¿Cuáles son los nutrientes de las plantas medicinales?
Cuadro 6-1 Elementos nutricionales esenciales de las plantas, elementos beneficiosos y sus principales fuentes
*Para cultivos de leguminosas, se puede suministrar a través del aire.
* *Los denominados elementos beneficiosos se refieren a que estos elementos se aportan a determinadas plantas y pueden mejorar el crecimiento y desarrollo o aumentar el rendimiento, pero no son necesarios.
(Extraído de "Handbook of Agriculture Chemistry")
1. Funciones fisiológicas de los nutrientes esenciales de las plantas medicinales
Las funciones fisiológicas conocidas de los nutrientes esenciales de las plantas pueden se resumen de la siguiente manera: tres aspectos: primero, son componentes de la estructura celular y compuestos metabólicamente activos; segundo, mantienen las funciones de las células y tejidos y también participan en la conversión de energía y promueven reacciones enzimáticas; Sin embargo, el papel de estos elementos no puede explicar todos los cambios fisiológicos y muchos aspectos aún no están claros. La tabla 6-2 sólo describe brevemente algunas de las funciones fisiológicas de varios nutrientes esenciales.
Tabla 6-2 Formas de absorción y funciones fisiológicas de los nutrientes de las plantas
Tabla 6-2 Formas de absorción y funciones fisiológicas de los nutrientes de las plantas (continuación)-1
(Extraído del "Manual de Química Agrícola")
Según los diferentes contenidos de nutrientes esenciales en las plantas, se pueden dividir en dos categorías: macronutrientes y oligoelementos. El carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre son los elementos principales. El hierro, el boro, el manganeso, el cobre, el zinc, el molibdeno y el cloro son oligoelementos. Entre ellos, el nitrógeno, el fósforo y el potasio son elementos muy demandados por las plantas. Sin embargo, los nutrientes disponibles en el suelo suelen ser escasos y deben complementarse mediante fertilización. , fósforo y potasio" o "los tres elementos del fertilizante". Este artículo se centra en los efectos fisiológicos del nitrógeno, fósforo y potasio en las plantas medicinales.
(1) Nitrógeno
El nitrógeno generalmente sólo representa el 65.438 0-3 del peso seco de las plantas (refiriéndose a toda la planta), pero es el componente principal de muchos nutrientes importantes. Materia orgánica en plantas como aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, enzimas, clorofila, la mayoría de biopelículas y hormonas vegetales, etc. Por tanto, el nitrógeno afecta directa o indirectamente a las actividades metabólicas y al crecimiento y desarrollo de las plantas en muchos aspectos. Por eso el nitrógeno se llama el "elemento de la vida". Por tanto, cuando las plantas tienen una nutrición insuficiente de nitrógeno, se verán afectados diversos metabolismos vegetales, el más significativo de los cuales es la reducción en la tasa y contenido de síntesis de clorofila, lo que afecta la formación de carbohidratos, producto de la fotosíntesis y también inhibe la síntesis de proteínas; , lo que lleva a una reducción de la división celular, lo que hace que la morfología de la planta se refleje como plantas bajas y hojas de color verde claro o amarillo, especialmente las hojas inferiores, que morirán y se caerán. Por ejemplo, si a Salvia miltiorrhiza le falta N, se volverá amarilla en medio mes, luego la planta dejará de crecer y finalmente el punto de crecimiento se volverá necrótico. El ginseng americano tiene deficiencia de nitrógeno, lo que da como resultado plantas bajas con hojas delgadas y de color verde claro. Las plantas volverán a crecer entre 1 y 2 meses antes que el ginseng americano normal. Pero demasiado nitrógeno también puede provocar un crecimiento anormal de las plantas, porque los productos fotosintéticos (los carbohidratos) se utilizan ampliamente para sintetizar proteínas, clorofila y otros compuestos que contienen nitrógeno, ablandando los tejidos de las plantas, provocando que los tallos y las hojas se vuelvan salvajes, lo que provoca el acame y prolonga el período de madurez. Al mismo tiempo, debido a la gran cantidad de líquido celular, las plantas son frescas y tiernas, y son propensas a enfermedades y plagas de insectos.
