植物的矿质营养 植物生理学课件

《植物的矿质营养 植物生理学课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《植物的矿质营养 植物生理学课件（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章知识点回顾：,1. 根系吸水的两种方式是什么？ 2. 根部水分运输的途径？ 3. 蒸腾作用的定义？其有哪些生理意？ 4. 什么是小孔扩散律？ 5. 什么是气孔运动？气孔运动的规律是？ 6. 什么是SPAC? 7. 什么是作物的水分平衡？什么是作物的水分临界期？,第三章 植物的矿质营养,第一节 植物必需的矿质元素及其生理作用* 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收 * 第三节 根系对矿质元素的吸收 * 第四节 叶片营养 第五节 矿物质在植物体内的运输与分配 第六节 合理施肥的生理基础与意义*,第一节 植物必需的矿质元素及其生理作用*,一、植物必需元素的标准和分类 二、植物必需矿质元素的生理作用

2、* 三、植物缺素症状的诊断,一、 植物必需元素的标准和分类 植物必需元素的3个标准：,（1）不可缺少性 若缺乏该元素，植物生长发育受到限制而不能完成其生活史； （2）不可替代性 缺少该元素，植物会表现出专一的缺素症，提供该元素可预防或消除此病症； （3）直接功能性 该元素在植物营养生理中的作用是直接的，而不是因土壤、培养液或介质的物理、化学或微生物条件所引起的间接的结果。,植物的必需元素：,微量元素(0.01%DW): Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni（8种）。,二、 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，如N、P、S; （2）作为酶、辅酶的成分或激活剂等，参

3、与调节酶的活动，如Fe2+、K+、Mn2+; （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，如K+、Cl-、Fe2+。 （4）重要的细胞信号转导信使，如Ca2+、NO等。,吸收形式： NH4+、NO3- 、尿素等； 生理作用： 蛋白质、核酸、磷脂的主要成分； 酶、辅酶、ATP的组成成分； 激素和维生素的组成成分； 叶绿素的成分； NO可作为信号分子调控植物生长发育和逆境反应。,N,被称为“生命元素”。,植株矮小，分枝分蘖少； 叶片发黄或发红； 产量低。,N,缺N,缺氮时症状：,氮素过多时症状：,叶色深绿； 贪青晚熟； 机械组织不发达，易倒伏； 抗性差，易受病虫害侵害。,吸收形式：

4、H2PO4-、HPO42- 生理作用： 细胞膜、质、核的成分； 植物代谢中起作用(通过ATP和各种辅酶) 促进糖的运输； 细胞液中的磷酸盐可构成缓冲体系；,P,P,缺P,缺磷时症状：,蛋白合成受阻； 细胞分裂能力下降； 植株矮小，分蘖分枝少； 叶片暗绿或紫红。,磷素过多时症状：,磷酸钙沉积，形成小焦斑； 妨碍水稻等对Si的吸收； 易缺锌、缺钙。,生理功能： 体内60多种酶的活化剂； 促进蛋白质、糖的合成及糖的运输； 增加原生质的水合程度，提高细胞的保水能力和抗旱能力； 影响着细胞的膨压和溶质势，参与细胞吸水、气孔运动等； 重要的电荷平衡成分。,K,缺K,缺钾时症状：,叶片缺绿，叶缘枯焦； 生长

5、缓慢； 茎秆柔弱，易倒伏； 抗旱、抗寒能力差。,K,三、作物缺素症状的诊断,一般以分析病株叶片的化学成分与正常植株的比较。,1、化学分析诊断法,2、病症诊断法 缺乏Ca、B、Cu、Mn、Fe、S时幼嫩的器官或组织先出现病症。 缺乏N、P、Mg、K、Zn等时较老的器官或组织先出现病症。,3、加入诊断法,根据以上初步诊断缺乏某元素后，加入该元素，如果病症消失，就可确定致病的原因。,第二节 植物细胞对矿质元素的吸收*,一、电化学势梯度与离子转移的关系和特点 二、扩散作用与被动吸收 三、膜传递蛋白与离子运转,一、 电化学势梯度与离子转移的关系和特点,细胞吸收不带电荷的溶质取决于溶质在膜两侧的浓度梯度（

