期刊发表网电话

全国热线
022-83699069

营养矿物质对光合作用影响的研究进展

作者: 发布时间:2020-02-03 16:17:50 阅读: 52 次

摘要:光合作用作为生物圈最重要的能量转化过程,为生物圈的存在、运转和发展提供了源源不断的能量保障。光合作用除受光照强度、水分、温度、CO2浓度等外界因素的相互作用影响外,还受营养矿物质的影响。因此,深入研究营养矿物质对光合作用影响,对促进光合作用效率的提高具有重要的意义。


关键词:矿物质;光合作用;影响;研究


光合作用是太阳能进入生态系统并转化为化学能的主要形式,为生物圈的存在、运转和发展提供了持续的能量输入,也为无数生物提供它们所需要的食物、氧气和能量,生物圈离不开光合作用。光合作用除了受光照强度、温度、水分、CO2浓度、土壤成分等生态因子影响外,还受到矿质营养的影响。早在上世纪80年代初,国内外已有大量的关于氮、磷、钾、镁等矿质营养与光合作用的关系研究,本文综述了几种主要营养矿物质对光合作用的影响。

1 氮对光合作用的影响

 氮素对作物叶片叶绿素、光合速率和暗反应的主要酶活性以及光呼吸强度等均有明显影响,直接或间接影响作物光合作用[1]。氮元素对光合作业的影响主要包括四个方面,下面作简要论述。

从氮素的作用部位来说,由于氮素是叶绿素的主要成分,叶片中大量的无机氮存在于叶绿体中,所以施氮可在一定条件下提高作物产量和品质。从氮素的作用机理来说,氮对光合作用的影响主要包括两个方面:(1)氮增加叶绿体数目,提高单位体积叶片叶绿体表面积和体积,增加光合作用场所,使叶绿体与外界能量、物质的交换界面也扩大;(2)氮改善叶绿体内部结构,同时也可以使叶绿素、类胡萝卜素等光合色素含量也增加,从而使叶绿体的光合能力提高。

此外,氮还可以通过对气孔导度的影响而间接对光合作用起作用。主要是因为气孔导度影响着进行光合作用的CO2浓度,而气孔导度的大小受制于叶片的含氮量。氮素营养还可以通过调节细胞内的激素平衡,延缓叶的衰老和光合功能的衰退,延长叶片的光合功能期,提高了作物的光合作用能力。

2 磷对光合作用的影响

磷是植物生长发育的必需元素,它作为底物或调节物直接参与光合作用的各个环节,包括光能吸收、同化力的形成、卡尔文循环、同化产物的运输以及对一些关键性酶的活性起调节作用等[2]。磷对光合作用的重要性在于其直接参与光合磷酸化和碳的同化[3]。

栽培作物的土壤,特别是设施栽培土壤环境中,磷与铝、铁结合,作物难以吸收,从而导致不同程度的缺磷[4]。目前对磷在光合作用影响方面的研究主要是磷缺乏条件下的对光合作用的影响。主要是以下几个方面:缺磷影响同化力的形成。缺磷影响卡尔文循环中酶的活性及 RuBP的再生。另外,在碳水化合物代谢中,许多物质都必须首先进行磷酸化作用,磷控制碳水化合物的代谢。光合产物的输出对光合作用速率有反馈的作用,光合产物的运输离不开磷,缺磷严重影响光合产物从叶片中输出,会对光合作用产生不利影响。

3 钾对光合作用的影响

钾是植物光合作用中不可缺少的矿质元素之一,它在光合作用中主要担负气孔的调节、活化与光合作用有关的酶、参与同化物的运输等重要的生理功能[5]。

植株缺钾时可发生叶尖叶缘枯死、叶色变黄现象,此时叶片叶绿素被破坏, 三磷酸腺苷相对含量低,光合面积及光合时间减少,净光合速率明显下降[6]。钾能保持叶绿体内类囊体膜的结构正常,改善叶绿体结构及功能,提高叶绿素总量,延缓叶绿体降解与破坏。钾离子还可以作为主要平衡离子使叶绿体间质保持CO2同化所需的较高的 pH 值,从而促进光合磷酸化及CO2同化。

施钾还可明显改善叶肉细胞的光合活性,延缓光合机构受干旱损伤的时问和 程度,提高气孔对CO2的导流性,增强气孔的调节能力,减少蒸腾失水,显著提高作物的水分利用效率[7]。也有研究表明当氮磷营养不能正常配合时,钾对光合作用的增强效果也不明显[8]。

4 镁对光合作用的影响

镁是叶绿体正常结构所必需的成分,是叶绿素的重要组成成分,处于叶绿素分子结构的中心位置,对维持叶绿体的结构有重要作用,是植物惊醒光合作用的核心。镁对光合效率的影响基于叶绿体中色素含量的增加。叶片缺镁,一方面能阻碍叶绿素的形成,另一方面,也能促进叶绿素的分解而降低含量,甚至使叶绿素失绿,并最终失去光合作用能力。此外,镁几乎是所有能活化磷酸化过程的酶的辅助因素,对促进光合作用有重要影响。

本文仅阐述了几种最主要对光合作用有影响的矿物质,然而对于植物这个整体来说,光合作用是一个复杂的物质能量转化过程,除了矿质元素的单一效应外,还存在着矿质元素之间的互作效应。此外,二氧化碳等生态因子与矿质营养因子间也存在着交互作用,需要结合各种仪器方法进行深入研究。


参考文献:

[1] 荆家海主编.植物生理学[M].西安:陕西科技出版社,1994.

[2] 潘晓华,石庆华,郭进耀,等.无机磷对植物叶片光合作用的影响及其机理的研究进展[J].植物营养与肥料学报,1997,3(3):201- 208.

[3] 于海秋,彭新湘,严小龙,等. 缺磷对大豆叶片显微结构及光合作用的影响[J].吉林农业大学学报,2006,28(2):128-132.

[4] 朱隆静,喻景权.不同供磷水平对番茄生长和光合作用的影响[J].浙江农业学报,2005,17(3):120-122. 

[5]徐济春,徐济春,罗 微,等. 矿质营养对光合作用影响的研究进展[J].安徽农学通报,2007, 13 ( 7): 23 - 25.

[6] 江力,张荣铣.不同氮钾水平对烤烟光合作用的影响[J].安徽农业大学学报,2000,27(4):328-331.

[7] 李秧秧,上官周平,陈培元.快速干旱下钾对玉米叶片光合作用的影响[J]. 西北农业学报,1993,2(3):48-52.

[8] 邓义才,倪耀源,陈乃荣.钾对荔枝光合作用和呼吸作用的影响[J]. 华南农业大学学报,1994,15(4):80-84.