Lo que es particularmente grave es que en el caso de plantas medicinales como raíces y rizomas, así como semillas y frutos, debido a que contienen demasiado nitrógeno, el transporte y almacenamiento de carbohidratos se ven afectados y sus rendimientos se reducen considerablemente. Además, una nutrición descoordinada con nitrógeno afectará gravemente a la acumulación de ingredientes activos en algunas plantas medicinales, sobre todo al contenido de alcaloides y aceites volátiles. Debido a que los alcaloides son productos intermedios del metabolismo del nitrógeno vegetal, sus precursores sintéticos son los aminoácidos. La efedrina es un alcaloide contenido en la efedra, que puede ser un metabolito de la tirosina. El grupo N-metilo de la molécula se deriva de la metionina. Una nutrición adecuada con nitrógeno puede aumentar el contenido de alcaloides en las plantas, mientras que demasiado o muy poco reducirá el contenido de alcaloides. Otro ejemplo es que si se utiliza demasiado fertilizante nitrogenado, el contenido de aceite de menta disminuirá.
Las fuentes de nitrógeno utilizadas por las plantas son principalmente compuestos nitrogenados inorgánicos, entre ellos el nitrógeno nitrato (NO-3) y el nitrógeno amónico (NH 4). El contenido de nitrito de nitrógeno (NO-2) en el suelo es bajo y tiene poca importancia nutricional para las plantas. Es perjudicial para las plantas en altas concentraciones. Además, las plantas pueden utilizar pequeñas moléculas de nitrógeno orgánico como aminoácidos, asparagina y urea, pero esto es secundario. La mayoría de las plantas medicinales pueden hacer un buen uso de ambas formas de nitrógeno inorgánico, pero algunas prefieren una sobre la otra, lo cual se detallará en "Absorción selectiva"
(2) Fósforo
Los efectos nutricionales del fósforo en las plantas son: Primero, el fósforo es un componente de muchos compuestos orgánicos importantes en las plantas, como ácidos nucleicos, fosfolípidos, fitoquímicos, compuestos con alto contenido de fósforo y enzimas. Estos compuestos son una sustancia extremadamente importante en el crecimiento de las plantas. , reproducción, variación genética, transferencia de energía y comunicación con sustancias externas. En segundo lugar, el fósforo participa activamente en diversas actividades metabólicas de las plantas, como el metabolismo de los carbohidratos, el metabolismo del nitrógeno, la síntesis y descomposición de grasas, etc. Por lo tanto, el fósforo puede denominarse elemento "energético" para las plantas y es muy importante durante todo el período de crecimiento de la planta, especialmente en las etapas de plántula y reproductiva. Por ejemplo, Fu Jianguo y otros rociaron superfosfato 2.0 en diferentes etapas de crecimiento de coix, pero el efecto de pulverización fue más obvio en la etapa de "tres hojas" y en la "etapa de llenado de grano". 18,40%, y este último en 9,77%. Además, el fósforo es importante para las raíces, los rizomas y las plantas medicinales como semillas, flores y frutos. Agregar fósforo a estas plantas medicinales a menudo da como resultado mayores rendimientos porque el fósforo promueve el desarrollo de las raíces y facilita el transporte de carbohidratos. Por tanto, favorece el crecimiento de raíces, rizomas y frutos, y mejora la gordura y calidad de las semillas. El fósforo también puede mejorar la resistencia al estrés de las plantas, como la resistencia a la sequía, al frío, a la sal y los álcalis, etc., lo que sin duda hace que las plantas medicinales sean más adaptables a entornos de vida hostiles.
Cuando las plantas medicinales tienen deficiencia de fósforo, su crecimiento y desarrollo se verá obstaculizado. Los principales síntomas incluyen crecimiento lento, baja estatura, delgadez, erguimiento, pocas ramas, retraso en la madurez y frutos pequeños. Por ejemplo, cuando el ginseng americano de tres años tiene deficiencia de fósforo, tendrá pocas flores y frutos y, en ocasiones, los cogollos serán infértiles.
El fósforo absorbido por las plantas son principalmente iones de fosfato inorgánicos, entre los cuales el H2PO-4 es el más fácil de absorber, seguido del HPO2-4, mientras que el PO8-4 es difícil de absorber por las plantas comunes.
