迄今为止,植物中已发现的矿物元素超过70种,其中一些元素的含量较高,而另一些则较少。然而,这些元素的存在并不一定意味着它们在植物的新陈代谢中发挥作用,许多元素只是因为土壤中含有这些矿物而被植物吸收。由于植物没有完全选择性的吸收机制,它们既能吸收必需元素,也能吸收非必需甚至有害的元素。因此,仅凭植物的矿物组成并不能判断所吸收的元素是否对其具有重要作用。
在正常植物生长中,有17种被认为是必需的化学元素,也称为营养元素,必须满足以下条件:
1. 如果缺少某个必需元素,植物无法正常生长发育,无法完成其生命周期。
2. 缺少某个必需元素会引发缺乏症状,而这些症状只能通过补充该特定元素来纠正,即该元素无法被其他元素完全替代或取代。
3. 该元素在植物新陈代谢中的作用必须是已知的。
4. 该元素的作用必须直接作用于植物,而不是通过对生长基质的有利改性来实现。
根据这些标准可以明确,养分缺乏会对植物产生不良影响,可能导致植物生长异常,甚至死亡。
钙是一种必需的营养元素,被归类为大量营养元素,以阳离子(Ca²⁺)形式从土壤溶液中被植物吸收。钙被视为植物中的结构性营养元素,对分生组织区域的细胞分裂至关重要,尤其在生长点和根尖的发育中不可或缺。钙以果胶酸钙的形式存在于细胞壁中,是细胞壁中层的重要组成部分,在细胞分裂和细胞伸长过程中起着关键作用。此外,钙还对维持细胞膜的完整性和稳定性有重要作用。
然而,钙的功能并不仅限于结构性作用:
1. 钙作为酶的激活剂,例如激活淀粉酶(α-淀粉酶),该酶参与植物的萌发过程。
2. 钙通过与钙调蛋白结合来控制植物的多种生理过程,钙调蛋白是一种负责植物抗压反应的酶(表现出植物的适应潜力,激活热休克蛋白,激活脱水蛋白酶,从而增强脱水能力和细胞弹性等)。
3. 钙对于吲哚乙酸(IAA)的合成至关重要,IAA是一种对细胞生长和伸长非常重要的生长素激素。
钙在植物体内的流动性较低,以正二价离子(Ca²⁺)形式在木质部中运输,但在韧皮部中相对不易移动,因此钙缺乏的症状通常最先出现在新叶、顶端区域或处于生长期的果实中,而在果实成熟期也可能出现明显的缺钙症状。
钙缺乏的症状首先可在根部观察到,早于地上部分的症状。根尖会被黏液或胶状物质覆盖并逐渐变黑,植物会在茎基部附近开始生长新根。在地上部分的顶端,钙缺乏会影响顶芽,最终导致顶芽死亡,也会影响腋芽。靠近顶端的幼叶会先卷曲,之后顶端和叶缘逐渐死亡。在果实中,缺钙可能表现为顶端坏死、果皮开裂等症状。
这些果实问题在高温条件下更加严重,高温会导致蒸腾速率增加,从而改变钙的流向,使其流向叶片而非果实。因此,建议在蒸腾需求较高的时期施用钙,使用专门的产品,而不是硝酸盐类配方,因为硝态氮的顶端移动性只会加剧这一问题。