镍元素

植物的土壤营养姓名：苏婷婷专业：2014级植物营养学号：112014320001426镍元素2014年12月12日镍元素的发现植物的镍素营养植物体内镍的含量镍的营养功能植物对镍的需求镍对植物的毒害作用目录镍污染修复镍元素的发现发现人：克朗斯塔特发现过程：1751年，瑞典的克郎斯塔特，用红砷镍矿表面风化后的晶粒与木炭共热，而制得镍。元素来源：镍黄铁矿[(Ni,Fe)9S8]发现时间和地点：1751瑞典一般认为，镍是亲铁元素，土壤中镍大部分与铁锰氧化物结合在一起形成复合物或吸附在铁锰氧化物的表面。镍铁陨石镍元素的发现镍元素的简介位于第四周期第Ⅷ族。化学性质较活泼，但比铁稳定。室温时在空气中难氧化，不易与浓硝酸反应。耐强碱，在稀酸中可缓慢溶解。镍和铁属d区过渡元素化学特性镍元素的简介镍在地壳中含量不小，大于常见金属铅、锡等，但明显比铁少得多，而且镍和铁的熔点不相上下，因此注定它比铁发现得晚。镍元素的简介过量表现：每天摄入可溶性镍250mg会引起中毒。有些人比较敏感，摄入600μg即可引起中毒。依据动物实验，慢性超量摄取或超量暴露，可导致心肌、脑、肺、肝和肾退行性变。缺乏症：动物实验显示缺乏镍可出现生长缓慢，生殖力减弱。镍元素的简介镀在其他金属上可以防止生锈，可用来制造货币等，主要用来制造不锈钢和其他抗腐蚀合金，如镍钢、镍铬钢，含镍成分较高的铜镍合金，就不易腐蚀；镍的盐类大都是绿色的，氢氧化镍是棕黑色的，氧化镍则是灰黑色的，因此也被用于各种有色金属合金，陶瓷制品、玻璃着色等等；镍也作加氢催化剂。电解镍：电解镍是使用电解法支撑的镍，用它制造的不锈钢和各种合金钢被广泛地用于飞机、坦克、舰艇、雷达、导弹、宇宙飞船和民用工业中的机器制造、陶瓷颜料、永磁材料、电子遥控等领域。应用领域植物的镍素营养镍元素是植物所必需元素？自1975年发现镍是脲酶的组成成分以来，人们对镍在高等植物体中的作用有了新的认识，随后又发现镍还是几种氢化酶、脱氢酶及甲基酶的组分；Eskew等发现，缺镍的大豆由于植株体内脲酶活性受到抑制而使其叶中的尿素累积到毒害水平，叶尖出现坏死现象。Walker等用碗豆做试验发现在植物的生殖生长阶段镍参与了体内的氮代谢。Checkai等报道缺镍的番茄植株新生叶失绿，继而引起了分生组织坏死。80年代中期，Brown等在实验室条件下系统研究了镍对植物生长和代谢的影响，发现植物受镍影响的主要代谢过程包括种子萌发、衰老、氮代谢和铁吸收，并且发现缺镍时有些植物不能完成生命周期，进而指出了镍是植物生长所必需的微量营养元素。植物的镍素营养——植物体内镍的含量与植物必需的Mn、Cu、Zn等微量营养元素相比，镍在植物体中的含量较低。元素土壤植物平均值范围一般范围中毒临界值Mn850100～400015～100500Zn5010～3008～15500Cu202～1004～1530Ni4010～1000125Co81～400.05～0.5——表2土壤和植物体内镍和其它金属元素的含量（mg/kg）植物的镍素营养——植物体内镍的含量大多数植物体内的营养器官中的镍的含量一般在0.05～10mg·kg-1范围内，平均1.10mg·kg-1。作物种类含镍量/mg·kg-1干重作物种类含镍量/mg·kg-1干重食荚菜豆1.7～3.7莴苣1.0～1.8菜豆1.1番茄0.43～0.48洋葱0.59～0.84马铃薯0.29～1.0大白菜0.62～0.99黄瓜1.3～2.0胡萝卜0.26～0.98甜玉米0.22～0.34燕麦子粒0.3～2.8苹果0.06小麦子粒0.2～0.6柑橘0.39植物的镍素营养——镍的营养功能（一）有利于种子发芽和幼苗生长低浓度的镍能刺激许多植物的种子发芽和幼苗生长，例如小麦、豌豆、蓖麻、白羽扇豆、大豆、水稻等。植物的镍素营养——镍的营养功能用0.5～1.0mg·kg-1浓度的镍处理春小麦，总的生物量、株高和产量有增长的趋势。用10～100mg·kg-1浓度的镍处理春小麦，对其生长发育及产量无明显影响。