忍爱之剑:矿质元素的生理功能

来源:百度文库 编辑:高考问答 时间:2024/03/29 23:31:51
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必需矿质元素的生理功能

必需的矿质元素在植物体内的生理作用有三个方面:一是细胞结构物质的组成成分;二是植物生命活动的调节者,参与酶的活动;三是起电化学作用(离子浓度的平衡,胶体的稳定和电荷中和等。有些大量元素具备上述二或三个作用,大多数微量元素只具有酶促作用。

= 1 \* GB4 一.大量元素

1、氮:

含量:一般只占干物重的1.0%~2.0%,较C、H、O低,但居其它元素之首。

利用形式:植物所利用的氮素主要是无机态氮,即铵态氮(NH)硝态氮(NO),也可吸收有机态氮,如尿素[Co(NH2)2]等。

生理作用:

A、结构元素: = 1 \* GB3 ①氮是构成蛋白质的主要成分,占蛋白质含量的16%~18%,而细胞质、细胞

核和酶都含有蛋白质,所以氮是它们的组成部分; = 2 \* GB3 ②核酸(碱基)、磷脂(胆碱)、叶绿素(含一个氢原子吡咯环)等化合物中都含有氮; = 3 \* GB3 ③植物激素(吲哚乙酸和激动素)、维生素(如B1、B2、B6等)和生物碱等也含有氮素。可见氮是植物生命活动中占首要地位的元素,故又称为生命元素。

B、参与能量代谢:即参与ADP、ATP、COA、COQ、FNDV(核黄素单核苷酸)、FAD(黄

素腺嘌呤=核苷酸)、NAD、NADP、铁卟啉等物质组成。

氮素的另一个特点是在植物体内可以自由移动,因此可再利用。例如缺氮时, 幼叶可以向老叶吸收氮素,以维持茎尖的正常生长,这也是我们经常见到的植物一般下部叶片先衰的原因之一。

2、磷:

含量:一般仅占植物干重的0.2%, 在植物体内呈不均匀分布,根茎生长点较多,嫩叶比老叶多,果实、种子中磷最多。

利用形式:磷主要的HPO4-2和H2PO4-1(正磷酸盐)形式被植物根吸收。两种离子存在的多少, 决定外界环境的PH值:PH值低时,H2PO4-状态的离子较多;PH较高时,HPO4-2状态的离子较多。磷进入根系后,很快转化为糖磷脂、核苷酸、核酸、磷脂等有机物质。仅有极少部分仍保持无机物形式。

生理作用:

= 1 \* GB3 ①磷首先是细胞中许多重要化合物的成分:如磷脂(生物膜组分)肌醇元磷酸(种子中磷的待存形式,有利于固定如糖-1-磷酸形成时释放出的磷,促进淀粉生物合成)核酸、核蛋白等; = 2 \* GB3 ②参与植物细胞的能量代谢,如参与光合磷酸化和氧化磷酸化作用,使ADP+Pi—ATP; = 3 \* GB3 ③参与碳水化合物的代谢和运输:CO2的同化力:ATP和NADPH中含有磷,卡尔文循环中的糖都是糖的磷酸酯;碳水化合物的主要运输形式——蔗糖的合成也要通过含磷化合物(如UPPG尿苷二磷酸葡糖)。 = 4 \* GB3 ④参与硝酸盐的还原:硝酸还原酶为一种钼黄素蛋白、其组织成份FAD(黄素腺嘌呤=核苷酸)中就含有磷; = 5 \* GB3 ⑤参与脂肪代谢,脂肪酸合成的关键物质——乙酰CoA中也含有磷。

缺素症状:

由于磷广泛的参与植物代谢,所以在缺磷时,植物体内各种代谢不能正常进行,合成产物减少,中间产物积累(如积累硝态氮和糖,而糖分有利于花色素的形成),表现为:植株瘦小、茎叶暗绿或呈紫红色,生育期延长,花、果实、种子少且不饱满。缺磷时叶片不出现斑块,由于磷能在植物体内移动和再利用,故症状首先在老叶中出现。

3、钾

含量:平均含量为干物重的1.0%。

利用形式:钾是以K+的形式被植物根系吸收的。进入植物体后也几乎是离子状态,部分在原生质中处于吸附状态。

生理作用:

钾与氮、磷不同,它不参与重要有机物质的组成,主要对代谢起调控作用: = 1 \* GB3 ①钾首先是植物体内许多重要酶的激活剂; = 2 \* GB3 ②钾能促进碳水化合物的形成和运输; = 3 \* GB3 ③钾能提高细胞的保水能力,增强植物的抗旱性。 = 4 \* GB3 ④钾能促进气孔开放,增强植物体内外物质的交换(CO2)。

钾和氮、磷一样,在植物体内具有较强的移动性,再生长旺盛的生长点,禾本科植物的质间分生组织,各种植物的形成层以及形成生殖器官的部位等均有大量分布。

缺素症状:叶间及边缘先出现缺绿斑点,逐渐变焦枯状,叶片卷缩不平。

4.硫

含量:硫在植物各器官中的分布相当均匀,平均含量为干物重的0.1%.

