Wyróżniamy kilka rodzajów kultur wazonowych.

l. Kultury glebowe, w których podłożem jest gleba umieszczona w wazonach. W kulturach tych nie jest możliwe całkowite wyeliminowanie badanych składnik6w pokar­mowych; pozwalają one jedynie na badanie wpływu na rośliny zróżnicowanego zaopatrzenia w dany składnik.

2 Kultury piaskowe, w których podłoże stanowi piasek kwarcowy, najczęęściej oczysz­czony uprzednio z różnych domieszek (przez przemycie w kwasie solnym, a następnie przepłukanie wodą). Czysty piasek miesza się z odpowiednią pożywką. Niekiedy bardzo korzystną modyfikacją kultur piaskowych jest zastosowanie urządzenia automatycznie pod­noszącego lub obniżającego poziom pożywki w wazonie czy zastosowanie urządzeń do nawadniania i nawożenia kropelkowego.

3. Kultury na sztucznych podłożach, w których podłożem jest materiał syntetyczny, np. wełna mineralna, wermikulit lub perlit. W kulturach tych istotne jest utrzymanie stałej wilgotności podłoża i stężenia zrównoważonej pożywki.

4. Kultury wodne, w których podłoże stanowi wodny roztwór mineralnych składników pokarmowych. Kultury wodne zawierające w pożywce wszystkie niezbędne dla roślin składniki noszą nazwę pełnych w odróżnieniu od kultur niepełnych, pozbawionych określonego składnika pokarmowego, np. pożywka bez azotu (-N). Eksperymentalnie opracowano skład rożnych pożywek optymalnych dla wzrostu i rozwoju poszczególnych gatunków roślin. W pożywkach tych stosunki ilościowe między określonymi składnikami, jak również i ich stężenia, są najczęściej rożne. Stosując metodę kultur wodnych osiągnięto bardzo duży postęp w badaniach nad mineralnym odżywianiem roślin. Dzięki niej zdołano również dobrze poznać objawy braku lub niedoboru poszczegó1nych makro- i mikroskładnik6w.

5. Kultury specjalne:

a) W kulturach ze stałym przepływem pożywki zamiast okresowej zmiany stosuje się ciągły jej przepływ. Zaletą tej modyfikacji jest możliwość utrzymania stężenia i pH pożywki na prawie niezmienionym poziomie oraz dobrego jej przewietrzania. Cienkowarstwowe kultury przepływowe stanowią modyfikację kultur przepływowych. Korzenie roślin umieszcza się w rynnach plastikowych lub metalowych o głębokości 25 cm, wyłożonych (na dnie) syntetyczną włókniną. Rynny montuje się skośnie, co pozwala na stały, grawitacyjny przepływ pożywki. Są one wyłożone potrójną warstwą czarno-białej folii warunkującą utrzy­manie wilgotnej atmosfery w otoczeniu korzeni i chroniącą je przed światłem.

b) Kultury hydroponiczne stanowią modyfikację kultur wodnych opracowaną głównie dla celów praktycznych. Najczęściej, płytkie zbiorniki napełnia się do 2/3 ich objętości pożywką, nad którą w odległości kilku centymetrów, umieszcza się metalową siatkę nier­dzewną o dużych oczkach, a na niej rozciąga się drugą siatkę nylonową o małych oczkach. Na takiej podwójnej siatce układa się kilkucentymetrową warstwę ściółki, np. mieszaninę torfu ze starannie przemytą szlaką. W ściółce takiej znajdują się otwory służące do wentylacji, uzupełniania pożywki, pomiaru temperatury, pobierania próbek pożywki, np. do pomiaru pH, stężenia itp. Do ściółki przesadza się podkiełkowane rośliny, których korzenie przerastają do pożywki.

c) Kultury sterylne stosuje się w celu stworzenia warunków sterylnych w środowisku wzrostu korzenia. Są one znacznie trudniejsze do stosowania. .

d) Inne kultury. Na uwagę zasługują również modyfikacje kultur piaskowych lub wod­nych, pozwalające na rozdzielenie korzeni na dwie części i umieszczenie ich (bez uszko­dzenia) w odrębnych zbiornikach, napełnionych pożywką o różnym składzie. Metodę tę stosuje się najczęściej w badaniach nad rolą określonej części systemu korzeniowego w zaopatrywaniu w składniki pokarmowe i wodę pozostałej części korzeni lub organów nadziemnych lub dotyczących remobilizacji poszczególnych pierwiastków.