⑶Potasio
A diferencia del nitrógeno y el fósforo, el potasio no es un componente de ningún compuesto orgánico de las células vegetales. Existe principalmente en estado iónico (K) en el citoplasma y las vacuolas de todas las células vivas, y una pequeña cantidad existe en el núcleo o se adsorbe en la superficie de los coloides protoplásmicos. En los últimos años, el potasio ha servido como coenzima o activador de muchas enzimas y juega un papel importante en las funciones fisiológicas de las plantas. Se sabe que la activación de más de 60 enzimas requiere cationes monovalentes y el potasio es el ion más eficaz para promover la activación. Por tanto, el potasio tiene un gran impacto en el metabolismo de las plantas. Por ejemplo, el potasio puede promover la fotosíntesis, aumentar el contenido de clorofila y la eficiencia fotosintética neta y acelerar el transporte de productos de asimilación a los órganos de almacenamiento. Por lo tanto, a las plantas medicinales de rizoma a menudo les gusta el potasio, que tiene un buen efecto para aumentar su producción. Por ejemplo, Yu Derong et al. señalaron en el "Estudio sobre el diagnóstico nutricional de los tres elementos del ginseng" que la proporción de potasio y nitrógeno del ginseng en campos de alto rendimiento es mayor que en campos de bajo rendimiento, y la proporción de potasio y fósforo. La relación en los campos de alto rendimiento suele ser mayor que en los campos de bajo rendimiento. No solo eso, debido a que el potasio puede mejorar significativamente la absorción y utilización del nitrógeno por las plantas y convertirlo rápidamente en proteínas, el potasio tiene un efecto significativo en la mejora de la calidad de las plantas medicinales. Por ejemplo, cuando el ginseng se cultiva en suelo blanco en el noreste de China, la aplicación de fertilizante potásico puede aumentar significativamente el contenido de 17 aminoácidos en el ginseng y el rendimiento también puede aumentar en consecuencia. Además, el potasio puede eliminar los efectos adversos de la aplicación excesiva de fertilizantes nitrogenados y fosforados.
Al igual que el fósforo, una mayor aplicación de potasio también puede mejorar la resistencia de las plantas a ambientes adversos.
La deficiencia de potasio en las plantas provocará un retraso en el crecimiento. En casos graves, los bordes de las hojas se volverán amarillos, luego marrones y se quemarán. Por ejemplo, si Salvia miltiorrhiza tiene deficiencia de potasio, habrá una gran mancha marrón en el borde de las hojas viejas, venas de color verde claro y mesófilos de color verde claro. El ginseng americano de tres años carece de potasio y las puntas de las hojas comienzan a ponerse amarillas y luego a quemarse. Las raíces tienen poca resistencia a las enfermedades y son propensas a pudrirse.
Los anteriores son los efectos fisiológicos de los tres nutrientes principales en la nutrición de los cultivos, pero de hecho, estos 16 nutrientes son muy importantes para los cultivos. Incluso los oligoelementos mínimos requeridos tienen sus propios efectos únicos y específicos. Los elementos no se pueden reemplazar. Actualmente, la gente presta cada vez más atención al papel de los oligoelementos en el aumento del rendimiento y la mejora de la calidad de las plantas medicinales. Por ejemplo, el cobre puede aumentar el rendimiento de menta y aceite, el boro puede aumentar el rendimiento de frutos de hierba en un 22,3%, la aplicación externa de fertilizante compuesto (que contiene oligoelementos) puede aumentar el rendimiento de ginseng en un 9,71-62,9%, el contenido de ginsenósidos en un 26% y el contenido total de ginsenósidos en un 26%. contenido de aminoácidos en un 33,82%. Además, algunos oligoelementos como el hierro, el cobre y el zinc figuran como principios activos de las plantas medicinales como nutrientes esenciales para el cuerpo humano. De esta manera, la investigación sobre nutrición de plantas medicinales no se limita a las plantas medicinales en sí, sino que está estrechamente integrada con los humanos. Por lo tanto, la investigación sobre nutrición de plantas medicinales es más importante y significativa.
