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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。
深入探討
動物和植物在營養元素的需求上,主要差別何在?
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,S
0.1-5.0%,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,Ni
0.1-2,000mg/kg
植物營養元素分類-依據移動性區分
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?
植物體(mg/kg)
土壤(mg/kg)
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
410,000
490,000
CO2、H2O、OH-
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-、NxO、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
10,000
14,000
K+
鈣Ca
5,000
18,000
13,700
Ca2+
鎂Mg
3,200
Mg2+
水、土壤、空氣、葉面
硫S
500
3,400
SO42-、SO2、SO3、SO32-
鐵Fe
200
100
140
38,000
Fe2+、Fe3+
錳Mn
10
50
630
850
Mn2+
銅Cu
2
6
14
20
Cu2+
鋅Zn
3
160
Zn2+
硼B
1
主要:
H3BO3次要:
B4O72-、H2BO3-、HBO32-、BO3-
鉬Mo
0.2
0.1
0.9
MoO42-
鎳Ni*
0.1-1
Ni2+
氯Cl*
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
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
水、有機物及無機物的成分
N
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
細胞流質內有K+
Cl
細胞內外都有Cl-
S
蛋白質及某些有機物的成分
Na
細胞流質外有Na+
Mg
0.05
某些酵素的成分
微量元素
Fe
<
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
胰島素及許多酵素的成分
Co
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
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
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
F
含於牙齒及骨骼,影響牙齒和骨骼發育
Ni
Mo
Si
含於關節組織中
Cr
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
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?
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
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K2O60)、硫酸鉀(50)與硝酸鉀(44)
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
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。
鈣是調節細胞膜通透性最重要的陽離子
鎂
白雲石粉、硫酸鎂、氯化鎂、氧化鎂、鉀鎂肥
葉綠素(葉片)、植素(種子)、酶、Mg2+
由老葉開始,葉肉變黃,嚴重時會變紅,有時有壞死斑點,葉尖及葉緣向上捲,莖部細小
促進光合作用;
增強碳水化合物、氮素的代謝;
促進脂肪、維生素A與C的合成;
許多酵素的活化元素
硫
硫酸鉀、硫黃、過磷酸鈣、硫酸銨、硫酸鈣
蛋白質、胺基酸、酶、維生素、特殊香味硫脂化合物
蛋白質合成受阻,新葉黃化或有黃斑,但不會壞死,常與缺氮相混
Methionine,cysteine,cystine等氨基酸的組成分;
維生素B1的成分;
促進葉綠素的形成;
參與固氮和光合作用過程;
洋蔥、白菜類等特殊氣味的多環油的成分
鐵
檸檬酸鐵、酒石酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵、Fe-EDTA
血紅蛋白、鐵硫蛋白、細胞色素、酶
葉片黃化,首先在植株的頂端幼嫩部位表現出來
許多反應的催化劑;
葉綠素的合成中扮演重要角色;
參與呼吸與光合作用電子傳遞
錳
硫酸錳、氯化錳
酶、Mn2+、Mn4+
新葉葉肉黃化,葉脈仍爲綠色
脂肪合成時酶的活化劑;
參與光合作用;
調節植體內氧化還原電位
銅
硫酸銅
酶、Cu2+、Cu+
新葉黃化,出現壞死斑點,葉尖發白,枝條彎曲,枝頂生長停止枯萎
影響木質化過程;
影響花粉的形成和受精作用;
參與氧化還原反應
鋅
硫酸鋅、氧化鋅、碳酸鋅、鉗合鋅
酶、Zn2+、蛋白質-鋅-植酸複合物
新生枝條葉片狹小,枝條纖細,節間縮短
參與色氨酸和IAA的合成;
酶的活化劑;
影響DNA和RNA的合成;
影響碳水化合物的代謝
硼
硼砂及硼酸
醇化合物
生長點發育受阻,頂芽和花蕾枯死,受精不正常,落花落果嚴重
細胞壁半纖維素的組成分;
增強光合作用,促進碳水化合物的合成和運轉;
促進繁殖器官、分生組織的正常發育;
促進豆科固氮;
增強抗逆能力
鉬
鉬酸銨、鉬酸鈉
硝酸還原酶、固氮酶
參與固氮和硝酸還原;
影響花粉的形成;
影響碳水化合物的合成和運輸;
促進維生素C的合成
氯
棕櫚科植物缺氯,樹幹增粗受阻,葉部出現黃褐色斑點
調節氣孔開關(維持滲透壓)
鎳
尿素酶、脫氫酶
影響氮素代謝
微量元素在植體內的角色為何?
