《植物营养学全套课件教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《植物营养学全套课件教案（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、植物营养学 第一节 什么是植物营养学 第二节 植物营养学的发展 第三节 现代植物营养学的范畴 第四节 植物必需的矿质元素 第一节 什么是植物营养学 植物营养 植物体从外界环境中吸取其生长发育所需的养分，用以维持其生命活动。 营养元素 植物体用于维持正常新陈代谢完成生命周期所需的化学元素。 植物营养学 是研究植物对营养物质吸收、运输、转化和利用的规律及植物与外界环境之间营养物质和 能量交换的科学。 第二节 植物营养学的创立 植物“ 生长要素 ” 的探讨（ 1630-1750） 植物营养物质的探寻（ 1750-1800） 植物生理学的创立（ 1800） 矿质营养学说的创立（ 1840） 植物营养学
2、的发展 植物营养学的主要任务务 植物“ 生长要素 ” 的探讨 （1630-1750） Van Helmont,柳条试验证明水是植物生长必需的。 Glauber，畜粪分析，田间试验证明植物能从一种叫做“ 硝” 的物质中吸收营养物质。 Woodward 不同来源水分试验 -土壤中有营养物质 Tull 土壤耕翻实践 -土壤颗粒大小的影响 植物营养物质的探寻 （1750-1800） Home，空气 、水、土、各种盐类、油、“ 固定形态的火 ” Wallerius,Dundonald，腐殖质学说，认为石灰，碱类和其他含盐物质为间接作用 第一章 绪 论 Jan Ingen-Housz，植物对空气的净化与浊
3、化，光的重要性 Jean Seenebier,1782 ，解释柳条试验， -“ 固定态” 空气 植物生理学的创立（ 1800） De Saussure 植物的关系 氧气，二氧化碳 ,呼吸作用的实质 植物氧及碳的来源 植物灰分及其成分 -土壤只能为植物供应很少的一部分养料，但不可缺少。 矿质营养学说的创立 （1840）化学在及植物生理学上的应用 李比希的主要功绩 李比希的主要功绩 确立植物矿质营养学说，建立了植物营养学科，从而促 进了化肥工业的兴起。 把化学运用于农业，使化学融于农业科学之中。 推行新教法，重视实践和人才培养。 他所提出的归还学说和最小养分律对合理施肥至今仍 有深远的指导意义。
4、缺点和不足 尚未认识到养分之间的相互关系。 对豆科植物在提高土壤肥力方面的作用认识不足。 过于强调了矿质养分的作用，对腐殖质的作用认识不够 植物营养学的发展 Sachs(1860) Knop(1861) 发展了营养液培养技术 Lawes(1843)，创立了英国洛桑试验站 门捷列夫（ 1869）建立了肥料试验网 Beijerink(1888),成功分离根瘤菌，促进土壤细菌学的发展 1900-1970 土壤 pH 值与施肥 微量元素的发现 有益元素的发现 养分之间的相互作用 1970-目前 根际研究 土壤养分生物有效性的概念 植物营养性状的遗传学研究 植物营养与微生物 植物营养与分子生物学 植物营
5、养与生态环境 推动植物营养学发展的中外农业科学家 植物营养学的主要任务 阐明植物体与外界环境之间营养物质交换和能量交换的具体过程， 阐明植物体内营养物质运输、分配和能量转化的规律； 通过施肥手段为植物提供充足的养分，创造良好的营养环境； 通过改良植物遗传特性的手段调节植物体的代谢，提高植物营养效率。 目的：提高作物产量，改善产品品质, 减轻环境污染。 第三节 现代植物营养学的范畴 1 现代植物营养学的研究范畴 植物营养生理学 植物根际营养 （根际微生物） 植物营养遗传学与分子生物学 植物营养生态学 （养分循环与生态环境保护、污染土壤修复） 肥料与施肥技术 （农产品产量与品质） 2 植物营养学的
6、主要研究方法 生物田间试验法 田间自然条件下进行 1.是植物营养学科中最基本的研究方法 2.试验条件最接近农业生产要求，能较客观地反映生产实际 3.所得结果对生产有很强的指导意义。 缺点：田间的自然条件有时很难控制，因此此法应与其它方法结合起来运用，不适合单因素试验等。 生物模拟试验法 生物模拟试验法 运用特殊装置，给予特殊条件。 1.便于调节水、肥、气、热和光照等因素，有利于开展单因子的研究。 2.多用于进行条件田间条件下难以进行的探索性试验。 缺点：所得的结果往往带有一定的局限性，往往需要进一步在田间试验中验证，然后在用于生产。 种类：土培法，沙培法，溶液培养法等 化学分析法 化学分析方法
