高中生物生命奥秘植物的十三种必需元素的作用及其缺乏症素材

植物的十三种必需元素的作用及其缺乏症

（一）氮

根系吸收的氮主要是无机态氮，即铵态氮和硝态氮，也可吸收一部分有机态氮，如尿素。氮是蛋白质、核酸、磷脂的主要成分，而这三者又是原生质、细胞核和生物膜的重要组成部分，它们在生命活动中占有特殊作用。因此，氮被称为生命的元素。酶以及许多辅酶和辅基如NAD+、NADP+、FAD等的构成也都有氮参与。氮还是某些植物激素（如生长素和细胞分裂素）、维生素（如B1、B2、B6、PP等）的成分，它们对生命活动起重要的调节作用。此外，氮是叶绿素的成分，与光合作用有密切关系。由于氮具有上述功能，所以氮的多寡会直接影响细胞的分裂和生长。当氮肥供应充足时，植株枝叶繁茂，躯体高大，分蘖（分枝）能力强，籽粒中含蛋白质高。植物必需元素中，除碳、氢、氧外，氮的需要量最大，因此，在农业生产中特别注意氮肥的供应。常用的人粪尿、尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵等肥料，主要是供给氮素营养。

缺氮时，蛋白质、核酸、磷脂等物质的合成受阻，植物生长矮小，分枝、分蘖很少，叶片小而薄，花果少且易脱落；缺氮还会影响叶绿素的合成，使枝叶变黄，叶片早衰甚至干枯，从而导致产量降低。因为植物体内氮的移动性大，老叶中的氮化物分解后可运到幼嫩组织中去重复利用，所以缺氮时叶片发黄，由下部叶片开始逐渐向上。这是缺氮症状的显著特点。

氮过多时，叶片大而深绿，柔软披散，植株徒长。另外，氮素过多时，植株体内含糖量相对不足，茎秆中的机械组织不发达，易造成倒伏和被病虫害侵害。

（二）磷

磷主要以H2PO4-或HPO42-的形式被植物吸收。吸收这两种形式的多少取决于土壤pH值。pH＜7时，H2PO4-居多；pH＞7时，HPO42-较多。当磷进入根系或经木质部运到枝叶后，大部分转变为有机物质如糖磷脂、核苷酸、核酸、磷脂等，有一部分仍以无机磷形式存在。植物体中磷的分布不均匀，根、茎的生长点较多，嫩叶比老叶多，果实、种子中也较丰富。

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；磷是许多辅酶如NAD+、NADP+等的成分，它们参与了光合、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。

由于磷参与多种代谢过程，而且在生命活动最旺盛的分生组织中含量很高，因此施磷对分蘖、分枝以及根系生长都有良好作用。由于磷促进碳水化合物的合成、转化和运输，对种子、块根、块茎的生长有利，故马铃薯、甘薯和禾谷类作物施磷后有明显的增产效果。由于磷与氮有密切关系，所以缺氮时，磷肥的效果就不能充分发挥。只有氮磷配合施用，才能充分发挥磷肥效果。总之，磷对植物生长发育有很大的作用，是仅次于氮的第二个重要元素。

缺磷会影响细胞分裂，使分蘖分枝减少，幼芽、幼叶生长停滞，茎、根纤细，植株矮小，花果脱落，成熟延迟；缺磷时，蛋白质合成下降，糖的运输受阻，从而使营养器官中糖的含量相对提高，这有利于花青素的形成，故缺磷时叶子呈现不正常的暗绿色或紫红色，这是缺磷的病症。磷在体内易移动，也能重复利用，缺磷时老叶中的磷能大部分转移到正在生长的幼嫩组织中去。因此，缺磷的症状首先在下部老叶出现，并逐渐向上发展。

磷肥过多时，叶上又会出现小焦斑，系磷酸钙沉淀所致；磷过多还会阻碍植物对硅的吸收，易招致水稻感病。水溶性磷酸盐还可与土壤中的锌结合，减少锌的有效性，故磷过多易引起缺锌病。

（三）钾

钾在土壤中以KCl、K2SO4等盐类形式存在，在水中解离成K+而被根系吸收。在植物体内钾呈离子状态。钾主要集中在生命活动最旺盛的部位，如生长点，形成层，幼叶等。

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。

钾能促进蛋白质的合成，钾充足时，形成的蛋白质较多，从而使可溶性氮减少。钾与蛋白质在植物体中的分布是一致的，例如在生长点、形成层等蛋白质丰富的部位，钾离子含量也较高。富含蛋白质的豆科植物的籽粒中钾的含量比禾本科植物高。

钾与糖类的合成有关。大麦和豌豆幼苗缺钾时，淀粉和蔗糖合成缓慢，从而导致单糖大量积累；而钾肥充足时，蔗糖、淀粉、纤维素和木质素含量较高，葡萄糖积累则较少。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（如马铃薯块茎、甜菜根和淀粉种子）中钾含量较多。此外，韧皮部汁液中含有较高浓度的K+，约占韧皮部阳离子总量的80%。从而推测K+对韧皮部运输也有作用。

K+是构成细胞渗透势重要成分。在根内K+从薄壁细胞转运至导管，从而降低了导管中的水势，使水分能从根系表面转运到木质部中去；K+对气孔开放有直接作用见表2-5，用X射线电子探测微量分析仪测定，开放气孔保卫细胞中， K+的浓度为424×10-4摩尔/个气孔，

而关闭气孔保卫细胞中，则为20×10-4摩尔/个气孔；离子态的钾，有使原生质胶体膨胀的作用，故施钾肥能提高作物的抗旱性。

缺钾时，植株茎杆柔弱，易倒伏，抗旱、抗寒性降低，叶片失水，蛋白质、叶绿素破坏，叶色变黄而逐渐坏死。缺钾有时也会出现叶缘焦枯，生长缓慢的现象，由于叶中部生长仍较快，所以整个叶子会形成杯状弯曲，或发生皱缩。钾也是易移动可被重复利用的元素，故缺素病症首先出现在下部老叶。

N、P、K是植物需要量很大，且土壤易缺乏的元素，故称它们为"肥料三要素"。农业上的施肥主要为了满足植物对三要素的需要。

（四）钙

植物从土壤中吸收CaCl2、CaSO4等盐类中的钙离子。钙离子进入植物体后一部分仍以离子状态存在，一部分形成难溶的盐（如草酸钙），还有一部分与有机物（如植酸、果胶酸、蛋白质）相结合。钙在植物体内主要分布在老叶或其它老组织中。

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。苹果果实的疮痂病会使果皮受到伤害，但如果供钙充足，则易形成愈伤组织。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（calcium binding proteins，CBP），其中在细胞中分布最多的是钙调素（Calmodulin，CaM）。Ca2+与CaM结合形成Ca-CaM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（见第六章）。

缺钙初期顶芽、幼叶呈淡绿色，继而叶尖出现典型的钩状，随后坏死。钙是难移动，不易被重复利用的元素，故缺素症状首先表现在上部幼茎幼叶上，如大白菜缺钙时心叶呈褐色。（五）镁

镁以离子状态进入植物体，它在体内一部分形成有机化合物，一部分仍以离子状态存在。镁是叶绿素的成分，又是RuBP羧化酶、5-磷酸核酮糖激酶等酶的活化剂，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、