Bio- Den lille kemitime - Hvordan optages næringsstofferne i busk-, sten- og kernefrugt Søren Husted, Institut for Plante- og Miljøvidenskab, Det Natur- og Biovidenskablige Fakultet, Københavns Universitet
Emner: Optagelse i rødderne Antagonismer Bladgødskning hvornår og hvordan? Manganmangel i det tidlige forår er det vigtigt? Klorholdige gødninger hvorfor/hvorfor ikke?
Klorid følsomhed - solbær, kirsebær, æble, pære Klorid er et mikronæringsstof (Cl - ) Påvirker kulhydrat stofskiftet negativt (sukker, stivelse) Øget hydrering af vævet og dermed dårligere lagerstabilitet og process egenskaber Reducerer indholdet af organiske syrer (citronsyre, æblesyre etc) og fører til en flad smag.
De essentielle plantenæringsstoffer H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub Lanthanider Actinider Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Non-mineral Makronæringsstof Mikronæringsstof
De essentielle næringsstoffer i bladvæv Essential Nutrients ( 11 B - 95 Mo) Background subtracted spectrum 1e+10 K Ca 1e+9 Mg P S Ion Intensity (counts s -1 ) 1e+8 1e+7 1e+6 1e+5 B Mn Fe Cu Zn Ni Mo 1e+4 1e+3 0 20 40 60 80 100 120 Mass (m/z)
Næringsstoffernes kemiske form Element Symbol Plant Available Form % of DM atoms relative to molybdenum Hydrogen Carbon Oxygen Nitrogen Potassium Calcium Magnesium Phosphor Sulfur Chlorine Iron Boron Manganese Zinc Copper Nickel Molybdenum H C O N K Ca Mg P S Cl Fe B Mn Zn Cu Ni Mo H 2 O CO 2 O 2,H 2 O,CO 2 NO 3 -,NH 4 + K + Ca 2+ Mg 2+ H 2 PO 4 -,HPO 4 2- SO 4 2- Cl - Fe 3+,Fe 2+ H 3 BO 3 Mn 2+ Zn 2+ Cu 2+ Ni 2+ MoO 4 2-6 45 45 1,5 1,0 0,5 0,2 0,2 0,1 0,01 0,01 0,002 0,005 0,002 0,0006 0,00001 0,00001 60.000.000 40.000.000 30.000.000 1.000.000 250.000 125.000 80.000 60.000 30.000 3.000 2.000 2.000 1.000 300 100 1 1
Så langsomt går det. Næringsstof D e (cm 2 s -1 ) Tidsforbrug 1 mm Tidsforbrug 10 cm N 2 x10-6 42 min P 5 x 10-9 278 timer 320 år K 10-7 14 timer 16 år Mn 10-10 13.889 timer Umulig
8 Udtømingszonen
Udtømingszone for fosfor (P) - Bioimaging med LA-ICP-MS Santner et al. (2012) 9
Rodhårsdannelse fremmes af næringsstofmangel 10 Control -Fe -P
Ændring i rodmorfologi forårsaget af næringsstofmangel 11
Placeret gødskning reducerer mængden af gødning - eliminering af udtømningszonen FIGURE 3.9 Marketable yield of lettuce as affected by phosphorus rate and placement. (Adapted from C.A. Sanchez et al. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 115:581 584, 1990.)
Effekt af gødningsform på optagelsen af Mn 160 3 weeks 6 weeks Mn concentration in arial plant parts (ppm) 140 120 100 80 60 40 20 0 Urea Nitrate Ammonium Nitrate Ammonium Sulphate Ammonium Thiosulphate Urea + Ammonium Thiosulphate 13
Placeret gødskning reducerer ph omkring rodhåret 0,5 3 weeks 6 weeks 8 weeks 0,0 Change in soil ph -0,5-1,0-1,5-2,0-2,5 Urea Nitrate Ammonium Nitrate Ammonium Sulphate Ammonium Thiosulphate Urea + Ammonium Thiosulphate 14
Ion optagelse og antagonismer
Ion optagelse i planterødder
Ion optagelse i roden 17
Konkurrence mellem næringsstofferne - antagonisms Ion Hydrate radius Non-hydrate radius (nm) Al 3+ - 0.05 Na + 0.76 0.20 Mg 2+ 0.64 0.16 Ca 2+ 0.56 0.21 K + 0.53 0.27 + NH 4 0.52 0.26
Ion Antagonisms + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Fertilizer MgK 2+ /CaNa 2+ antagonismen Ca 2+ Mg 2+ kation Mg I 490 40 430 490 1440 Mg II 570 30 310 610 1520 Mg III 570 20 230 680 1500
K antagonismer Control Cut-off K + Supply (meq kg -1 DM) K + 1570 280 Ca 2+ 90 120 Mg 2+ 360 740 Na + 30 780 kation 2050 1920
Bladgødskning
Bladgødskning Fordele: Uafhængig af jordbundsforholdene Akut afhjælpning Virker på phloem immobile næringsstoffer (Ca, B, Mn) Virker når xylem transporten er inhiberet Ulemper: Lav penetrering på planter med tyk cuticula Run-off risiko Hurtig udtørring Svidningsrisiko Må ofte gentages mange gange
Planters cuticula - porøsitet stiger markant ved hydrering
Optagelse af næringsstoffer Stomata Peristomatale Porer 0.5-1.2 nm
Optagelse af bladgødskning Næringsstoffet skal være opløst Fugtigheden skal være > hygroscopisiteten (POD) K2CO3 (POD 33%) KNO3 (POD 90%) FeEDTA (POD 100%) Overfladespændingen skal reduceres (spredemiddel) Sikre vedhæftning til bladoverfladen (klæbemiddel)
Det ideele salt til bladgødskning Chlorid, nitrat, sulfat eller carbonat? opløselighed optagelseshastighed (hygroscopicitet) Svidningsrisiko
Korrektion af Mn mangel ved bladsprøjtning med forskellige salte 0,85 sprøjtede blade sprøjtede blade usprøjtede blade 0,80 0,75 F v /F m 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 kontrol MnSO 4 MnCO 3 -Mn 0 1,5 3 6 10 24 52 72 96 119 5 11 19 -----------------------Tid (timer)----------------------- _ Tid (døgn) _ Figur : F v /F m som funktion af tid. Den stiblede tidslinie angiver antal timer efter sprøjtning, mens den fuldoptrukne linie angiver antal døgn efter sprøjtning. De stiblede lodrette linier i figuren angiver høsttidspunkter.
Hvorfor bruge chelaterede forbindelser? Hurtigere optagelse? Længerevarende effekt? Stabilt ved variabel ph? Ferro-glycinat
Tak for opmærksomheden!
NPQ Three possible fates of absorbed light qe Light qt PSII Fluorescence qi Carbon fixation 1. Biomass production 2. Non Photochemical Quencing (NPQ) 3. Chlorophyll a fluorescence 31
Harvest yield (hkg ha -1 ) PEU and harvest yield 70 60 50 40 30 20 10 50 60 70 80 90 100 Pedersen et al. 2009 PEU 32
Fluorescence (mv) Emission of Chl a fluorescense under Mn deficiency. 4500 4000 3500 3000 X =PEU 2500 24 17 11 4 2000 1500 1000 500 0 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 Time (msec)
Week 4 Week 5 MnSO 4 PEU = 66 PEU = 70 PEU = 95 Week 6 Week 7 MnSO 4 MnSO 4 PEU = 67 PEU = 90 PEU = 47 PEU= 87 34
Mn deficiency leads to poor winter survival MnSO 4 PEU =? PEU = 0.64 35