这一结果说明，春小麦对高浓度镍的耐受性较强。当镍浓度高达200mg·kg-1时，其株高及产量均受到明显的影响。植物的镍素营养——镍的营养功能在种子萌发时，尿囊素是氮的代谢产物，因而需要镍参与这些代谢活动，促进种子萌发，且这种作用会影响后代。所以，镍对于施用尿素或代谢过程中产生尿囊素的植物具有促进生长的作用。镍促进种子的萌发或许是参与尿素代谢时所需。另外，缺镍种子的成活率能通过镍浸种来提高，说明镍对母体植物种子的发育是必需的。植物的镍素营养——镍的营养功能用低浓度的镍喷施马铃薯、葡萄、番茄和水稻均可促进其生长。镍盐能显著抑制苹果和绿豆胚轴组织中乙烯的产生。施用镍，能使马铃薯、大豆、小麦等作物产量增加，产品品质改善。植物的镍素营养——镍的营养功能不同浓度Ni2+胁迫对苗长的影响以梭梭、花棒、红砂、白沙蒿、盐生草、五星蒿和虫实7种旱生植物种子为材料，研究不同浓度镍处理下7种旱生植物种子萌发和幼苗生长情况。植物的镍素营养——镍的营养功能图2镍对苗长的影响植物的镍素营养——镍的营养功能由图2可以看出，5mg／L的Ni均不同程度抑制7种旱生植物幼苗生长。Ni浓度为5mg/L时，梭梭和花棒苗长与对照相比略有减少，但不显著(P0.05)，随Ni浓度升高抑制程度显著增强。盐生草和五星蒿苗长在Ni浓度为5mg／L时显著减少，Ni浓度大于50mg／L减少极为显著(P0.001)。红砂、白沙蒿苗长受抑制最为明显，在Ni浓度为5mg／L时极为显著减少(P0.001)。植物的镍素营养——镍的营养功能图4镍对幼苗根长的影响植物的镍素营养——镍的营养功能5mg/L的Ni2+显著抑制除花棒外其余6种旱生植物幼苗根生长，梭梭、盐生草和五星蒿根长显著减少，红砂和白沙蒿根长受抑制最为明显，减少极为显著，当Ni2+浓度高于50mg/L时，红砂和白沙蒿根伸长仅为1～3mm，根部呈黑色，根生长停止，致使苗生长也受到抑制。植物的镍素营养——镍的营养功能图3镍对种子萌发的影响植物的镍素营养——镍的营养功能结论镍胁迫对7种旱生植物种子萌发、苗长、根长影响中，对发芽率影响最小，对根长抑制作用最强。相对于种子萌发而言，幼苗生长状况对金属毒性更敏感，而根长的变化最为显著。植物的镍素营养——镍的营养功能（二）催化尿素降解在生物系统中，镍作为许多酶的金属成分，是维持酶活性所必需的。微生物、动物——含镍的酶，如氢化酶、甲基辅酶、肝脱氢酶等。植物——脲酶。脲酶的作用是催化尿素水解为氨和二氧化碳。脲酶的种类很多，不同种类脲酶的含镍量不同。镍对于脲酶维持构型与发挥功能是必需的。研究发现，通过EDTA处理钝化的脲酶，在加入镍后可恢复活性，在一定范围内其活性恢复的程度与添加的镍的数量呈直线相关。高等植物中的脲酶主要存在于叶片中，在叶面喷施尿素后也可诱导产生。不仅土壤中尿素肥料的分解需要含镍的脲酶，植物体以尿素为氮源时也需要含镍的脲酶。如果土壤施用尿素过多而镍不足时，脲酶活性降低，导致体内尿素过量累积会导致叶片异常甚至坏死。植物的镍素营养——镍的营养功能即使高等植物不以尿素为氮源，代谢过程中体内也可能累积尿素，因此也需要适量的镍，以促使尿素分解。植物体内尿素的生成途径如图5所示。植物的镍素营养——镍的营养功能瓜氨酸精氨酸鸟氨酸γ—胍基氨酸鲱精胺丁二胺γ—氨基丁酸尿素嘌呤黄嘌呤尿素尿囊酸乙醛酸刀豆氨酸副刀豆氨酸图5植物体内尿素生物合成的途径植物的镍素营养——镍的营养功能（三）防止某些病害低浓度的镍可以促进紫花苜蓿叶片中过氧化物酶和抗坏血酸氧化酶的活性，达到促进微生物分泌的毒素降解和增强作物的抗病能力。研究表明，镍可降低IAA氧化酶活性而提高多酚氧化酶活性，间接影响酚类合成，并提高作物的抗病性，如低浓度镍能防治谷类作物的锈病、水稻叶枯病、棉花枯萎病等。图6总结了镍对高等植物生长发育影响的一些研究结果。植物的镍素营养——镍的营养功能图6镍对高等植物生长的影响植物的镍素营养——镍的营养功能补充适量的镍能改善小麦、棉花、辣椒、番茄、马铃薯等植物的生长状况。