16种必须营养元素在植物体内的作用

16种必须营养元素在植物体内的作用

植物生长发育需要多种营养元素，其中16种元素被证实是植物生长所必需的。这些元素在植物体内发挥着不同的生理功能，包括参与代谢反应、维持细胞结构、调节渗透压等。本文将详细介绍这16种必需营养元素的分类及其在植物体内的具体作用。

已经证实，只有一些元素对植物体是必需的，必需元素是植物结构或新陈代谢中的基本组分，缺失时能引起植物严重的生长、发育或生殖异常。

一、依据生化作用及生理功能将植物必需元素分成4组。

第一组：由氮和硫2种元素组成。

植物可以通过氧化和还原的生物化学反应，与碳形成共价键，产生有机化合物，同化这些元素。在大多数自然和农业生态系统中，土壤中氮的可用性限制着植物的产量，相反，土壤中通常含有过量的硫。尽管存在这种差异，氮和硫在宽泛氧化还原状态上有着相似的化学性质。生命中的一些高耗能的反应都是将根从土壤中吸收的高度氧化态的无机形式(如硝酸盐和碳酸盐)转化成有机化合物中高度还原态的有机形式(如植物中的氨基酸)。

第二组：由磷、硅、硼3种元素组成。

这些元素在植物中常以酯键与碳结合的形式存在。在植物能量储存反应和维持结构完整性中起重要作用。它们在植物组织中常以磷酸、硼酸和硅酸盐酯的形式存在，共价地结合在有机分子上(如磷酸糖类)。

第三组：由钾、钙、镁、氯、锰和钠6种元素组成。

作为酶的辅助因子和在渗透势调节中具有重要的作用。在植物组织中，该组元素以自由离子形式溶解于水，以离子形式存在于细胞质或液泡中，或者以静电力结合或作为配体结合到含碳的大分子化合物上，诸如存在于植物细胞壁的果胶酸等物质上。

第四组：由铁、锌、铜、镍和钼5种元素组成。

这些元素在电子转移反应中扮演重要角色，参与氧化还原反应。所有这些元素都具有可逆的氧化还原状态，在电子转移和能量转化中起重要作。通常这些元素与细胞色素、叶绿素和蛋白质(常为酶)等大分子有关。

二、16种必需营养元素在植物体内的作用。

1、氮在植物体内的作用：

氮是植物需求量最大的矿质元素。它是植物细胞包括氨基酸、氨基化合物、蛋白质、核酸、核苷酸辅酶和己糖胺等重要组分的组成元素。

2、硫在植物体内的作用：

半胱氨酸、胱氨酸、甲硫氨酸的组分，构成硫辛酸辅酶、硫胺素焦磷酸、谷胱甘肽、生物素、腺苷-5'-磷酸硫酸酐和3'-磷酸腺苷，是代谢中许多辅酶和维生素(如乙酰辅酶A、S-腺苷甲硫氨酸、维生素B1、泛酸)的组成元素。

3、磷在植物体内的作用：

糖磷酸、核酸、核苷酸、辅酶、磷脂、肌醇六磷酸等物质的成分，在与ATP有关反应中起关键作用。是植物细胞内重要化合物的必需组分，包括呼吸作用和光合作用中的糖-磷中间体及组成植物膜的磷脂。同时，它也是用于植物能量代谢的核苷酸(如ATP)和DNA与RNA的组成元素。

4、硅在植物体内的作用：

在细胞壁中以二氧化硅沉淀形式存在，参与了细胞壁机械性质的形成，包括刚性和弹性。仅有木贼科家族中的成员需要硅来完成它们的生活史。许多其他植物的组织中也积累相当量的硅，并且施用适量的硅可促进作物生长、生殖及胁迫抗性。

5、硼在植物体内的作用：

硼与甘露醇、甘露聚糖、藻酸和细胞壁的其他组分结合，参与细胞伸长和核酸代谢。在细胞伸长、核酸合成、激素反应、膜功能和细胞周期调控中起作用。

6、钾在植物体内的作用：

钾在植物中以阳离子K+的形式存在，在调节植物细胞渗透势方面起重要作用。它能激活许多参与呼吸作用和光合作用的酶，至少40种酶所需的辅助因子，建立细胞膨压和维持细胞电中性所需的最重要的阳离子。

7、钙在植物体内的作用：

钙离子被用来合成新的细胞壁，是用来合成将新细胞分开的胞间层。钙与有丝分裂中纺锤体的形成有关，一些参与ATP和磷脂水解的酶所需的辅助因子。钙为植物膜的功能正常所必需，并作为第二信使参与植物对环境、激素信号的多种反应。钙作为第二信使行使功能时，与在植物细胞质中发现的一种称为钙调素的蛋白质结合。然后，钙调素-钙复合物与许多不同类型的蛋白质结合包括蛋白激酶、磷酸酶、第二信使信号蛋白和细胞骨架蛋白，从而可以广泛调节从转录调控、细胞存活到化学信号释放等许多细胞内过程。

8、镁在植物体内的作用：

在植物细胞中，镁离子能特异性地激活参与呼吸作用、光合作用和DNA与RNA合成的酶，参与磷酸转移的许多酶所必需的。镁也是叶绿素分子环形结构的组成元素。

9、氯在植物体内的作用：

在植物中，氯元素以氯离子的形式存在。氯为光合作用中水裂解产生氧的反应所必需。另外，在叶和根部细胞的分裂中也需要氯。

10、锰在植物体内的作用：

在植物细胞中，锰离子是一些脱氢酶、脱羧酶、激酶、氧化酶和过氧化物酶的活性所必需的。尤其是柠檬酸循环中的脱羧酶和脱氢酶被锰离子特异性激活。锰最明确的功能是参与光合作用中水的放氧反应。

11、钠在植物体内的作用：

大多数利用C4途径和景天酸代谢途径固定碳的植物需要钠离子。在这些植物中，钠对磷酸烯醇式丙酮酸的再生非常重要，磷酸烯醇式丙酮酸是C4途径和CAM途径中第一次羧化反应的底物。钠能通过增强细胞扩展来刺激生长，并能部分地代替钾作为渗透调节物质。

12、铁在植物体内的作用：

作为参与电子传递中(氧化还原反应)酶，如细胞色素的组成成分具有重要的作用。作为酶的组成成分，在电子转移过程中铁发生从Fe2+到Fe3+的可逆氧化。与光合作用、氮固定和呼吸作用有关的细胞色素和非血红素铁蛋白的组成成分。

13、锌在植物体内的作用：

许多酶需要锌离子的激活，乙醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶和碳酸酐酶等的组分，而且在一些植物中，叶绿素的生物合成可能也需要锌。

14、铜在植物体内的作用：

像铁一样，铜与氧化还原反应的酶有关。铜通过Cu+与Cu2+之间的转换参与到这些氧化还原反应中。抗坏血酸氧化酶、酪氨酸酶、单胺氧化酶、尿酸酶细胞色素氧化酶、酚酶、漆酶和质体蓝素的组分，它在光合作用的光反应中参与电子传递。

15、镍在植物体内的作用：

固氮微生物能再利用固氮过程中产生的部分氢，催化这种反应的酶需要镍，在高等植物中，脲酶是唯一知道的含镍的酶。脲酶的组成元素，在细菌固氮中是氢化酶的组分。

16、钼在植物体内的作用：

钼离子是硝酸还原酶、固氮酶和黄嘌呤脱氢酶等许多酶的组成成分。在植物细胞同化硝酸的过程中，硝酸还原酶催化由硝酸盐生成亚硝酸盐的还原反应。在固氮微生物中，硝酸还原酶将氮气转化成氨。