گیاه تازه شامل حدود ۸۰ تا ۹۵ درصد آب است. درصد دقیق آب به نوع گیاه و تورم گیاه در زمان نمونهبرداری بستگی دارد که ناشی از زمان روز، مقدار رطوبت در دسترس خاک، دما، جهت باد و سایر عوامل است. بخاطر تنوع در وزن تازه، بررسیهای شیمیایی گیاه معمولاً بر پایه ماده خشک است. گیاه تازه در دمای ۷۰ درجه سانتیگراد در مدت ۲۴ تا ۴۸ ساعت خشک میشوند. وزن خشک باقیمانده در حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد وزن تازه اولیه گیاه است. ۹۰ درصد وزن خشک بیشتر گیاهان شامل سه عنصر کربن (C)، اکسیژن (O)، هیدروژن (H) است. آب، هیدروژن و اکسیژن گیاه را تأمین میکند و همچنین اکسیژن از دیاکسیدکربن اتمسفر همانطور که کربن بدست میآید، تأمین میشود. چون تنها ۱۵ درصد وزن تازه یک گیاه، ماده خشک است و ۹۰ درصد آن شامل کربن، اکسیژن و هیدروژن است، پس تمام عناصر باقیمانده در گیاه به سختی ۵/۱ درصد وزن تازه گیاه است (۰۱۵/۰=۱/۰Ï۱۵/۰) .
۲-۲٫ عناصر ضروری و معدنی
هنگامی که در مجموع ۹۲ عنصر معدنی طبیعی شناخته شده بود، تنها ۶۰ عنصر در گیاهان مختلف پیدا شده است. با وجودی که بسیاری از این عناصر در رشد گیاه مهم نیستند، ریشههای گیاه تا حدودی تمام مواد محلول در خاک را جذب میکنند. چون گیاهان دارای توانایی انتخاب میزان جذب یونهای مختلف هستند، جذب معمولاً به نسبت مستقیم مواد غذایی قابل دسترس نمیباشد. به علاوه انواع مختلف گیاهان در توانایی انتخاب و جذب یونهای مشخص، متفاوت هستند.
یک عنصر باید هر سه شرط زیر را دارا باشد تا در رشد گیاه مهم شمرده شود: ۱- گیاه نتواند در غیاب آن عنصر چرخه زندگیاش را تکمیل کند. ۲- تاثیر عنصر باید خاص باشد. هیچ عنصر دیگری نتواند تمام آثار آن را ایجاد کند. ۳- عنصر بایستی بطور مستقیم در تغذیه گیاه موثر باشد یعنی در بخشی از متابولیت ضروری و یا برای فعالیت یک آنزیم ضروری لازم باشد یا با اثر سمّی یک عنصر دیگر مقابله کند. تنها ۱۶ عنصر برای رشد گیاهان مهم شناخته شده است. آنها به دو دسته عناصر پرمصرف Macronutrients) (Macroelements, (آنهایی که به مقدار زیاد لازم هستند) و عناصر کممصرف (Micronutrients) (عناصر کمتر یا ناچیز یا ریزمغذی) یعنی آنهایی که به مقدار کمتری لازم هستند تقسیم میشوند.
عناصر پرمصرف شامل کربن (C)، هیدروژن (H)، اکسیژن (O)، نیتروژن (N)، فسفر (P)، پتاسیم (K)، کلسیم (Ca)، گوگرد (S) و منیزیم (Mg) و عناصر کم مصرف (ریزمغذی) شامل آهن (Fe)، کلر (Cl)، منگز (Mn)، بور (B)، روی (Zn)، مس (Cu) و مولیبدن (Mo) میباشند. غلظت نسبی این عناصر در بیشتر گیاهان در جدول ۲٫۱ آمده است.
هر چند بیشتر گیاهان عالی تنها به ۱۶ عنصر ضروری نیاز دارند، اما برخی گیاهان به عناصر دیگری نیز احتیاج دارند. آنها ممکن است عناصر دیگر را جذب کنند هر چند برای رویش طبیعی به آن نیازی نداشته باشند.
سیلیسیوم (Si)، نیکل (Ni)، آلومینیوم (Al)، کبالت (Co)، وانادیوم (V)، سلنیوم (Se) و پلاتین (Pt) برخی از موادی هستند که مقدار کمی از این عنصرها توسط گیاهان جذب میشوند و در رویش آنها استفاده میشوند. گیاهان خانواده بقولات از کبالت برای تثبیت نیتروژن استفاده میکند و نیکل امروزه به عنوان یک عنصر لازم برای اورهآز (آنزیم تجزیهکننده اوره به کربنات آمونیوم) لازم است، شمرده میشود. سیلیسیوم برای گیاه لازم است. این عنصر منجر به افزایش قدرت بافتها و مقاومت دربرابر صدمات قارچی میشود، بخصوص در خیار که امروزه اضافه کردن ppm100 به محلول غذایی با استفاده از سیلیکات پتاسیم متداول است. وانادیم با مولیبدن (Mo) عمل میکند و میتواند جانشین آن بشود. پلاتین میتواند رشد گیاهان را تا ۲۰% افزایش دهد البته در صورتی که بصورت مواد شیمیایی خالص (مواد آزمایشگاه) که دارای ناخالصی مانند کودهای تجاری نیست، استفاده شود. ولی در مقدار بسیار کم هم بسیار سمی است، بنابراین هنگام استفاده باید مراقب بود. معمولاً پرورشدهندگان تجاری از نمکهای کود شامل بسیاری از عناصر فوق در مقادیر ناچیز استفاده میکنند.
