5.1 钙的营养功能在线视频

同学们好这节我们讲授钙的营养功能

钙元素

同学们应该很熟悉

市场上有各种各样的含钙产品

同学们小的时候可能也吃过含钙的产品

钙对植物营养的作用

是否也是和人体健康一样的功能呢

在农业生产上

随着大量元素的不断施用

和作物产量的不断提高

中微量元素的缺乏逐渐成为

限制作物产量和品质的重要因素

比如欧洲森林在六十年代

七十年代大面积死亡

其中一个重要原因

就是氮肥的施用导致酸化

盐基离子包括钙淋失

而这种现象施用石灰之后

就能够得到缓解

钙究竟在植物体中

是一个什么样的分布呢？

先看一下它的含量

植物体内含钙量一般

在0.1%到5%之间

不同植物种类、部位和器官的变幅很大

双子叶植物要高于单子叶

地上部要高于根系

茎叶中含量比较多

果实籽粒中比较少

在细胞中

钙主要存在于细胞壁上

钙主要存在于细胞壁上

元素分布

会影响它的功能

钙在共质体和韧皮部中的移动性很小

植物体内的含钙量

受植物遗传特性的影响较大

受介质中钙供应量的影响比较小

在细胞中钙存在着明显分室

绝大多数的钙是以容易交换形态

结合在细胞壁的中胶层

细胞质中

游离态二价钙的浓度非常低

只有100到200 nM

低含量

主要是避免和磷酸根发生沉淀

同时能够提高关键代谢酶的活性

还可以避免和镁的竞争

同时

钙也是第二信使信号

传递的先决条件

在土壤中

钙浓度通常在毫摩尔级别

主要是通过质流方式到达

根系表面以后被植物吸收

根际或者质外体中的钙

主要是通过钙渗透型阳离子通道

包括超极化激活的钙离子通道

去极化激活的钙通道

和非电压门控阳离子通道

进入根系的表皮细胞、皮层细胞和

中柱细胞

钙在根系中

短距离运输的特点是根系中

钙离子

随着质外体穿过不完整的凯氏带

直接进入木质部

或是通过根尖尚未木栓化的内皮层细胞

以共质体运输的形式到达木质部

然后再向上运输供给地上部利用

相比较而言

经共质体途经的钙含量

仅占很小的一部分

现在来理解钙的长距离运输

钙离子主要是通过蒸腾流

随着水分的移动

通过木质部向地上部运输

在木质部的汁液中

钙通常是以离子形态

或者是有机酸螯合态

比如柠檬酸钙或者是

苹果酸钙进行运输

它的运输取决于蒸腾速率

以及蒸腾耗水量的大小

植物的下部叶片就不容易缺钙

而上部叶片由于蒸腾比较弱

容易发生缺钙现象

钙的主要营养功能

首先是钙对细胞壁的稳定作用

植物中的绝大部分钙

是以果胶质存在于细胞壁中

钙主要分布在中胶层和原生质膜的外侧

一方面

可以增强细胞壁结构

与细胞间的粘结作用

另外一方面

对细胞膜的通透性以及相关的

生理生化过程起着重要的调节作用

从结构特征上

钙和果胶的关系就像是

鸡蛋盒 而钙就是其中的鸡蛋

由于钙的这种作用

缺钙时

细胞壁和中胶层变软

随后细胞壁破裂

比如苹果就会出现水心病和腐心病

缺钙

降低了细胞壁的硬度

也引起了病原微生物对它的侵入

第二点钙能够稳定细胞膜的结构

保证膜的完整性

钙与细胞膜表面的磷脂

和蛋白质的负电荷相结合

提高了细胞膜的稳定性和疏水性

并且能够增加细胞膜对钾、钠、镁

等离子吸收的选择性

缺钙时膜的选择性

吸收能力下降

同时会加剧一些低分子量的物质

如糖类物质的流失

病原微生物

就容易侵染

钙对生物膜的稳定作用

在植物对离子的选择性吸收、

生长

衰老

信息传递以及植物的抗逆性方面

都有着非常重要的作用

例如

在果实发育的过程中

供应充足的钙有利于干物质的积累

成熟果实中含钙较高时

可以有效的防止采收后

储藏的过程中出现的腐烂现象

延长果实的贮存期

增加水果的保藏质量

第三点钙参与第二信号的传递作用

细胞质中

钙离子浓度的变化

对第二信使信号传递过程有重要的作用

外界环境的变化和作物生长刺激

都会对细胞质中的钙离子浓度

造成影响

从而产生相应的调控信号

经过复杂的网络调控

促使植物能够做出响应

当某种刺激到达细胞时

质膜对钙的通透性增强

胞外的钙离子

以及液泡

内质网等细胞器内钙就进入了细胞质

使细胞质当中钙离子浓度

增加到一定的阈值

并与钙离子感受器结合

参与第二信使信号的传递

那么在植物体细胞中

与钙结合的钙离子感受器

主要包括钙调蛋白

钙调蛋白类似蛋白

钙依赖蛋白激酶等等

其中

钙调蛋白和钙调蛋白类似蛋白

是主要的钙离子感受器

它能够与蛋白质结合后

改变蛋白质的活性

并最终参与植物对环境变化以及

应对环境胁迫的一个响应

例如

在拟然芥中

钙调蛋白和钙调蛋白类似蛋白

能与三百多种蛋白质结合

改变它们的活性

当没有活性的钙调蛋白与钙结合之后

形成了钙和钙调蛋白的复合体后

钙调蛋白就因为它的变构而被活化

活化之后就可以参与

细胞分裂、细胞运动

植物细胞信号的传递等等

植物细胞信号的传递等等

都有密切的关系

钙还对维持细胞阴阳离子和渗透调节

有重要的作用

大部分的钙存在于液泡中

可以作为有机阴离子的陪伴离子

对液泡内阴阳离子的平衡

有非常重要的作用

在随着硝酸还原合成

草酸盐的植物种类中

在液泡中

草酸钙的形成可以使得液泡

以及叶绿体中

游离钙的浓度处于较低水平

草酸钙的溶解性非常低

它的形成对细胞的

渗透调节作用非常重要

比如

在成熟的甜菜

和许多盐生植物的叶片中

草酸钙的含量都非常的高

最后我们谈一下缺钙的问题

北方石灰性土壤

是富含钙的

发现明显的缺钙现象

称之为生理性缺钙

这是由于钙在木质部的运输能力

常常依赖于地上部

尤其是叶片蒸腾强度的大小

因此

老叶中常有钙的累积

而植株顶芽等分生组织的

蒸腾作用就比较弱

尤其是在生长后期果实形成的

过程中蒸腾作用

供应的钙就很少

再加上阴雨天气

蒸腾作用进一步下降

与此同时

钙在韧皮部的运输能力又很小

再利用程度非常低

老叶中富集的钙就很难被再利用

因此就会出现缺钙症状

那么缺钙的症状

我们同学们可能听说过

比如苹果的苦痘病

番茄 辣椒的脐腐病等等

那么一旦缺钙之后

这些果实的卖相外观就不太好

没有很好的市场价值

在酸性土壤上缺钙

主要是降雨比较多

钙淋溶量比较大

最后希望大家了解的就是

元素间的拮抗作用

也会引起植物缺钙

比如

在生产中过量的施用钾

或者是过量施用镁

也会引起钙的缺乏

在本节的最后

思考一下

在酸性土壤上施用钙

是来调节土壤酸度的

它常常会导致植物缺镁

请同学们回去之后分析原因