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稀土在农业中的奇效(二)

添加时间:2016-02-23

四、稀土元素对植物矿质营养代谢的影响 大量研究资料表明,施用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收,转化和利用,这已得到许多实验结果的证实。用富镧稀土对春小麦喷施或拌种,采用15N,32P示踪技术检测,实验结果显示春小麦生长发育得到促进,结实穗数和籽粒数也有所增加,表明使用稀土可提高春小麦对氮,磷肥的吸收,运转,利用,并减少土壤中氮素损失。聂呈荣发现,花生喷施稀土,对根瘤固氮活性和叶片硝酸还原酶活性均有显著的促进作用,从而提高了叶片氨态氮含量,降低了硝态氮含量,改善了植株的碳氮代谢,对改善品质,提高产量有利。常江发现镧(10mol/L)和钙(1mol/L)均可降低水稻根系对K+的亲和力,导致K+的吸收下降。镧可促进磷吸收,而钙则相反。廖铁军研究了稀土在氮,磷均衡营养供应的条件下,对几种作物的增产刺激作用。认为增产机理在于稀土可促进,协调作物对矿质养分的吸收,刺激酶活性。而且稀土是生理活性物质,必需与大量营养元素进行合理的配用,才能发挥效益。李元沅发现在灰泥田水稻分蘖始期和初穗期喷施稀土离子可使根际容积磁化率提高,并显著促进水稻对养分的吸收和生长发育。值得注意的是,这是为数不多的一篇涉及到生物磁性方面工作的文献。

五、稀土元素对植物光合作用的影响 光合作用对植物干物质的积累和作物产量均有决定性的作用。无论是大田实验,还是实验室实验都明确证明,稀土元素对植物的光合作用有明显的影响。显微学研究表明:稀土可增加叶肉组织中叶绿体的数量,提高微管束的排列密度,因此可提高光合作用效率。

稀土元素对糖用甜菜块根膨大期和糖分积累期光合产物分配的影响可利用CO2示踪法来检测。结果显示,喷施适当浓度稀土元素可提高甜菜同化CO2能力,提高根冠比,改善光合产物的分配,有利于光合产物向块根运输。用适当浓度稀土元素在苗期和花针期喷施花生时,可提高叶片叶绿素含量和净光合强度,因而增加花生荚果产量。刘洪章等用叶面喷施稀土方法,对黑穗醋栗生长进行了研究,发现低浓度(300-800ng/L)处理能显著增大叶面积,提高叶片叶绿素总量,对叶片光通量密度,气孔导度和蒸腾速率均有良好的影响,对提高座果率,单株产量等均有益处,而高浓度处理时则出现抑制作用。

有关稀土元素对光合作用产生影响的机理一直是受人关注的一个研究方面。但目前还没有一种被大家所一致公认的机理。有报道说,铈对黄瓜叶绿体中叶绿素蛋白质复合物的形成有影响。李赛君等则在甲醇和醋酸体系中合成得到叶绿素-镧配合物。通过研究叶绿素-镧和叶绿素a的紫外可见(UV--VIS)和瓷圆二色性谱(MAD)证明,镧离子已配位到叶绿素的卟啉环上,形成了叶绿素-镧的配合物。沈博礼等则认为稀土对植物光合能量代谢的影响,主要还是促使PSⅡ蛋白质复合体的活性加强和电子传递链中电子传递速率加快,从而带动整个光能转换和光化学反应。还有的研究者发现稀土元素还可以改变叶绿素在细胞内的移动速率。

六、稀土元素对植物抗逆性的影响 大田作物栽培常会遇到诸如干旱,高温,低温,盐渍,病虫害等逆境条件。使用稀土,可以增强作物对上述不良环境条件的抵抗能力。用300mg/Kg稀土溶液处理棉花种子,枯萎病发病率可降低18.96%--11.45%,病情指数降低25.6%--17.43%,相对防效分别为29.19%--39.3%。但高浓度稀土则效果不明显,甚至产生药害。其他作物施用稀土也都显示出不同程度的抗病性。对于稀土元素能增强作物的抗逆性和抗病性,宁加贲认为在于稀土离子能与细胞膜的磷脂结合,调节钙的代谢,并取代Ca+2离子,参与与Ca+2有关的许多生理过程,所以,稀土离子能维持细胞膜的通透性和稳定性,提高细胞膜的保护功能,增强作物对不良环境的抵抗能力。加强代谢过程中的氧化酶活性,有效地抑制病原体侵染,从而提高作物的抗病性。

七、稀土元素对植物生物量、品质的影响 由于稀土元素可促植物生长,提高光合速率,增强植物的光合作用,提高种子萌发能力和根系发育,从而增强了对养分的吸收以及干物质的积累,所以稀土元素对植物的效应既能提高其生物量,还能改善其品质。对水稻(Oryzasativa)、桔子(Citrus)、西瓜(Citrullus)和菠菜(Spinacia oleracea)等植物施用稀土元素后将增加其产量,改善品质,同时也减少了植物体内农药剂含量。结果表明,适宜浓度稀土浸种花生不仅提高了叶绿素含量和光合强度,而且还促进了叶片细胞叶绿体的生长发育,使叶绿体结构完整、排列整齐,基粒片层数增多,紧密度高,从而有利于光能的吸收和转化,提高荚果产量。Xie等发现低浓度镧能促进水稻生长、根系干重和穗粒数,而高浓度镧抑制穗粒形成和根系延长生长在整个浓度范围内镧元素对水稻茎杆重没有显著影响。储钟稀等研究了稀土对玉米的生物效应影响,玉米种子经稀土溶液浸种48h,玉米的萌发势和幼苗生长明显优于对照,他还发现"益植素"稀土对玉米叶片的叶绿素含量和叶绿素a/b比值有促进作用。