利用形式:硫以硫酸根(SO42-)的形式被植物吸收. SO42-进入植物体后,一部分保持不变,大部分被还原成硫氢基(-SH)或联硫基(-S-S-)而形成含硫氨基酸,如胱氨酸,半胱氨酸和蛋氨酸等.

生理作用:

= 1 \* GB3 ① 含硫氨基酸几乎是所有蛋白质的构成分子,所以硫也是细胞质的构成成分。 = 2 \* GB3 ②参与氨基酸、脂肪、碳水化合物等的合成和能量代谢。 = 3 \* GB3 ③影响细胞的氧化还原过程:植物中含-SH基的半胱氨酸与胱氨酸系统间的相互变化,直接影响到细胞的氧化还原电位:

NH2

HS-CH2CH NH2

COOH SCH2CH COOH

NH2 NH2

HS-CH2CH SCH2CH COOH

COOH

同时半胱氨酸又是载氢体谷胱甘肽的组成成分,因此硫能影响氧化还原过程。

缺素症状:叶小并呈黄色,叶片失绿均一,顶芽不易枯死,生育期延长。硫不易在植物体内自由移动,不能被再利用,所以缺乏症状一般在幼叶中表现出来。不过一般土壤中都有足够植物利用的硫。

5.钙(Ca)

含量:平均占植物干物重的0.5%。

利用形式:植物从氯化钙(CaCl2)等盐中吸收钙离子(Ca2+),钙离子进入植物体内,一部分仍是离子状态,一部分形成难溶性盐(如草酸钙),还有一部分与有机物(如植酸、果胶酸等)结合。

生理作用: = 1 \* GB3 ①钙是细胞壁的一种元素,细胞壁的胞间层就是由果胶钙组成的。 = 2 \* GB3 ②钙离子是一些酶的活化剂; = 3 \* GB3 ③钙具有生理解毒作用:有机酸结合为不容性的钙盐结晶。 = 4 \* GB3 ④钙能降低细胞原生质的水含度,降低细胞的保水力与钾离子相拮抗。

缺素症状:叶缺绿,皱缩,叶间弯钩状,相互粘连,不易伸展,顶芽易枯死。钙是一种不易移动的元素,因此主要存在于老叶或其它衰老组织中。

6.镁(Mg)

含量:为植物干物重的0.2%,与P相同。

利用形式:以Mg2+形式被植物吸收,在植物体内一部分Mg2+形成有机化合物,一部分仍以离子状态存在。

生理作用: = 1 \* GB3 ①镁是叶绿素的组成元素之一,位于噗啉环的中央。 = 2 \* GB3 ②镁是体内许多激酶和磷酸变位酶的激活剂; = 3 \* GB3 ③镁能维持核糖体结构的稳定性:核糖体是细胞合成蛋白质的专一细胞器。有许多亚基组成,镁能使这些亚基稳定结合。

镁可以在植物体内自由移动,主要存在与幼嫩组织的器官中,植物成熟时,则集中于种子中。

缺素症状:叶脉间明显失绿,出现清晰网状脉纹,有坏死斑块,老组织先出现。

= 2 \* GB4 二.微量元素:

1.铁:

含量:为植物干物重的0.01%。

利用形式:植物从土壤中可吸收Fe3+和Fe2+。铁进入植物体内既处于被固定的状态(既形成

高分子化合物,如铁噗啉、亚铁血红蛋白等),因此不易移动。

生理作用: = 1 \* GB3 ①铁是植物体内许多重要酶辅基的组成成分。如细胞色素b、b6、c、c1、f细胞色

素氧化(血红蛋白),铁氧还蛋白(Fd.非血红蛋白),过氧化氢酶和过氧化物酶等,其辅基中就含有铁。 = 2 \* GB3 ②影响叶绿素的合成:铁虽然不是叶绿素的成分,但缺铁是叶绿素不能合成,因而铁影响原叶绿素酸酯的合成。

