磷对植物的重要性

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磷在所有生物体的生命活动中都扮演着极其重要的角色,因为它参与了众多生物化学过程。除了碳、氮和钾这三种对植物至关重要的元素外,磷也是植物营养需求量特别高的元素之一。磷在植物的呼吸作用、光合作用、脂肪代谢、氮代谢等诸多生命过程中发挥着重要且不可替代的作用。然而,从生物化学的角度来看,磷最重要的作用在于它能够形成富含能量的化学键,从而产生可作为“能量储存库”的化合物。. 

自然界中的磷循环。.

生物体与其环境之间矿物质或元素的不断交换被称为生物地球化学循环。其中最重要的循环之一是元素磷循环。磷循环涵盖了这种元素在生物圈的生物和非生物组成部分中的运动。地球上发现的许多化学元素对生物体及其生存过程至关重要。与氧和碳不同,磷的循环路径十分复杂。它在土壤、岩石、水和地球大气层中循环,也存在于生活在所有这些生态系统中的生物体内。.

磷与植物。.

磷化合物主要存在于岩石中。磷不会穿过大气层,但含磷岩石会通过风化和侵蚀作用将磷酸盐(PO₄³⁻)释放生态系统中。对于植物而言,磷是必需营养元素(仅次于氮)。植物通过根毛吸收磷酸盐(H₂PO₄⁻ HPO₄²⁻ ) ,根毛是根表皮(即根部)上的微小突起。植物可以通过叶片吸收磷,幼嫩组织和叶片吸收效率最高。磷进入植物体内后,会被转化为有机形式。磷是糖磷酸酯、核苷酸、核酸、磷脂和辅酶的组成成分。植物采用多种策略来提高基质中无机正磷酸盐的有效性和吸收率。植物可通过根系分泌有机酸(尤其是柠檬酸和甲酸)到基质中,以及将磷酸铁、磷酸铝和磷酸钙转化为柠檬酸盐(可被植物吸收)来提高磷的有效性。磷有效性降低还会导致根系中胞外磷酸酶活性增强和分泌增加,这些酶能够水解有机磷化合物。植物组织中磷含量的降低会增加其在完全培养基中对磷酸根离子的吸收。PO₄³⁻吸收能力的增强由于细胞膜上磷酸转运蛋白的数量增加及其对磷酸根离子亲和力增强所致。已知磷酸转运蛋白存在于叶绿体和线粒体的膜上。

磷缺乏与植物生长

缺乏磷元素的植物生长会受到抑制。与氮含量不足的植物不同,这些植物呈深绿色。磷缺乏通常会导致植物组织中花青素色素过度积累,这是磷缺乏的首发症状。在严重缺磷的情况下,幼叶会从老叶“吸收”磷酸根离子,导致老叶死亡。环境中磷含量的降低或缺失会影响根系形态:根系质量和长度增加,而直径减小,侧根增多并伸长。这些变化增加了离子吸收的表面积。对根系生长区细胞的超微结构研究也发现,液泡数量增加,并且皮层中存在次级液泡。植物组织中的磷含量通过改变叶绿素含量和叶绿体结构,显著影响光合作用的进程和强度,同时还影响光合作用光暗相的反应以及光合产物的分离和代谢。植物组织中磷的轻微缺乏会导致叶片中叶绿素含量的增加。. 

磷在植物组织中储存和转移能量的作用。.

磷的特性之一是能够形成高能键,这使得各种过程中释放的能量可以暂时储存,并在需要能量输入的过程中再次利用。生物反应可分为放能反应和吸能反应。前者会释放一定量的能量,而后者则需要从周围环境中吸收能量;换句话说,这些反应必须有能量供应。细胞内所有主要的合成过程都是吸能反应。生物系统中的合成反应通常是吸能反应,因此,为了发生,它们必须与其他反应偶联,即能够提供能量的反应。能够提供大量能量的磷酸键被称为高能键。.

作者:马尔钦·科沃杰伊奇克

- Iwona Ciereszko,“磷缺乏条件下植物的生长和代谢”,《宇宙》第49卷第1-2期,2000年。-
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