Spełnione warunki w przypadku pożywek płynnych, żeby przeprowadzić badania: rozmiary wazonów dostosowane do systemów korzeniowych, niskie i niezbyt stężone zawartości pierwiastków w pożywce.

Zbalansowanie pożywki – odpowiednie proporcje między jonami I i II wartościowymi i pomiędzy anionami a kationami. Ponieważ niektóre pierwiastki działają na siebie antagonistycznie. Pierwiastki transportowane są przez ten sam nośnik białkowy.

Sole metali ciężkich – sole ołowiu i arsenu są transportowane przy pomocy tego samego nośnika białkowego, co fosfor. Jeśli przenawozi się fosforem można ograniczyć pobieranie szkodliwych jonów metali ciężkich.

Biała farba na zewnątrz – odbijanie światła.

Czarna w środku – zapobiega rozwijaniu się glonów.

Należy umiejętnie umieszczać rośliny w wazonie, tak aby 1/3 systemu korzeniowego była zanurzona w pożywce. Umożliwia to reszcie korzenia oddychanie tlenowe.

Rodzaj pierwiastków mineralnych wg różnych kryteriów:

1)kryterium ilościowe:

-makroelementy – powyżej 0,01% s.m. (10 mmoli/g s.m.) np. N, P, K, Ca, Mg, S

-mikroelementy – poniżej 0,0001% s.m. (5 mmoli/g s.m.) np. Fe, Zn, B, Cu, Mo, Mn, Cl

2)kryterium wg pełnionych funkcji:

-pierwiastki budulcowe – C, H, O, makroelementy (bez P)

-katalizatory reakcji enzymatycznych – mikroelementy

-pierwiastki pożądane – Na, Si, Al., Co

3)kryterium wg właściwości fizjologiczno-biochemicznych

-organogenne (C, H, O)

-niemetale (N, P, S, Cl)

-metale alkaliczne (K, Ca, Mg)

-metale ciężkie (Fe, Mn, Cu, Zn, Mo)

Klasyfikacja pierwiastków niezbędnych dla roślin:

-C, O, H – organogeny – CO2, O2, H2O

-N, P, S, B, Cl – niemetale – NO3-, NH4+, HPO42-, H2PO4-, SO2, SO42-, BO32-, Cl-

-Na, K, Ca, Mg – metale alkaliczne ziem alkalicznych – Na+, K+, Ca2+, Mg2+

-Mn, Cu, Zn, Mo – metale ciężkie – kationy lub chelaty MoO42-

Oceniając wizualnie objawy niedoboru pierwiastków zwracamy uwagę na:

-ograniczenie wzrostu części nadziemnej i systemu korzeniowego;

-nienormalny wzrost roślin;

-zamieranie pąków wierzchołkowych;

-wyłamywanie łodyg;

-zwiędnięty pokrój rośliny à nienormalne ułożenie blaszek liściowych;

-występowanie chlorozy i nekrozy;

Charakter chlorozy – czy obejmuje całą blaszkę liściową, czy tylko fragmenty;

Charakter nekrozy – czy od brzegu liścia, czy zamierają całe liście;

-przebarwienia liście np. barwa niebiesko-fioletowa, czy liście sinozielone;

Objawy niedoboru są różne dla różnych gatunków roślin. W praktyce niedobór pierwiastka łączy się z chorobą, objawami spowodowanymi szkodnikami, patogenami. Lokalizacja na roślinie objawów niedoboru à czy pierwsze objawy pojawiają się w wierzchołkowej, najmłodszej części rośliny, czy w najstarszej.

