(完整版)植物营养的基本概念

1、第一篇植物營養的基本概念 植物體的主要組成有那些成分? 新鮮植株含有75-95%的水分，5-25%的乾物質。水分含量的多寡受物種、營 養狀況、取樣時的膨脹性(膨脹性受採樣時間、土壤水分含量、溫度、風速等)所影 響。如果將乾物質燃燒，其中佔90%以上的碳(C)、氫(H)、氧(0)及氮(N)等元素以 二氧化碳、水蒸氣、分子態氮和氮的氧化物形式跑掉，留下的殘渣稱爲灰分。灰 分含有磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、錳 Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、 鉬(Mo)、硼(B)、氯(Cl)、鈷(Co)、鎳(Ni)等必需元素，矽(Si)、鈉(Na)、硒(Se)鋁 (Al)、鍺(

2、Ge)等有益元素，以及自然界裡存在的元素，在植體內部都能找到。因為 新鮮植株的水分含量變異很大，因此，化學分析總是以乾基為運算的基礎。通常 大量元素用百分率(%)或千分之一 (mg/g)，微量元素用百萬分之一(mg/kg)表示。 不可 假設某植體含水85 %，乾物質中90 %為碳、氫及氧，則其他元素佔植體 不知鮮基的百分比為何？ -水 - H, O組成1.最豐富的液體，植物容易吸取，是光合 (75-95%) 作用的原料 _ 2比熱大，對外界溫度具緩衝作用，保護 植物體不受害 - 3.植物藉蒸散作用(水蒸氣經葉表氣孔逸 散出去的現象)影響部份水分和養分的 吸收及運輸，以及調節植物體之溫度 一 4

3、.溶解性好，黏度低，可溶解養分，並能 在植物的輸導系統中迅速流動，對植物 營養分的吸收、輸送、轉化有重大功用 -5.植體內各種代謝作用多在水中進行 無氮物質：C, H, O組成(醣類、澱粉、蔗 糖、纖維素、脂肪、果膠、有 機酸、臘質、激素、維生素) 含氮物質：C, H, O, N組成(蛋白質、醯胺 化合物、酶類) -,K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, 酵素成分、氧 (灰分) Cu, Zn, B, Mo, Cl, Se, Na, 化還原、電子 (5-10%) Al 圖1植物體主要組成示意圖植物 體 (5-25%) 有機物 (90-95%) 礦物質 傳遞 1 植物的礦質與必需元素有那些?

4、 週期表上有109種元素，其中有92種自然礦質元素已被充分認知，但植物 體內化學元素只發現有大約70多種（植體內未發現可能因量太少，分析不出來； 或為同位素，存在型態不穩定），這些元素在植體內含量不同，而且所含的這些 元素不一定就是植物生長必需的，有些元素可能是偶然被植物吸收，甚至還能大 量積累，有些元素對於植物需要量雖極微，然而都是植物生長不可缺少的營養元 素。 植物具有選擇性吸收營養元素的能力，因此，其吸收的量與土壤中存在的有 效養分通常並非成正比。不同品種對選擇特殊離子的變異很大。 這也就是為什麼 有些作物具有所謂療效的原因。 Arnon和Stout（1939）提出成為高等植物必需營養元

5、素的三要件: 1缺少某種營養元素，植物不能完成生活史（必需性）； 2必需營養元素的功能不能由其他營養元素所代替 （不可取代性）；在缺乏時， 植物會出現專一的、特殊的缺乏症，只有補充這種元素後，才能恢復正常 （專 一性）； 3必需營養元素為植物體組成分或直接參與代謝作用。（某元素存在若只能促進 其他元素的吸收或因拮抗作用抑制其他元素的毒害，則不能稱該元素為必需） 根據以上三要件，目前已確定了高等植物的必需營養元素有 18種：大量元 素：氫(H )、氧(0)、碳(C, 1800, Senebier & Saussure、氮(N, 1804, Saussure、磷 (P)、鉀(K)、 鈣(Ca)、鎂

