第一篇植物营养的基本概念

第一篇植物營養的基本概念植物體的主要組成有那些成分？新鮮植株含有75-95%的水分，5-25%的乾物質。

水分含量的多寡受物種、營養狀況、取樣時的膨脹性(膨脹性受採樣時間、土壤水分含量、溫度、風速等)所影響。

如果將乾物質燃燒，其中佔90%以上的碳(C)、氫(H)、氧(O)及氮(N)等元素以二氧化碳、水蒸氣、分子態氮和氮的氧化物形式跑掉，留下的殘渣稱爲灰分。

灰分含有磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、錳Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鉬(Mo)、硼(B)、氯(Cl)、鈷(Co)、鎳(Ni)等必需元素，矽(Si)、鈉(Na)、硒(Se)、鋁(Al)、鍺(Ge)等有益元素，以及自然界裡存在的元素，在植體內部都能找到。

因為新鮮植株的水分含量變異很大，因此，化學分析總是以乾基為運算的基礎。

通常大量元素用百分率(%)或千分之一(mg/g)，微量元素用百萬分之一(mg/kg)表示。

植物體水(75-95%)H, O組成 1.最豐富的液體，植物容易吸取，是光合作用的原料2.比熱大，對外界溫度具緩衝作用，保護植物體不受害3.植物藉蒸散作用(水蒸氣經葉表氣孔逸散出去的現象)影響部份水分和養分的吸收及運輸，以及調節植物體之溫度4.溶解性好，黏度低，可溶解養分，並能在植物的輸導系統中迅速流動，對植物營養分的吸收、輸送、轉化有重大功用5.植體內各種代謝作用多在水中進行乾物質(5-25%)有機物(90-95%)無氮物質：C, H, O組成(醣類、澱粉、蔗糖、纖維素、脂肪、果膠、有機酸、臘質、激素、維生素)含氮物質：C, H, O, N組成(蛋白質、醯胺化合物、酶類)礦物質(灰分)(5-10%)P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn,Cu, Zn, B, Mo, Cl, Se, Na,Al……酵素成分、氧化還原、電子傳遞……圖1 植物體主要組成示意圖植物的礦質與必需元素有那些？週期表上有109種元素，其中有92種自然礦質元素已被充分認知，但植物體內化學元素只發現有大約70多種(植體內未發現可能因量太少，分析不出來；或為同位素，存在型態不穩定)，這些元素在植體內含量不同，而且所含的這些元素不一定就是植物生長必需的，有些元素可能是偶然被植物吸收，甚至還能大量積累，有些元素對於植物需要量雖極微，然而都是植物生長不可缺少的營養元素。

植物具有選擇性吸收營養元素的能力，因此，其吸收的量與土壤中存在的有效養分通常並非成正比。

不同品種對選擇特殊離子的變異很大。

這也就是為什麼有些作物具有所謂療效的原因。

Arnon和Stout(1939)提出成為高等植物必需營養元素的三要件：1.缺少某種營養元素，植物不能完成生活史(必需性)；2.必需營養元素的功能不能由其他營養元素所代替(不可取代性)；在缺乏時，植物會出現專一的、特殊的缺乏症，只有補充這種元素後，才能恢復正常(專一性)；3.必需營養元素為植物體組成分或直接參與代謝作用。

(某元素存在若只能促進其他元素的吸收或因拮抗作用抑制其他元素的毒害，則不能稱該元素為必需)根據以上三要件，目前已確定了高等植物的必需營養元素有18種：大量元素：氫(H )、氧(O)、碳(C, 1800, Senebier & Saussure)、氮(N, 1804, Saussure)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S, 1938, Sprengel)；微量元素：鐵(Fe, 1844, Cris 或1860, Sachs)、錳(Mn, 1922, McHague)、硼(B, 1923, Warington)、鋅(Zn, 1926, Sommer & Lipman)、銅(Cu, 1931, Lipman & McKinney)、鉬(Mo, 1938, Arnon & Stout)、氯(Cl, 1954, Broyer)、鈷(Co)及鎳(Ni, 1987, Brown)。

