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植物体内阴阳离子平衡

[db:作者]2021-02-14 06:58:23农业百科91人已围观

简介植物体内阴阳离子平衡

  植物体内阴阳离子平衡 : 植物细胞有自动调节的能力,对吸收速率不同的阴阳离子所造成的细胞内电荷及pH值的不平衡,可通过自身合成或分解有机酸进行调节,以保持电荷的中性。一般是靠非挥发性的有机阴离子,特别是苹果酸在植物体内的积累和降解来平衡。
植物根以不同速率吸收无机离子。当阳离子进入细胞质的速率大于阴离子时,即当给植物供K2SO4时,K+离子吸收非常快,而SO2-4吸收相对慢些。因此,细胞质内积累K+较多,但植物在细胞质内通过CO2固定(羧化作用)又产生有机阴离子,使细胞内pH值保持在7.0~7.5范围,及保持体内阴、阳离子平衡。当阴离子进入细胞质的速率大于阳离子时,例如Ca-Cl2,Cl-离子吸收很快,而Ca2+吸收就慢,于是细胞内Cl-离子过剩,植物细胞又可通过有机阴离子的降解(脱羧作用),以及通过降低CO2的同化率来加以平衡,使细胞的pH值保持稳定。当供KCl时,作物对K+离子与Cl-离子的吸收大体相等,故细胞内有机阴离子水平无明显变化,而且CO2同化率相对地不受影响(见表1)。


表1 大麦根对阴、阳离子吸收和有机阴离子含量变化与CO2同化之间的关系


营养物
1m mol/L
阳离子
吸收
阴离子
吸收
有机阴离子
含量的变化
(μe/g,鲜重)
CO2相对
同化率(%)
μe/g,鲜重
K2SO4
KCl
CaCl2
17
28
<1
<1
29
15
+15.1
-0.2
-9.7
145
100
60


有机酸(主要是苹果酸)的反馈调节机制。在细胞质中CO2固定(羧化作用)和脱羧作用之间存在着平衡,这个平衡受细胞pH值变动的控制。参与这一过程的主要反应见图1。胞液pH值增加,活化烯醇式磷酸丙酮酸(PEP)羧化酶,此种酶通过固定CO2,由PEP合成草酰乙酸(反应①)。草酰乙酸在苹果酸脱氢酶作用下,可被还原为苹果酸(反应②)。苹果酸能直接转移到液泡中,它可平衡阳离子的电荷,同时,还能结合到三羧酸循环的有机酸(如柠檬酸)细胞质库中,从这库转移到液泡内,可平衡阳离子的电荷(反应③)。但如阴离子吸收过剩时,阴离子—质子共运输占优势,细胞质的pH值降低,苹果酸酶被活化(反应④),导致苹果酸氧化脱羧,生成CO2,使苹果酸含量下降。由于这些反应的结果,细胞的阴阳离子平衡和pH值是稳定的。
氮素形态对体内有机酸含量的影响,主要在供给NO3-N时,植物一般吸收较多的NO-3离子。NO-3在体内还原形成NH3,引起体内阳离子的积累超过阴离子,但植物可通过有机酸阴离子的合成来加以平衡。NO-3营养水平的增加,刺激了植物体内有机阴离子的合成(图2)。生理方面研究曾表明,供给NO3-的植物比供给NH+4的植物,体内的有机酸含量高。大多数植物体内的有机酸以苹果酸为主;藜科、蓼科、马齿苋科的植物以草酸占优势。植物组织中草酸含量过高,容易形成草酸钙结晶,会引起人和动物体中钙的缺乏(血钙过少症)。据报道,具有大量草酸含量的热带禾本科牧草,在放牧后发生严重中毒,引起家畜死亡。


图1 CO2固定和脱羧作用间的平衡



硝酸盐的营养水平(mol/L)


图2 硝酸盐营养水平对番茄植株中阳离子、有机酸阴离子和无机阴离子积累的影响


相反,供给NH4-N时,植物体内的无机阳离子(Ca2+、Mg2+、K+)和有机酸浓度较低,而无机阴离子(SO42-、H2PO-4、Cl-)浓度都较高(表2)。


表2 白芥菜叶中氮营养形态对阳离子、阴离子平衡的影响


(单位:m mol/100g干物质)


氮营养 阳 离 子
Ca2+ Mg2+ K+ Na+ 总量
NO3-
NH4+
107
72
28
22
31
40
5
7
221
141
氮营养 阴 离 子
NO3- H2PO4- SO42- Cl- 有机酸 总量
NO3-
NH4+
1
1
26
25
25
25
25
31
162
54
239
136

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