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值得收藏 | 植物营养对植物生理的影响及其必需元素的营养功能→

花匠小妙招
2024-10-02 18:56

植物营养：植物体从外界环境中吸收其生长发育所需要的养分，用以维持其生命活动的过程。

营养元素：植物体用于维持正常新陈代谢完成生命周期所需的化学元素。

1.植物必需营养素

植物的必需营养素指对植物生长具有必需性、不可替代性和直接营养作用的化学元素。其判别标准是：

①必要性：这种元素对所有高等植物的生长发育是不可缺少的；如果缺少该元素，植物就不能完成其生活史。

②专一性：这种元素的功能不能由其他元素所代替；缺乏这种元素时，植物会表现出特有的症状，只有补充这种元素后症状才能减轻或消失。

③直接性：这种元素必须直接参与植物的代谢作用，对植物起直接的营养作用，而不是改善环境的间接作用。

高等植物必需营养元素目前有16 (17）种：碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、钼、氯、 （镍）。

大量元素：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S（其中， Ca、Mg、S是中量元素）。

微量元素：Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl

在所有必需营养素中将 N、P、K称为“肥料三要素”，即在 土壤－植物间的供求矛盾大，常需施肥补充。

2.植物必需元素的营养功能

碳

碳、氢、氧作为植物的必需营养元素，它们积极参与体内的代谢活动。首先始于植物光合作用对CO2的同化。碳、氢、氧以CO2和H2O的形式参与有机物的合成，并使太阳能转变为化学能。它们是光合作用必不可少的原料。

氢

氢不仅经常与碳和氧结合构成许多重要有机化合物，同时它还有许多极其不寻常的功能。由静电吸引所形成的氢键比其他化学键的结合力弱，具有明显的弹性、易分易合的特点。在许多重要生命物质的结构中氢键占有重要地位。由于氢键的易分易合性，特别有利于DNA的复制和转录。

氢和氧所形成的水。在植物体内有非常重要的作用。当水分充满细胞时，能使叶片与幼嫩部分挺展，使原生质膨润，膜与酯等保持稳定，生化反应得以正常进行。氢在氧化还原反应中作为还原剂，参与 NADP还原过程。质子在光合磷酸化中起着重要的作用。此外。H+还是保持细胞内离子平衡和稳定pH值所必需。由氢产生的质子不仅可直接作为许多代谢反应的底物或产物，而且在调节酶促反应、膜运输以及其他调节系统（如第二信使）活性方面都有重要作用。此外，氢离子还联络着细胞内各个分室，在胞间运输中发挥重要职能。

氧

植物体内氧化还原作用中，氧是有氧呼吸所必需的。大多数植物的氧来自CO2和H2O。植物的呼吸作用产生的能量，为植物吸收氧分提供了充足的能源。植物呼吸作用的中间产物是合成蛋白质。脂肪和核酸等重要有机物的原料。因此呼吸作用直接影响植物体内各种物质的合成与转化。当呼吸强度和途径发生改变时，代谢中间产物的数量和种类也随之改变，从而引起一系列其他物质的代谢和生理过程，最终将破坏正常的代谢过程及植物的生长发育。因此。呼吸作用与植物体内各种物质的合成、转化均有密切的关系。

氮

氮是作物体内许多重要有机化合物的组分，例如蛋白质、核酸、叶绿素、酶、维生素，生物碱和一些激素等都含有氮素。植物体内的氮素营养水平直接或间接地影响着植物的光合作用，氮素不仅是植物叶绿素的一个重要组成部分，而且对植物光合作用中光反应和暗反应的一系列酶的活性有重要影响。研究表明，在一定范围内，植物的光合速率随植物体内氮素营养水平的提高而提高，而当植物体内的氮素超过一定的临界值后，植物的光合速率反而有下降的趋势。研究表明，植物体内的氮素营养水平对抗氧化保护酶的活性有显著的影响。小麦等植物的研究表明，随着植物体内氮素营养水平的提高，其体内SOD、POD、CAT 等酶的活性显著增强，而体内 MDA的含量则显著下降，从而延缓植物叶片的衰老。植物体内的氮素营养水平还可以通过影响植物的水分生理间接地对植物的生长发育产生影响。氮营养还参与植物防御系统的构建，包括对物理防御和植物抗毒素含量的明确负面影响以及对抗菌蛋白的积极影响。