6、(Mg)、 硫(S, 1938, Sprengel)微量元素： 鐵(Fe, 1844, Cris 或 1860, Sachs)錳(Mn, 1922, McHague)、硼(B, 1923, Warington)、鋅(Zn, 1926, Sommer & Lipman)、銅(Cu, 1931, Lipman & McKinney)、鉬(Mo, 1938, Arnon & Stout)、氯(Cl, 1954, Broyer)、鈷(Co)及鎳(Ni, 1987, Brown)。 雖然所有高等植物已確定需要上述的 18種營養元素，但是需要量之間差別 很大，其在植體的含量、功能及吸收型態亦異 深入 探討

7、 動物和植物在營養元素的需求上，主要差別何在？ 2 植物必需元素的分類為何? 植物營養兀素分類-依據功能區分 營養元素 被吸收型態 第一組： 1.C02、HC03-、H20、02、 C、H、0、 N03-、NH4+、N2、SO42-、 N、S S02的型態被吸收 2離子來自土壤,氣體來自大氣 第二組： 以磷酸鹽(H2PO4-, HP042)、 P、B、(Si) 硼酸(H3B03)或硼酸鹽 (H2B04-)、矽酸鹽(HSi04-)的 型態存在土壤溶液中被吸收 第三組： 以離子的型態存在土壤溶液 K、Ca Cl、中被植物吸收 Mg、Mn 第四組： 以離子或鉗合物的型態存在 Fe、Cu、 土壤溶液中

8、被植物吸收 Zn、Mo 植物營養兀素分類-依據含量多寡區分 分類 元素 含量與說明 大量元素 C, H, 0, N, P, K, 0.1-5.0%,作物對氮、磷、鉀的需要量比較 (巨量元素)Ca, Mg, S 大，土壤中的有效含量常不夠作物生長所 需，需要施肥來補充，稱肥料三要素。鈣、 鎂、硫需要量次之，稱次量要素 B, Mo, Cl, Co, Ni 植物營養元素分類-依據移動性區分 分類 =1= 元糸 說明 移動性 氮、 磷、鉀、鎂、 容易在組織間移動，當新組織的生長缺乏時， 老組 要素 氯 織中所含的該要素即轉移至新組織 非移動 硫、 鈣、鐵、錳、 不易在組織間移動，當新組織的生長缺乏時，

9、 老組 性要素 銅、 鋅、硼 織中所含的該要素無法移出供新生組織使用 生理生化功能 1. 組成有機體的結構物質 2. 組成輔酶的基本元素 3. 在還原過程中被同化 1. 與植體中的醇化合物進行酯化作 用生成磷酸酯、硼酸酯 2.磷參與磷脂的代謝，磷脂是細胞 膜、能量和遺傳物質的重要成分 1. 產生細胞滲透壓，平衡陰離子 2. 活化酶 3. 控制膜的透性和電化學勢 1. 以鉗合物存在於輔酶中 2. 原子價的變動傳遞電子 微量兀素 Fe, Mn, Cu, Zn, 0.1-2,000 mg/kg 3 土壤與植物體中元素存在量及其被吸收型態、途徑為何? 元素 植物體(mg/kg) 土壤 (mg/kg)

10、被吸收型態 吸收途徑 鮮基 -乾基 -碳C 180,000 450,000 454,000 20,000 CO2、 HCO3- 、CO32- 空氣、水 氧O 700,000 450,000 410,000 490,000 CO2、 H2O、 OH- 空氣、水 氫H 100,000 60,000 55,000 H2O、 H + 水、水蒸氣 氮N 3,000 15,000 30,000 1,000 NH4+、 NO3-、 NH3、NO2-、 水、土壤、空氣、葉 NxO、尿素、胺基酸、生 面、微生物 物固氮 磷P 700 2,000 12,300 650 H2PO4-、HPO42-、低分子 量有機磷

