《植物生理学3 08第三章 植物的矿质营养课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《植物生理学3 08第三章 植物的矿质营养课件（96页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 植物的矿质营养 Chapter 3 Plant Mineral Nutrition,1 植物必需的矿质元素及其作用 2 植物细胞对矿质元素的吸收 3 植物体对矿质元素的吸收 4 矿质元素在体内的运输与分配 5 植物的氮素同化 6 合理施肥的生理基础与意义,本章重点和难点,重点：,植物细胞对矿质元素的吸收 氮同化,难点： 植物细胞对矿质元素的吸收 机理,1.植物必需的矿质元素及其作用 Essential Mineral Elements of Plants and Their Physiological Functions,一. 植物体内的元素 二. 植物必需的矿质元素确定标准和确定方法
2、 三. 植物必需矿质元素的生理作用及缺素症 1. 一般生理作用 2. 大量元素的作用 3. 微量元素的作用,植物体内的元素,植物,烘干,干物质(有机物和无机物) (5-90%),燃烧,CO2、H2O、N2和N的氧化物,灰分(ash),矿质元素(mineral element)灰分元素(ash element),C、H、O、N,返回,（水生植物占干重的1%左右，中生植物5%10%，盐生植物达45%以上。）,二. 植物必需的矿质元素确定标准和确定方法,1. 确定标准,1) 如缺乏该元素，植物不能正常生长或完成生活史；(不可缺少性),2) 如缺乏该元素，植物表现出专一的缺乏症，只有加入该元素后才能恢
3、复正常；(不可替代性),3) 该元素对植物营养的功能是直接的，绝不是因土壤或培养基条件的改变而产生的间接效果。(直接功能性),2. 确定方法,水培法，砂培法,莴苣的无土栽培,溶液培养中的注意事项：,（1）通气； （2）及时更换或补充营养液； （3）注意消毒，以免微生物污染； （4）研究植物的必需矿质时，必须保证所用的试剂、容器、介质、水等十分纯净。 轻微的污染都会导致错误的结果。,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。,大量元素
4、: 9种 （占植物体干重的0.01%10%）,微量元素 : 8种 （0.01%以下）,C、H、O、N、P、 K、Ca、Mg、S,Fe、B、Mn、Zn、 Cu、Mo、Cl、Ni,植物的必需元素： 17种,返回,（1) 是细胞结构物质的组成成分。,（2) 是植物生命活动的调节者；（酶的成分或活化剂，能量转换中电子载体。,（3) 电化学平衡的介质，如维持跨膜电位，稳定细胞质电荷平衡。,（4）渗透调节物质,三.植物必需矿质元素的生理作用及缺素症 1. 一般生理作用,返回,（5）细胞信号转导信使,吸收 N ：无机态氮，即铵态氮和硝态氮 有机态氮，如尿素等。 构成蛋白质的主要成分，占1618。 是细胞质、
5、细胞核和酶的组成成分。 核酸、叶绿素、某些植物激素、维生素的组成成分。,生命元素,（1）氮,2. 大量元素的作用,氮肥过多时，营养体徒长，抗性下降，易倒伏，成熟期延迟。 植株缺氮时，植株矮小，叶小色淡,产量低。,磷脂和核酸的组分，参与生物膜、细胞质和细胞核的构成。 是核苷酸的组成成分。核苷酸的衍生物(如ATP、FMN、NAD+、NADP+和CoA等)在新陈代谢中占有极其重要的地位， 在糖类、蛋白质和脂肪代谢中起着重要的作用。,（2）磷,缺 P 时，植株矮小，叶色暗绿，生育期延迟，产量降低，抗性减弱。 P 过多，易产生缺Zn症。,草莓,呈离子状态 很多酶的活化剂，是40多种酶的辅助因子。 调节水