雖然所有高等植物已確定需要上述的18種營養元素，但是需要量之間差別很大，其在植體的含量、功能及吸收型態亦異。

植物必需元素的分類為何？植物營養元素分類－依據功能區分營養元素被吸收型態生理生化功能第一組：C、H、O、N、S 1.CO2、HCO3-、H2O、O2、NO3-、NH4+、N2、SO42-、SO2的型態被吸收2.離子來自土壤，氣體來自大氣1.組成有機體的結構物質2.組成輔酶的基本元素3.在還原過程中被同化第二組：P、B、(Si) 以磷酸鹽(H2PO4-, HPO42-)、硼酸(H3BO3)或硼酸鹽( H2BO4-)、矽酸鹽(HSiO4-)的型態存在土壤溶液中被吸收1.與植體中的醇化合物進行酯化作用生成磷酸酯、硼酸酯2.磷參與磷脂的代謝，磷脂是細胞膜、能量和遺傳物質的重要成分第三組：K、Ca、Cl、Mg、Mn 以離子的型態存在土壤溶液中被植物吸收1.產生細胞滲透壓，平衡陰離子2.活化酶3.控制膜的透性和電化學勢第四組：Fe、Cu、Zn、Mo 以離子或鉗合物的型態存在土壤溶液中被植物吸收1.以鉗合物存在於輔酶中2.原子價的變動傳遞電子植物營養元素分類－依據含量多寡區分分類元素含量與說明大量元素(巨量元素) C, H, O, N, P, K,Ca, Mg, S0.1-5.0%，作物對氮、磷、鉀的需要量比較大，土壤中的有效含量常不夠作物生長所需，需要施肥來補充，稱肥料三要素。

鈣、鎂、硫需要量次之，稱次量要素微量元素Fe, Mn, Cu, Zn,B, Mo, Cl, Co, Ni0.1-2,000 mg/kg植物營養元素分類－依據移動性區分分類元素說明移動性要素氮、磷、鉀、鎂、氯容易在組織間移動，當新組織的生長缺乏時，老組織中所含的該要素即轉移至新組織非移動性要素硫、鈣、鐵、錳、銅、鋅、硼不易在組織間移動，當新組織的生長缺乏時，老組織中所含的該要素無法移出供新生組織使用土壤與植物體中元素存在量及其被吸收型態、途徑為何？元素植物體(mg/kg) 土壤(mg/kg)被吸收型態吸收途徑鮮基────乾基────碳C 180,000 450,000 454,000 20,000 CO2、HCO3-、CO32-空氣、水氧O 700,000 450,000 410,000 490,000 CO2、H2O、OH-空氣、水氫H 100,000 60,000 55,000 －H2O、H+水、水蒸氣氮N 3,000 15,000 30,000 1,000 NH4+、NO3-、NH3、NO2-、N x O、尿素、胺基酸、生物固氮水、土壤、空氣、葉面、微生物磷P 700 2,000 12,300 650 H2PO4-、HPO42-、低分子量有機磷水、土壤、葉面鉀K 3,000 10,000 14,000 14,000 K+水、土壤、葉面鈣Ca 3,000 5,000 18,000 13,700 Ca2+水、土壤、葉面鎂Mg 700 2,000 3,200 5,000 Mg2+水、土壤、空氣、葉面硫S 500 1,000 3,400 700 SO42-、SO2、SO3、SO32-水、土壤、葉面鐵Fe 200 100 140 38,000 Fe2+、Fe3+水、土壤、葉面錳Mn 10 50 630 850 Mn2+水、土壤、葉面銅Cu 2 6 14 20 Cu2+水、土壤、葉面鋅Zn 3 20 160 50 Zn2+水、土壤、葉面硼B 1 20 50 10 主要：H3BO3次要：B4O72-、H2BO3-、HBO32-、BO3-水、土壤、葉面鉬Mo 0.2 0.1 0.9 2 MoO42-水、土壤、葉面鎳Ni* 0.1-1 Ni2+氯Cl* 100 Cl-文獻何&孟, 1987 Epstein,1972* 目前尚無施用鎳和氯的紀錄，因為氯離子充斥於環境中，不虞匱乏；鎳的需求量非常少，種子中少量存在已足敷需求，除非種子是在無鎳的水耕液中栽培者，否則不會有缺鎳的問題。