11、 水、土壤、葉面 鉀K 3,000 10,000 14,000 14,000 K+ 水、土壤、葉面 鈣Ca 3,000 5,000 18,000 13,700 Ca2+ 水、土壤、葉面 鎂Mg 700 2,000 3,200 5,000 Mg2+ 水、 土壤、 空氣、 葉 面 硫S 500 1,000 3,400 700 SO42-、SO2、SO3、SO32- 水、土壤、葉面 鐵Fe 200 100 140 38,000 Fe2+、Fe3+ 水、土壤、葉面 錳Mn 10 50 630 850 Mn2+ 水、土壤、葉面 銅Cu 2 6 14 20 Cu2+ 水、土壤、葉面 鋅Zn 3 20 16

12、0 50 Zn2+ 水、土壤、葉面 硼B 1 20 50 10 主要：H3BO3 次耍：B4O72-、H2BO3-、 HBO 32、BO 3 水、土壤、葉面 鉬Mo 0.2 0.1 0.9 2 MoO 42- 水、土壤、葉面 鎳Ni* 0.1-1 Ni2+ 氯Cl* 100 Cl- 文獻 何&孟，1987 Epste in, 1972 目前尚無施用鎳和氯的紀錄，因為氯離子充斥於環境中，不虞匱乏；鎳的需求 量非常少，種子中少量存在已足敷需求，除非種子是在無鎳的水耕液中栽培 者，否則不會有缺鎳的問題。4 人體內所含的主要化學元素（共有 29 種）及其功能 分類 =1= 元糸 質量% 存在位置和功能

13、 大 O 65 水及有機物的成分 量 C 18 有機物的成分 元 素 H 10 水、有機物及無機物的成分 J素 N 3 有機物及無機物的成分 Ca 1.5 骨骼成分；與酵素、肌腱有關 P 1.2 與細胞合成、能量轉移、遺傳物質有關 K 0.2 細胞流質內有K+ Cl 0.2 細胞內外都有Cl- S 0.2 蛋白質及某些有機物的成分 Na 0.1 細胞流質外有Na+ Mg 0.05 某些酵素的成分 微 量 Fe 0.05 含於血紅素、肌血球素和蛋白質中，參與電子轉移反 應。（一單元的血紅素可攜帶四個氧分子） 元 Zn 0.05 胰島素及許多酵素的成分 素 Co 0.05 含於維生素B12,參與碳

14、水化合物、 脂肪和蛋白質的新 陳代謝。（把養分轉變成生理所需的能量） Cu 0.05 某些酵素的成分，幫助 Fe的儲存，與紅血球、血色素 的製造有關；參與頭髮、眼睛和皮膚的著色；與骨骼焊 結締組織的構成有關 I 0.05 含於甲狀腺激素，甲狀腺激素不足，影響新陳代謝，使 幼里發育不良，智能低下；使孕婦流產；造成大脖子 Se 0.01 某些酵素的成分 F 0.01 含於牙齒及骨骼，影響牙齒和骨骼發育 Ni 0.01 某些酵素的成分 Mo 0.01 某些酵素的成分 Si 0.01 含於關節組織中 Cr 0.01 與碳水化合物的新陳代謝有關，幫助胰島素控制血糖， 與控制膽固醇有關 Mn 0.01 許

15、多酵素反應的必需元素 5 其他元素V, Sn丄i, B, As, Pb, Cd等，含量都只有0.01%，主要功能尚未可知6 主要營養元素在植體存在型態及功能為何? =1= 元糸 常用肥料種類() 植體內存在型態 缺乏徵狀 功能 碳 - 澱粉、脂肪、醣類、 蛋白質、纖維 - 光合作用中被同化；呼吸作用中被釋放 氫 - 水、澱粉、脂肪、醣 類、蛋白質、纖維 - 水的成分而與植物體內的一切生理作用有關；光合作用 中葉綠體分解水而生成 氧 - 水、澱粉、脂肪、醣 類、蛋白質、纖維 - 呼吸作用不可缺少；水和二氧化碳的組成元素 氮 硫酸銨(21)、尿素(46)、 硝酸鉀(14)、硝酸銨 (35)、氰氮化

