锰——对植物的重要性

锰是一种金属元素，原子量为54.94；它不仅以阳离子Mn²⁺的形式存在^， 也以阴离子形式存在，例如MnO₄⁻_，^因此 具有两性性质。锰的一个显著特征是其氧化态易于改变（可以是2价、3价、4价、6价或7价），并且其化合物具有较高的氧化还原电位。锰对植物生长的促进作用在20世纪初就被人们所认识（Loew，1903；等）；1922年，McHargue证实了锰是植物必需元素。1909年，Sjollema和Hudig发现，向土壤中添加硫酸锰可以治疗燕麦的“灰斑病”，这一发现对锰作为微量元素的研究发展具有重要意义。然而，当时的荷兰研究人员并不了解这一现象的本质。直到1929年，塞缪尔和派珀才解释说，燕麦的“灰斑病”是由土壤中锰元素缺乏引起的。其他植物也出现了锰元素缺乏的症状，后来人们得出结论：所有植物、动物和人类都离不开这种元素。 

土壤中锰的含量和有效性 

表层土壤中的锰总含量差异很大。通常情况下，完全（或者说几乎完全）缺锰的情况很少见，因为在空气充足的条件下（表层土壤通常如此），这种微量元素会像铁一样转化为难溶的氧化物，即使在非常轻质的土壤中也很难被淋溶。几乎从锰研究之初，人们就一直关注土壤锰有效性这一复杂问题。土壤中的锰以多种化合物的形式存在，其氧化程度和有效性各不相同（通常，氧化态越高，锰的有效性越低）。这些化合物在土壤中不断经历氧化还原过程，构成了一个转化循环。.

锰难以被土壤吸收的主要原因是锰与有机物形成络合物。研究还发现，通常被认为难以被植物吸收的高价锰氧化物，例如燕麦，却能被植物吸收。关于氧化锰化合物的还原过程，目前也存在争议。一些理论认为，这种还原主要通过与有机物的反应发生，而另一些理论则认为它也与微生物活动有关。锰的微生物氧化和还原过程很大程度上取决于环境的pH值。随着土壤pH值的升高（直至pH值约为7.5），微生物氧化过程会加剧；而随着pH值的降低，锰还原为二价锰的强度则会增强。许多研究者认为，酸性土壤富含二价锰，甚至可能过量。除了pH值之外，土壤的氧化还原电位和水分也会显著影响锰的吸收。人们普遍认为，植物可利用的锰主要来源于：

1）二价锰 Mn²⁺，即：可溶于土壤溶液的锰和可交换锰，

2) 易还原的锰氧化物形式，例如 Mn₂O₃xH₂O。

铁和锰之间的关系。.

索默斯和希夫是最早注意到植物中铁锰比的学者之一。他们假设植物组织中活性铁（Fe²⁺）的含量受锰的调控，锰具有较高的氧化还原电位，能将Fe²⁺氧化^为Fe³⁺ 。^锰缺乏时，植物体内二价铁的浓度可能过高；锰过量时，则可能过低。这表明，当植物的铁锰比在一定范围内时，其生长发育正常。索默斯和希夫确定，对于大豆而言，组织和营养液中活性铁与活性锰的比例应在1.5:1至2.5:1之间。当该比例超过2.5:1时，可能出现锰缺乏的症状，其症状与铁过量相同。如果铁锰比小于1.5:1，则植物会“患上”锰过量，这同时也表明存在铁缺乏。众多科学家已证实，植物正常生长所需的铁锰比范围更广。此外，不仅铁锰比，这些营养元素的绝对含量对植物也至关重要。人们还认为，锰过量的症状与铁过量的症状并不相同，反之亦然。不同的学者对植物中铁锰比的本质也有不同的解释，这可能是由于这些营养元素吸收的拮抗作用，或者在锰过量的情况下，锰会取代酶活性位点上的铁。然而，也有观点（Nasonem 和 McElroy）质疑铁和锰之间的任何关联，他们认为，不仅锰过量，许多其他金属也会导致无铁性黄化病，并强调铁和锰在植物中具有完全不同的生理功能。鉴于这些存在争议的观点，植物中铁锰比的问题需要进一步研究。

植物中锰的分布和存在形式。.

