摘 要 本文介绍了植物对稀土元素的吸收特性和稀土元素在植物体内的分布、存在形式，
综述了近年来有关稀土元素的植物生理效应的研究进展情况。
关键词 稀土元素；植物；生物效应
作者简介:许宝泉（1964-），男，副教授、博士，从事生物工程研究与教学。
稀土元素是指元素周期表中镧系元素及其同族的钪和钇，共17种元素。根据它们的化学、物理性质, 在分离工艺上将钪和镧、铈至铕称为铈组稀土或轻稀土, 将钆至镥和钇称为钇组稀土或重稀土。我国稀土资源约占世界总储量的80%，在稀土农业应用方面的成就已居世界先进水平，在全国有一定的推广面积，产生了很大的经济效益和社会效益。
1 对植物生理、生化的影响
1.1 稀土在植物体内的分布及存在状态
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。大多数研究者普遍认为稀土元素是不能进入植物细胞内而只能停留在细胞膜外。但李齐等[1]以不同浓度的硝酸铈处理I-69杨根，用透射电镜能量分散型X射线微区分析法对亚细胞微区铈的分布和含量进行了测定，得出了相反的结果:即铈不但进入植物细胞，而且在细胞核内有明显富集。由于供试的植物种类和稀土元素不同以及实验条件的差异，导致了不同的结果，这方面的工作还有待进一步深入研究。
有关稀土元素进入生物体内与有机物质的结合主要集中在对动物的研究，涉及植物的文献较少。人们利用分子活化分析研究了铁芒箕叶中稀土与生物分子的结合状态，发现稀土主要与水溶性多糖中的小分子量多糖结合。蔡继宝等[2]在研究了大豆幼苗根细胞膜上La3+结合形态时发现La3+未与膜蛋白结合，而是与一非膜蛋白组分呈优势结合。在稀土富集植物铁芒箕叶绿素中结合有较多的稀土元素，且主要是轻稀土元素，其中La3+含量最高，其次为Ce3+。利用X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱表征，在铁芒箕体内La3+与两个卟啉环配位，并推测叶绿素镧为双层结构。铕(Eu3+)在小麦细胞内与线粒体蛋白有较好的亲和性，镧进入叶绿体后不仅使Mg2+叶绿素增加，并形成了稀土叶绿素。稀土元素在离体条件下可与生物大分子如蛋白质、核酸、氨基酸、核苷酸和糖类等形成配合物，稀土与生物大分子形成的化合物含量甚微，现有的技术很难分离得到，但有一种稀土一脂多糖已从未喷施过稀土的新鲜茶叶中分离出来，并测定了分子量。
1.2 稀土农用的植物生理基础
许多研究和综述已经指出，稀土元素可促进植物生长发育,提高作物产量，提高作物硝酸还原酶、固氮酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、过氧化物酶和酯酶等活性及土壤酶的活性，促进新陈代谢。一般认为这是由于施用稀土能改善和增强光合器官的结构、功能和活性，大大加强光合产物的产出和向结实器官的转运。稀土可使蛋白质、氨基酸、维生素、油料作物的含油量、抗逆性和糖酸比增加。施用稀土可促进作物对土壤中氮磷钾的吸收及其它元素的吸收，促进生长素的运输。而稀土对植物的作用存在明显的剂量效应，即在低浓度下促进生长，诱导多种酶的活性，而在高浓度下则起抑制的作用，不同的植物对稀土的利用有不同的域值，调查和研究植物稀土的耐受值可为稀土农用的安全值提高保险系数。
1.3 稀土元素提高植物对不良环境的抗性及其机制
大田作物栽培常会遇到诸如干早、水涝，高温、低温、盐渍、病虫害、酸雨、重金属等逆境条件，使用稀土可增强作物对上述不良环境条件的抵抗能力。在模拟酸雨的胁迫下，稀土元素对小麦的生长表现出较强的防护能力，在一定的pH范围内，随着酸雨pH的降低，小麦的株高、叶面积、干粒重等随稀土的加入而升高，抗氧化酶活性趋于稳定。但是稀土的防护作用是有一定限度的，在pH达2.5~3.0时，防护作用明显减弱。大豆幼苗在施加醋酸铅和氯化镉后，代谢和生长被严重抑制，但叶面喷施LaC13能显著减轻镉铅造成的毒害, Ce3+能保护盐胁迫下小麦线粒体的功能，盐胁迫下可提高线粒体活性氧水平，铈减轻了盐胁迫的伤害，且三价铈和四价饰铈具有同样的功能，Ce3+减少细胞内ROS含量还可能与细胞内SOD活性等增加有关。对于稀土能增加作物的抗逆性和抗病性，宁加贲[3]认为稀土离子能与细胞膜的磷脂结合，调节钙的代谢，并取代Ca2+， 参与与Ca2+有关的许多生理过程。所以，稀土离子能维持细胞膜的稳定性和通透性，提高细胞膜的保护功能，增加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。此外，La3+还能使质子分泌活动增加，根系活力增强，提高植物对干早的抗性。部分报道指出，当稀土浓度过高时会起相反的作用。且当存在稀土时作物中的几种抗氧化酶的活性时有矛盾，即有时降低有时升高。对稀土为什么低浓度促进生长，而高浓度抑制生长亦是未解决的问题。