磷

磷是核酸、核蛋白和磷脂的主要成分，它与蛋白质合成、细胞分裂、细胞生长有密切关系；磷是许多辅酶的成分，它们参与了植物光合、呼吸过程；磷是AMP、ADP和ATP的成分；磷还参与碳水化合物的代谢和运输，如在光合作用和呼吸作用过程中，糖的合成、转化、降解大多是在磷酸化后才起反应的；磷对氮代谢也有重要作用，如硝酸还原有NAD+和FAD的参与，而磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺则参与氨基酸的转化；磷与脂肪转化也有关系，脂肪代谢需要NADPH、ATP、CoA和NAD+的参与。

钾

钾有高速度通过生物膜、且与酶促反应关系密切的特点。钾不仅在生物物理和生物化学方面有重要作用，而且对体内同化产物的运输和能量转变也有促进作用。钾能够促进植物光合、改善叶绿体结构。

钾在细胞内可作为60多种酶的活化剂，如丙酮酸激酶、果糖激酶、苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、淀粉合成酶、琥珀酰CoA合成酶、谷胱甘肽合成酶等。因此钾在碳水化合物代谢、呼吸作用及蛋白质代谢中起重要作用。钾也与糖类的合成有关。钾也能促进糖类运输到贮藏器官中，所以在富含糖类的贮藏器官中钾含量较多。K+是构成细胞渗透势的重要成分，钾有高速度通过生物膜、且与酶促反应关系密切的特点。钾不仅在生物物理和生物化学方面有重要作用，而且对体内同化产物的运输和能量转变也有促进作用。钾能够促进植物光合、改善叶绿体结构。故施钾肥能提高作物的抗旱性。

钙

钙是植物细胞壁胞间层中果胶酸钙的成分，因此，缺钙时，细胞分裂不能进行或不能完成，而形成多核细胞。钙离子能作为磷脂中的磷酸与蛋白质的羧基间联结的桥梁，具有稳定膜结构的作用。钙对植物抗病有一定作用。据报道，至少有40多种水果和蔬菜的生理病害是因低钙引起的。钙可与植物体内的草酸形成草酸钙结晶，消除过量草酸对植物（特别是一些含酸量高的肉质植物）的毒害。钙也是一些酶的活化剂，如由ATP水解酶、磷脂水解酶等酶催化的反应都需要钙离子的参与。植物细胞质中存在多种与Ca2+有特殊结合能力的钙结合蛋白，其中在细胞中分布最多的是钙调素。ca2+与CaM结合形成复合体，它在植物体内具有信使功能，能把胞外信息转变为胞内信息，用以启动、调整或制止胞内某些生理生化过程。

镁

镁是叶绿素的成分，对光合作用有重要作用；镁又是葡萄糖激酶、果糖激酶、丙酮酸激酶、乙酰CoA合成酶、异柠檬酸脱氢酶、α酮戊二酸脱氢酶、苹果酸合成酶、谷氨酰半胱氨酸合成酶、琥珀酰辅酶A合成酶等酶的活化剂，因而镁与碳水化合物的转化和降解以及氮代谢有关。镁还是核糖核酸聚合酶的活化剂，DNA和RNA的合成以及蛋白质合成中氨基酸的活化过程都需镁的参加。具有合成蛋白质能力的核糖体是由许多亚单位组成的，而镁能使这些亚单位结合形成稳定的结构。因此，镁在核酸和蛋白质代谢中也起着重要作用。

硫

硫主要以SO24-形式被植物吸收。SO24-进入植物体后，一部分仍保持不变，而大部分则被还原成S，进而同化为含硫氨基酸，如胱氨酸，半胱氨酸和蛋氨酸。这些氨基酸是蛋白质的组成成分，所以硫也是原生质的构成元素。辅酶A和硫胺素、生物素等维生素也含有硫，且辅酶A中的硫氢基具有固定能量的作用。硫还是硫氧还蛋白、铁硫蛋白与固氮酶的组分，因而硫在光合、固氮等反应中起重要作用。另外，硫不仅可调节植物体内的氧化还原反应，而且还具有稳定蛋白质空间结构的作用。由此可见，硫的生理作用是很广泛的。

铁

铁是许多酶的辅基，如细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等。铁是合成叶绿素所必需的，其具体机制虽不清楚，但催化叶绿素合成的酶中有两三个酶的活性表达需要Fe2+。近年来发现，铁对叶绿体构造的影响比对叶绿素合成的影响更大，如眼藻虫缺铁时，在叶绿素分解的同时叶绿体也解体。另外，豆科植物根瘤菌中的血红蛋白也含铁蛋白，因而它还与固氮有关。

