan, Eisen, Zink, Kupfer und Molybdän. Es wird vermutet, dass Bor (B) am Kohlenhydrattransport in Pflanzen beteiligt ist; es hilft auch bei der Regulierung des Stoffwechsels. Bormangel führt häufig zum Absterben der Knospen. Chlor (Cl) ist notwendig für die Osmose und das Ionengleichgewicht; es spielt auch eine Rolle bei der Photosynthese. Kupfer (Cu) ist ein Bestandteil einiger Enzyme. Zu den Symptomen von Kupfermangel gehören das Braunwerden der Blattspitzen und Chlorose (Vergilbung der Blätter). Eisen (Fe) ist für die Chlorophyllsynthese unerlässlich, weshalb ein Eisenmangel zu Chlorose führt. Mangan (Mn) aktiviert einige wichtige Enzyme, die an der Chlorophyllbildung beteiligt sind. Pflanzen mit Manganmangel entwickeln eine Chlorose zwischen den Blattadern. Die Verfügbarkeit von Mangan ist teilweise vom pH-Wert des Bodens abhängig. Molybdän (Mo) ist für die Pflanzengesundheit von wesentlicher Bedeutung, da es von den Pflanzen verwendet wird, um Nitrate in verwertbare Formen zu reduzieren. Einige Pflanzen nutzen es für die Stickstofffixierung; daher muss es in manchen Böden vor der Aussaat von Leguminosen zugesetzt werden. Zink (Zn) ist an der Chlorophyllbildung beteiligt und aktiviert außerdem viele Enzyme. Zu den Symptomen eines Zinkmangels gehören Chlorose und verkümmertes Wachstum.

Ein Mangel an einem dieser Nährstoffe, insbesondere an den Makronährstoffen, kann das Pflanzenwachstum beeinträchtigen. Je nach spezifischem Nährstoff kann ein Mangel zu Wachstumsverzögerungen, langsamem Wachstum oder Chlorose führen. Ein extremer Mangel kann dazu führen, dass die Blätter Anzeichen von Zelltod zeigen.

Abbildung \(\PageIndex{1}\): Nährstoffmangel bei Pflanzen: Nährstoffmangel zeigt sich an den Symptomen, die diese Pflanzen zeigen. Diese (a) Traubentomate leidet an Blütenendfäule, die durch Kalziummangel verursacht wird. Die Gelbfärbung bei dieser (b) Frangula alnus ist auf Magnesiummangel zurückzuführen. Unzureichendes Magnesium führt auch zu (c) intervenöser Chlorose, wie hier bei einem Süßholzblatt. Diese (d) Palme ist von Kaliummangel betroffen.

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