參與元素
光合作用與代謝過程中電子載體、氧化還原反應
銅、鐵、鉬
光合作用、呼吸作用、鐵的利用、細胞壁木質化
酵素與受質之間的橋樑
鋅、錳
氮素轉變合成
鉬、錳
細胞分裂、水分吸收、糖類運送
葉綠素形成、蛋白質、核酸合成
固氮酵素
鉬、鐵
光合作用、呼吸作用、氮素代謝
硝酸還原酵素
光合作用、根的生長
尿素酶
固氮作用
鈷
蛋白質、植物生長素合成
植物的有益元素有那些?
其功效為何?
有些非必需元素,為某些植物正常生長所必需,但缺乏為所有植物必需之試驗證據,其存在可使該植物生長更佳或更具營養價值,稱為有益元素。
植物的一些有益元素(Marschner,1995)
含量(mg/kg)
主要受益植物
主要功效
矽
0.1-1105
禾本科植物(水稻)、甘蔗、竹、矽藻、木賊
增加植物體硬度,抗病蟲害
鋁
0.5-5
喜酸植物(茶樹)、蕨類
提高茶汁品質
0.02-0.5
豆科固氮植物、蕃茄
維生素B12合成,固氮酵素的成分
鈉
0.001-4104
C4(玉米)、CAM(紅龍果)植物、黎科(甜菜)、芹菜、蕪菁
參與C4或CAM植物光合途徑,代替鉀參與細胞滲透調節,對部分酵素具有激活作用
鍺
塊根類植物(山藥)
動物必需元素
釩
一般植物(綠藻)
促進氮素代謝,促進鐵的吸收
硒
0.01-0.6
一般植物(紫雲英)
碘
褐藻
C4:
甘蔗、玉米、高粱及大部分雜草;
CAM:
多肉植物、仙人掌及鳳梨
土壤、肥料、植物體成分含量的表示法和單位?
肥料、土壤、土壤溶液及植物組織中的養分含量,有多種表示法,其間差別很大,不可不知。
同學需熟知各種表示法及其間的轉換。
成分的意義
成分表示法
肥料
肥料成分是品質指標,也是計算肥料用量的依據
氮、硫和微量元素以元素態表示(如N,S,Fe,Mn,B,Zn,Mn等),磷用磷酐(P2O5)表示,鉀、鈣、鎂、矽用氧化物(K2O,CaO,MgO,SiO2)表示,通常用百分率(%)描述成分含量
土壤
土壤有效養分或交換性離子濃度,是土壤肥力指標
土壤中有效養分有用元素態(如P,NH4+-N,NO3--N,B,Fe,Mn,Cu,Zn等)或同肥料成分(如P2O5,K2O,CaO,MgO,SiO2)表示,通常元素態單位用百萬分之一(mg/kg),同肥料成分表示則為毎公頃的公斤數(kg/ha)或每英畝的磅數(lb/A)
土壤中交換性養分有用元素態(如K,Ca,Mg,Na等)或同肥料成分(如K2O,CaO,MgO)表示,通常元素態單位用百萬分之一(mg/kg)或每公斤的毫當量數(me/kg)或每公斤的毫莫耳數(mmol/kg)或每公斤的分莫耳數(cmol/kg),同肥料成分表示則為毎公頃的公斤數(kg/ha)或每英畝的磅數(lb/A)
溶液
營養液濃度是配製養液配方的基礎
溶液中的成分以每千公升溶液中化合物的克數(g/1000L)、每公升溶液中離子的毫當量數(me/L,mN)、每公升溶液中離子的毫莫耳數(mmol/L,mM)或每公升溶液中元素的毫克數(mg/L,ppm)表示
植物組織
評斷養分豐缺的指標
大多以元素態表示,大量元素用百分率(%)或千分之一(g/kg),微量元素用百萬分之一(mg/kg);
植體硝酸鹽含量用硝酸鹽(NO3-)或硝酸態氮(NO3--N)表示,單位為百萬分之一(mg/kgfreshbasis)或百分率(%drybasis)
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- 植物 营养 基本概念