สารอาหารสำหรับพืช
ธาตุอาหารสำหรับพืช หมายถึง ธาตุอาหารที่จำเป็นสำหรับการเติบโตของพืช ซึ่งสามารถถูกจัดได้จากเกณฑ์คือ (1) ถ้าเกิดพืชขาดสารอาหารนี้แล้ว ทำให้พืชไม่สามารถเติบโตตามวงจรชีวิตได้ตามปกติ หรือ (2) สารนั้นเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของพืชหรือส่วนประกอบของสารตัวกลางในกระบวนการสร้างและสลายของสารนั้นๆ (metabolite)
สารอาหารที่จำเป็นสำหรับพืช สามารถแบ่งตามปริมาณที่ปรากฏในเนื้อเยื่อพืช ได้เป็น
- ธาตุอาหารหลัก (primary macronutrients) ได้แก่ ไนโตรเจน (N), ฟอสฟอรัส (P), และ โพแทสเซียม (K)
- ธาตุอาหารรอง (secondary macronutrients) ได้แก่ แคลเซียม (Ca),แมกนีเซียม (Mg), และ ซัลเฟอร์(กำมะถัน) (S)
- ธาตุรอาหารเสริม (micronutrients) ได้แก่ แมงกานีส (Mn),คอปเปอร์ (ทองแดง) (Cu),คลอรีน (Cl), เฟอรัส (เหล็ก) (Fe), โบรอน (B), ซิงค์ (สังกะสี) (Zn), โมลิบดินัม (Mo)
มหาสารอาหาร (macronutrients) คือสารอาหารที่พืชต้องการในปริมาณมาก หรือว่าเป็นสารที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อของพืชในปริมาณมาก (0.2% ถึง 4% โดยน้ำหนักแห้ง) จุลสารอาหาร คือสารที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อของพืชในปริมาณไม่มาก และวัดเป็นหน่วย ppm โดยมีปริมาณอยู่ในช่วงตั้งแต่ 5 ถึง 200 ppm หรือ น้อยกว่า 0.02% โดยน้ำหนักแห้ง
พืชสามารถรับสารอาหารทางดินได้โดยการแลกเปลี่ยนประจุ โดยที่รากฝอยจะปล่อยประจุไฮโดรเจน (H+) ลงไปในดิน และประจุไฮโดรเจนนี้จะไปแทนที่ไอออนประจุบวกที่อยู่ในดิน (ซึ่งเป็นประจุลบ) จึงทำให้สารอาหารที่อยู่ในรูปประจุบวกสามารถถูกรากดูดซึมเข้าไปได้
เรื่องของสารอาหารพืชเป็นเรื่องที่เข้าใจได้ยาก ส่วนหนึ่งเนื่องมากจาก ความหลากหลายของชนิดและพันธุ์พืช อีกส่วนหนึ่งเนื่องจากปริมาณสารอาหารที่พืชต้องการเป็นเรื่องละเอียดอ่อน กล่าวคือ พืชต้องการสารอาหารในปริมาณที่เพียงพอและไม่มากเกินไป ถ้าเมื่อพืชได้รับสารอาหารไม่เพียงพอ จะเกิดอาการขาดสารอาหาร แต่ถ้าได้รับมากเกินไปสารอาหารนั้นก็จะเป็นพิษต่อพืชได้ นอกจากนั้นการขาดสารอาหารบางตัว อาจแสดงผลเหมือนกับการเป็นพิษของการได้รับสารอาหารอีกตัวมากเกินไป การที่พืชได้รับสารอาหารบางตัวมากไปก็ส่งผลทำให้พืชขาดธาตุอาหารตัวอื่นได้ และการได้รับธาตุอาหารบางตัวน้อยไปก็อาจส่งผลต่อการดูดซึมของสารอาหารตัวอื่นได้เช่นกรณีของการที่พืชขาด SO2-3 ทำให้การดูดซึม NO-3 ทำได้ไม่ดี หรือ การที่ NH+4 มีอิทธิพลกับการดูดซึมของ K+
สารอาหารแต่ละชนิดของพืช พืชต้องการในปริมาณที่พอเหมาะหากน้อยไปจะแสดงอาการขาดสารอาหาร หรือ หากได้รับมากเกินไปก็จะเป็นพิษกับพืชได้
กระบวนการที่สำคัญในการดูดซึมธาตุอาหารของพืช
พืชสามารถรับสารอาหารที่จำเป็นได้จากดินโดยผ่านทางราก และได้จากอากาศ (ส่วนใหญ่คือ คาร์บอน ไฮโดรเจน และ ออกซิเจน) โดยผ่านทางใบ
หน้าที่ของธาตุอาหาร
ธาตุอาหารแต่ละตัวมีหน้าที่ต่างๆกัน
มหาสารอาหาร
- คาร์บอนทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของพืช เช่น แป้ง และ เซลลูโลส. พืชได้รับคาร์บอนมากจากการสังเคราะห์แสงโดยรับ คาร์บอนไดออกไซด์มาจากอากาศ และส่วนหนึ่งก็ถูกแปลงเป็นคาร์โบไฮเดรตสำหรับสะสมพลังงาน
- ไฮโดรเจนเป็นส่วนสำคัญในการสร้างน้ำตาลและการเติบโตของพืช. พืชได้รับไฮโดรเจนส่วนใหญ่จากน้ำ
- ออกซิเจนเป็นส่วนสำคัญสำหรับกระบวนการหายใจ. กระบวนการหายใจ สร้างสารให้พลังงาน ATP จากการใช้น้ำตาลที่ได้มาจากกระบวนการสังเคราะห์แสง
พืชสร้างออกซิเจนขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์แสงเพื่อที่จะสร้างน้ำตาล แต่พืชก็ใช้ออกซิเจนในการกระบวนการหายใจเพื่อเปลี่ยนน้ำตาลเป็น ATP
- ฟอสฟอรัสเป็นส่วนสำคัญในระบบพลังงานของพืช เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของ ATP.
