Wstęp
Fosfor pełni niezwykle ważą rolę dla życia wszystkich organizmów żywych, ze względu na rolę jaką odgrywa w bardzo wielu procesach biochemicznych. Obok najważniejszych dla roślin składników węgla, azotu i potasu, fosfor należy do tych pierwiastków, co do których wymagania pokarmowe roślin są szczególnie duże. Fosfor spełnia ważne i niezastąpione funkcje w takich procesach życiowych roślin jak oddychanie, fotosynteza, metabolizm tłuszczów, przemiany azotowe i wiele innych. Jednakże z biochemicznego punktu widzenia najważniejsza rola fosforu polega na jego zdolności do tworzenia bogatych w energię wiązań, dzięki czemu powstają związki będące pewnego rodzaju „magazynami energii”.
Obieg fosforu w naturze.
Stała wymiana składnika mineralnego lub pierwiastkowego między organizmami, a środowiskiem nazywana jest cyklem biogeochemicznym . Jednym z najważniejszych jest cykl pierwiastkowego fosforu. Obieg fosforu obejmuje ruch tego pierwiastka w żywych i nieożywionych częściach biosfery. Wiele pierwiastków chemicznych występujących na ziemi jest niezbędnych dla procesów i organizmów żywych. W przeciwieństwie do tlenu i węgla fosfor podąża złożonymi ścieżkami. Krąży w glebie, skałach, wodach i atmosferze ziemi oraz w organizmach zamieszkujących wszystkie te ekosystemy.
Fosfor i rośliny.
Związki fosforu znajdują się głównie w skałach. Fosfor nie przechodzi przez fazę atmosferyczną, ale to skały zawierające fosfor uwalniają fosforany (PO43-) do ekosystemu w wyniku ich wietrzenia i erozji. Dla roślin fosfor jest niezbędnym składnikiem odżywczym (drugim po azocie). Rośliny absorbują fosforany (H2PO4–, HPO42-) przez włośniki, które są drobnymi wypustkami na nabłonku korzenia – tak zwanej ryzodermie. Rośliny mogą również pobierać fosfor, również przez liście najskuteczniej pobierany jest przez młode tkanki i liście. Po wniknięciu do rośliny podlega przemianom do form organicznych. Fosfor wchodzi w skład fosforanów cukrów, nukleotydów, kwasów nukleinowych, fosfolipidów i koenzymów. Roślina uruchamia różnorodne strategie prowadzące do zwiększenia dostępności i pobierania ortofosforanów nieorganicznych z podłoża. Przyswajalność fosforu może być zwiększona dzięki wydzielaniu kwasów organicznych, zwłaszcza kwasu cytrynowego i mrówkowego z korzeni do podłoża i przekształceniu fosforanów żelaza, glinu i wapnia w pobierane przez rośliny cytryniany. Obniżona dostępność fosforu powoduje w korzeniach również wzrost aktywności i sekrecję pozakomórkowych fosfataz, hydrolizujących organiczne związki fosforu. Spadek zawartości fosforu w tkankach powoduje zwiększenie pobierania jonów fosforanowych po przeniesieniu roślin na pożywkę pełną. Wzrost zdolności pobierania PO43- tłumaczony jest zwiększeniem liczby transporterów P w błonach komórkowych oraz ich powinowactwa do jonów fosforanowych. Znane są przenośniki fosforanu w błonach chloroplastów i mitochondriów.
Niedobór fosforu a wzrost roślin
Wzrost roślin wykazujących niedobór tego pierwiastka jest osłabiony. Rośliny te w przeciwieństwie do roślin rosnących przy deficytowym poziomie azotu mają barwę ciemnozieloną. Często w wyniku niedoboru fosforu w tkankach roślin gromadzą się nadmiernie barwniki antocyjanowe, jest to pierwszy symptom niedoboru fosforu. W przypadku dużego głodu fosforu młode liście „odciągają” jony fosforanowe od liści starszych powodując ich obumieranie. Obniżenie zawartości fosforu w środowisku lub jego brak decydują o morfologii korzeni: zwiększa się masa korzeni i ich długość, zmniejsza się zaś średnica, powstaje więcej korzeni bocznych, wydłużają się. W wyniku tych zmian zwiększa się powierzchnia pobierania jonów. Badania ultrastruktury komórek strefy wzrostowej korzeni wykazały ponadto zwiększenie liczby wakuoli i obecność wakuoli wtórnych w warstwie korowej. Poziom fosforu w tkankach ma istotny wpływ na przebieg i intensywność fotosyntezy poprzez zmiany zawartości chlorofilu i struktury chloroplastów, a także wpływając na reakcje fazy jasnej i ciemnej fotosyntezy oraz rozdział i metabolizm produktów fotosyntezy. Niewielki niedobór fosforu w tkankach rośliny powoduje wzrost zawartości chlorofilu w liściach.
Rola fosforu w magazynowaniu i przenoszeniu energii w tkankach roślin.
Jedną z cech fosforu jest zdolność do tworzenia bogatych w energię wiązań, dzięki którym energia wyzwolona podczas różnych procesów może być czasowo magazynowana, a potem zużytkowana w procesach, które dla swego przebiegu wymagają wkładu energii. Reakcje biologiczne można podzielić na egzoergiczne i endoergiczne. W reakcjach pierwszego typu uwalnia się pewien zasób energii, w reakcjach drugiego typu energia zostaje pochłonięta z otoczenia, innymi słowy reakcjom tym energia musi być dostarczona. Wszystkie ważniejsze procesy syntezy w komórce są procesami endoergicznymi. Reakcje syntezy w układach biologicznych są zazwyczaj endoergiczne dlatego też, aby zaszła musi być sprzężona z inną reakcją, mianowicie taką, która może tej energii dostarczyć. Wiązania fosforanowe dostarczających znacznych ilości energii nazywamy wysokoenergetycznymi.
autor: Marcin Kołodziejczyk
-Iwona Ciereszko „wzrost i metabolizm roślin w warunkach deficytu fosforu .” Kosmos Tom49 Numer 1-2 2000.
-Gerhard Richter „Procesy metaboliczne u roślin” PWN 1975.Franck B. Salibury, Cleon Ross „Fizjologia roślin” PWRiL 1975.
-Zurzycki J. Michniewicz M. „Fizjologia roślin” PWRiL 1979.
-Otis F. Daniel G. Curtis Clark „Wstęp do fizjologii roślin” PWRiL 1958.
-Anna Nowotna-Mieczyńska „Fizjologia mineralnego żywienia roślin. PWRiL 1965