6、分代谢，调节气孔开闭、蒸腾。 促进能量代谢。作为H+的对应离子，向膜内外转移，参与光合磷酸化、氧化磷酸化。,（3）钾,K 不足时，叶片出现缺绿斑点，逐渐坏死。,构成细胞壁。 钙与蛋白质形成钙调素(CaM)。 Ca2+ 和CaM结合，形成有活性的Ca2+CaM复合体，起“第二信使”的作用。,（4）钙,缺 Ca 时生长受抑制，严重时幼嫩器官、生长点坏死。,叶绿素的组成成分。 许多酶的活化剂。,(5)镁,含硫氨基酸和磷脂的组分，构成蛋白质、生物膜。 CoA、Fd的成分之一。,（6）硫,S 不足时，蛋白质含量显著减少，叶色黄绿，植株矮小。,返回,叶绿素合成所必需。 细胞色素氧化酶、过氧化物酶、过氧化氢
7、酶、Fd的组分。,（1）铁,3. 微量元素的作用,缺Fe时，由幼叶脉间失绿黄化，但叶脉仍为绿色；严重时整个幼叶变为黄白色。,促进糖分在植物体内的运输。 促进花粉萌发和花粉管生长。,（2）硼,缺 B 时, 甘蓝型油菜“花而不实”, 甜菜“心腐病” 。,（3）锰,参与光合作用水裂解, 放O2,缺Mn时，叶绿体结构会破坏、解体。叶片脉间失绿，有坏死斑点。,Trp合成酶的组分， 吲哚 + Ser Trp Trp是生长素合成前体,（4）锌,缺Zn: 吉林省玉米“花白叶病” 华北地区果树“小叶病”。,Trp合成酶,参与氧化还原过程。 光合电子传递体PC(质体蓝素)的组分。,（5）铜,缺Cu：禾谷类“白瘟病
8、”，果树“顶枯病”,氮代谢 硝酸还原酶和固氮酶的成分。,（6）钼,参与光合作用水裂解, 放O2,（7）氯,（8）镍,是脲酶（催化尿素水解 ）的金属成分,返回,缺绿症：,N, Mg, S, K, Fe, Cu, Mn, Mo,植物的有益元素和有害元素,（一）有益元素 （beneficial elements） 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(多种酶的活化剂)，硒、钒(玉米、甜菜) 等。,（二）有害元素 少量或过量存在时均对植物有毒害作用的元素。如重金属汞、铅、钨、铝等。,2 植物细胞对矿质元素的吸收Absorption of Mine
9、ral Elements by Plant Cells,一、细胞膜运输蛋白与离子跨膜运输 （一）离子通道 （二）离子载体 （三）离子泵 二、离子跨细胞膜的运输机制 （一）被动运输 （二）主动运输 （三）胞饮作用,跨膜离子运输蛋白,离子通道(channel) 离子载体(carrier) 离子泵(pump),返回,由细胞膜内在蛋白构成的进行离子跨膜运输的孔道。,跨膜电化学势梯度(浓度梯度和膜电位差) 外界刺激(光照、激素等),（一）离子通道 (ion channel),“门”,开？关？,107108个离子/秒,概念,离子通道运输离子的模式图,细胞内侧,高,低,电化学势 梯度,简单扩散(被动运输),
10、细胞外侧,返回,（二）离子载体 (ion carrier),有专一的结合部位 有选择性,载体参与离子转运的证据：,顺着电化学势梯度 (被动吸收，协同扩散) 逆着电化学势梯度吸收(主动吸收),104-105个离子/秒,是细胞膜中一类能与离子进行特异结合，并通过构象变化将离子进行跨膜运输的蛋白质。又称透过酶或运输酶.,概念,饱和效应 竞争性抑制,单向运输载体模型 A. 载体开口于高溶质浓度的一侧，溶质与载体结合 B. 载体携带溶质顺着电化学势梯度跨膜运输,低溶质浓度,细胞膜,高溶质浓度,电化学势梯度,Kinetic (A) and cartoon (B) representations of th
11、e activity of the carrier C, illustrating the transport of solute S from an extracytosolic compartment (outside, o) to the cell interior (inside, i). Carrier binding sites are not actually thought to move from one side of the membrane to the other. Instead, conformational changes associated with the
