pH值是植物營養(yǎng)最重要的參數(shù)。植物營養(yǎng)吸收依賴于對土壤或基質(zhì)的pH值精確調(diào)節(jié)： pH值過低阻礙大量元素吸收；pH過高，阻礙微量元素吸收，如缺鐵失綠等。因此，快速可靠的pH測量是專業(yè)園藝和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的部分。我們利用PH3000土壤酸度計做測試，對植物生長過程中，pH酸堿度值對其產(chǎn)品的影響做分析：
 
１．酸堿度對植物影響的討論

　　酸堿度對植物的影響是多方面的，大體上分為對外部環(huán)境影響與對植物體自身影響，為確定其中主要因素，現(xiàn)已將千余粒小麥種子分為PH= 4、4.5 、5 、5.5、 6、 6.3、 7 、7.5、 8  ９個梯度進(jìn)行育種，每區(qū)域100顆左右，以營養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)。

　　在經(jīng)過40多天觀察紀(jì)錄后（其中有一次篩選）摘錄數(shù)據(jù)如表一

表一   育種記錄

酸堿度	10月15日	10月18日	10月22日	10月25日	10月30日	11月2日	11月7日
4	1.50	6.00	8.00	15.00	17.00	19.00	26.00
4.5	0.90	3.50	8.00	15.00	19.00	21.00	25.00
5	0.70	5.50	10.00	13.50	16.00	18.00	27.00
5.5	0.30	3.00	7.00	14.00	18.00	20.00	25.00
6	0.00	3.00	14.00	14.00	19.50	21.00	30.00
6.3	1.60	7.00	15.00	17.00	22.00	24.00	32.00
7	0.90	5.00	13.00	15.00	17.50	19.00	28.00
7.5	0.60	3.50	8.00	14.00	16.50	18.00	30.00
8	1.10	4.50	10.00	15.00	19.00	21.00	28.00

　　對其中３部分進(jìn)行具體比較，植株的高度已有明顯差異（見圖一）。實(shí)際目測時在ＰＨ＝６－７區(qū)域的植株要比其他粗壯挺拔。說明酸堿度對植株的影響是顯著的。

圖一  育種生長高度比較

　　但這種差異并不是很懸殊，也可證明在所進(jìn)行的試驗(yàn)區(qū)域PH=4-8時，并沒有超過小麥的生存極限，對其自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

    為確定酸堿度是否對植物合成蛋白質(zhì)產(chǎn)生影響，對PH= 4、6.3、8 三種植株的RNA進(jìn)行電泳處理比較。

圖二　小麥ＲＮＡ電泳圖像

　　在酶切條件下顯示零等位現(xiàn)象（如圖二），從分子水平上看結(jié)果基本一致，可以說明酸堿度在一定范圍內(nèi)并沒有對植物的蛋白質(zhì)合成產(chǎn)生影響鑒于以上原因，主要進(jìn)行了酸堿度對植物體外部環(huán)境影響。這其中的核心問題就是根對礦質(zhì)元素的吸收。

　　1)根吸收礦質(zhì)元素的過程

　　各種礦質(zhì)元素都是以離子狀態(tài)被吸收的。土壤中各種礦質(zhì)元素的離子，有些存在于土壤溶液中，有些被土壤顆粒吸附著。存在于土壤溶液中的離子和被土壤顆粒吸附著的離子，都能夠被根選擇吸收。

　　根細(xì)胞吸收土壤溶液中各種礦質(zhì)元素的離子的過程，與根細(xì)胞的呼吸作用有密切的關(guān)系。根細(xì)胞通過呼吸作用產(chǎn)生出二氧化碳（CO₂），二氧化碳溶于水中，產(chǎn)生碳酸（H₂CO₃）CO₂  + H₂O = H₂CO₃  ，碳酸可以離解成H⁺和HCO₃^- ，H₂CO₃ + H₂O= HCO₃^- +  H⁺。這兩種離子可以分別于土壤溶液中的陽離子（如K⁺、NH₄⁺）和陰離子（如NO₃^-）發(fā)生交換。這樣，H⁺和HCO₃^-就進(jìn)入土壤溶液中，而土壤溶液中的一些陽離子和陰離子則被根吸附到根細(xì)胞的細(xì)胞膜的表面上來。根細(xì)胞所吸附的H⁺和HCO₃與土壤溶液中的陽離子和陰離子發(fā)生交換的過程，就叫做交換吸附。在交換吸附的過程中，根細(xì)胞附近的土壤溶液中的陽離子和陰離子減少了，距離根細(xì)胞較遠(yuǎn)處的土壤溶液中的陽離子和陰離子則可以通過擴(kuò)散作用移動過來。
　　2)酸堿度對礦物質(zhì)吸收影響的原有理論

