[科普中国]-氮素营养

植物对氮素的吸收、利用以及氮素在植物生命活动中的生理作用。植物体内氮素主要来源于土壤，硝态氮和铵态氮是土壤中植物氮素营养的有效形态，且能被根系直接吸收利用，因而又称速效态氮。二者对高等植物虽有相似的营养效应，但在吸收和利用上存在一定的差异。差异程度随植物种类和环境条件而变化。供氮不足会引起植株外部形态和内部代谢的变化。根据这些变化可以判断植物的氮素营养状况，采取相应的农业措施。耕地缺乏氮素是世界各国普遍存在的问题。在中国土壤耕作层含氮量平均为0.06～0.1%，其中有效氯不足总氮量的百分之一。另一方面化肥工业的迅速发展，氮肥用量日益增多，而氮素回收率常在40%以下造成严重的环境污染。因此合理利用氮肥和提高氮素利用效率在国际上被认为是21世纪的置点研究课题。

简介植物对氮素的吸收、利用以及氮素在植物生命活动中的生理作用。植物体内氮素主要来源于土壤，硝态氮和铵态氮是土壤中植物氮素营养的有效形态，且能被根系直接吸收利用，因而又称速效态氮。二者对高等植物虽有相似的营养效应，但在吸收和利用上存在一定的差异。差异程度随植物种类和环境条件而变化。供氮不足会引起植株外部形态和内部代谢的变化。根据这些变化可以判断植物的氮素营养状况，采取相应的农业措施。耕地缺乏氮素是世界各国普遍存在的问题。在中国土壤耕作层含氮量平均为0.06～0.1%，其中有效氯不足总氮量的百分之一。另一方面化肥工业的迅速发展，氮肥用量日益增多，而氮素回收率常在40%以下造成严重的环境污染。因此合理利用氮肥和提高氮素利用效率在国际上被认为是21世纪的置点研究课题。1

氮素吸收存在于土壤中的氨素形态是多种多样的，但并非各种形态氮素都能被植物直接吸收利用。高分子氟化物(包括蛋白质、腐殖酸类)和被土壤晶格固定的氮必须经过分解和置换后方能为植物吸收利用，被称为缓效态氮。用14C-氨基酸和14C-酰胺试验表明，多种氨基酸、酰胺可以分子形态直接进入植物细胞。但土壤中这些形态的氮素含量有限，在植物氮源中不占重要地位。尿素也可以完整的分子态被植物吸收但常在土壤中尿酶作用下分解成铵，故实际进入细胞内的形态不一定是尿素分子。硝态氮和铵态氮可以直接被植物吸收利用是植物氮营养的最主要来源。

无机氮的吸收显著地依赖于代谢作用，被认为是主动吸收过程。低温、低氧、呼吸毒物及代谢抑制剂对吸收有明显的阻抑作用。氧化磷酸化解偶联的试验证实，ATP的供应和氮素吸收有着密切关系。吸收机理的研究也显示出吸收过程可能存在主动吸收系统。运转过程可能是通过载体和膜上ATP酶的作用而完成的。高等植物的膜上ATP酶在无机元素吸收中的作用已得到确认。1

氮化物运输高等植物的器官分工，使氮素运输成为调节器官代谢和生长的基础。根系向地上部长距离运输氮化物主要依靠木质部，叶片等器官向外运输还原态氮的主要途径是韧皮部。无机氮的运输形态主要是NO3-，有机氮运输则有氨基酸、酰胺、尿囊素、尿囊酸、低分子肽等多种形态。氮素也可以酰胺和蛋白质形态贮存，这些氮素在需要时可以再次参与氮素同化。分解代谢产生的氮化物可以多次被再度利用，因此木质部中的氮素不一定都是刚从体外吸入的，可以来源于贮存氮和氮代谢循环。输导液流中的氮素浓度和运输速率随供氮水平、生育进程和昼夜节奏而作有规律的变化。茎组织和枝条可以吸收主干输导流中的氮素。器官组织的放射性自显影研究表明木质部薄壁细胞，尤其是与叶迹相连的薄壁细胞，在从木质部汁液中吸取氮溶质时起着重要作用、有些植物的茎节具有转移细胞，这是向侧芽或向上部叶片供应氮素的调节部位。由于氮素的侧向运输，茎上部输导流中的氮浓度明显降低。顶部未展开的叶片通过蒸腾液流输入的氮素比较少，这类叶片的氮营养主要依靠韧皮筛管提供，而木质导管则是定型叶片氮营养的主要通道。1

氮的生理功能氮素是蛋白质的主要成分，是生命活动的物质基础，被称为生命元素。蛋白质平均含氮16%左右，是细胞原生质的重要组成成分。细胞增殖、植物生长发育都和蛋白质代谢有着密切关系。核酸的形成也需要氮素参加，核糖核酸和脱氧核糖核酸是蛋白质生物合成和遗传信息传递的物质基础，酶的本质也是蛋白质，在有些细胞的可溶性蛋白质中酶占有相当大的比例，如二磷酸核酮糖羧化酶占叶细胞可溶性蛋白的50%。氮素通过酶的催化效应影响多种生化反应。植物体内的许多重要活性物质也都是含氮化合物，例如多种维生素、植物激素、生物碱、磷酯、叶绿素等。因而氮素对许多物质转化过程产生重要影响。与能量代谢、生物氧化有密切关系的腺苷三磷酸、烟酰胺腺嘌呤核苷酸、铁氧还素等的形成也需要氮素参加。氮素可以调节激素形成和激素平衡，并能促进和调控制器官生长。1

氮营养诊断诊断植物氮营养状况可采用外观目测和成分分析相结合的方法。氮素不足时植株生长短小，分枝分蘖少，叶色变淡，尤其是基部叶片，株型也发生改变。通过成分分析可以测知体内多种成分含量及其与植物生长和产量之间的关系，以求得获取最佳产量时各成分含量的适宜范围。诊断指标多用全氮含量、蛋白氮和非蛋白氮及其比例、氨基酸、酰胺含量等。简易测定法在玉米棉花等作物上常选用NO3--N速测法，水稻等作物上选用叶鞘汁液氨基酸含量和淀粉含量速测法。氮营养的酶学诊断，如以叶柄、叶片的NR活力作为植物氮营养水平标志的研究，正在小麦、大麦、棉花等作物上进行。1

本词条内容贡献者为:

赵阳国 - 副教授 - 中国海洋大学