Pierwiastki dzielimy na 2 grupy:

1)pierwiastki ruchliwe à reutylizacja – ponowne wykorzystanie przez roślinę, w przypadku niedoboru pierwiastki są wybudowywane ze związków i transportowane do rosnących najmłodszych części roślin – pierwsze objawy niedoboru na starszych liściach; N, P, K, Mg;

2)pierwiastki nieruchliwe à brak reutylizacji; pierwsze objawy niedoboru na liściach młodych; Ca, S, Fe;

Skrócony klucz objawów deficytów pokarmowych:

Młode tkanki wykazują objawy najpierw – element nieruchliwy.

1.zamieranie wierzchołków wzrostu;

-nekroza liści – deformacja i opadanie B;

-chloroza liści – zwinięcie, kruche, nekrotyczne Ca;

2.brak zamierania wierzchołków wzrostu;

-chloroza liści;

-nekroza liści Mn;

-brak nekrozy: wiązki chlorotyczne – liście prawie białe S; wiązki niechlorotyczne – liście białe oprócz wiązek Fe;

3.bez chlorozy liści – może być więdnięcie Cu;

Starsze tkanki wykazują objawy niedoborów najpierw – element ruchliwy.

1.cała roślina – zahamowany wzrost;

-dolne liście chlorotyczne – roślina wyblakła N;

-roślina ciemnozielona do purpurowej – blaknięcie potem P;

2.efekt umiejscowiony – chloroza, nekroza, marmurkowa, parkowa;

-chloroza międzyżyłkowa – parkowatość Mg;

-brzegowa lub całościowa chloroza;

-brzegowa nekroza K;

-nekroza na całym liściu – plamista, kropkowa Zn;

EFEKTY BRAKU:

AZOT – silne ograniczenie wzrostu części nadziemnej i korzeni; żółte liście – chloroza, nekroza; słaba łodyżka; azot ruchliwy (młode żyją);

POTAS – górne liście jeszcze zielone, dolne żółtawe; K ruchliwy; zwiędły pokrój rośliny (blaszki liści podwijają się); wzrost zahamowany ale nie tak drastycznie, jak w przypadku N, podobne systemy korzeniowe; chloroza, nekroza (plamy); K reguluje gospodarkę wodną, zwiększa uwodnienie komórki;

WAPŃ – nieruchliwy (góra zła); zasychają wierzchołki wzrostu; chloroza najmłodszych liści przechodząca w nekrozę; łamliwość łodygi;

SIARKA – drastyczne zahamowanie wzrostu (jak przy niedoborze N); żyłki są fioletowe, cała  blaszka liściowa jest chlorotyczna; siada metabolizm (procesy metaboliczne osłabione); w CoA jest – gdy brak to brak cyklu Crebsa à umieranie; składnik specyficznych substancji – brak S – brak tych substancji;

FOSFOR – silne ograniczenie wzrostu części nadziemnej; korzenie długie nitkowate; barwa fioletowa (ciemna) liści dolnych; brudno zielono-fioletowe liście górne à wzmożona synteza antocyjanów; P ruchliwy;

MAGNEZ – wzrost nie tak ograniczony jak u N; ruchliwy Mg (młode listki żyją, starsze umierają); chloroza przechodzi w nekrozę; nerw główny jeszcze zielony i boczne też à chloroza między nerwami; Mg w chlorofilu;

jednoliścienne – wiązki ułożone równolegle – chloroza pasiasta

dwuliścienne – chloroza plamkowata, mozaikowa (plamy chlorotyczne między nerwami);

ŻELAZO – wierzchołek umarły à żelazo nieruchliwe; chloroza à nerwy pozostają jeszcze zielone; Fe uczestniczy w biosyntezie chlorofilu à jest aktywatorem enzymów przy biosyntezie chlorofilu;