6、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）。,电化学势梯度与离子转移,能斯特方程（Nernst equation）:,En.j ：离子j在膜内外的电势差（V);,Cij/ Coj :膜内外j离子浓度的比值；,R: 气体常数（8.31 J.mol-1.K-1)；,F: 法拉第常数（96500 J.V-1.mol-1)；

7、,Z 为 离子j所带电荷数；T为热力学温度。,Nernst equation的应用:,可以用来判断主动吸收的方向,实际测定的Cji/Cjo大于算出值，表明离子主动向膜内运输，否则相反；,实际测定的En小于算出值，阳离子则主动向膜外运输，阴离子则主动向膜内运输。,算出的数据和实际值相似，则无主动运输现象；,该算法只适用于自由扩散或向膜两侧的透性相同的离子！,二、 扩散作用与被动吸收(passive absorption),定义：物质顺着电化学势梯度，从电化学势高的区域向电化学势低的区域转移的过程。,二、 扩散作用与被动吸收(passive absorption),1、单纯扩散 定义：不带电荷的溶

8、质从浓度较高的区直接跨膜向浓度较低的临近区域转移的现象。扩散速率取决于膜内外浓度梯度和离子的膜透性。 简单扩散符合斐克定律（Ficks law）。,I、简单扩散（Simple diffusion）,二、 扩散作用与被动吸收(passive absorption),I、简单扩散（Simple diffusion）,2、通道运输 定义：离子通过膜上的通道蛋白运输的现象。,离子选择性：由孔的大小和孔内表面电荷等行之决定离子是否能通过，离子的带电荷情况和水合情况决定离子在通道中的通透性； 门控：“开/关”状态，依靠构象改变允许离子通过与否; 离子扩散速率快（107 108个/s）,通道蛋白： 由多肽链

9、的若干疏水区段在膜内脂质双分子层中形成的跨膜孔道结构。,特性：,载体运输：是通过载体蛋白实现的。 载体蛋白（carrier protein）又称载体（carrier） 传递体（transporter或porter） 透过酶（permease或penetrase） 运输酶（transport enzyme）, 、协助扩散（Simple diffusion）,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。,载体转运的特点： 既能主动运输又能被动运输； 饱和效应（saturation effect）; 离子竞争性抑制 (ion competitive

10、inhibition)。载体转运的速率： 104105个/s，比运输通道的速率低 (1/100)。,按载体转运的方向性： 单向转运体（uniporter）； 同向转运体（symporter）； 反向转运体（antiporter）。,三、 膜传递蛋白与离子运转,主动吸收：植物细胞利用代谢能逆电化学势梯度吸收矿质元素的过程。 ATP酶：细胞质膜上的ATP磷酸水解酶催化ATP水解释放能量，驱动离子转运，是植物细胞吸收矿质元素的主要方式之一。,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)

11、，形成跨膜电化学势梯度，驱动其他离子的跨膜转运 (次级主动转运, secondary cotransport)，是细胞主动吸收矿质的主要方式。,ATP酶（电致泵，在膜两端形成电势差）：包括质子泵(proton pump)和离子泵(ion pump)。 质子泵包括质膜、液泡膜、线粒体和叶绿体上的H+-ATP酶等，离子泵包括Ca2+-ATP等。,包括初级主动转运（Primary acive transport）和次级主动转运(Secondary active transprot)两个过程。,次级共转运的类型： 同向转运（共向转运，symport）被转运物质与H+同向越过膜的转运；阴离子与中性物质通

