锰作为植物必需微量元素之一,虽然需求量很小,但是在植物体生命活动中却发挥着非常重要的作用。
锰在植物体内的含量与分布
植物体内锰的含量高,变化幅度也大,而造成含锰量变幅较大的原因可能是:
1、锰的吸收受植物代谢作用的控制,在吸收过程中其他阳离子与锰有竞争作用,如Mg2+ 与Mn2+之间有拮抗作用,能够降低植物对Mn2+的吸收。
2、植物吸锰常受环境条件的影响,尤其是土壤pH值的影响更大。在pH>7的土壤上,植物含锰量低(一般在100 mg-kg-1千重以下);在pH<7的土壤上,植物的含锰量偏高,有时甚至可超过1 600 mg-kg-1,从而使植物发生锰中毒。
3、植物各生育期以及各器官中锰的含量也有较大变化。如玉米植株中锰的含量常随株龄的增长而降低,且累积在叶片的边缘,玉米叶缘含锰量可高出叶片本身的一倍。甜菜叶柄中锰的浓度只有叶片中的一半。这说明在植物组织中锰的分布是不均匀的。
植物体吸收的锰元素主要是以二价阳离子的形式,且锰元素在植物体内的移动性较低,新生叶片会优先表现出缺锰症状。
锰在植物体内的作用
1、参与光合作用
在光合作用中,锰参与水的光解和电子传递。水可被分解并放出O2和电子,并把所产生的电子传递给光系统II。而水的光解需要锰离子、氯离子参与,并在叶绿体的类囊体上进行。
在叶绿体内,光合水解酶能使M n2+进行光氧化变为Mn3+,从而有较强的氧化势,使H2O氧化分解。Mn2+和C1-都存在于放氧系统中,组成光系统II的电子供体。C1-在此过程中起活化作用。缺锰时,叶绿体仅能产生少量的氧,并且光合磷酸化作用减弱,糖和纤维素的合成也随之减少。
锰是维持叶绿体结构所必需的微量元素。在叶绿体中,锰与蛋白质结合形成酶蛋白,是光合作用中不可缺少的参与者。缺锰时,膜结构遭破坏而导致叶绿体解体,叶绿素含量下降。
2、调节酶的代谢
锰在植物代谢过程中的作用是多方面的,如直接参与光合作用,促进氮素代谢,调节植物体内氧化还原状况等,而这些作用往往是通过锰对酶活性的影响来实现的。例如在三羧酸循环中,Mn2+可以活化许多脱氢酶(如柠檬酸脱氢酶、草酰琥珀酸脱氢酶、a-酮戊二酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、草酰乙酸脱氢酶等),因而对呼吸作用有重要意义。锰能提高植株的呼吸强度,增加CO2的同化量,也能促进碳水化合物的水解,还有不少羧化酶也需要Mn2+来激活。不过应该指出,需Mn2+激活的酶没有专一性,它的作用往往可被其他离子(Mg2+)所代替。缺锰和缺镁症状很类似,但部位不同,缺锰的症状首先出现在幼叶上,而缺镁的症状则首先表现在老叶上。
锰作为羟胺还原酶的组分,还参与硝态氮的还原过程。缺锰时,硝酸还原酶活性下降,植物体内硝态氮的还原作用受抑制,硝酸盐不能正常转变为铵态氮,造成体内硝酸盐积累,因此蛋白质形成和氮素代谢受到阻碍。
3、促进种子萌发和幼苗生长
锰能促进种子萌发和幼苗早期生长,因为它对生长素促进胚芽鞘伸长的效应有刺激作用。锰不仅对胚芽鞘的伸长有刺激作用,而且能加快种子内淀粉和蛋白质的水解过程,促使单糖和氨基酸能及时供幼苗利用。供锰充足还能提高结实率,对幼龄果树提早结果有良好的作用。此外,锰对维生素C的形成以及加强茎的机械组织等都有良好的作用。
锰对根系的生长也有影响。缺锰时植物侧根几乎完全停止生长,根中无液泡的小细胞数量增多。这也表明缺锰对细胞伸长的影响大于对分裂作用的影响。
植物体缺锰症状
植物缺锰时,通常表现为叶片失绿并出现杂色斑点,而叶脉仍保持绿色。燕麦对缺锰最为敏感,常出现燕麦“灰斑病”,因此常用它作为缺锰的指示作物。豌豆缺锰会出现豌豆“杂斑病”,并在成熟时,种子出现坏死,子叶表面出现凹陷。果树缺锰时,一般也是叶脉间失绿黄化(如柑橘)。缺锰有时会影响植物的化学组成,如缺锰的植株中往往有硝酸盐积累。向日葵缺锰时体内有氨基酸积累。这些变化均可作为缺锰诊断时的参考。
在植物体生长过程中一般不单一去补充锰肥,通常的微量元素肥料里面都或多或少含有锰元素(如玛斯肽),少量多次的补充微肥,既能保证植物体对养分的需求,又能减少肥料的浪费,保证作物健康生长。
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