N – hamowanie wzrostu; małe krzewienie; chloroza liści starszych; łatwa reutylizacja;

K – plamy chlorotyczne i nekrotyczne; zahamowanie wzrostu organów spichrzowych; aktywator ponad 50 enzymów; uczestniczy w osmoregulacji;

Ca – sucha zgnilizna owoców pomidora i papryki; plamistość jabłek;

Fe – składnik cytochromów, ferredoksyny; 80% Fe w chloroplastach;

Ćw.7 Właściwości buforujące roślin.

Siewki pszenicy – z dobrze rozwiniętymi korzeniami; do 4 kolb pobrano 4 roztwory o różnym pH; wsadzono korzonki do r-ru na 1h; po 1h rośliny usunięto i zmieniono pH r-ów. Nastąpiła szybka zmiana pH roztworów.

Dla młodych siewek optymalne pH wynosi 6,0. Każdy gatunek rośliny ma swoje optymalne pH (może zmieniać się w zależności od fazy rozwojowej rośliny. Wrzosy, borowiny lubią kwaśne podłoże.

Korzenie roślin są zdolne do modyfikacji.

Pobieranie pierwiastków mineralnych – wymiana jonowa tzn. pobieraniu kationów przez korzenie towarzyszy wydzielanie do środowiska glebowego równoważnej ilości jonów H+. Pobieraniu anionów towarzyszy wydzielanie do środowiska glebowego równoważnej ilości jonów OH-. Rośliny pobierając zwiększoną ilość kationów i anionów modyfikują kwasowość podłoża, na tym polegają właściwości buforowe.

1) Ca2+ NO3- ó OH- = pH ­ sól fizjologicznie zasadowa

2) NH4+ SO42- = pH ¯ sól fizjologicznie kwaśna

AZOT FUNKCJE:

1. strukturalna - aminokwasy, aminy, peptydy

- białka strukturalne, fosfolipidy (np. cholina) à błony cytoplazmatyczne

2. synteza białek - kwasy nukleinowe DNA, RNA

3. fotosynteza i oddychanie:

- chlorofil

- przenośniki protonów i elektronów (NAD, F AD, cytochromy) à faza świetlna fotosyntezy, łańcuch oddechowy

- ATP nukleotydy purynowe i pirimidynowe

- CoA

4. metabolizm rośliny

- białka enzymatyczne

- koenzymy metabolizmu węglowodanów i tłuszczowców

- CoA

- ADP, ATP

5. wzrost roślin

- auksyny, cytokininy (biosynteza i dystrybucja)

6. związki specyficzne

- alkaloidy, witamina B

7. związki zapasowe - np. warstwa aleuronowa ziarniaków zbóż

FOSFOR FUNKCJE:

1. strukturalna

- fosfolipidy (lecytyna) błony cytoplazmatyczne

2. fotosynteza

- faza świetlna ATP, NAD P

- faza ciemna               - estry fosforanowe cukrów

- karboksylaza RuBP

- transport asymilatów z chloroplastów do cytoplazmy

3. oddychanie

- glikoliza - estry-P cukrów, acetylo-CoA

- cykl Krebsa NADP, FAD

- łańcuch oddechowy przenośniki H+ i e NAD, NADP, FAD, FMN, kumulacja energii ATP

4. aktywny transport jonów i związków organicznych

- przez membrany komórkowe (ATP-aza)

- pobieranie i transport w roślinie (ATP)

5. metabolizm związków organicznych

- cukrów - estry-P (ATP)

- tłuszczowców - CoA, NAD, NADP

- białek - redukcja NO3- à NH4+ NADH2

biosynteza aminokwasów ATP

kwasy nukleinowe

6. wzrost roślin - cytokininy, auksyny

7. związki zapasowe - fityna (nasiona zbóż

POTAS FUNKCJE:

