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植物生长中钙元素的功能探析

来源:原创论文网 添加时间:2019-07-23

  摘    要: 在植物生长过程中, 钙是不可或缺的营养元素, 其是维持植物生理的功能。目前, 钙已不仅仅是营养物质, 同样也是对细胞功能进行调节的主要物质之一, 确保植物体内代谢活动处于正常状态。因此, 钙在植物营养中的作用不容小觑。基于此, 将钙作为主要研究内容, 重点阐述了其在植物营养中的重要作用, 以供参考。

  关键词: 钙; 植物营养; 作用;

  近年来, 在细胞生物学、分子生物学快速发展的背景下, 钙在植物营养生理研究中的作用逐渐凸显出来。钙可以为植物提供必要的矿质营养, 生理功能突出, 而且可以发挥改土的作用。在植物生长与发育的过程中, 钙的重要性非常明显, 若钙含量不足, 则很容易引起诸多生理失调症。由此可见, 深入研究并分析钙在植物营养中的作用具有一定的现实意义。

  1、 钙在植物中的分布与存在形式

  在植物体内, 钙的分布并不均匀, 以茎叶分布为主, 而且老叶中的钙含量比嫩叶多, 植物果实、种子与根部的钙量并不高。另外, 植物细胞内的钙分布并不平衡, 钙浓度含量较高的有内质网、细胞壁的中胶层与液泡等, 而胞质内的钙浓度较低。

  钙在细胞内的存在形式包括3种, 即游离钙、贮存钙与结合钙。其中, 游离钙的状态自由但含量不高, 部分物质具有较强的亲和力, 可以在细胞内与其他的结构成分有效结合[1]。对于贮存钙而言, 通常在细胞壁与细胞器当中, 在总含钙量中占据较大比重。在植物生长期间会结合实际需求, 在特定的生理环境下有效转换钙的不同形式, 与细胞生理活动需求相适应。

  2、 钙在植物营养中的作用表现

  在植物生长中, 钙是不可或缺的营养元素, 可以保证细胞生命活动, 其作用集中表现在以下几个方面。

  2.1、 确保膜结构的稳定性

  对细胞存活评价的基本指标就是细胞膜完整, 可保证细胞始终处于稳定内环境当中。而且, 细胞膜也是细胞和周边环境实现能量、物质以及信息交流的主要结构。要想保证细胞膜结构的稳定性, 最关键的是要有钙的参与。

  植物中的钙能够对离子选择性吸收和细胞质溶质渗漏进行必要的调节, 特别是在诸多胁迫条件下的表现最为明显, 使得植物应对环境胁迫的抵御能力不断增强。若植物组织与细胞内的钙元素含量少, 会直接增加低分子溶质渗漏, 甚至还会分解质膜结构。钙对于细胞膜的稳定性作用需要通过磷脂、蛋白质羟基和磷酸盐桥接实现, 同时会在膜表面结合位点处实现钙离子和其他阳性离子的有效交换, 但是钙离子对细胞膜的稳定作用十分关键。
 

植物生长中钙元素的功能探析
 

  之所以将钙称作膜保护剂, 不仅仅是以上因素, 同样也是因为其能够保证蛋白质的稳定性, 使得膜结构稳定程度不断提高。在细胞膜之外, 细胞质内被划分成膜包被区室, 进而不断提高细胞生命活力。

  2.2、 维持细胞壁结构

  对于植物而言, 细胞壁是细胞最关键的特征结构。在相关研究过程中了解到, 在植物细胞生命活动当中, 细胞壁始终处于动态代谢状态。也就是说, 细胞壁并不仅仅只是机械支架, 同样也参与到代谢活动当中。对于植物细胞壁而言, 多糖物质是其主要组成成分, 涵盖了半纤维素、木质素、果胶与纤维素等。在植物细胞当中, 众多多糖物质能够有效地交联, 而临近细胞的细胞壁可借助中胶层有效地黏结。钙在植物营养中维持细胞壁结构的作用集中表现为: (1) 多糖物质能够和钙离子构成离子键, 为细胞壁多糖物质的交联提供必要帮助。 (2) 植物细胞壁中胶层中的钙可以和果胶酸相互结合, 最终生成果胶酸钙, 破坏细胞壁的其他成分, 因此需要进行必要的抑制。与此同时, 植物中的钙可以对多聚半乳糖醛酸酶活性产生一定抑制, 确保细胞壁分解作用被削弱。因钙具有以上作用, 存在于植物内即可使细胞更好地抵抗真菌病害的侵染。待果实成熟后, 其内部所含钙量会提高, 这样也能够有效规避采收后贮藏腐烂问题的发生, 使得果实的贮藏期得以延长, 不断优化果实贮藏的质量[2]。