《镍在植物生命活动中的作用》扶惠华.等.1996小麦、水稻种子经低浓度镍浸种后,发芽率明显提高。《镍对水稻种子萌发的影响及生理生化背景研究》王煜.1998低浓度Ni2+处理可以适当提高大豆种子的发芽势和发芽率,促进种子萌发；促进植物体内保护系统所存在的酶类活性增加,使膜系统免受氧化而造到破坏,促进植物生长。《镍对大豆种子萌发和膜脂过氧化作用及体内保护酶活性的影响》王启明.2006低浓度Ni2+处理可以略微的提高黄瓜种子的发芽势和发芽率，促进种子萌发。体内保护酶系统SOD、POD、CAT的活性明显上升。《不同浓度镍胁迫对黄瓜种子萌发及其生理生化特性的影响》陈庆华.2009植物对镍的需求豆科植物和葫芦科植物对镍的需求最明显，这些植物的氮代谢中都有脲酶参加。豆科作物中大豆、豇豆在固氮条件下，木质部运输的氮素主要是尿素与酰脲。当供应尿素为氮源时，植物对镍的需要更迫切。Walkeg等(1985)试验证明，在豌豆培养液中除去镍后，植株中尿素明显累积，叶尖坏死，在坏死组织中尿素的含量高达3.1%。而施入适量的镍后，植株内脲酶活性增强，尿素含量下降，对植株的生长有所促进（如表3）。植物对镍的需求表3镍对黄瓜、大麦脲酶活性的影响镍浓度/mg·L-1脲酶活性（NH3）/mg·kg-1·h-1鲜重黄瓜大麦施用尿素-N施用NO3--N施用尿素-N施用NO3--N0.0038211370.011961061871030.102341192121161.00263162153248镍对植物的毒害作用镍超过一定浓度就会对植物产生毒害，其毒害程度随化合物种类而异。例如，对小麦种子发芽的抑制能力是：Ni(CN)2·2KCN＞Ni(NO3)2＞NiCO3＞NiCl2＞NiSO4。也因植物种类而异。对镍比较敏感的植物，中毒的临界浓度10µg·g-1，对镍中等敏感植物的临界浓度＞50µg·g-1。镍毒害的症状首先是叶子表现缺绿。缺绿严重度和镍︰铁比率之间有正相关。例如，基质中镍︰铁比值在6以上缺绿是严重的，而低于1则常常不显著。还有人指出镍︰铜比率和缺绿及坏死有关，约为1.0的镍铜比值就引起这种症状，推测镍︰铜比率增加时，植物对镍毒的忍耐力则减少。镍对植物的毒害作用继缺绿之后，往往在叶脉间出现褐色坏死（如糖用甜菜），在燕麦叶片上坏死则呈白色纵向带状。坏死并不一定发生在缺绿的叶片上，而且对许多植物可能仅仅引起坏死。叶的含镍量与坏死的出现存在正相关。番茄受到镍毒害时，随着缺绿和坏死，出现生长受阻和稀疏，果实变小和早熟，果实上有褐斑，发出褐色带粘性的根。燕麦亦表现根的生长和次生长根形成受抑制，根变成纤维状与暗赭石色。•微生物修复技术土壤中的微生物在重金属胁迫下，形成了体内和体外的抗性机制，通过微生物的吸收和吸附作用，可能减少重金属的移动性和生物毒性。一些试验发现根际微生物可使植物修复效率提高。（蔡信德2005）•植物修复技术重金属污染土壤的植物修复,是一种利用自然界中超积累植物或者遗传工程培育植物系统及其根际微生物群落来移去挥发或稳定土壤环境中的重金属污染物,或降低重金属的毒性,以期达到清除污染修复或治理土壤为目的的一种技术镍污染修复•淋洗技术淋洗剂可抑制Ni2+沉淀和有效解吸土壤负载Ni2+,提高了Ni2+的生物可利用性和植物修复效率。淋洗剂：无机类溶液淋洗剂(HCl),天然有机类溶液淋洗剂(腐殖酸),有机类溶液淋洗剂(柠檬酸、环糊精),人工合成类螯合物(EDTA、DTPA)腐殖酸洗脱率较大,且洗脱速率较快,土壤pH为4~8时可以很好地去除Ni2+。(刘峙嵘2006)镍污染修复植物的镍素营养——镍的营养功能镍和其它植物营养元素的关系知识小拓展人们早就发现过量镍引起的植物毒害症状类似缺铁性缺绿病,如用同位素69Fe试验证明，镍抑制植物对铁的吸收与转运。Cataldo等在用大豆幼苗研究镍的吸收动力学时，发现铁抑制了镍的吸收和从根向地上部的转运。但有些报告指出，过量镍引起的缺绿植株的铁含量很少改变或没有改变。Iizu