2019年植物生理第二章课件

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1、1,/67,第二章 植物的矿质营养,2.1 研究植物矿质营养的方法 2.2 植物必需的矿质元素及其生理作用* 2.3 植物细胞对矿质元素的吸收 * 2.4 根系对矿质元素的吸收 * 2.5 叶片营养 2.6 矿物质在植物体内的运输与分配 2.7 合理施肥的生理基础与意义*,返回总目录,2,/67,2.1 研究植物矿质营养的方法,2.1.1 灰分分析 2.1.2 溶液培养法 （1）纯溶液培养（pure solution culture） （2）砂基培养法（sand culture method） （3）气栽法（aeroponics） （4）营养膜法（nutrient film）,3,/67,2.

2、1.1 灰分分析,N不存在于灰分中，由于N和灰分元素都是从土壤中吸收的，所以通常将N归于矿质元素一起讨论。,灰分分析（ash analysis）即对植物材料中干物质燃烧后的灰分进行分析的方法。,4,/67,植物体内矿质元素的含量会因植物种类、器官或部位、生存环境不同而有很大差异。,5,/67,2.1.2 溶液培养法 溶液培养法（solution culture method）/ 水培法（water culture method或hydroponics）即在含有矿质元素的营养液中培养植物的方法。,目前使用最为广泛的营养液配方是由美国科学家D.R.Hoagland等设计的Hoagland（大量元素

3、）和Arnon溶液（微量元素）。,6,/67,溶液培养的类型：,（1）纯溶液培养（pure solution culture），即将植物直接栽植在营养液中，此营养液中无其他介质（medium）。 （2）砂基培养法（sand culture method），简称砂培法，即将洗净的石英砂（acid-washed quartz sand）、珍珠岩（perlite）或蛭石（vermiculite）作为支持物或介质加入营养液中来栽培植物的方法。 （3）气栽法（aeroponics），是将植物根系置于营养液气雾中栽培植物的方法。 （4）营养膜（nutrient film）法，将植物固定在一个盛装流动营养液

4、的膜槽内培养的方法。,/67,7,A.水培法:使用不透明的容器(或以锡箔包裹容器),以防止光照及避免藻类的繁殖,并经常通气; B. 营养膜法:营养液从容器a流进长着植株的浅槽b,未被吸收的营养液流进容器c,并经管d泵回a。营养液pH和成分均可控制。 C.气培法：根悬于营养液上方，营养液被搅起成雾状。,8,/67,莴苣的无土栽培照片,/67,9, 注意事项(自学) 保证营养液通气良好。 盛放溶液的容器不宜透光。 必须保证所用的试剂、容器、介质、水等十分纯净。 应经常更换或补充营养液 调节pH。 ,10,/67,无土栽培/溶液培养的生产前景：,（1）不受环境条件限制：工厂化四季栽培 ； （2）提高

5、土地使用效率：多层式立体栽培； （3）节约水肥； （4）便于生产“绿色”产品：病虫害、杂草易于控制。 （5） 产量高。,11,/67,2.2 植物必需的矿质元素及其生理作用*,2.2.1 植物必需元素的标准和分类 2.2.2 植物必需矿质元素的生理作用*,/67,12,二 植物体内的元素 1 干物质 植物组织干物质：新鲜材料在105下烘烤10-30分钟，使酶迅速失活，再在70-80下烧烤使水分蒸干而得干物质。占鲜重的5%-90%，与具体材料而异。 干物质中，90-95%为有机物，无机物不足10%。,/67,13,2 灰分 在600下高温烘烤，干物质中有机物所含的C、H、O形成CO2和H2O，N

6、、S形成其它氧化物，挥发到空气中。 不能挥发的灰白色残烬为灰分(ash)。, 构成灰分的元素(除C、H、O外)：灰分元素。, N不属于灰分元素。 与灰分元素一起由根从土壤中吸收，故与矿质元素一起讨论。,/67,14,燃烧,15,/67,2.2.1 植物必需元素的标准和分类 植物必需元素的三个标准（Arnon Cys-Cys系统能影响细胞中的氧化还原过程； 是CoA、硫胺素、生物素的成分，与体内三大类有机物的代谢密切相关。,硫不足时，蛋白质含量显著减少，叶色黄绿，植株矮小。,/67,24, Ca: 细胞壁胞间层果胶钙的成分； 与细胞分裂有关； 稳定生物膜的功能； 可与有机酸结合为不溶性的钙盐而解