การขาดฟอสฟอรัสในพืช จะแสดงให้เห็นจาก การที่ใบพืชมีสีเขียวเข้มจัด ถ้าขาดรุนแรงใบจะผิดรูปร่างและแสดงอาการตายเฉพาะส่วน
- โพแทสเซียมมีบทบาทในการควบคุมการเปิดปิดของรูใบสโตมา (Stoma) ดังนั้นโพแทสเซียมจึงช่วยลดการคายน้ำจากใบและเพิ่มความต้านทานสภาพแล้ง-สภาพร้อน-สภาพหนาวให้กับพืชได้
การขาดโพแทสเซียม อาจทำให้เกิดการตายเฉพาะส่วน หรือเกิดการเหลืองระหว่างเส้นใบ (interveinal chlorosis) โพแทสเซียมสามารถละลายน้ำได้ดี จึงทำให้อาจโดยชะล้างออกไปจากดินโดยเฉพาะพื้นที่ลักษณะเป็นหินหรือทราย
- ไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของโปรตีนทุกชนิด
การขาดไนโตรเจน ส่วนใหญ่แล้วจะแสดงออกมาโดยการชะงักการเติบโตของพืช การเติบโตช้า หรือว่าแสดงอาการใบเหลือง (chlorosis). ทั่วไปแล้ว ไนโตรเจนจะถูกดูดซึมเข้าทางดินในรูปของไนเตรต(NO-3)
- กำมะถันเป็นส่วนประกอบโครงสร้างของกรดอะมิโนและไวตามีนหลายชนิด และจำเป็นในการกระบวนการสร้างคลอโรพลาสต์.
- แคลเซียมทำหน้าที่ในการควบคุมการเคลื่อนย้ายของสารอาหารต่างๆเข้าสู่พืช และยังทำหน้าที่เกี่ยวกับการทำงานของเอนไซม์พืชหลายชนิด
การขาดแคลเซียม มีผลทำให้พืชชะงักการเจริญเติบโต
- แมกนีเซียมเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของคลอโรฟิลล์ และก็มีความสำคัญในกระบวนการสร้างATPโดยทำหน้าที่เป็นโคแฟกเตอร์ (enzyme cofactor).
การขาดแมกนีเซียม อาจทำให้เกิดอาการเหลืองระหว่างเส้นใบ (interveinal chlorosis).
จุลสารอาหาร
- เหล็กมีความสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืชและทำหน้าที่เป็นโคแฟกเตอร์อีกด้วย
การขาดเหล็ก อาจทำให้เกิดอาการเหลืองตามเส้นใบ และ การตายเฉพาะส่วน
- โมลิบดีนัมเป็นโคแฟกเตอร์ที่สำคัญสำหรับเอนไซม์ที่ใช้ในการสร้างกรดอะมิโน
- โบรอนทำหน้าที่สำคัญช่วยในการเชื่อมต่อของเพกตินเข้ากับRGII regionของผนังเซลล์หลัก และโบรอนยังทำหน้าที่ช่วยในการเคลื่อนย้ายน้ำตาล ในการแบ่งเซลล์ และในสร้างเอนไซม์หลายๆชนิด
การขาดโบรอนทำให้เกิดการตายเฉพาะส่วนในใบใหม่และการชะงักการเติบโตของพืช
- ทองแดงมีความสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสง
การขาดทองแดงทำให้พืชแสดงอาการเหลือง (chlorosis)
- แมงกานีสมีความสำคัญในการสร้างคลอโรพลาสต์
การขาดแมกกานีส ทำให้พืชมีสีผิดเพี้ยน เช่น การมีจุดด่างบนใบ
- โซเดียมเกี่ยวข้องกับการสร้างphosphoenolpyruvate]ของพืชที่เป็น CAM (Crassulacean acid metabolism plant) และ C4 (C4 carbon fixation plant)
- สังกะสีเป็นส่วนสำคัญสำหรับเอนไซม์หลายชนิดและเป็นส่วนสำคัญในกระบวนการถอดรหัสพันธุกรรม (DNA transcription).
