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矿物质营养和作物产量的关系1

郑宏啟整理?植物抗逆从营养做起?2025年01月09日16:23?北京

第?5?章矿物质营养、产量和源库关系

欧内斯特·柯克比?1?，米罗斯拉夫·尼科利奇?2?，菲利普·怀特?3?，徐国华?4

1利兹大学生物科学学院，英国利兹，

2贝尔格莱德大学多学科研究所，贝尔格莱德，?塞尔维亚，

3生态科学，詹姆斯赫顿研究所，邓迪，苏格兰，英国，

4资源与环境学院，南京农业大学科学系，中国南京

总结

本章描述了营养物质在调节植物产量形成过程中的作用。农作物的产量受生物量生产及其与收获的植物器官的分配的控制。生物质生产依赖于对光能的捕获，通过叶片的光合活动（即源活动）和叶面积，为整个植物提供碳和能量。根系为植物提供土壤中的水分和养分。营养物质是叶子生长所必需的，也是光合作用装置的组成部分。养分供应还通过光氧化、水力和植物激素信号以及糖信号间接影响光合作用和叶片衰老。营养物质作为呼吸电子链的组成部分影响呼吸，并通过它们影响呼吸系统ATP合成的效率。本章描述了光合作用对植物器官的分配如何受到这些器官利用同化物进行生长和储存的能力的控制，即它们的吸收强度，以及这如何受到营养供应的影响。营养物质在调节库形成方面发挥着重要作用，例如，通过它们对植物结构、开花、授粉和块茎萌发的影响，以及在控制库器官的储存过程中。营养供应还改变了植物激素的内源浓度，这些植物激素调节了库源关系。源器官和库器官在物理上是分开的。因此，韧皮部中光合作用和养分从源头到库的长距离运输对于植物的生长和产量至关重要。阐述了同化体在源位的韧皮部负载、韧皮部迁移和声库位部的卸载原理。

5.1?概况

超过?90%?的植物干物质由纤维素、淀粉、脂质和蛋白质等有机化合物组成。植物的总干物质产量（即生物产量）与光合作用直接相关，光合作用是绿色植物合成有机化合物的主要过程。在农作物中，经济产量被定义为种植特定作物（例如谷物和块茎）的收获植物器官的干物质产量。因此，在许多农作物中，重要的不仅是总干物质的产生，而且干物质的分配也很重要。收获指数是作物收获部分存在的植物干物质总产量的比例。因此，生物量在植物器官间的分配及其控制机制在作物生产中具有至关重要的意义。对于食用植物的品质，除了在初级和次级代谢中合成的有机化合物外，矿物质营养物质的含量及其在植物器官中的分布也很重要（第9章;Bouis?和?Saltzman，2017?年;White?和?Broadley，2009?年）。

在本章中，讨论了光合作用的一些原理，以及光磷酸化和光呼吸的相关过程，并给出了矿物质营养物质参与这些过程的例子。该讨论包括光抑制和光氧化的各个方面，以及保护光合装置免受这种损伤的机制。在植物中，光合作用的主要部位——源头（成熟的绿叶）——和消耗和储存的部位——水槽（根、芽顶端、种子和果实）——是分开的。因此，韧皮部中光合作用从源头到库的长距离运输对于植物的生长和产量至关重要。有必要对声合产物在源位点的韧皮部负载、韧皮部运输和声槽位点的韧皮部卸载过程以及这些过程的调控有基本的了解，特别是植物激素的作用。最后，讨论了源库之间的关系，以及产量是否可以受到源或库的限制的问题。

5.2?养分供应与产量的关系

植物生长需要各种因素，例如光照、CO2、水和养分。从缺陷范围增加这些因子中的任何一个的供应量都会提高生长率和产量，但随着生长因子供应量的增加，响应会减弱。Mitscherlich在数学上将养分的这种关系表述为产量递增递减定律（Mitscherlich，1954）。根据这一定律，特定营养物质的产量响应曲线是渐近的：当一种营养物质（或生长因子）的供应增加时，其他营养物质（或生长因子）或作物植物的遗传潜力成为限制因素。养分的典型产量响应曲线如图5.1所示。三条曲线的斜率不同。当营养供应以相同的质量单位表示时，微量营养素的斜率最陡，N?的斜率最平缓。斜率反映了植物对特定营养物质的不同需求。

Mitscherlich（1954）所做的一些假设是不正确的。特定营养物质的产量响应曲线的斜率不能用常数因子来描述，曲线也不是渐近的。当营养物质供应充足时，获得一个倒置点，如图?5.1?中所示的微量营养素。这种反转可能由许多因素引起，包括一种营养素本身的毒性或另一种营养素的诱导缺乏。在谷物氮素供应量高的情况下，由于倒伏或病原体攻击，粮食产量可能会降低。高氮供应也可能降低产量，因为它会影响植物激素浓度，从而影响发育过程（第5.9节）。

图5.2给出了养分之间影响产量的相互作用的一个例子。在最低的氮供应下，对氮供应增加的响应很小，而在高氮供应时，产量受到严重抑制。谷物和秸秆的产量响应曲线不同。与秸秆产量相比，当氮供应量高时，中高钾供应下的籽粒产量趋于平稳，反映了库限制（例如，每穗粒数小）、库竞争（例如，分蘖形成增强）或来源限