锰在植物体内的分布不均匀，由于不同器官中锰含量差异显著，难以建立更清晰的相关性。人们普遍认为锰在植物体内的移动性有限，但在缺锰的情况下，可以推断这种营养元素会从植物的下层向上层移动。目前尚无关于植物体内锰化合物的精确信息。然而，可以高度推测，锰在植物组织中以不同氧化态存在；其中最活跃、最易移动的无疑是二价锰（Mn²⁺ ^） ，它通过氧化过程转化为三价锰（Mn³⁺）^和四价锰（Mn⁴⁺ ^） 。三价锰可以被还原回二价锰（Mn²⁺），而^四价锰（Mn⁴⁺ ^）则是一种惰性形式，当其含量过高时，会在非同化组织中以二氧化锰（MnO₂ _）的形式沉淀。

植物锰缺乏和锰过量的症状。.

 植物缺锰最典型的症状是叶片颜色发生改变。所谓的“斑驳状黄化”出现在叶片上，并沿着维管束（即“叶脉”）蔓延至整个叶片表面。由于紧邻这些维管束的细胞仍保持正常的绿色，因此形成了一种复杂的网状结构。黄化主要影响幼嫩的、正在发育的叶片。随着黄化程度的加重，叶片上会出现坏死斑点，这是由于受影响的组织死亡所致。与缺锰相关的叶片颜色变化使研究人员认为锰参与了叶绿素的合成，但尚未获得直接证据。埃尔特林格观察到，无论锰缺乏还是过量，叶绿体都会呈现黄绿色，淀粉颗粒逐渐减少，最终完全崩解。大量草酸钙晶体和脂肪滴的同时存在表明植物代谢存在缺陷。研究表明，锰缺乏还会导致菠菜等植物叶绿体层状结构的完全紊乱。.

高等植物锰过量的症状与锰缺乏的症状截然不同。叶片黄化症状出现较晚，首先出现在老叶上。随着中毒程度加重，包括叶脉在内的整个叶片都会变色。锰过量（或铁缺乏）导致的黄化是由于高氧化还原电位破坏了叶绿体周围的保护性蛋白质物质。当植物体内锰过量时，锰会以二氧化锰（MnO₂）的形式沉淀_，这种化合物会被分泌到非同化组织中，例如叶片和茎表面的毛状细胞、表皮或根冠。二氧化锰的沉淀_保护了同化组织免受中毒，正如前文所述，这也解释了植物通常对过量锰具有很高的耐受性。

锰的生理功能。.

锰能激活多种酶促反应；然而，锰在这些反应中发挥作用的机制尚未完全阐明。锰激活的反应包括： 

a) 大多数柠檬酸循环酶和许多其他脱羧酶，

b) 许多肽酶和精氨酸酶，很可能包括脯氨酸酶和亮氨酰氨肽酶； 

c) 吲哚乙酸氧化酶，也是过氧化物酶系统中的特异性激活剂。.

锰在光合作用中扮演着重要角色，锰缺乏会导致光合作用强度显著降低。研究发现，锰在光合作用中发挥着特定作用，即通过水的光解作用产生氧气。目前普遍认为，锰作为电子载体，位于色素系统II的氧侧，也就是水光解作用和光系统II之间。然而，锰也可能在光系统II的还原侧发挥作用。此外，锰还参与维持叶绿体的层状结构。.

作者：马尔钦·科沃杰伊奇克

-Anna Nowotna-Mieczyńska“植物矿物质营养生理学。PWRiL 1965，

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– Franck B. Salibury, Cleon Ross《植物生理学》PWRiL 1975,

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