缺素症状:植物缺铁时,其幼叶变小,叶脉间的叶肉失绿变黄,以至整叶呈黄红色。新生组

织先出现,但顶芽不易枯死。

2.锰(Mn)

锰在植物体内的含量较低,仅为干物重0.005%,主要以Mn2+状态被植物吸收。锰的生理作用多种多样, = 1 \* GB3 ①它首先是植物体内多种酶的活化剂,如糖酵解中心的己糖磷酸激酶,烯醇化酶,羧化酶;三羧酸循环中的柠檬酸脱氢酶,a-酮戊二酸脱氢酶和柠檬酸合成酶以及硝酸还原酶的活化都需要锰。 = 2 \* GB3 ②锰还直接参与光合作用,在水的光解,氧的形成中起重要作用。

缺素症状:叶脉间缺绿,出现细小棕色斑点,组织易坏死,新生组织先出现,但顶芽不易枯死。锰不易在植物体内移动,一般分布在生长活跃的部位,特别是在叶内。

3.硼(B)

硼在植物体内的含量一般仅为干物重的0.002%。植物主要吸收BO33-,B4O72-两种状态的硼。硼进入植物体内后不发生大的变化也不形成含硼的特殊化合物,仅能与游离态的糖结合成复合极性分子。

硼的主要功能:

= 1 \* GB3 ①能促进植物开花结实,因而硼能促进花粉发芽和花粉管的伸长。 = 2 \* GB3 ②硼还能促进碳水化合物

的运输(硼能与游离状态的糖结合,使糖带有极性而易通过质膜); = 3 \* GB3 ③抑制有毒的酚类化合物形成,硼不易在体内流动和再利用;

缺素症状:花器官发育不正常,果实和种子不充实或不能形成,茎叶柄变粗、变脆、易开裂(使果胶含量降低,纤维素含量增加,细胞壁结构异常)叶坏死、变形或脱落,顶芽易枯死。

4.锌(Zn)

植物体内锌的含量一般是干物重的0.002%,与硼相当。主要以Zn2+的形式被植物吸收利用。锌在体内可以进行再利用。

锌的生理作用主要是作为某些酶的辅酶或活化剂而起作用的。例如色氨酸脱氢酶,乙醇酸脱氢酶等就需要Zn2+来活化;锌还可能是吲哚乙酸合成的前体——色氨酸合成酶的辅酶,所以植物缺锌时,体内IAA的含量降低,生长不良,会发生小叶病和簇叶病。

缺素症状:叶小簇生,麦间失绿,整个叶片易出现失绿至坏死斑点或条纹,老叶先出现。

5.铜(Cu)

铜在植物体内一般仅占干物重的0.0006%,以Cu+和Cu2+两种状态被植物吸收,在体内以两种可逆状态存在。铜是某些氧化酶(多酚氧化酶,抗坏血酸氧化酶)的成分。因此,在氧化还原中起着电子传递的作用。铜也是叶绿体中一个蛋白质——质体蓝素的成分,质体蓝素在光合作用中起着传递电子的作用。

缺素症状:幼叶萎蔫,叶尖变白,或出现白色叶斑,叶细,扭曲,果穗发育不正常。顶芽不易枯死,新生组织先出现,在体内不易再利用。

6.钼(Mo)

钼在植物体内仅占干物重的0.00001%,既0.1ppm,它的利用形式主要是氧化钼:MoO4。钼的生理作用突出表现在氮代谢方面;钼是固氮酶中钼铁蛋白的一种组分,所以生物固氮作用需钼;钼还是硝酸还原酶的金属成分,起着传递电子的作用。

缺素症状:叶脉间失绿,有坏死斑点,边缘枯焦,向内卷曲,顶芽不易枯死,新组织先出现。

7.氯(Cl)

氯在植物体内含量较高,为干物重的0.010%,以Cl-的状态被吸收。在植物体内也以Cl- 状态存在。氯主要是在光合作用的水解过程中起着活化剂的作用,促进氧的释放和还原NADP。

由上可知,每一种必需元素在植物生命活动中各有特殊作用,一般不能被其它元素所代替,例如Ca和Mg,化学性质很相似,但生理作用差异很大,不能相互代替。但也有可以代替的,如锰可以代替铁等。然而每种元素所具有的特殊作用决不是独立的,而是相互影响的,相互制约的,从而使植物体内一切生命活动能有序的进行。例如氮肥可提高植物对磷和钾的吸收;而高浓度的磷可消除砷对植物的毒害作用。