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植物生長中鈣元素的功能探析

來源:原創論文網 添加時間:2019-07-23

  摘    要: 在植物生長過程中, 鈣是不可或缺的營養元素, 其是維持植物生理的功能。目前, 鈣已不僅僅是營養物質, 同樣也是對細胞功能進行調節的主要物質之一, 確保植物體內代謝活動處于正常狀態。因此, 鈣在植物營養中的作用不容小覷。基于此, 將鈣作為主要研究內容, 重點闡述了其在植物營養中的重要作用, 以供參考。

  關鍵詞: 鈣; 植物營養; 作用;

  近年來, 在細胞生物學、分子生物學快速發展的背景下, 鈣在植物營養生理研究中的作用逐漸凸顯出來。鈣可以為植物提供必要的礦質營養, 生理功能突出, 而且可以發揮改土的作用。在植物生長與發育的過程中, 鈣的重要性非常明顯, 若鈣含量不足, 則很容易引起諸多生理失調癥。由此可見, 深入研究并分析鈣在植物營養中的作用具有一定的現實意義。

  1、 鈣在植物中的分布與存在形式

  在植物體內, 鈣的分布并不均勻, 以莖葉分布為主, 而且老葉中的鈣含量比嫩葉多, 植物果實、種子與根部的鈣量并不高。另外, 植物細胞內的鈣分布并不平衡, 鈣濃度含量較高的有內質網、細胞壁的中膠層與液泡等, 而胞質內的鈣濃度較低。

  鈣在細胞內的存在形式包括3種, 即游離鈣、貯存鈣與結合鈣。其中, 游離鈣的狀態自由但含量不高, 部分物質具有較強的親和力, 可以在細胞內與其他的結構成分有效結合[1]。對于貯存鈣而言, 通常在細胞壁與細胞器當中, 在總含鈣量中占據較大比重。在植物生長期間會結合實際需求, 在特定的生理環境下有效轉換鈣的不同形式, 與細胞生理活動需求相適應。

  2、 鈣在植物營養中的作用表現

  在植物生長中, 鈣是不可或缺的營養元素, 可以保證細胞生命活動, 其作用集中表現在以下幾個方面。

  2.1、 確保膜結構的穩定性

  對細胞存活評價的基本指標就是細胞膜完整, 可保證細胞始終處于穩定內環境當中。而且, 細胞膜也是細胞和周邊環境實現能量、物質以及信息交流的主要結構。要想保證細胞膜結構的穩定性, 最關鍵的是要有鈣的參與。

  植物中的鈣能夠對離子選擇性吸收和細胞質溶質滲漏進行必要的調節, 特別是在諸多脅迫條件下的表現最為明顯, 使得植物應對環境脅迫的抵御能力不斷增強。若植物組織與細胞內的鈣元素含量少, 會直接增加低分子溶質滲漏, 甚至還會分解質膜結構。鈣對于細胞膜的穩定性作用需要通過磷脂、蛋白質羥基和磷酸鹽橋接實現, 同時會在膜表面結合位點處實現鈣離子和其他陽性離子的有效交換, 但是鈣離子對細胞膜的穩定作用十分關鍵。
 

植物生長中鈣元素的功能探析
 

  之所以將鈣稱作膜保護劑, 不僅僅是以上因素, 同樣也是因為其能夠保證蛋白質的穩定性, 使得膜結構穩定程度不斷提高。在細胞膜之外, 細胞質內被劃分成膜包被區室, 進而不斷提高細胞生命活力。

  2.2、 維持細胞壁結構

  對于植物而言, 細胞壁是細胞最關鍵的特征結構。在相關研究過程中了解到, 在植物細胞生命活動當中, 細胞壁始終處于動態代謝狀態。也就是說, 細胞壁并不僅僅只是機械支架, 同樣也參與到代謝活動當中。對于植物細胞壁而言, 多糖物質是其主要組成成分, 涵蓋了半纖維素、木質素、果膠與纖維素等。在植物細胞當中, 眾多多糖物質能夠有效地交聯, 而臨近細胞的細胞壁可借助中膠層有效地黏結。鈣在植物營養中維持細胞壁結構的作用集中表現為: (1) 多糖物質能夠和鈣離子構成離子鍵, 為細胞壁多糖物質的交聯提供必要幫助。 (2) 植物細胞壁中膠層中的鈣可以和果膠酸相互結合, 最終生成果膠酸鈣, 破壞細胞壁的其他成分, 因此需要進行必要的抑制。與此同時, 植物中的鈣可以對多聚半乳糖醛酸酶活性產生一定抑制, 確保細胞壁分解作用被削弱。因鈣具有以上作用, 存在于植物內即可使細胞更好地抵抗真菌病害的侵染。待果實成熟后, 其內部所含鈣量會提高, 這樣也能夠有效規避采收后貯藏腐爛問題的發生, 使得果實的貯藏期得以延長, 不斷優化果實貯藏的質量[2]。