16、鈣(21)、硝 酸鈣(15.5)硝酸鈉(16) 蛋白質、胺基酸、核 酸、酶、葉綠素、維 生素、生物鹼、生長 素、細胞分裂素 植株矮小、早熟、提早 老化、生長速率降低、 老葉黃化 核糖核酸(RNA)和去氧核糖核酸(DNA)是合成蛋白質和 決定遺傳特性的物質基礎。植物體內的遺傳資訊靠去氧 核糖核酸傳遞 磷 過磷酸鈣(含P2O5 18)，磷酸一銨(48-50) 腺漂呤核苷酸、核酸、 蛋白質、磷脂、植素、 酶 葉深綠，生長點生長受 阻且呈深紫紅色，新梢 生長停滯，種子果實發 育不良 參與碳水化合物、蛋白質、脂肪的代謝；加強光合作用 和碳水化合物的合成與運轉；核酸是生長發育、繁殖和 遺傳變異的重要物質；

17、提高果樹對外界環境的適應性； 磷脂與蛋白質是組成生物膜的基本物質 鉀 氯化鉀(含 K2O 60)硫 酸鉀(50)與硝酸鉀(44) K+ 生長速率減低，嚴重時 由老葉開始出現黃化 和壞死現象 激活酶的活性；促進光合作用，提咼二氧化碳的同化率； 促進醣類、蛋白質的合成和運輸；調節細胞滲透壓；增 強抗逆、抗病蟲能力 7 儿糸 常用肥料種類（） 植體內存在型態 缺乏徵狀 功能 鈣 硝酸鈣、 生石灰、 熟石 灰、碳酸鈣、氯化鈣、 石膏、蚵殼 果膠鈣（細胞壁）、 草 酸鈣（液泡）、檸檬酸 鈣、植素（種子）、- 澱粉酶、Ca2+ 生長點最先受害死 亡，芽的頂端或基部嫩 葉扭曲 細胞壁和細胞膜的主成分；多種酶

18、的活化劑；調節介質 的生理平衡；細胞之間的中膠層含有多量的鈣，與果實 軟硬關係密切。鈣是調節細胞膜通透性最重要的陽離子 鎂 白雲石粉、硫酸鎂、氯 化鎂、氧化鎂、鉀鎂肥 葉綠素（葉片）、植素 （種子）、酶、Mg2 由老葉開始，葉肉變 黃，嚴重時會變紅，有 時有壞死斑點，葉尖及 葉緣向上捲，莖部細小 促進光合作用；增強碳水化合物、氮素的代謝；促進脂 肪、維生素A與C的合成；許多酵素的活化元素 硫 硫酸鉀、 硫黃、 過磷酸 鈣、硫酸銨、硫酸鈣 蛋白質、胺基酸、酶、 維生素、特殊香味硫 脂化合物 蛋白質合成受阻，新葉 黃化或有黃斑， 但不會 壞死，常與缺氮相混 Methi onine, cystei

19、ne, cyst ine等氨基酸的組成分；維生素 Bi的成分；促進葉綠素的形成；參與固氮和光合作用過 程；洋蔥、白菜類等特殊氣味的多環油的成分 鐵 檸檬酸鐵、酒石酸鐵、 硫酸亞鐵、氯化鐵、 Fe-EDTA 血紅蛋白、鐵硫蛋 白、細胞色素、酶 葉片黃化，首先在植株 的頂端幼嫩部位表現 出來 許多反應的催化劑；葉綠素的合成中扮演重要角色；參 與呼吸與光合作用電子傳遞 錳 硫酸錳、氯化錳 酶、Mn2+、Mn4+ 新葉葉肉黃化，葉脈仍 爲綠色 脂肪合成時酶的活化劑；參與光合作用；調節植體內氧 化還原電位 銅 硫酸銅 酶、Cu2+、Cu+ 新葉黃化， 出現壞死斑 點，葉尖發白，枝條彎 曲，枝頂生長停止枯