1.4 稀土元素对植物营养代谢的影响
虽然目前还没有确认稀土元素是植物必需的营养成分，但是许多研究已表明稀土在一定条件下确实能够促进植物对养分的吸收、转化和利用。例如，水稻使用稀土后，对氮、磷、钾的吸收可以增加164%、12%、8.5%，施用稀土的大豆，对硫的吸收也明显增加。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[4]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。廖铁军[5]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[6]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生长发育。稀土对植物吸收养分的促进作用的大小随施用方法的不同而异，一般认为喷施稀土比用其浸种更能促进植物对养分的吸收。
2 稀土元素对植物的产量、品质的影响
2.2 提高产量
将稀土配制成硝酸稀土、氯化稀土或稀土复合肥料施于农作物, 可使水稻、小麦、玉米等粮食作物增产8%～15%；茶叶提早7～10天采摘, 增产10%～15%；烤烟、橡胶、西瓜增产8%～10%；甜菜增产6%～10%；甘蔗增产10%～15%；白菜增产10%～20%；水仙花花头数增加30%～40%[7]。
2.2 改善品质
稀土对农作物的效应不仅能提高作物的产量, 也有改善品质的作用。如施用稀土复合微肥可使花生含油量提高0.5% ,甜菜、甘蔗、西瓜含糖量增加0.4%～0.8% ,烤烟上等烟增加10% , 橡胶达一等胶质量标准。秦煊南[8]研究发现, 稀土可使葡萄的颗粒增大,糖酸比提高, 风味改进；喷施稀土可使苹果和柑桔果实的维生素C 含量、总糖含量和糖酸比提高, 使果实着色和早熟, 腐烂率降低。另外施用稀土还可提高中草药产量和有效成分。陈浩[9]报道, 采用300mg/L 的稀土溶液喷洒人参叶面, 可使6 年生人参皂甙含量提高64.1 % , 500 mg/L 的稀土溶液使3年生人参皂甙含量提高24.5 %，同时还证明, 稀土元素能提高人参中二醇组皂甙的含量。
3 结语
稀土元素用于植物, 在增产、优质、抗逆及提高经济效益诸方面已显示出其优越性,是很有发展前途和值得推广的植物生长调节剂。稀土元素在植物中的应用及其的影响是个综合性研究课题, 具有重要的学术价值和广阔的应用前景。
参考文献
[1]李齐,沈应柏,柳维波.Ce在I-69杨根中的吸收、分布及其对其它元素吸收的影响[J],中国稀土学报,1995,13(4):355-360.
[2]蔡继宝,王平,黄碧霞等.镧在细胞膜上键合形态研究[J].中国稀土学报, 2001, 19(2): 190-192.
[3]宁加贲.稀土对作物增效因子的研究[J].稀土,1994,15(1):63-65.
[4]聂呈荣,黎振兴. 稀土对花生光合作用和氮素代谢的影响[J].广东农业科学,1996, (5):25.
[5]廖铁军,黄云,苏彬彦等.稀土对作物的生物效应研究[J].稀土,1994, 15(5):26.
[6]李元沅,胡瑞芝等. 离子稀土对水稻根际生物磁性及生长发育的影响[J].湖南农业大学学报,1996,22(4):341.
[7]郭伯生.稀土农用研究的现状与前景[J].中国稀土学报,1985,3(3):89～93.
[8]秦煊南,周祖春.稀土对巨峰葡萄果实产量品质的影响及生理效应研究.西南农业大学学报,1996,18(1):61.
[9]陈浩.稀土元素在中草药中的应用及其前景[J].分析科学学报,2002,18(4):333-335.