Con el paso del tiempo, además de los 16 elementos nutricionales que se han reconocido como esenciales para las plantas, se seguirán descubriendo nuevos elementos que tienen efectos fisiológicos beneficiosos sobre las plantas medicinales. Tanto en el país como en el extranjero siempre se ha valorado la investigación sobre los efectos del germanio en el crecimiento y desarrollo de las plantas medicinales. Por ejemplo, en condiciones hidropónicas, 0,05 ppm de óxido de germanio pueden promover significativamente el crecimiento de las raíces de las plántulas de ginseng americano (anual).
A la hora de estudiar las cuestiones nutricionales de las plantas medicinales se debe prestar especial atención a la cuestión del equilibrio nutricional, es decir, se debe prestar atención a la relación entre los elementos nutricionales. En términos de nitrógeno, fósforo y potasio, la aplicación de fertilizantes nitrogenados es beneficiosa para la absorción de fósforo. A su vez, la aplicación de fertilizantes de fósforo también es beneficiosa para la absorción, transformación y utilización del nitrógeno. La relación entre nitrógeno y potasio también muestra una promoción mutua. Por lo tanto, en la producción real, la aplicación combinada de nitrógeno, fósforo y potasio suele tener el mayor efecto en el aumento del rendimiento de las plantas medicinales, pero diferentes plantas medicinales requieren diferentes proporciones de nitrógeno, fósforo y potasio.
2. Las principales características de la absorción de nutrientes por las plantas medicinales
(1) Absorción selectiva
La llamada absorción selectiva significa que los nutrientes que necesitan las plantas no son arbitrarios, es decir, la utilización de nutrientes en la solución del suelo es selectiva, que es el primer significado. En segundo lugar, la absorción selectiva de las plantas muestra que la absorción de nutrientes por las plantas no es un proceso mecánico pasivo, sino un proceso activo. Los 16 nutrientes esenciales mencionados anteriormente son nutrientes que las plantas absorben selectivamente. Por tanto, las características de absorción selectiva de la planta reflejan las características nutricionales de la propia planta. Las plantas medicinales también tienen esta característica. Por ejemplo, cada planta medicinal utiliza diferentes formas de nitrógeno de forma diferente. Cuando Marco et al. utilizaron cultivos sin suelo para estudiar la absorción y utilización de nitrógeno de la dedalera y el ginseng americano, descubrieron que el uso de nitrógeno nitrato o nitrógeno nitrato más una pequeña cantidad de nitrógeno amónico como fuente de nitrógeno para cultivar plantas de dedalera puede dar lugar a plantas vigorosas. Crecimiento y más hojas aumentan. Cuando solo se utiliza nitrógeno amónico como fuente de nitrógeno, las raíces de la dedalera se envenenan, se vuelven negras y eventualmente mueren. Por el contrario, el ginseng americano utiliza nitrógeno nitrato como fuente de nitrógeno. Sus hojas se vuelven de color amarillo a verde claro y las plantas son bajas y parecen tratamientos para la deficiencia de nitrógeno. Las plantas de ginseng americano que utilizan nitrógeno amónico como fuente de nitrógeno tienen hojas de color verde oscuro y un fuerte crecimiento. Al mismo tiempo, el peso de las raíces del ginseng americano anual aumentó en un 35,1 % cuando se utilizó nitrógeno de amonio como fuente de nitrógeno en comparación con el uso de nitrógeno de nitrato como fuente de nitrógeno. El mismo efecto también se observó en las plantas de ginseng americano bienales. Esto puede deberse a la influencia de los compuestos de nitrógeno nitrato y de amonio sobre el valor del pH de la solución de cultivo.
En general, las plantas medicinales como raíces y rizomas requieren más potasio; las plantas medicinales con semillas y frutos requieren más fósforo; las plantas medicinales con hojas o hierbas enteras requieren más nitrógeno. Además, las plantas medicinales tolerantes a los fertilizantes, como la Fritillaria, se pueden fertilizar con más frecuencia. Cuando se aplica una gran cantidad de fertilizante no se producirán fenómenos como crecimiento excesivo y acame. Se debe aplicar una gran cantidad de fertilizante orgánico para obtener altos rendimientos. Sin embargo, el coix es resistente a la esterilidad y puede obtener un cierto rendimiento con menos fertilización. Si se aplica una gran cantidad de fertilizante, fácilmente será en vano y se acame, lo que reducirá en gran medida el rendimiento. Otro ejemplo es el rizoma subterráneo de Amomum villosum. El contenido de potasio en los tallos, hojas y semillas que se encuentran en la superficie es el más alto, seguido del nitrógeno y menos fósforo.
