礦質元素

植物生長的必需元素

礦質元素是指除碳、氫、氧以外,主要由根系從土壤中吸收的元素。礦質元素是植物生長的必需元素,缺少這類元素植物將不能健康生長,礦質元素可以促進營養吸收。

簡介


關於植物必需的礦質元素,在新版高中生物教材中寫道:“以前科學家確定植物必需的礦質元素有13種,其中N、P、K、S、CaMg屬大量元素;Fe(也可稱為:半微量元素)、Mn、B、Zn、Cu、MoCl屬微量元素。”而據最新版《植物生理學》(高等教育出版社)資料,現已證明有16種礦質元素為植物生長所必需,即把SiNaNi也列為植物必需的礦質元素,其中Si為大量元素,Na、Ni為微量元素。

功能效果


作為植物必需的礦質元素,必須具備3個條件:
(1)如缺乏該元素,植物發育發生障礙,不能完成生活史。
(2)除去該元素,則植物表現出專一的缺乏症而這種缺乏症是可以預防和恢復的。
(3)該元素在植物營養生理上應表現直接的結果,決不是因土壤或培養基的物理、化學、微生物條件的改變而產生的間接效果。

主要作用


N以NH4+和NO3-的形式被吸收,用於生產蛋白質和葉綠素等,在干物質中含量約為1-2%。缺乏氮素時老葉首先變黃。
P以HPO42-和H2PO4-離子形式吸收,用於生成磷脂、磷酸化合物等。在干物質中約佔0.2%。缺乏P時,植株老葉首先變黃。
K以K+形式吸收,在植物體內,K+用於控制氣孔開放,一些激酶的活化劑等。占干物質的1%。缺乏時老葉出現死斑。
S以SO4 2-離子形式吸收,主要用於某些蛋白質中的二硫鍵的形成和-SH、輔酶A的合成。占干物質的0.1%。缺乏時幼葉出現淺綠色。
Mg以Mg2+形式吸收,是葉綠素必不可少的成分,眾多激酶的活化劑。占干物質的0.2%。缺乏時植物葉片缺綠。
Ca以Ca2+形式吸收,遊離存在於植物體內,多數以草酸鈣形式積存。占干物質的0.5%,缺乏時頂芽死亡。
Fe以Fe2+、Fe3+形式吸收,用於合成細胞色素、Fd、過氧化氫酶,在干物質中佔0.01%。缺乏時幼葉缺綠。
B以BO33-或者B4O72-形式吸收,促進花粉的萌發和花粉管的伸長,占干物質0.002%。缺乏時頂芽死亡,花粉無法萌發或者無法形成花粉管。
Cu以Cu2+形式吸收,是質體藍素(質體菁)、抗壞血酸氧化酶的重要元素。佔0.0006%,缺乏時幼莖不能直立。
Zn以Zn2+形式吸收,能形成某些酶,占乾重0.002%,缺乏時老葉出現問題,患小葉病
Mn以Mn2+吸收,是DNA\RNA合成酶的活化劑。占乾重0.005%,缺乏時造成幼葉死斑、缺綠。
Mo以MoO42-吸收,參與氮的代謝,占乾重0.00001%,缺乏時葉片扭曲,缺綠。
Cl以Cl-形式吸收,是水光解酶的活化劑,占乾重的0.001%,缺乏時葉片加厚,缺綠。
Si、Na、Ni都存在於植物體內,但以前由於培養技術、藥品不純等原因,把它們作為非必需元素,而現在則明確了它們的生理作用,且具備成為必需礦質元素的條件。下面介紹這3種元素的生理作用,供廣大生物學教師參考。
Si占植物體乾重的0.1%,在水溶液中主要以原硅酸(H4SiO4)的形式存在,並以此形式被植物體吸收和運輸。硅主要以非結晶水化合物的形式沉積在內質網、細胞壁和細胞間隙中,也可以與多酚類物質形成複合物成為細胞壁加厚的物質,以增加細胞壁的剛性和彈性。
施用適量的硅可促進作物生長和增加籽粒產量。缺硅時,蒸騰加快,生長受阻,植株易倒伏且易被真菌感染而發病。
B有助於花粉的萌發以及花粉管的生長。
Na占植物體乾重的0.001%,以離子形式被吸收,是大多數C4植物和景天科酸代謝植物(例如,景天、落地生根、仙人掌等)生長所必需。它能催化磷酸烯醇式丙酮酸的再生作用。缺鈉時這些植物呈現黃化和壞死現象。
另外Na+還能增加C3植物細胞的膨壓,從而促進生長,部分Na還可以代替K的作用,提高細胞液的滲透勢。
Ni占植物體乾重的0.0001%,主要吸收形式是Ni2+。鎳是脲酶的金屬成分。而脲酶的作用是催化尿素水解成CO2和NH4+。缺Ni時,葉尖處積累較多的脲,出現壞死現象。
另外,Ni也是固氮菌脫氫酶的成分。

運輸利用


礦質元素進入根尖成熟區表層細胞以後,隨著水分最終進入根尖內的導管,並且進一步運輸到植物的各個器官中。
有些礦質元素(如鉀離子)進入植物體以後,仍然呈離子狀態,因此容易轉移,能夠被植物體再度利用。有些礦質元素(如N、P、Mg)進入植物體以後,形成不夠穩定的化合物,這些化合物分解以後,釋放出來的礦質元素由可以轉移到其他部位,被植物體再度利用。例如,Mg是合成葉綠素所必須的一種礦質元素,當葉綠素被分解掉以後,Mg就可以轉移到葉內新的部位,被再度利用來合成葉綠素。有些礦質元素(如Ca、Fe)進入植物體以後,形成難溶解的穩定的化合物(如草酸鈣),不能被植物體再度利用。這就是說,有些礦質元素在植物體內可以被再度利用,有些礦質元素則只能利用一次。

兩者的關係


根吸收礦質離子與吸水的關係
(1)是兩個相對獨立的過程。因為這兩個過程的原理是不同的。水分的吸收主要是滲透作用,不需要載體,也不消耗ATP;礦質離子的吸收則必須通過主動運輸,需要載體,也需要ATP。
(2)礦質元素離子的吸收和水分的吸收是相互聯繫互相影響的。這兩個過程都發生在根尖的成熟區;礦質離子必須溶解在水中才能被吸收;礦質離子的吸收增加了細胞液的濃度,從而也促進水分的吸收。