12、常以此种方式进行跨膜转运。 反向转运（antiport）被转运物质与H+反向越过膜的转运。一些阳离子可以此种方式转运。 单向转运（uniport） 仅与膜电势梯度相关联的转运，属于需要载体的易化扩散。参与单向转运的载体被称为单向传递体。,1. 质子泵的类型 (1) 质膜上的H+-ATP酶,作用：将H+从质膜内转运到质膜外(细胞间隙)。 受邻位-钒酸盐（ortho-vanadate）（磷酸根的类似物）的专一性抑制。 使细胞质pH值升高； 使细胞壁酸化。 （每传递1个H+，消耗1分子ATP）,(2) 液泡膜上的H+-ATP酶,该酶能将H+泵进液泡。 不被钒酸盐抑制，但能被硝酸盐抑制； Cl-、Br

13、-、I- 等阴离子对此酶有激活作用。 此酶的H+/ATP计量为23。,(3) 线粒体膜与叶绿体膜上的H+-ATP酶 （呼吸作用、光合作用） 其H+/ATP计量约为3，酶活性受叠氮化钠（NaN3）的抑制。,除质子泵外，参与主动吸收的载体蛋白还有： （1）钙泵(Ca2+-ATPase) 质膜上的Ca2+-ATPase催化膜内侧的ATP水解放能，驱动胞质内的Ca2+泵出细胞或泵入液泡和内质网。 （2）H+-焦磷酸酶 位于植物的液泡膜上，依赖于水解无机焦磷酸获取能量来跨膜运输质子。其活性受Ca2+抑制。 （3） ABC转运体 即三磷酸腺苷结合转运体，位于液泡膜、内质网、过氧化物酶体和线粒体等细胞器上。

14、,主动吸收和被动运输比较：,是,否,是,是/否,是,否,胞饮作用,细胞通过质膜的内折而将物质转移到胞内的过程称为胞饮作用（简称胞饮）。,胞饮作用属于非选择性吸收方式，不是植物吸收矿质元素的主要方式。,动画一：溶质跨膜转运的几种方式,动画二： 逆电化学势梯度的主动转运方式,动画三：离子的同向转运与反向转运,动画四：离子的同向转运,第三节 根系对矿质元素的吸收,一、根系吸收矿质元素的特点* 二、根系吸收矿质元素的过程 三、外界条件对根部吸收矿质的影响,一、 根系吸收矿质元素的特点 根部吸收矿质元素的主要部位：根尖的根毛区。,1对矿质元素和水分的相对吸收 相关: 矿质元素只有溶于水中才能被植物吸收，

15、植物对矿质元素的吸收又促进了细胞对水分的吸收。 独立: 植物对水分和矿质元素的吸收量并不一定成比例，并且吸收途径不同。,2离子的选择性吸收 离子的选择性吸收（selective absorption）即植物根系吸收离子的数量与溶液中离子的数量不成比例的现象。, 植物对同一溶液中的不同离子的吸收是不一样的。 例如，水稻可以吸收较多的硅，但却以较低的速率吸收钙和镁。又如，番茄以很高的速率吸收钙和镁，但几乎不吸收硅。 植物对同一种盐的正、负离子的吸收不同。,生理酸性盐（physiologically acid salt）：根系对阳离子的吸收大于对阴离子的吸收，较多的H+从根表面进入土壤溶液，而使土壤

16、溶液变酸。如 (NH4)2SO4等大多数铵盐。,生理碱性盐（physiologically alkaline salt）：根系对阴离子的吸收大于对阳离子的吸收，较多的OH-和HCO3-从根表面进入土壤溶液，使土壤溶液变碱。如NaNO3或Ca(NO3)2等。,生理中性盐（physiologically neutral salt）：根系对阴、阳离子的吸收速率相似，土壤溶液的酸碱性不发生明显变化。如NH4NO3。,3单盐毒害和离子对抗,只含有一种盐分的溶液称为单盐溶液（single salt solution）。 植物培养在单盐溶液中所引起的毒害现象即为单盐毒害（toxicity of single salt）。,原因：植物在单盐溶液中，吸收阳离子过多过快引起的毒害，一般阴离子的毒害作用不显著。,在单盐溶液中若加入少量含其他金属离子的盐类，单盐毒害现象就会减弱或消除。离子间相互消除毒害的作用叫做离子对抗或离子颉颃（ion