人體內所含的主要化學元素(共有29種)及其功能分類元素質量% 存在位置和功能大量元素O 65 水及有機物的成分C 18 有機物的成分H 10 水、有機物及無機物的成分N 3 有機物及無機物的成分Ca 1.5 骨骼成分；與酵素、肌腱有關P 1.2 與細胞合成、能量轉移、遺傳物質有關K 0.2 細胞流質內有K+Cl 0.2 細胞內外都有Cl-S 0.2 蛋白質及某些有機物的成分Na 0.1 細胞流質外有Na+Mg 0.05 某些酵素的成分微量元素Fe <0.05 含於血紅素、肌血球素和蛋白質中，參與電子轉移反應。

(一單元的血紅素可攜帶四個氧分子)Zn <0.05 胰島素及許多酵素的成分Co <0.05 含於維生素B12，參與碳水化合物、脂肪和蛋白質的新陳代謝。

(把養分轉變成生理所需的能量)Cu <0.05 某些酵素的成分，幫助Fe的儲存，與紅血球、血色素的製造有關；參與頭髮、眼睛和皮膚的著色；與骨骼焊結締組織的構成有關I <0.05 含於甲狀腺激素，甲狀腺激素不足，影響新陳代謝，使幼童發育不良，智能低下；使孕婦流產；造成大脖子Se <0.01 某些酵素的成分F <0.01 含於牙齒及骨骼，影響牙齒和骨骼發育Ni <0.01 某些酵素的成分Mo <0.01 某些酵素的成分Si <0.01 含於關節組織中Cr <0.01 與碳水化合物的新陳代謝有關，幫助胰島素控制血糖，與控制膽固醇有關Mn <0.01 許多酵素反應的必需元素*其他元素V, Sn, Li, B, As, Pb, Cd等，含量都只有<0.01%，主要功能尚未可知。

主要營養元素在植體存在型態及功能為何？元素常用肥料種類(%) 植體內存在型態缺乏徵狀功能碳- 澱粉、脂肪、醣類、蛋白質、纖維……- 光合作用中被同化；呼吸作用中被釋放氫- 水、澱粉、脂肪、醣類、蛋白質、纖維- 水的成分而與植物體內的一切生理作用有關；光合作用中葉綠體分解水而生成氧- 水、澱粉、脂肪、醣類、蛋白質、纖維- 呼吸作用不可缺少；水和二氧化碳的組成元素氮硫酸銨(21)、尿素(46)、硝酸鉀(14)、硝酸銨(35)、氰氮化鈣(21)、硝酸鈣(15.5)、硝酸鈉(16) 蛋白質、胺基酸、核酸、酶、葉綠素、維生素、生物鹼、生長素、細胞分裂素植株矮小、早熟、提早老化、生長速率降低、老葉黃化核糖核酸(RNA)和去氧核糖核酸(DNA)是合成蛋白質和決定遺傳特性的物質基礎。

植物體內的遺傳資訊靠去氧核糖核酸傳遞磷過磷酸鈣(含P2O518)，磷酸一銨(48-50) 腺漂呤核苷酸、核酸、蛋白質、磷脂、植素、酶葉深綠，生長點生長受阻且呈深紫紅色，新梢生長停滯，種子果實發育不良參與碳水化合物、蛋白質、脂肪的代謝；加強光合作用和碳水化合物的合成與運轉；核酸是生長發育、繁殖和遺傳變異的重要物質；提高果樹對外界環境的適應性；磷脂與蛋白質是組成生物膜的基本物質鉀氯化鉀(含K2O 60)、硫酸鉀(50)與硝酸鉀(44) K+生長速率減低，嚴重時由老葉開始出現黃化和壞死現象激活酶的活性；促進光合作用，提高二氧化碳的同化率；促進醣類、蛋白質的合成和運輸；調節細胞滲透壓；增強抗逆、抗病蟲能力5鈣硝酸鈣、生石灰、熟石灰、碳酸鈣、氯化鈣、石膏、蚵殼果膠鈣(細胞壁)、草酸鈣(液泡)、檸檬酸鈣、植素(種子)、 -澱粉酶、Ca2+生長點最先受害死亡，芽的頂端或基部嫩葉扭曲細胞壁和細胞膜的主成分；多種酶的活化劑；調節介質的生理平衡；細胞之間的中膠層含有多量的鈣，與果實軟硬關係密切。