矿质元素

植物生长的必需元素

矿质元素是指除碳、氢、氧以外，主要由根系从土壤中吸收的元素。矿质元素是植物生长的必需元素，缺少这类元素植物将不能健康生长。矿质元素包括大量元素：碳、氢、氧、硫、磷、钾、钙、镁、铁等以及微量元素：硼、锰、锌、铜、钼等。

简介

关于植物必需的矿质元素，在新版高中生物教材中写道：“以前科学家确定植物必需的矿质元素有13种，其中N、P、K、S、Ca、Mg属大量元素；Fe（也可称为：半微量元素）、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl属微量元素。”而据最新版《植物生理学》（高等教育出版社）资料，现已证明有16种矿质元素为植物生长所必需，即把Si、Na、Ni也列为植物必需的矿质元素，其中Si为大量元素，Na、Ni为微量元素。

功能效果

作为植物必需的矿质元素，必须具备3个条件：

（1）如缺乏该元素，植物发育发生障碍，不能完成生活史。

（2）除去该元素，则植物表现出专一的缺乏症而这种缺乏症是可以预防和恢复的。

（3）该元素在植物营养生理上应表现直接的结果，决不是因土壤或培养基的物理、化学、微生物条件的改变而产生的间接效果。

主要作用

N以NH4+和NO3-的形式被吸收，用于生产蛋白质和叶绿素等，在干物质中含量约为1-2%。缺乏氮素时老叶首先变黄。

P以HPO42-和H2PO4-离子形式吸收，用于生成磷脂、磷酸化合物等。在干物质中约占0.2%。缺乏P时，植株老叶首先变黄。

K以K+形式吸收，在植物体内，K+用于控制气孔开放，一些激酶的活化剂等。占干物质的1%。缺乏时老叶出现死斑。

S以SO4 2-离子形式吸收，主要用于某些蛋白质中的二硫键的形成和-SH、辅酶A的合成。占干物质的0.1%。缺乏时幼叶出现浅绿色。

Mg以Mg2+形式吸收，是叶绿素必不可少的成分，众多激酶的活化剂。占干物质的0.2%。缺乏时植物叶片缺绿。

Ca以Ca2+形式吸收，游离存在于植物体内，多数以草酸钙形式积存。占干物质的0.5%，缺乏时顶芽死亡。

Fe以Fe2+、Fe3+形式吸收，用于合成细胞色素、Fd、过氧化氢酶，在干物质中占0.01%。缺乏时幼叶缺绿。

B以BO33-或者B4O72-形式吸收，促进花粉的萌发和花粉管的伸长，占干物质0.002%。缺乏时顶芽死亡，花粉无法萌发或者无法形成花粉管。

Cu以Cu2+形式吸收，是质体蓝素（质体菁）、抗坏血酸氧化酶的重要元素。占0.0006%，缺乏时幼茎不能直立。

Zn以Zn2+形式吸收，能形成某些酶，占干重0.002%，缺乏时老叶出现问题，患小叶病。

Mn以Mn2+吸收，是DNA 活化剂。占干重0.005%，缺乏时造成幼叶死斑、缺绿。

Mo以MoO42-吸收，参与氮的代谢，占干重0.00001%，缺乏时叶片扭曲，缺绿。

Cl以Cl-形式吸收，是水光解酶的活化剂，占干重的0.001%，缺乏时叶片加厚，缺绿。

Si、Na、Ni都存在于植物体内，但以前由于培养技术、药品不纯等原因，把它们作为非必需元素，而现在则明确了它们的生理作用，且具备成为必需矿质元素的条件。下面介绍这3种元素的生理作用，供广大生物学教师参考。

Si占植物体干重的0.1%，在水溶液中主要以原硅酸（H4SiO4）的形式存在，并以此形式被植物体吸收和运输。硅主要以非结晶水化合物的形式沉积在内质网、细胞壁和细胞间隙中，也可以与多酚类物质形成复合物成为细胞壁加厚的物质，以增加细胞壁的刚性和弹性。

施用适量的硅可促进作物生长和增加籽粒产量。缺硅时，蒸腾加快，生长受阻，植株易倒伏且易被真菌感染而发病。

B有助于花粉的萌发以及花粉管的生长。

Na占植物体干重的0.001%，以离子形式被吸收，是大多数C4植物和景天科酸代谢植物（例如，景天、落地生根、仙人掌等）生长所必需。它能催化磷酸烯醇式丙酮酸的再生作用。缺钠时这些植物呈现黄化和坏死现象。

另外Na+还能增加C3植物细胞的膨压，从而促进生长，部分Na还可以代替K的作用，提高细胞液的渗透势。

Ni占植物体干重的0.0001%，主要吸收形式是Ni2+。镍是脲酶的金属成分。而脲酶的作用是催化尿素水解成CO2和NH4+。缺Ni时，叶尖处积累较多的脲，出现坏死现象。

另外，Ni也是固氮菌脱氢酶的成分。

运输利用

矿质元素进入根尖成熟区表层细胞以后，随着水分最终进入根尖内的导管，并且进一步运输到植物的各个器官中。

有些矿质元素（如钾离子）进入植物体以后，仍然呈离子状态，因此容易转移，能够被植物体再度利用。有些矿质元素（如N、P、Mg）进入植物体以后，形成不够稳定的化合物，这些化合物分解以后，释放出来的矿质元素由可以转移到其他部位，被植物体再度利用。例如，Mg是合成叶绿素所必须的一种矿质元素，当叶绿素被分解掉以后，Mg就可以转移到叶内新的部位，被再度利用来合成叶绿素。有些矿质元素（如Ca、Fe）进入植物体以后，形成难溶解的稳定的化合物（如草酸钙），不能被植物体再度利用。这就是说，有些矿质元素在植物体内可以被再度利用，有些矿质元素则只能利用一次。

两者的关系

根吸收矿质离子与吸水的关系

（1）是两个相对独立的过程。因为这两个过程的原理是不同的。水分的吸收主要是渗透作用，不需要载体，也不消耗ATP；矿质离子的吸收则必须通过主动运输，需要载体，也需要ATP。

（2）矿质元素离子的吸收和水分的吸收是相互联系互相影响的。这两个过程都发生在根尖的成熟区；矿质离子必须溶解在水中才能被吸收；矿质离子的吸收增加了细胞液的浓度，从而也促进水分的吸收。

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