20、萎 參與光合作用；影響木質化過程；影響花粉的形成和受 精作用；參與氧化還原反應 8 儿糸 常用肥料種類（） 植體內存在型態 缺乏徵狀 功能 鋅 硫酸鋅、氧化鋅、碳酸 酶、Zn2+、蛋白質-鋅 新生枝條葉片狹小，枝 參與色氨酸和IAA的合成；酶的活化劑；影響 DNA和 鋅、鉗合鋅 -植酸複合物 條纖細，節間縮短 RNA的合成；影響碳水化合物的代謝 硼 硼砂及硼酸 醇化合物 生長點發育受阻，頂芽 和花雷枯死，受精不正 常，落花落果嚴重 細胞壁半纖維素的組成分；增強光合作用，促進碳水化 合物的合成和運轉；促進繁殖器官、分生組織的正常發 育；促進豆科固氮；增強抗逆能力 鉬 鉬酸銨、鉬酸鈉 硝酸還原酶、

21、固氮酶 參與固氮和硝酸還原；影響花粉的形成；影響碳水化合 物的合成和運輸；促進維生素C的合成 氯 CI- 棕櫚科植物缺氯，樹幹 增粗受阻，葉部出現黃 褐色斑點 參與光合作用；調節氣孔開關（維持滲透壓） 鎳 - 尿素酶、脫氫酶 影響氮素代謝 9 微量元素在植體內的角色為何? 功能 參與元素 功能 參與元素 光合作用與代謝過程中電 銅、鐵、 光合作用、呼吸作用、鐵的 銅 子載體、氧化還原反應 鉬 利用、細胞壁木質化 酵素與受質之間的橋樑 鋅、錳 氮素轉變合成 鉬、錳 細胞分裂、水分吸收、糖 硼 葉綠素形成、蛋白質、核酸 鐵 類運送 合成 固氮酵素 鉬、鐵 光合作用、呼吸作用、氮素 錳 代謝 硝酸還

22、原酵素 鉬 光合作用、根的生長 氯 尿素酶 鎳 固氮作用 鈷 蛋白質、植物生長素合成 鋅 植物的有益元素有那些？其功效為何？ 有些非必需元素，為某些植物正常生長所必需，但缺乏為所有植物必需之試 驗證據，其存在可使該植物生長更佳或更具營養價值，稱為有益元素。 植物的一些有益元素（Marschner, 1995） =1= 元糸 含量(mg/kg) 主要受益植物 主要功效 矽 0.1-1 105 禾本科植物（水稻）、 蔗、竹、矽藻、木賊 甘 增加植物體硬度，抗病蟲害 鋁 0.5-5 喜酸植物（茶樹）、厥類 提咼茶汁品質 鈷 0.02-0.5 豆科固氮植物、番茄 維生素B12合成，固氮酵素的成分 鈉 0.001-4 104 C4（玉米卜CAM（紅龍果） 植物、黎科（甜菜）、芹 采、無青 參與C4或CAM植物光合途徑， 代替鉀參與細胞滲透調節，對部分 酵素具有激活作用 鍺 - 塊根類植物（山藥） 動物必需元素 釩 0.02-0.5 一般植物（綠藻） 促進氮素代謝，促進鐵的吸收 硒 0.01-0.6 一般植物（紫雲英） 動物必需元素 碘 褐藻 C4： 甘蔗、玉米、 高粱及大部分雜草； CAM :多肉植物、仙人掌及鳳梨 10 土壤、肥料、植物體成分含量的表示法和單位? 肥料、土壤、土壤溶液及植物組織中的養分含量，有多種表示法，其間差別 很大，不可不知。同學需熟知各種表示法及其間的轉換。 成分的