1. katalityczna = aktywator enzymów (ADP à ATP i innych)

- fotosynteza - fosforylacja fotosyntetyczna

- oddychanie - fosforylacja oksydacyjna

- biosynteza złożonych cukrowców (skrobia) i białek (RuBP-karboksylaza)

2. gospodarka wodna - regulacja, wzrost uwodnienia

- regulacja stopnia otwarcia aparatów szparkowych

dyfuzja pary wodnej - transpiracja

dyfuzja CO2 i O2 - fotosynteza i oddychanie

- aktywne i bierne pobieranie H2O przez roślinę

3. transport asymilatów z donorów do akceptorów (przez floem) i dystrybucja asymilatów (plon)

4. wzrost roślin - auksyny, gibereliny, cytokininy

5. odporność na patogeny i szkodniki

- wyższa zawartość złożonych cukrowców (skrobia) i białek à wyższa odporność

WAPŃ FUNKCJE:

1. strukturalna

- pektyniany Ca - blaszka środkowa,

- CaCO3 - ściana komórkowa,

- mostki wapniowe - Ca - Ca - struktura membran (selektywna przepuszczalność) i białek enzymatycznych

2. gospodarka wodna - regulacja (spadek) uwodnienia komórek (zamykanie szparek)

3. regulacja przepuszczalności błon - transport przez membrany komórkowe

- struktura membran komórkowych

- aktywny transport = mediator sygnałów z błon do wnętrza komórki (Ca + specyficzne białko kalmodulina) = wpływ na metabolizm i transport do komórki

- aktywacja kanałów jonowych

4. katalityczna - ATP-aza (aktywny transport)

5. odporność na choroby - owoce (liście)

np. gorzka plamistość jabłek, zgnilizna owoców pomidorów, brunatnienie liści sałaty, brukselki – przy niedoborze

6. związki zapasowe – fityna

MAGNEZ FUNKCJE:

1. katalityczna = aktywator wielu enzymów

- fotosynteza - fosforylacja fotosyntetyczna

- oddychanie               - fosforylacja oksydacyjna

- glikoliza

- cykl Krebsa

- metabolizm związków organicznych - synteza białek, tłuszczowców, węglowodanów, kw. nukleinowych, ATP

2. strukturalna

- pektyniany Mg - blaszka środkowa

- mostki - Mg - Mg - stabilizacja struktur komórkowych

- chlorofil à fotosynteza

- rybosomy - stabilizacja struktury (synteza białek)

3. gospodarka wodna - regulacja (obniżenie) uwodnienia komórek

4. związki zapasowe - sole Mg kwasu fitynowego = fityna - sól wapniowo-magnezowa estru fosforanowego inozytolu (nasiona zbóż).

ŻELAZO FUNKCJE:

1. metaboliczna = składnik enzymów transportujących elektrony (reakcje oksydo-redukcyjne)

- fotosynteza - ferredoksyna, cytochromy (faza świetlna fotosyntezy)

- oddychanie - cytochromy, oksydaza cytochromowa, peroksydaza (łańcuch oddechowy)

2. katalityczna

- aktywator enzymów w biosyntezie chlorofilu (à fotosynteza)

- udział w redukcji azotanów (wiązanie N atmosferycznego)

- biosynteza białek

SIARKA FUNKCJE :

1. strukturalna

- aminokwasy cysteina, cystyna, metionina

- peptydy - glutation

- białka strukturalne

- mostki –S-S- stabilizacja przestrzennej struktury białek

2. metaboliczna i kataboliczna

- aktywność enzymów (struktura białek enzymatycznych, koenzymy)

- glutation - reakcje oksydo-redukcyjne, koenzym (przemiany cyklu Krebsa)

- acetylo-CoA (aktywny octan) cykl Krebsa, utlenianie kwasów tłuszczowych

- witaminy - biotyna (H), tiamina (B) - koenzymy

3. fotosynteza

...