نقش عناصر ضروری در جدول ۲-۲ خلاصه شده است. تمام آنها در ساخت و تخریب متابولیتهای (مواد حاصل از سوخت و ساز) مختلف لازم برای رشد گیاه نقش دارند. بسیاری در آنزیمها و کوآنزیمها که میزان واکنشهای زیست – شیمیایی را تنظیم میکنند، یافت میشوند، بقیه در ترکیبهای حفظ انرژی و ذخیره غذا مهم هستند.
وظایف عناصر ضروری در گیاه
۱- نیتروژن
بخشی از تعداد زیاد ترکیبات آلی ضروری شامل آمینواسیدها، پروتئینها، کوآنزیمها، اسیدهای نوکلوئیک و کلروفیل میباشد.
۲- فسفر
قسمتی از ترکیبات آلی مهم شامل فسفات قندی، ATP (آدنوزین تری فسفات)، اسید نوکلوئیک، فسفولیپیدها و بعضی از کوآنزیمها میباشد.
۳- پتاسیم
بعنوان یک کوآنزیم یا فعالکننده برای بسیاری از آنزیمها عمل میکند (مانند پیرووات کیناز). تشکیل پروتئین نیازمند مقدار زیاد پتاسیم است. پتاسیم سبب تشکیل ساختار پایداری در داخل سلول گیاهی نمیشود.
۴- گوگرد
در بسیاری از ترکیبهای آلی شامل اسیدهای آمینه و پروتئین شرکت دارد. کوآنزیم ویتامین A و ویتامینهای تیامین و بیوتین دارای گوگرد میباشند.
۵- منیزیم
قسمت مهم از مولکول کلروفیل بوده و برای عملکرد بسیاری از آنزیمها شامل مراحل شکستن پیوند ATP ضروری است. برای حفظ ساختار ریبوزومها ضروری است.
۶- کلسیم
معمولاً به شکل کریستالهای اکسالات کلسیم در واکوئلها وجود دارند. در دیواره سلولی به شکل پکتات کلسیم سبب چسبندگی دیوارههای اولیه سلولهای مجاور میشود. برای نگهداری غشاء لازم است و قسمتی از آنزیم آلفا آمیلاز است. گاهی به همراه منیزیم سبب فعال کردن آنزیمها میشود.
۷- آهن
برای سنتز کلروفیل ضروری است و قسمت مهمی از سیتوکرومها است که بعنوان حامل الکترون در فرایند فتوسنتز و تنفس عمل میکند. قسمت ضروری از واکنش فردوکسین (Ferredoxin) و احتمالاً آنزیم کاهنده نیترات میباشد.
۸- کلر
برای انجام فتوسنتز مورد نیاز است زیرا در هنگام تولید اکسیژن از آب بعنوان آنزیم فعالکننده عمل میکند.
۹- منگنز
سبب فعال شدن یک یا چند آنزیم در فرایند تشکیل اسیدهای چرب، آنزیمهای مسئول در تشکیل DNA و RNA و آنزیم ایزوسیترات دهیدروژناز در چرخه کربس میشود. بطور مستقیم در فرایند فتوسنتز و گرفتن اکسیژن از آب و احتمالاً در تشکیل کلروفیل دخالت دارد.
۱۰- بُر
نقش آن در گیاه چندان مشخص نیست. احتمالاً در حرکت کربوهیدراتها در آوندهای آبکش نقش دارد.
۱۱- روی
برای تشکیل هورمون ایندول استیک اسید مورد نیاز است. سبب فعال شدن آنزیمهای الکل دهیدروژناز، اسید لاکتید دهیدروژناز، اسید گلوتامیک دهیدروژناز و کربوکسی پپتیداز میشود.
۱۲- مس
به عنوان حامل الکترون و قسمتی از برخی آنزیمها عمل میکند. قسمتی از پلاستوسیانین بوده که در فرایند فتوسنتز نقش داشته و همچنین در آنزیم پلی فنیل اکسیداز و نیترات ردوکتاز وجود دارد. احتمالاً در تثبیت ازت نقش دارد.
۱۳- مولیبدن
بعنوان حامل الکترون در تبدیل نیترات به آمونیوم نقش دارد. در تثبیت ازت ضروری است.
۱۴- کربن
تشکیلدهنده تمامی اجزاء آلی موجود در گیاه میباشد.
۱۵- هیدروژن
به همراه کربن در تمام اجزاء آلی تشکیلدهنده گیاه وجود دارد. در برخی تبادلات بین گیاه و خاک نقش مهمی دارد.
۱۶- اکسیژن
سازنده بسیاری از ترکیبات آلی در گیاهان میباشد. فقط معدودی از ترکیبات آلی مانند کاروتن فاقد اکسیژن است. همچنین در تبادل یونی بین ریشه و بستر کشت نقش دارد.