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植物养分再利用

植物根吸收的养分及其同化物通过木质部长距离运输到地上部枝叶。参与其中的代谢过程或形成有机结构的组分后,一些代谢产物或有机结构的降解产物又可通过韧皮部运到植株其它正在生长的器官或贮藏器官再利用。有的养分可在植物体内循环,多次再利用。植物养分的再利用对植物生长和产量、品质都有重要作用。韧皮部汁液中的无机养分及其同化物韧皮部汁液中含量最高的无机养分是钾。它呈K+态。

植物根吸收的养分及其同化物通过木质部长距离运输到地上部枝叶。参与其中的代谢过程或形成有机结构的组分后,一些代谢产物或有机结构的降解产物又可通过韧皮部运到植株其它正在生长的器官或贮藏器官再利用。有的养分可在植物体内循环,多次再利用。植物养分的再利用对植物生长和产量、品质都有重要作用。

韧皮部汁液中的无机养分及其同化物

韧皮部汁液中含量最高的无机养分是钾。它呈K态。其浓度远远超过木质部汁液中的浓度。其次是磷及镁。磷以无机态及有机态两种形态存在,包括ATP;镁多呈Mg2+态。韧皮部汁液中的无机氮很少,氮主要是氨基酸和酰胺的形态,豆科植物还有较多的尿囊素和尿囊酸。此外,植物韧皮部汁液中还有少量植物激素吲哚乙酸(IAA)、赤霉酸(GA)和细胞分裂素(CTK)。硫主要呈还原态。谷胱甘肽常有较多的含量,其次为蛋氨酸、半胱氨酸。钙及微量元素含量极少。

影响植物养分再利用的因子

养分能否再利用与其是否可从茎、叶细胞转移到韧皮部以及能否在韧皮部内运输是相联系的。例如微量元素铜在叶绿体内可形成铜蛋白质体蓝素(PC)。它是光合电子传递链中的一种电子递体,叶片衰老后叶绿体降解就促进Cu转移出来;钙在韧皮部汁液中可能形成磷酸钙而沉淀,使其不能通过韧皮部运输。养分再利用的程度主要决定于库(例如果实及种子)对养分的征调能力、源(例如营养器官)内的养分水平以及库容量的大小几方面。不同植物的情况也有一些差异,如果实及种子发育过程中形成了一些植物激素(如细胞分裂素或赤霉酸),则可增加其对养分的征调能力,使叶中的养分更多、更快地运往果实及种子中;营养器官内的养分水平低则运出的养分量亦较少。例如,在叶中一些微量元素含量不足时,其再利用的程度就很低。锌在奢侈供应时,许多植物老叶中的锌可迅速转移到发育的种子中;当锌供应不足时就不能从老组织中运出。库容量较大的可贮藏或利用更多的同化物,促进韧皮部养分向库运输。

一种养分的含量高低可影响其它养分的再利用。适量供铜的小麦植株叶片衰老后,氮及铜的含量均迅速下降,易再利用,有一致的趋势;缺铜小麦植株叶片衰老后,铜及氮含量降低均缓慢,较不易再利用。遮荫促进植株衰老,促进氮及铜的再利用;供应高水平氮的植株也需要较多的铜。

大量的微量元素结合在有机结构中,特别是叶绿体中,例如铜、锰,衰老促进这些结构降解,故促进微量元素转移出来。

一般而论,氮、钾、镁和磷很易再利用,可在植物体内循环,多次再利用;硫的再利用程度较低;铁、锌、锰、铜、钼的再利用程度更低;硼和钙难于再利用。从植物缺乏各种必需元素时,植株不同部位出现缺乏症状的先后次序可以推知各元素是否易被再利用。如缺乏该元素时,植株成熟叶及老叶先现出其特有的缺乏病症,渐扩展至幼叶就表明该元素易再利用;反之,在缺乏某种元素时植株先端及幼嫩叶片先显出缺乏病症,渐扩展至老叶,就表明该元素不易再利用。

植物养分再利用的重要性

植物养分的再利用在种子萌发、营养生长期养分供应不足时,生殖生长期及多年生植物落叶前都有重要意义。种子、块茎或贮藏根发芽时,除钙以外,养分从韧皮部及(或)木质部运到新根及幼芽中,供幼苗生长之用。钙主要是靠蒸腾作用供应植物器官,当蒸腾速度低时可能就引起缺钙,果实通常较叶片的蒸腾速度低。故较易发生缺钙症状,例如番茄果实的脐腐病。

营养生长期根吸收的养分不足时,例如在土壤水分缺乏或过多以及土壤中有效养分不足的条件下,根系不能吸到足够的养分,这时成熟叶中再利用的养分运到新生长部位就很重要,可提供新生器官生长中所需的养分以免生长受阻。

生殖生长期在果实、种子及贮藏器官形成时,与根系相互竞争光合作用中形成的碳水化合物,使根系的活力减低,供应植株养分的量常不足。正在发育的果实同种子主要靠韧皮部运输的养分,如果养分不足,对产量和品质都会有很大的影响。例如豆科作物结实期运到种子中的氮大部分由韧皮部供应。其中天门冬酰胺和谷氨酰胺占较大的比例,运到发育的种子中后再进一步转化,形成其它氨基酸并合成蛋白质,一部分转化形成核酸。种子内养分贮备愈充分,种子的活力愈强,播种后幼苗生长速度亦较快。韧皮部运输的养分如氮、磷、钾缺乏时,通过影响种子内养分的贮备能导致种子活力降低。生产上应选育高养分效率的基因型,在土壤中有效养分含量低时仍能吸收较多的养分,且再利用效率亦高,易从较老的部位转运到幼叶、种子及贮藏器官。

树木在落叶前,叶片中所含的氮、磷、钾等通过韧皮部运输到树干中贮藏,一些春季开花的树木要在开花结实之后叶子才长出,开花结实所需的养分由树干中贮藏的养分提供,如含氮化合物。