植物如何吸收和利用钙元素？

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植物如何吸收和利用钙元素？

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http://www.360doc.com/content/24/1115/09/837810_1139395836.shtml

钙元素是植物生长发育不可或缺的重要营养元素。它不仅参与植物细胞壁的构建，还对细胞分裂、酶活性调节等生理过程发挥着关键作用。那么，植物是如何吸收和利用钙元素的呢？本文将为您详细解析钙在植物体内的含量分布、吸收运输机制、营养作用以及缺钙症状等方面的知识。

植物体内钙的含量和分布

植物体内含钙（Ca）量为植株干重的0.5%3%，与氮及钾在一个数量级。不同植物种类对钙的需求量存在差异，一般双子叶植物含钙高于单子叶植物。例如，豆科作物（如苜蓿和大豆）、油菜、棉花、甜菜、甘蓝等需钙较多，其地上部含钙量为植株干重的1%3%。而单子叶植物，如大多数禾谷类作物和禾本科牧草等作物需钙较少，其地上部含钙量一般不足1%。

这种差异主要源于以下几个方面：

双子叶植物根的阳离子交换量较高
两类植物的细胞膜对钙的渗透性存在差异
两类植物细胞壁的结构存在差异

植物器官不同，含钙量也不同。钙大部分集中分布在茎叶中，一般茎叶含钙较多，且老叶含钙高于幼叶；子粒、果实、花和种子含钙较低，根部含钙也较少。

在植物组织中，钙的存在形式多样：

以游离Ca2+存在
被不易扩散的有机阴离子（如羧基、磷酰基和酚羟基）吸附
在细胞液胞中以草酸钙、碳酸钙和磷酸钙形态存在
在细胞壁的胞间层以果胶酸钙形态存在
在种子中以植酸钙形态存在

作物对钙的吸收和运输

钙主要以离子（Ca2+）形态进入植物细胞，其吸收以被动吸收为主，主要通过扩散过程。外界溶液中K+、NH4+等其他阳离子浓度较高时，会对钙的吸收产生竞争性抑制作用。但是，当介质中阴离子为NO3-时，钙的吸收就较多。

钙主要通过木质部的蒸腾水流向上运输。蒸腾强度影响钙的运输速率，蒸腾速率较高时，植株体内向上运输的钙较多；较高的空气湿度使蒸腾速率下降时，钙向地上部的输送就会减少。钙很难通过韧皮部向下运输，因此所有由韧皮部汁液供应养分的植物器官（如种子和果实）钙的含量均较低。

钙在植物体内的运输主要靠蒸腾作用向上运输

钙的营养作用

细胞壁的重要成分：钙是细胞壁的重要成分，为细胞分裂伸长所必需。细胞壁中存在的大量钙与多糖或蛋白质上的羧基结合，起着桥键作用。细胞壁中果胶质的羧基与Ca2+结合形成果胶酸钙黏结相邻的细胞。缺钙时，细胞壁不能形成，子细胞无法正常分隔，从而形成双核细胞，细胞不能正常分裂和伸长，生长点死亡。
稳定生物膜：钙可稳定生物膜，调节膜的渗透性和消除其他离子的毒害。钙能把质膜表面的磷酸盐、磷酸酯与蛋白质的羟基桥接起来，维持生物膜结构的稳定，保持细胞的完整性。钙能降低原生质胶体的分散度，促使原生质体浓缩，增强原生质的黏滞性，使细胞膜不仅可以防止细胞内养分的外渗，同时有利于养分的选择性吸收。钙也能抑制阳离子（如 H+、Na+、Mg2+、Al3+、Mn2+和Fe2+等）的被动吸收，增强对它们的颉颃作用。由于钙能增强质膜的稳定性，活化ATP酶，因此有助于质膜对养分离子的选择性吸收。Ca2+还能和植物代谢过程中产生的有机酸（如草酸等）形成有机酸沉淀，从而避免这些离子和有机酸过多对作物产生不利的影响。
酶的活化剂：钙是植物体内许多酶的活化剂，许多酶（如脂肪水解酶、ɑ淀粉酶、腺苷三磷酸激酶等）均需要钙起活化作用。钙对酶的活化作用主要是通过钙调素（CaM）实现的。钙调素是动植物所必需的，它是由148个氨基酸残基组成的、相对分子质量较低（16700）的环状多肽链，对Ca2+具有很强的亲和力和很高的选择性，并能同时与4个Ca2可逆结合，具有激活植物体内多种关键酶（如磷脂酶、NAD激酶和Ca2+-ATP酶）的作用。另外，Ca2+与钙调素结合形成具有生物活性的Ca2+-CaM复合物，与细胞分裂、细胞运动、细胞间信息传递以及植物光合作用及生长发育等有密切关系。
抑制真菌侵袭：钙能抑制酶对质膜的破坏作用从而抑制真菌的侵袭。同时，钙能明显降低果品储存期间病害的感染率。适当增加采后果实的钙含量，对采后果实的呼吸、乙烯释放、软化和生理病害等方面具有明显的抑制作用。钙还影响蛋白质和叶绿素含量、细胞壁及膜流动性，提高果实品质。由于钙一般被认为是植物细胞衰老和果实后熟作用的延缓保护剂，因此钙在果蔬采后储藏保鲜上被广泛研究和应用，采前钙处理（有时配合激素处理）和采后喷钙均对果实保鲜和储运有良好效果。

此外，钙还能促进植物体内的氮素代谢，促进豆科作物根瘤的形成，提高共生固氮的效率。