7、除有机酸积累过多时对植物的危害； 少数酶的活化剂； 作为第二信使，也可与钙调素结合形成复合物， 传递信息，在植物生长发育中起作用。,缺钙典型症状：顶芽、幼叶呈淡绿色,叶尖出现钩状,随后坏死。缺素症状首先表现在上部幼茎幼叶和果实等器官上。,/67,25,/67,26, Mg： 叶绿素的成分； 光合作用和呼吸作用中一些酶的活化剂； 蛋白质合成时氨基酸的活化需要，能使核糖体结合成稳定的结构； DNA和RNA合成酶的活化剂； 染色体的组成成分，在细胞分裂中起作用。,/67,27, Fe：许多重要酶的辅基；传递电子；叶绿素合成有关的酶需要它激活。 Mn：许多酶的活化剂；直接参与光合作用(叶绿素形成、叶绿

8、体正常结构的维持和水的光解。 B：H3BO3。与植物的生殖有关，利于花粉的形成 ，促进花粉萌发、花粉管伸长、受精；与糖结合使糖带有极性从而容易通过质膜 促进运输；与蛋白质合成、激素反应、根系发育等 有关；抑制植物体内咖啡酸、绿原酸的合成。,/67,28, Zn：酶的组分或活化剂；参与蛋白质和叶绿素合成；参与IAA的生物合成； Cu：一些氧化还原酶的组分；光合电子传递链质体蓝素PC的成分 Mo:MoO42-,是硝酸还原酶、固氮酶的组成成分；是黄嘌吟脱氢酶及脱落酸合成中的某些氧化酶的成分,/67,29,/67,30, Cl：水的光解；叶和根中的细胞分裂需要；调节细胞溶质和维持电荷平衡。 Ni： 脲

9、酶、氢酶的金属辅基；激活-淀粉酶；缺乏时植物体的尿素会积累过多产生毒害而不能完成生活史。,/67,31,/67,32,/67,33,蔬菜作物缺微量元素诊断歌,1.缺硼缺硼先看幼嫩尖，花儿不实易常见。 植株尖端易发白，顶芽生长易枯萎。生长点下易萌生，植株分枝成丛状。新叶粗糙成淡绿，叶片皱缩变脆易。柄茎粗短常开裂，水渍斑点环状节。 2.缺铁缺铁先看枝顶心，叶脉叶肉要分清。新叶缺绿黄白色，叶脉颜色仍显绿。不同植物有区别，双单子叶要分开。网纹花叶双子叶，条纹花叶单子叶。,3.缺锌节间短簇株矮小，叶长受租出小叶。新叶灰绿或黄白，细看脉间和中脉。中脉附近先失绿，严重坏死成褐色。 4.缺钼缺钼症状两类型，仔

10、细分辨能认清。一类脉间色变淡，叶片发黄出斑点。边缘焦枯向内卷，组织失水呈萎蔫。先看老叶显症状，再辨新叶仍正常。十字花科不一样，叶片扭曲螺旋状。 5.缺锰幼叶叶肉变黄白，脉和脉近仍绿色。脉纹清晰是症状，主脉较远先发黄。严重叶片褐细点，逐渐增大布叶面。,34,/67,2.2.2 植物必需矿质元素的生理作用,（1）是细胞结构物质的组成成分; （2）作为酶、辅酶的成分或激活剂等，参与调节酶的活动; （3）起电化学作用，参与渗透调节、胶体的稳定和电荷的中和等。,35,/67,2.2.3 植物的有益元素,不为植物所必需的但对植物生长发育产生有利影响的元素。 如钠(盐生植物)，硅(水稻等禾本科)，钴(多种酶