稀土还能提高植物果实的品质。国光苹果树在花期施用稀土溶剂1~2次,坐果率平均提高5%~7%,最高达12%;着色前喷施1~2次可增色10%~30%左右,果实糖分增加0.5%~1.0%。据王颖明测定,荔枝(Litchi chinensis)施用稀土元素后坐果率比对照平均增加5.4%,施用稀土元素可使荔枝早抽穗、果实色泽红艳,比对照的早熟10天左右。李淑仪等报道施用适量稀土可提高沙田柚(Citrus grandis)树木对营养元素的吸收,促进养分平衡,从而提高沙田柚坐果率和产量,而且对柚果还有增糖降酸的效果。国内外对稀土元素研究进行了不少工作,多数研究者肯定了"益植素"稀土元素对植物生长有一定的刺激作用,施用适量"益植素"稀土元素能提高植物生物量,改善其品质。

八、稀土元素对植物抗逆性及抗病性的影响 在植物生长过程中,由于植物生长环境受多种因素的影响,经常受到高温、低温、干旱的危害、水涝、盐渍以及酸雨的浸害和病虫的侵害。稀土元素除有促进植物生长的作用外,在适当的应用条件下可以增强植物的抗逆行并且对一些植物病害有一定的防治作用。许多研究表明,施用适量的稀土元素可防治植物病害的发生。早在1980年,Kawaski报道将研磨成细粉的褐铱矿施入田中不但可防治水稻枯萎病,而且能防治白菜(Brassica pekinensis)的软腐病。宁加贲等研究发现,施用稀土元素可使黄花菜(Hemerocallis citrine)叶枯病、叶斑病和锈病发病率减少8.16%,发病指数降低10.23%。白松等证实用不同浓度稀土溶液浸种12h,其中用稀土溶液处理棉花(Gossypium hirsutum)种子,枯萎病发病率可降低18.96%~11.45%,与多菌灵的防病效果相当,但高浓度稀土溶液则效果不明显,甚至产生药害。

九、植物对稀土元素的吸收特性 植物体内含有大量的化学元素,几乎元素周期表中天然存在的化学元素包括稀土元素都可以在植物体内找到,但它们含量差别很大。稀土元素虽未被证明为植物的必需元素,但大量研究表明,稀土元素具有与微量元素相似的某些特性。通过对叶片喷施可使植物吸收"益植素"稀土元素,但植物主要还是通过根系从土壤中吸收稀土元素。当农用稀土施用量高于烘干土时,可明显延迟尿素在土壤中的水解,并抑制其水解产物铵态氮的氧化,利于土壤对尿素氮的固持。与微量元素相似,植物对稀土元素的吸收也因植物品种、生长条件和发育阶段不同而发生变化;生长在同一地点不同植物对同一种稀土元素的吸收量不同。用中子活化分析方法对同一种蕨类植物的成熟叶片和幼叶分析,结果表明,幼叶中稀土元素含量比成熟叶片中稀土元素含量低一到两个数量级,可以认为,蕨类植物稀土元素积累与他们生长阶段相关。一些蕨类植物吸收稀土元素,而云杉(Picea asperˉata)吸收稀土元素不多。铁芒萁(Dicraˉnopteris dichotoma)植物对稀土元素有极强的选择吸收能力。对有些植物来说"益植素"稀土元素吸收最快的时间是生长始期,如小麦的三叶期。另外,生长在"益植素"稀土元素富集土壤中的植物吸收稀土元素量很高。

十、在植物体内的含量,分布及存在状态 稀土元素在土壤中广泛存在,但植物体内稀土元素的含量与多种因素有关。土壤环境,植物的种类,气候条件等都会使植株内的稀土元素含量差异很大。同一植株的不同器官,不同生长部位的含量也不相同。从整体看,在自然状态下,植物从土壤中吸收稀土元素后,不同器官中稀土元素的含量由大到小的顺序是:根,叶,茎,花,果实。马玉增,劳秀荣,郝福玲等通过用稀土浸种,分别研究了花生,玉米和小麦对稀土的动态吸收过程和植物各器官对稀土的吸收量,结果表明,含量分布与在不施稀土的自然状态下相同。

对稀土元素在植物体内存在位置和存在状态的研究是探索稀土元素的植物生理功能的一条重要途径。周世恭利用电镜制片技术使进入小麦幼苗的镧离子固定在原有位置,采用扫描电镜与能谱分析相结合的方法进行研究。结果显示:进入植物体的镧离子多数沉积在根尖细胞壁上,只有少量积累在生长区皮层细胞壁和叶肉细胞壁上细胞质中未检出。表明镧离子主要沿细胞壁和壁外途径传递和分布,未能通过质膜进入到细胞内。而李齐等以不同浓度Ce(NO3)3处理I-90杨根,再经快速冷冻干燥,塑料真空渗透包埋,用透射电镜能量分散型X射线微区分析法对铈及其它离子在亚细胞微区间的分布和含量进行了测定。表明铈不但进入植物细胞,而且在细胞核内有明显富集。在此,是由于供试的稀土离子不同,植物的种类不同,还是实验条件的差别(如稀土处理样品的方法,植物的生长期不同等)而导致不同的结论,尚不清楚。这方面的工作还有待于进一步深入。

有关稀土在植物体内存在形式的研究工作并不多见。这几年来,只有钟淑琳报道了从未喷施过稀土的新鲜茶叶中分离出一种稀土-脂多糖,并测定了其分子量。这方面的工作进展缓慢可能是由于植物的组成成分复杂,且稀土-生物分子化合物含量甚微,现有的分离手段难以达到这样的要求,从而使得这方面的工作较为困难。

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