การขาดสังกะสี โดยทั่วไปแล้วจะทำให้การเติบโตของใบชะงักงัน
- สำหรับพืชมีท่อน้ำเลี้ยง (vascular plant) นิกเกิลมีความสำคัญในการทำงานของเอนไซม์ยูเรส (urease) ซึ่งพืชใช้ในการจัดการกับยูเรีย
- สำหรับพืชไม่มีท่อน้ำเลี้ยง (non-vascular plant) นิกเกิลมีความสำคัญในการทำงานของเอนไซม์หลายชนิด
- คลอรีนมีความสำคัญในกระบวนการออสโมซิส (osmosis) และ การรักษาสมดุลของประจุ และยังทำหน้าที่สำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสงด้วย
ตารางธาตุอาหารพืช
| ชื่อธาตุอาหาร | สัญลักษณ์ | ปริมาณในพืช | หน้าที่ | ขาด/เกิน | อาการที่สังเกตได้ |
|---|---|---|---|---|---|
| ใบเหลือง โดยเฉพาะใบแก่; การเติบโตของพืชชะงักงัน; ผลเติบโตไม่ดี | |||||
| ใบเขียวเข้ม แต่อาจเสี่ยงกับอาการโคนต้นงอ (lodging) หรืออ่อนแอต่อภาวะแล้ง โรคพืช และแมลง; พืชอาจไม่ค่อยให้ผล | |||||
| ใบอาจเป็นสีม่วง; การเติบโตของพืชชะงักวันหรือช้า | |||||
| พืชที่ได้รับฟอสฟอรัสในปริมาณมากเกินไป อาจเกิดอาการขาดจุลสารอาหาร เช่น เหล็ก หรือ สังกะสี | |||||
| ใบแก่จะเหลืองโดยเริ่มจากขอบใบก่อนแล้วใบจะตาย; ผลเติบโตไม่ปกติ | |||||
| พืชที่ได้รับโปแตสเซียมในปริมาณมากเกินไป อาจเกิดอาการขาดแมกนีเซียม หรืออาจขาดแคลเซียมด้วย | |||||
| พืชเติบโตช้าลง และหน่อใหม่ตาย; ผลเติบโตไม่ดี | |||||
| พืชที่ได้รับแคลเซียมในปริมาณมากเกินไป อาจเกิดอาการขาดแมกนีเซียมหรือโปแตสเซียม | |||||
| จะเกิดอาการเหลืองที่ใบแก่ก่อนโดยจะเหลืองระหว่างเส้นใบ ต่อมาอาการจะลามไปที่ใบอ่อนด้วย; ผลเติบโตไม่ดีและออกน้อย | |||||
| ปริมาณแมกนีเซียมที่ไม่สมดุลกับปริมาณโปแตสเซียมและแคลเซียมและทำให้พืชเติบโตช้า | |||||
| จะเกิดอาการเหลืองที่ใบอ่อนก่อนแล้วจะกระจายไปทั่วทั้งต้น; อาการจะคล้ายกับการขาดไนโตรเจน แต่จะเกิดกับส่วนที่เติบโตใหม่ก่อน | |||||
| ใบร่วงก่อนเวลา | |||||
| อาการเกิดจุดเหลืองหรือขาวตามเส้นใบของใบอ่อน | |||||
| ใบเป็นสีน้ำตาล หรือ เป็นจุดสีน้ำตาลขึ้น | |||||
| ยอดตาย; ใบผิดรูปร่างและมีรอยสีด่าง | |||||
| ปลายใบจะเหลืองและอาจมีอาการตายเฉพาะส่วนตามมา; ใบไหม้และร่วง | |||||
| ใบแก่จะมีวงด่างสีเหลืองหรือขาวขึ้น และ อาจมีจุดสีน้ำตาลขึ้นอยู่ในวงด่างด้วย | |||||
| ใบอ่อนจะเหลืองระหว่างเส้นใบ; ใบจะมีขนาดเล็กกว่าปกติ | |||||
| อาการเหลืองระหว่างเส้นใบในใบอ่อน; ใบมีขนาดเล็กกว่าปกติ | |||||
| พืชที่ได้รับสังกะสีในปริมาณมากเกินไป อาจเกิดอาการเหล็กได้ |
หมายเหตุ ปริมาณในพืช แสดงเป็น เปอร์เซนต์เปรียบเทียบกับปริมาณไนโตรเจนในพืชที่ปรากฏในหน่อแห้ง และ ปริมาณสารอาหารในพืช อาจเปลี่ยนแปลงตามชนิดของพืช