Por lo tanto, basándose en las características nutricionales del amomum villosum, aplicando fertilizantes de nitrógeno y fósforo, se pueden lograr altos rendimientos utilizando de 5 a 10 toneladas de tierra ahumada por acre en otoño e invierno. Se puede observar que complementar los nutrientes correspondientes de acuerdo con las características de absorción selectiva de las plantas medicinales es uno de los principios de la fertilización de las plantas medicinales.
(2) Absorción por etapas
Durante todo el ciclo de vida, desde la germinación hasta la formación de las semillas, las plantas pasan por varias etapas de crecimiento y desarrollo. En diferentes etapas de crecimiento, las plantas tienen diferentes necesidades nutricionales. Esta es la etapa de nutrición de las plantas. Por ejemplo, el período de crecimiento de Coix se puede dividir en etapa de plántula, etapa de unión, etapa de arranque, etapa de espigado y llenado de grano y etapa de madurez. Otro ejemplo es el ginseng, una planta herbácea perenne. El período de crecimiento anual del ginseng supera los dos años y se puede dividir en el período de enverdecimiento, el período de desarrollo de las hojas, el período de floración y fructificación, el período de expansión de las raíces y el período de caída de las hojas. Rehmannia glutinosa se puede dividir en etapa de plántula, etapa de crecimiento vegetativo, etapa de expansión del rizoma y etapa de cosecha desde la siembra hasta la cosecha.
Dividir claramente las etapas vegetativas de las plantas medicinales es muy importante en la tecnología de fertilización, porque solo aclarando las características nutricionales de las plantas medicinales en cada etapa vegetativa se puede determinar el período de fertilización, el tipo de fertilización y la cantidad de fertilización. Tomando Ligusticum chuanxiong como ejemplo, la descripción es la siguiente:
Ligusticum chuanxiong es una hierba perenne y su material de propagación son los nudos del tallo aéreos con entrenudos (comúnmente conocidos como "castaño de agua púrpura") . El período de crecimiento desde la siembra hasta la cosecha es de 280 a 290 días. Debido a que tiene que pasar por el período de hibernación, la parte aérea brotará dos veces y la parte subterránea se hinchará dos veces. Todo el período de crecimiento (refiriéndose al rendimiento) se puede dividir en cinco períodos, a saber, el primer período de crecimiento sobre el suelo; la primera etapa de expansión de la parte subterránea; el segundo período de crecimiento de nuevos brotes; etapa de la parte subterránea. Los cambios en la acumulación de materia seca y la expansión del volumen de los tubérculos de Ligusticum chuanxiong se muestran en el Capítulo 14, Figuras 14-24 de Ligusticum chuanxiong. Características de la acumulación de materia seca y expansión del volumen de los tubérculos de Ligusticum chuanxiong. Durante todo el período de crecimiento, las partes aéreas de Ligusticum chuanxiong. El crecimiento después de pasar el invierno es mayor que antes de pasar el invierno, y hay dos picos de crecimiento en todo el período de crecimiento, es decir, el pico de crecimiento de las partes aéreas antes de pasar el invierno es de mediados de junio a mediados de febrero, y después de pasar el invierno es. desde mediados de marzo hasta la cosecha. El primer pico de crecimiento de los tubérculos subterráneos es desde mediados de octubre hasta principios de octubre. El crecimiento es lento durante el período de invernada, pero el volumen aumenta, pero la acumulación de materia seca tiene una tendencia a la baja. A finales de marzo y principios de abril, la acumulación subterránea de materia de tallos volvió a aumentar rápidamente. En consecuencia, el contenido de nutrientes de nitrógeno y fósforo (sobre y bajo tierra) de las plantas de Ligusticum chuanxiong tuvo las mismas tendencias de crecimiento y disminución (Figura 6-1). Antes de pasar el invierno, el contenido total de nitrógeno de los tallos, hojas y partes subterráneas de Ligusticum chuanxiong aumentó con el crecimiento de Ligusticum chuanxiong, alcanzando el máximo a principios de noviembre y luego disminuyó gradualmente hasta el mínimo antes de pasar el invierno. Después de pasar el invierno, el contenido de nitrógeno y fósforo en las plantas aumenta