11、的活化剂)，硒、钒(玉米、甜菜) 等。,36,/67,2.3 植物细胞对矿质元素的吸收*,2.3.1 电化学势梯度与离子转移的关系和特点 2.3.2 扩散作用与被动吸收 2.3.3 主动吸收 2.3.4 胞饮作用,37,/67,2.3 植物细胞对矿质元素的吸收 细胞吸收矿质元素的方式: (1) 被动吸收（passive absorption） (2) 主动吸收（active absorption） (3) 胞饮作用（pinocytosis）,2.3.1 电化学势梯度与离子转移的关系和特点 2.3.1.1 离子的选择性积累 溶质跨膜传递的特点： （1）积累（accumulation） （2）选择

12、性（selectivity）,38,/67,例玉米吸收Na+ 和SO42-少，对K+和NO3-吸收多、快。 对K+的吸收不受Na+的影响；对Cl-的吸收不受F-、I-的影响，也不受NO3- 、 SO42- 或H2PO4-等的影响。,39,/67,离子间的相互作用：竞争性抑制（competitive inhibition）,如K+与Rb+、Cl-与Br-、Ca2+与Sr2+、SO42-与SeO42-之间都具竞争性抑制。,离子间的竞争性抑制说明了什么?,细胞对这些离子对的吸收机制是相似的，竞争性抑制的离子间共同竞争离子载体的结合部位!,40,/67,2.3.1.2 电化学势梯度与离子转移,细胞吸收

13、不带电荷的溶质取决于溶质在膜两侧的浓度梯度（concentration gradient）。 带电离子的跨膜转移则是由膜两侧的电势梯度（electrical gradient）和化学势梯度（chemical potential gradient）共同决定。 电势梯度与化学势梯度合称为电化学势梯度（electrochemical potential gradient）。,41,/67,2.3.2 被动吸收(passive absorption),2.3.2.1 单纯扩散（simple diffusion） 物质从电化学势较高的区域直接向电化学势较低的区域转移（net movement）的现象；即

14、物质顺其电化学势梯度进行转移的过程 。 2.3.2.2 协助扩散（facilitated diffusion）/易化扩散 溶质借助于膜转运蛋白顺化学势梯度的跨膜转运过程 ，速度快。,42,/67,参与协助扩散的膜传递蛋白 / 转运蛋白(translocator protein)的类型：,1. 通道蛋白（channel protein）/通道（channel）/离子通道（ion channel） 依靠构象改变允许离子通过; 选择性：水和孔的大小及表面电荷等决定。 特点：被动转运；离子扩散速率快（106个/s 108个/s）,43,/67,离子通道运输离子的模式图,44,/67,2. 载体蛋白（c

15、arrier protein）载体（carrier）、传递体（transporter或porter）、透过酶（permease或penetrase）或运输酶（transport enzyme）,载体蛋白与转运的离子专一性结合形成复合物，依靠其构象改变而将离子转运至膜的另一侧，具有选择性。 载体转运的方式： 被动转运（顺电化学势梯度进行，协同扩散） 主动转运（逆电化学势梯度进行，主动转运）,45,/67,载体转运的特点： 饱和效应（saturation effect）; 离子竞争性抑制 (ion competitive inhibition)。载体转运的速率： 104105个/s，比运输通道的速

16、率低 (1/100)。,按载体转运的方向性： 单向传递体（uniporter）； 同向传递体（symporter）； 反向传递体（antiporter） 等类型。,46,/67,单向运输载体模式图被动运输 (Fe2+/Zn2+/Mn2+/Cu2+),/67,47,溶质A的电化学势梯度,溶质B的电化学势梯度,48,/67,49,/67,2.3.3 主动吸收(active absorption),质子泵主要为存在于细胞膜上的H+-ATPase，利用水解ATP释放的能量驱动H+的跨膜转移 (初级主动转运，primary active transport) ，形成跨膜电势，推动其他离子的跨膜转运(次级共转运, secondary cotransport)，是细胞主动吸收矿质的主要方式。 质子泵（主宰酶）：pH稳定、细胞的伸长生长、气孔运动、种子萌发等,植物细胞利用代谢能逆电化学势梯度吸收矿质的过程。ATP酶（电子