　　(1) 生物方面：
　　土壤中轉(zhuǎn)化有機(jī)養(yǎng)分是在微生物參與下進(jìn)行的（微生物分泌使有機(jī)物分解的酶），土壤酸性或堿性對微生物生長有影響。酸或堿環(huán)境還會使植物根細(xì)胞原生質(zhì)層的蛋白質(zhì)帶正或負(fù)電荷，與所吸收的礦物離子發(fā)生吸引或排斥。

　　經(jīng)查閱資料，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有理論只重視外部環(huán)境對植物體的影響，忽略了植物對外環(huán)境的改變以及其自身的抗逆性。尤其是對在不同酸堿條件下對礦質(zhì)元素吸收率不同，偏酸環(huán)境下礦物元素吸收不利無法解釋。
　　(2) 化學(xué)方面：
　　土壤酸堿度對土壤結(jié)構(gòu)性有影響。酸性土壤中，氫離子濃度大，容易把膠體中鈣離子代換出來淋失，故酸性土易板結(jié)。而堿性土壤含有大量代換性鈉離子、氫氧離子，使土粒分散，干后板結(jié)，造成堿土的結(jié)構(gòu)性不良。陽離子礦物溶解度降低從而影響吸收。

　　3)聯(lián)系礦物質(zhì)元素吸收原理以及無機(jī)化學(xué)知識提出

　　離子平衡、電解質(zhì)同電荷互斥原理：

　　弱電解質(zhì)分子在溶液中電離成離子的速率與離子重新結(jié)合成分子的速度相等時叫電離平衡。這種平衡是動態(tài)、暫時、有條件的,當(dāng)條件發(fā)生變化時,平衡就向能使這種變化減弱的方向移動。當(dāng)溶液表現(xiàn)出酸堿性時代表H⁺ 或OH^- 過剩，則吸附在根上的OH ^-（HCO₃^- + H₂O= H₂CO₃+ OH^-）或H⁺會與土壤溶液中的同種微�；コ�，從而影響離子交換。

　　為證實(shí)上述原理，用小麥進(jìn)行了單種物質(zhì)營養(yǎng)液植物生長試驗(yàn)。以鑒別在不同酸堿環(huán)境下，礦物的吸收以及對溶液的影響。

　　配置硫酸氨（NH₄)₂SO₄（陽離子）、硝酸鈣Ca（NO₃)₂（陰離子更容易被吸收）、硝酸氨NH₄NO₃（陰陽離子吸收基本平均）。三種單物質(zhì)營養(yǎng)液并分為三組進(jìn)行培養(yǎng)

第一組      PH5.７左右

時間	8:35	9:05	9:50	11:20	2:35	6:35	8:15	9:25
硫酸氨	5.81	5.80	5.86	5.88	5.90	5.93	5.98	6.04
硝酸鈣	5.61	5.68	5.74	5.82	5.85	5.88	5.98	6.02
硝酸銨	5.77	5.91	5.97	5.96	5.95	5.97	6.05	6.07

　　在環(huán)境PH偏低時，各組溶液PH值升高（如圖三）。硝酸鈣Ca（NO₃)₂（植物吸收其更多陰離子）溶液升高幅度最大 為0.41。硝酸氨NH₄NO₃（陰陽離子吸收基本平均）上升0.3, 硫酸氨（NH₄)₂SO₄（植物吸收更多陽離子）上升幅度最小為0.23。不難看出，硝酸鈣溶液中的植株釋放出了更多OH^- ，即吸收了更多的陰離子。硫酸氨溶液中的植株釋放出很少OH^- ，吸附不易吸收的SO₄^2- 數(shù)量稍多，這正說明酸性環(huán)境抑制了植株對較易吸收的陽離子（NH₄⁺）的吸附。而應(yīng)陰陽離子吸收基本平均的硝酸氨NH₄NO₃，則也因酸性環(huán)境的抑制吸收了更多的陰離子，溶液向中性偏移。