  2.3、 參與植物體內信號轉導

  在植物生長與發育的過程中, 很容易受內信號與外信號調節作用、抑制作用的影響。一般情況下, 生物體會借助第二信使系統, 針對原初信號產生一系列的生理反應。既有研究結果表明, 鈣離子在細胞功能調節中被當做第二信使。而鈣信號通路也逐漸成為植物內最關鍵的信號路徑, 其中, 信號的傳遞與表達機制重點是對植物細胞質內部鈣離子濃度的改變, 刺激程度不同會產生特定信號, 導致植物細胞發生一系列的反應, 而鈣離子信號傳遞需要鈣調蛋白的積極參與。在植物細胞內, 鈣會和鈣調蛋白相互結合, 進而形成復合物, 促進細胞內部生理活動的展開。

  現階段, 研究細胞內部鈣信使的成果很多, 在原初信號的刺激抵達細胞表面的情況下, 細胞膜的透性會有所改變, 導致鈣離子增加。在這種情況下, 鈣離子和鈣調蛋白的結合就能夠改變鈣調蛋白的結構, 亦或是出現鈣酶活性改變, 最終實現鈣信號的轉換。鈣離子會在以下3種方式的作用下出現細胞生理反應。

  (1) 對靶酶發生作用, 保證酶構象得以變化, 實現活化的目的, 最終產生生理反應。現階段, 植物體內已經有超過10種酶活性受到了調節。

  (2) 依托蛋白質磷酸化實施調節與控制。通過鈣離子亦或是能夠對植物細胞內所含磷酸酶與蛋白質激酶進行活化處理。而在活化的基礎上, 蛋白質就會出現磷酸化, 甚至還會具備生理功能, 最終引起一系列的生理效應。

  (3) 對基因表達過程的作用。在對部分基因轉錄調節的基礎上, 細胞產生相應的生理反應。即便當前植物體內鈣離子參與調節基因表達并不具備直接的證據, 但仍存在部分證據可證實其聯系存在。在鈣離子參與到基因表達過程調節期間, 使得鈣離子的活性發生改變, 對植物細胞內的程序性凋亡DNA復制展開必要的調節。

  2.4、 其他營養作用

  在植物生長發育中, 鈣是不可或缺的元素之一, 所具備的營養功能諸多。對于植物的成熟細胞, 鈣集中分布在液泡內。鈣屬于陽離子, 能夠使液泡內所含的有機陰離子與無機陽離子處于平衡狀態, 作用明顯。另外, 鈣可以保證植物代謝中的酸得以中和, 尤其是鈣和草酸相互結合所產生的不溶性草酸鈣, 能有效規避有機酸毒害細胞的程度。在此基礎上, 植物營養中的鈣還可以加快細胞的生長與分泌, 被當做酶的活化劑。

  在植物生長中, 土壤是重要載體, 而植物需要的養分與水分是從根系處獲取, 根系的營養通過土壤獲取。所以, 土壤環境會直接影響植物的生長發育。鈣是植物的基本營養元素, 可滿足作物生長需求, 而且含有鈣元素的肥料可以對土壤性能進行改良, 使植物獲取充足營養[3]。

  綜上所述, 植物生長中的鈣是重要的營養元素且備受關注。伴隨科技水平的提升, 研究領域開始關注鈣在植物營養中的重要作用, 對細胞與分子水平進行了深入分析, 并探討了鈣參與到信號轉導中的相關內容, 研究成果豐富。特別是鈣信使系統當中的鈣信號形成機理與特異性, 逐漸發展成為植物營養生理研究重點。在現代農業生產中, 鈣的作用特殊, 所以應對鈣形成系統認知, 不管是理論或者是生產實踐領域, 均需給予鈣作用的高度重視。

  參考文獻

  [1]徐慧.現代營林技術中的植物多樣性保護研究[J].吉林農業, 2017 (23) :92.
  [2]王三省, 南恒春.植物葉面鈣肥對核桃仁營養成分的影響[J].陜西林業科技, 2018, 46 (3) :29-31.
  [3]王雷, 李玲, 陳修德, 等.噴施鈣對肥城桃果活性鈣含量及其在亞細胞分布的影響[J].植物營養與肥料學報, 2016, 22 (4) :1102-1110.

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