gradualmente, alcanzando el nivel más alto a mediados de marzo, y luego disminuye gradualmente hasta la cosecha. El contenido total de nitrógeno de las plantas de Ligusticum chuanxiong es mayor que el contenido total de fósforo. Por lo tanto, Ligusticum chuanxiong tiene una mayor demanda de nutrición con nitrógeno que con fósforo; Ligusticum chuanxiong tiene dos períodos pico para la absorción de fertilizantes, a saber, a mediados de octubre antes de pasar el invierno y a mediados de marzo después de pasar el invierno. De acuerdo con las características de nutrición y crecimiento de Chuanxiong, las medidas de fertilización deben ser: 1. Además del fertilizante base, Chuanxiong debe recibir fertilización. El período de fertilización es dentro de los dos meses posteriores a la siembra y a principios de la primavera después de pasar el invierno. Al primero se le puede aplicar cobertura tres veces, cada vez con 20 días de diferencia. Este último se puede recubrir 1 o 2 veces. En segundo lugar, el suministro de nitrógeno de Ligusticum chuanxiong debería ser mayor que el de fósforo y potasio, y se puede utilizar fertilizante nitrogenado como aderezo principal antes de la invernada. Después de pasar el invierno, los fertilizantes de fósforo y potasio deben aplicarse juntos, debido a que los tubérculos subterráneos requieren más fósforo, los fertilizantes de fósforo deben aplicarse a principios de la primavera que antes de pasar el invierno.
Figura 6 - Cambios en el contenido de nitrógeno y fósforo en partes aéreas y tubérculos de Ligusticum chuanxiong.
Al estudiar la etapa nutricional de las plantas medicinales se propuso el período crítico y el período de máxima eficacia de la nutrición vegetal. Lo primero significa que durante el crecimiento y desarrollo de las plantas, suele haber un período en el que la demanda de un determinado nutriente no es grande en términos absolutos, pero el grado de necesidad es muy urgente. En este momento, si falta este nutriente, el crecimiento y desarrollo de la planta se verá afectado, y el impacto y la pérdida resultantes serán irreversibles incluso si se suplementa este nutriente en el futuro. El periodo crítico para una misma planta no es exactamente el mismo para distintos tipos de nutrientes. En la mayoría de las plantas, el período crítico para el fósforo es en la etapa de plántula, como el período crítico para el coix en la etapa de tres hojas. El período crítico para el nitrógeno suele ser cuando el crecimiento vegetativo se convierte en crecimiento reproductivo.
El llamado período de máxima eficiencia de la nutrición vegetal se refiere a este período en el que los nutrientes requeridos por las plantas son los mayores en términos de velocidad de absorción y cantidad absoluta. Por tanto, el efecto de la fertilización es el más evidente y. el efecto de aumento del rendimiento es el mejor. El período más eficiente de nutrición de las plantas suele ser la etapa intermedia de su crecimiento. Sin embargo, los períodos máximos de efectividad de varios nutrientes no son consistentes. Para Rehmannia glutinosa, la nutrición con nitrógeno es más efectiva en el período de crecimiento medio, pero durante el período de expansión de las raíces, la nutrición con fósforo y potasio es más efectiva, especialmente potasio.
También cabe señalar que aunque la nutrición de las plantas se realiza por fases, se debe garantizar un suministro adecuado de nutrientes durante el período crítico, pero también se debe considerar la continuidad de la absorción de nutrientes por parte de las plantas. a menudo es necesario aplicar suficiente fertilizante base para sentar una buena base y, al mismo tiempo, prestar atención a la aplicación combinada de fertilizante para semillas y aderezo.
Las características de absorción de nutrientes de las plantas medicinales también se ven afectadas por el entorno externo, como las condiciones climáticas, las condiciones del suelo, las prácticas agrícolas de las personas, etc. En particular, las condiciones del suelo son más directas e importantes. Dado que los nutrientes requeridos por las plantas son básicamente suministrados por el suelo, es necesario estudiar la nutrición del suelo de las plantas medicinales al estudiar las propiedades nutricionales de las plantas medicinales.