硼

硼以硼酸（H3BO3）的形式被植物吸收。高等植物体内硼的含量较少，植株各器官间硼的含量以花最高，花中又以柱头和子房为高。硼与花粉形成、花粉管萌发和受精有密切关系。缺硼时花药花丝萎缩，花粉母细胞不能向四分体分化。

用14C标记的蔗糖试验证明，硼能参与糖的运转与代谢。硼能提高尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的活性，故能促进蔗糖的合成。尿苷二磷酸葡萄糖不仅可参与蔗糖的生物合成，而且在合成果胶等多种糖类物质中也起重要作用。硼还能促进植物根系发育，特别对豆科植物根瘤的形成影响较大，因为硼能影响碳水化合物的运输，从而影响根对根瘤菌碳水化合物的供应。因此，缺硼可阻碍根瘤形成，降低豆科植物的固氮能力。此外，已有研究表明，缺硼对蛋白质合成也有一定影响。

锰

锰主要以Mn2+形式被植物吸收。锰是光合放氧复合体的主要成员，缺锰时光合放氧受到抑制。锰为形成叶绿素和维持叶绿素正常结构的必需元素。锰也是许多酶的活化剂，如一些转移磷酸的酶和三羧酸循环中的柠檬酸脱氢酶、草酰琥珀酸脱氢酶、α－酮戊二酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、柠檬酸合成酶等，都需锰的活化，故锰与光合和呼吸均有关系。锰还是硝酸还原的辅助因素，缺锰时硝酸就不能还原成氨，植物也就不能合成氨基酸和蛋白质。

锌

锌是植物生长发育所必需的微量元素，参与糖类、脂类和核酸等各类代谢的调控。锌以Zn2+形式被植物吸收，是合成生长素前体——色氨酸的必需元素，因锌是色氨酸合成酶的必要成分，缺锌时就不能将吲哚乙酸和丝氨酸合成色氨酸，因而不能合成生长素，从而导致植物生长受阻，出现通常所说的“小叶病”。锌也是谷氨酸脱氢酶及羧肽酶的组成成分，因此它在氮代谢中也起到一定作用。

铜

铜为多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、漆酶的成分，在呼吸的氧化还原中起重要作用。铜也是质蓝素的成分，它参与光合电子传递，故对光合有重要作用。铜还有提高马铃薯抗晚疫病的能力，所以喷硫酸铜对防治该病有良好效果。另外，缺铜会导致叶片栅栏组织退化，气孔下面形成空腔，使植株即使在水分供应充足时也会因蒸腾过度而发生萎蔫。

钼

钼以钼酸盐（MoO24-）的形式被植物吸收，当吸收的钼酸盐较多时，可与一种特殊的蛋白质结合而被贮存。钼是硝酸还原酶的组成成分，缺钼则硝酸不能还原，呈现出缺氮病症。豆科植物根瘤菌的固氮特别需要钼，因为氮素固定是在固氮酶的作用下进行的，而固氮酶是由铁蛋白和铁钼蛋白组成的。

氯

氯是在1954年才被确定的植物必需元素。氯以离子的形式被植物吸收。体内绝大部分的氯也以离子的形式存在，只有极少量的氯被结合进有机物，其中4-氯-IAA是一种天然的生长素类激素。植物对氯的需要量很小，而盐生植物含氯相对较高。在光合作用中Cl-参加水的光解，叶和根细胞的分裂也需要Cl-的参与，Cl-还与K+等离子一起参与渗透势的调节，如与K+和苹果酸一起调节气孔开闭。

小编总结： 植物营养元素的吸收与转运过程可分为元素在植物体外的传输过程、跨膜运输过程和植物体内转运过程。植物营养它们参与调控植物许多生理、生化过程，是直接影响作物产量和品质的关键因子，但其过度积累也会对植物个体造成毒害。随着植物营养在分子水平研究深度的提高，营养元素的吸收与转运机制是近几年植物营养生理学研究领域的重要热点之一。至今对植物N、P、K和Zn等转运蛋白的功能研究已经取得了一定进展，尤其对这些蛋白家族基因在不同生理条件下的响应机制已经有了较好的了解。然而，对于其他营养元素转运蛋白及关于这些转运蛋白的具体分子作用机制或调控机制仍有待于进一步探索。

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来源：集测检测微信公号

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