  2.3、 参与植物体内信号转导

  在植物生长与发育的过程中, 很容易受内信号与外信号调节作用、抑制作用的影响。一般情况下, 生物体会借助第二信使系统, 针对原初信号产生一系列的生理反应。既有研究结果表明, 钙离子在细胞功能调节中被当做第二信使。而钙信号通路也逐渐成为植物内最关键的信号路径, 其中, 信号的传递与表达机制重点是对植物细胞质内部钙离子浓度的改变, 刺激程度不同会产生特定信号, 导致植物细胞发生一系列的反应, 而钙离子信号传递需要钙调蛋白的积极参与。在植物细胞内, 钙会和钙调蛋白相互结合, 进而形成复合物, 促进细胞内部生理活动的展开。

  现阶段, 研究细胞内部钙信使的成果很多, 在原初信号的刺激抵达细胞表面的情况下, 细胞膜的透性会有所改变, 导致钙离子增加。在这种情况下, 钙离子和钙调蛋白的结合就能够改变钙调蛋白的结构, 亦或是出现钙酶活性改变, 最终实现钙信号的转换。钙离子会在以下3种方式的作用下出现细胞生理反应。

  (1) 对靶酶发生作用, 保证酶构象得以变化, 实现活化的目的, 最终产生生理反应。现阶段, 植物体内已经有超过10种酶活性受到了调节。

  (2) 依托蛋白质磷酸化实施调节与控制。通过钙离子亦或是能够对植物细胞内所含磷酸酶与蛋白质激酶进行活化处理。而在活化的基础上, 蛋白质就会出现磷酸化, 甚至还会具备生理功能, 最终引起一系列的生理效应。

  (3) 对基因表达过程的作用。在对部分基因转录调节的基础上, 细胞产生相应的生理反应。即便当前植物体内钙离子参与调节基因表达并不具备直接的证据, 但仍存在部分证据可证实其联系存在。在钙离子参与到基因表达过程调节期间, 使得钙离子的活性发生改变, 对植物细胞内的程序性凋亡DNA复制展开必要的调节。

  2.4、 其他营养作用

  在植物生长发育中, 钙是不可或缺的元素之一, 所具备的营养功能诸多。对于植物的成熟细胞, 钙集中分布在液泡内。钙属于阳离子, 能够使液泡内所含的有机阴离子与无机阳离子处于平衡状态, 作用明显。另外, 钙可以保证植物代谢中的酸得以中和, 尤其是钙和草酸相互结合所产生的不溶性草酸钙, 能有效规避有机酸毒害细胞的程度。在此基础上, 植物营养中的钙还可以加快细胞的生长与分泌, 被当做酶的活化剂。

  在植物生长中, 土壤是重要载体, 而植物需要的养分与水分是从根系处获取, 根系的营养通过土壤获取。所以, 土壤环境会直接影响植物的生长发育。钙是植物的基本营养元素, 可满足作物生长需求, 而且含有钙元素的肥料可以对土壤性能进行改良, 使植物获取充足营养[3]。

  综上所述, 植物生长中的钙是重要的营养元素且备受关注。伴随科技水平的提升, 研究领域开始关注钙在植物营养中的重要作用, 对细胞与分子水平进行了深入分析, 并探讨了钙参与到信号转导中的相关内容, 研究成果丰富。特别是钙信使系统当中的钙信号形成机理与特异性, 逐渐发展成为植物营养生理研究重点。在现代农业生产中, 钙的作用特殊, 所以应对钙形成系统认知, 不管是理论或者是生产实践领域, 均需给予钙作用的高度重视。

  参考文献

  [1]徐慧.现代营林技术中的植物多样性保护研究[J].吉林农业, 2017 (23) :92.
  [2]王三省, 南恒春.植物叶面钙肥对核桃仁营养成分的影响[J].陕西林业科技, 2018, 46 (3) :29-31.
  [3]王雷, 李玲, 陈修德, 等.喷施钙对肥城桃果活性钙含量及其在亚细胞分布的影响[J].植物营养与肥料学报, 2016, 22 (4) :1102-1110.

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