12、 transport reaction may be quite subtle.,经通道或载体转运的动力学分析,返回,（三）离子泵 (ion pump),离子泵是一些具有ATP水解酶功能，并能利用水解ATP的能量将离子逆着其电化学势梯度进行跨膜运输的膜载体蛋白。,离子泵逆着化学势梯度运输阳离子（如H+） （A, B）在膜内侧结合阳离子并被ATP磷酸化。（C）磷酸化导致构象变化，使阳离子暴露于细胞外并扩散出去。(D)释放Pi，构象复原。,ATP驱动质膜上的H+-ATP酶将H+泵出,细胞外H+增加，产生跨膜H+梯度和膜电位梯度（电化学势梯度）,细胞外阳离子通道被激活，进入细胞内,膜外H+要顺着浓度
13、梯度扩散到膜内，此时膜外阴离子与H+同向运输到细胞内,离子泵作用的机理 A. 初级主动运输 B,C. 次级主动运输,阴离子与H+ 同向运输进入,H+ -ATP酶泵将H+ 泵出, 产生质子电动势,细胞外侧,细胞内侧,K+离子(或其他阳离子)经通道蛋白进入,A,B,C,返回,二、离子跨细胞膜的运输机制,（一）被动运输（passive transport）,分子沿着化学势梯度或离子沿着电化学势梯度转移的现象称为扩散（diffusion）。 简单扩散（simple diffusion）离子通道 协助扩散（facilitated diffusion）离子载体 具有选择性,扩散的动力：不带电荷的溶质：跨膜
14、浓度梯度 带电离子：跨膜的电化学势梯度 当细胞内外的电化学势差大时，扩散速度快 。,返回,是不需要代谢提供能量的顺电化学势梯度运输物质的过程。,（二）主动运输（active transport）,是需要利用代谢提供的能量才能运输物质的过程。（消耗ATP） 主动吸收的特点： （1）消耗代谢能； （2）有选择性； （3）逆浓度梯度,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
15、吸收矿质的主要方式。,通过载体的次级共转运过程的模式图,同向共转运和反向共转运,返回,物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折而转移到细胞内的过程，称为胞饮作用。,（三）胞饮作用(pinocytosis),概念,非选择性吸收,A. 膜被消化，物质留在细胞质内 B. 透过液泡膜，物质进入液泡中,胞饮过程,返回,3 植物体对矿质元素的吸收 Absorption of Mineral Elements by Plants,一、 根系吸收矿质元素的区域 二、 植物吸收矿质元素的特点 三、 根系吸收矿质元素的过程 四、 影响根系吸收矿质元素的土壤条件 五、 植物地上部分对矿质元素的吸收,一、 根系吸收矿质元素
16、的区域,根尖 根毛区,二、 植物吸收矿质元素的特点,1. 根系吸收矿质与吸收水分的相对独立,既有关、又无关,2. 根系对离子吸收具有选择性和积累性,对同一溶液中不同离子的吸收不同； 对同一种盐的正、负离子的吸收不同。,当供给(NH4)2SO4 时，根系对NH4+ 的吸收远远多于对SO42- 的吸收，使土壤溶液 变酸，这类盐称为生理酸性盐(physiologically acid salt)。,概念,根,NH4+,H+,交换吸附电荷平衡,当供给NaNO3 时，根系对NO3- 的吸收多于对Na+ 的吸收，使溶液变碱，这类盐称为生理碱性盐(physiologically alkaline salt)。,根,OH- 或HCO3-,NO3-,Na+积累,概念,如供给的是NH4NO3，则根系对NH4+和NO3- 的吸收速率基本相同，土壤溶液的酸碱性不发生变化，这类盐则被称为生理中性盐(physiologically neutral salt)。
