自年人们首次在植物中发现镍的存在以来,人们对植物中镍的作用进行了许多研究。70年代已经明确,镍是某些低等植物,如蓝藻、绿藻的必需微量元素。随后,在高等植物中发现了第一个含镍酶-刀豆脲酶。脲酶专一性地分解脲,在植物氮代谢中具有重要作用,从而开始了镍可能也是高等植物必需的微量营养元素的研究。年,在对大豆的研究中,获得了镍是高等植物生长所必需的第一个证据。随后,在对大麦、燕麦、小麦等的研究都为镍是高等植物的必需营养元素提供了直接或间接的证据,认为镍复合植物必需营养的标准,并将镍作物植物必需的第17种必需营养元素编入《植物生理学》第四版中,这是自年以来的38年中第一个新增的植物必需营养元素。
镍具有双重角色,一方面是植物必需的微量元素,另一方面又是环境的危害因素。
镍在植物体内的分布
镍在植物体内的含量依植物种类和地域而异,一般为15-55mg.kg(干重)。其中苔藓植物和蕨类植物最高,富镍地区的植物积累较多的镍。
植物对镍的吸收和镍的存在形式,与土壤的酸碱性及及植物的种类有关。有关研究发现,二价的镍离子更有利于植物吸收。植物对土壤矿物中的镍吸收很少,在土壤矿物中镍主要以结合态的形式存在,有效镍的含量较低,不利于作物的吸收利用。土壤溶液的pH越低,可被植物吸收的镍越多,不同植物对镍的吸收能力及耐受能力也不一样。
植物主要通过根系吸收有效镍,叶片也可以吸收一部分。在植株体内,营养生长期间镍主要富集在叶和芽中,在生殖生长期镍开始往生殖器官中转移,成熟的种子中镍的含量较高。
镍在植物体内的主要功效
1、脲酶的组成成分
目前,镍最明确的生化功效是在脲酶中的作用。脲酶是广泛存在于高等植物、藻类、真菌及细菌中,脲酶在氮素代谢中起着至关重要的作用,能将尿素分子转换成二氧化碳和氨,从而使酰胺态氮转化成作物可以直接利用的铵态氮。其种类繁多,但都含有镍。研究证明镍是脲酶的金属辅基,只有含镍的全酶才能表现出脲酶活性。
2、部分氢酶的组分,活化氢酶生理活性
镍除了是脲酶的金属辅基之外,还是一氧化碳脱氢酶、甲醛还原酶和氢酶的金属辅基。氢酶是一类生物体内催化氢的氧化或质子还原的氧化还原酶,它与氢的利用和能量代谢有关。镍不仅参与氢酶的促成,而且调节氢酶的表达。
3、镍对植物生长发育的影响
镍是豆科植物正常生长发育所必需的。无论是铵态氮或硝态氮,或是通过大豆共生固氮作用提供氮源,镍对植物氮代谢以及生长发育的正常进行都是必需的。
豆科植物,尤其是共生固氮的豆科植物,由于其特殊的氮代谢过程,体内的脲类化合物代谢活跃。缺镍时,幼叶尖端很容易积累大量的脲,脲毒害很快引起叶尖坏死或叶片出现死斑。出现肉眼可见的专一性缺镍症。
镍在大麦胚胎发育过程中有重要作用。缺镍时,胚根、胚芽的分化和发育均受阻,缺镍籽粒的生活力很低,仅有7%的种子有微弱的脱氢酶活力。此外,缺镍籽粒胚乳是透明的,而正常籽粒的胚乳则呈暗白色。缺镍时,会影响种子的萌发和右面的生长。
4、其他生理活性
镍能有效延缓水稻叶片的衰老,使叶片保持较高水平的叶绿素、蛋白质、磷脂和较高的膜脂不饱和指数。镍在植物体内与铁、锌、铜、钙、镁等必需营养元素之间也有相互制约的作用,镍可抑制植物对铜的吸收,铁可减轻过量铜和镍对植物的毒害等。
镍对植物的功效是多方面的,合理利用镍元素,能有效促进作物生长,减少镍积累造成的毒害。一般情况下,植物体内很少出现缺镍情况,镍的补充通常会和其他微量元素一起以混合态微肥进行补充,在施肥的过程中需要辅以功能性的叶面肥(如玛斯肽),促进微量元素螯合态的产生,减少微肥的固定,提高肥料利用率,同时减少环境不必要的污染。