圖三　　酸堿度變化圖像

第二組      PH 6.5左右

時間	8:35	9:05	9:50	11:20	2:35	6:35	8:15	9:25
硫酸氨	6.68	6.73	6.71	6.70	6.68	6.70	6.73	6.76
硝酸鈣	6.47	6.50	6.55	6.57	6.57	6.55	6.56	6.55
硝酸氨	6.59	6.62	6.63	6.64	6.61	6.58	6.58	6.59

　　 此組數(shù)據(jù)變化基本不大（如圖四），說明PH= 6.5 -6.8 是此次試驗(yàn)植物吸收各種陰陽離子的平衡點(diǎn)。PH再高則會使陽離子溶解度降低從而影響吸收，如低則會抑制陽離子的吸收。

圖四  酸堿度變化圖像

第三組      PH 7.5左右

時間	8:35	9:05	9:50	11:20	2:35	6:35	8:15	9:25
硫酸氨	7.38	7.34	7.22	7.14	7.04	6.93	6.82	6.82
硝酸鈣	7.53	7.54	7.51	7.47	7.43	7.42	7.42	7.40
硝酸氨	7.49	7.50	7.46	7.43	7.33	7.21	7.24	7.21

　　在環(huán)境PH偏高時，各組溶液PH值降低（如圖五）。硫酸氨（NH₄)₂SO₄下降幅度最大 為0.56即大量NH₄+被吸附。硝酸鈣Ca（NO₃)₂溶液降低幅度最小為0.13，溶液放出了較少的H⁺即吸附了略多的難被植物吸收的Ca₂⁺，這證明堿性環(huán)境抑制植株對陰離子（較易吸收的NO₃^-）吸附。而促進(jìn)陽離子吸附。硝酸氨NH4NO3溶液則也因堿性環(huán)境促進(jìn)吸收陽離子，放出了更多H+而下降0.27，溶液向中性偏移。最終靠攏吸收中介值PH=6.5- 6.8。

圖五  酸堿度變化圖像

    在前期育種觀察時，后期發(fā)現(xiàn)，堿性區(qū)域植株葉色發(fā)黃并有脫葉，有缺氮現(xiàn)象。酸性區(qū)植株則顏色暗淡，葉片卷曲。為典型的缺鉀癥。在營養(yǎng)液配置時，各種營養(yǎng)基本均恒。氮離子以NO₃^- 形式加入溶液。這在一定程度上說明，酸性環(huán)境抑制陽離子吸收，堿性環(huán)境抑制陰離子交換。旁證了上述觀點(diǎn)。

　　通過上述試驗(yàn)，可基本證實(shí)：在酸性環(huán)境下植物會更多的吸收陰離子，同時抑制陽離子吸收，放出OH^- ，使環(huán)境向中介點(diǎn)移動。在堿性環(huán)境中更多吸收陽離子，抑制陰離子交換，向外放出較多H⁺，同樣使外部環(huán)境向中性移動。這也明確解釋出植物的逆境抗性，突出適應(yīng)性，說明了植物吸收物質(zhì)是溶液PH變化的原因 。

　　1)在溶液PH測量上受對照組、溫度及操作影響，不太準(zhǔn)確。由于測量周期較長，所以變化幅度較大。各組數(shù)據(jù)最好只對照比較，不單獨(dú)分析。

　　2)在不同同植株RNA比較上，酶切長度過大，同時受技術(shù)條件限制，不能完全說明蛋白質(zhì)是否變異。

　　3)實(shí)驗(yàn)所用營養(yǎng)液種類不多，結(jié)論不能說明全部元素的吸收。

    計劃再進(jìn)行一次單營養(yǎng)液培育實(shí)驗(yàn)，時間增長，梯度在1-3小時內(nèi)，同時增多營養(yǎng)液種類。對不同環(huán)境下培養(yǎng)出的植株進(jìn)行mRNA→cDMA轉(zhuǎn)錄，以便精確對比有無蛋白質(zhì)差異。

　　1)我們要意識到酸性土壤不易吸收陽離子礦物,一味施肥只會造成浪費(fèi)。