7、 （农业化学分析法） 是研究植物、土壤和肥料中营养物质含量、形态、分布与动态变化必要的手段。 是进行植物营养诊断所不可少的方法 在大多数情况，此法应与其他方法结合运用。但手续繁多。工作量大。近十几年来，有各种自动化测试 仪器相继问世，从而克服这一缺点。 数理统计法 数理统计法 指导试验设计检验试验数据资料。 帮助试验者评定试验结果的可靠性，作出正确的科学结论。 计算机技术的应用，可进行数学的模拟，建立数学模型等。 核素技术法 核 素 技 术 法 （同位素示踪技术法） 利用放射性和稳定性同位素的示踪特性，揭示养分运动的规律 缩短试验进程，解决其它研究方法难以深入的问题 酶学诊断法 酶学诊断法 通
8、过酶活性的变化了解植物体内的养分的丰缺状况 反映灵敏，能及时提供信息 专一性较差，尚需积累经验 第四节 植物必需的矿质元素 1 植物必需的矿质元素 必需植物必需的矿质元素的标准 1939年 Arnon 和 Stout 提出了三条标准 这种化学元素对所有植物的生长发育是不可缺少的。缺少这种元素植物就不能完成其生命周期； 该元素的功能不能被其它元素所替代。缺乏这种元素后，植物会表现出特有的症状，只有补充这种元素 后症状才能减轻或消失； 该元素必须直接参与植物的新陈代谢，对植物起直接营养作用，而不是改善环境的间接作用。 矿质元素的标准 大量元素 （0.1%,dw ） 碳（Carbon ）,氢（Hyd
9、rogen ）,氧 （Oxygen ）,氮（Nitrogen ）,磷 （Phosphorus ）,钾（Potassium ）, 中量元素 钙（Calcium ）,镁（Magnesium ）,硫（Sulphur ） 微量元素（ 0.1 mg/kg - 0.1%, dw ） 铁（Iron）,硼（Boron）,锰（Manganese ）,铜 （Copper ）,锌（Zinc）,钼 （Molybdenum ）,氯（Chlorine ） 必需矿质元素发现的时间 Carbon1800年 Snebier& Saussure vHydrogen 没发现元素之前 vOxygen没发现元素之前 Nitrogen1
10、804年 Saussure Phosphorus Potassium Magnesium1938 年 Sprengel et al vSulphur Calcium vIron1860年 Sachs Manganese1922 年 Hargue Boron 1923 年 Warington Zinc1926年 Sommer& Lipman vCopper1931年 Lipman & MacKinney vMolybdenum 1939年 Arnon & Stout Chlorine 1954年 Broyer et al Nickel 1987 Brown et al 2 植物的有益元素 硅（S
11、ilicon ）,钠（Sodium ）,钴（Cobalt ）,镍（Nickle ）,硒 （Selenium ）,铝（Aluminium ） 3 必需营养元素的一般营养功能 C,H,O,N,S： 构成有机物质的主要成分，能在氧化还原反应中被同化。这种同化反应是植物新陈代谢的 基本过程。 P,B,(Si)： 以无机阴离子或酸分子的形态被植物吸收，并可与植物体中的羟基化合物生成酯类物质。 K,(Na),Mg,Mn,Cl ：以离子态被植物吸收，并以离子态存在于细胞中，或被吸附在非扩散的有机离子上。 这些离子有的能维持细胞渗透压，有的能活化酶，或成为酶和底物间的桥键元素。 Fe,Cu,Zn,Mo：主要以
12、配合态存在于植物体内，除Mo 以外也常常以配合物形态被吸收。大多数可以通 过原子价的变化传递电子。 第二章 第一节 养分进入根细胞的机理 一、植物根系的结构特点： 从根尖向根茎基部分为根冠、分生区、伸长区和成熟区(根毛区 )和老熟区五个部分 二、根细胞对养分离子吸收的特点 选择性吸收 植物赖以生存的基础。 三、根自由空间中养分离子的移动 质外体与共质体 质外体(Apoplast) ： 指细胞原生质膜以外的空间，包括细胞壁、细胞间隙和木质部导管。 共质体(Symplast) 由穿过细胞壁的胞间连丝把细胞相连，构成一个相互联系的原生质的整体（不包括液泡）。 胞间连丝 相邻细胞之间的原生质丝，是细胞
13、之间物质运输的主要通道。 养分离子在根中的移动过程 根自由空间：根部某些组织或细胞允许外部溶液中离子自由扩散进入的区域。基本上包括了细胞膜以外 的全部空间，相当于质外体系统。 1、水分自由空间 ：根细胞壁的大孔隙，离子可随水分自由移动。 根自由空间：由水分自由空间和杜南自由空间组成。 左：示意图；右：处于不同自由空间中的钾离子的移动性不同。 2、杜南自由空间 ：因细胞壁和质膜中果胶物质的羧基解离而带有非扩散负电荷的空间，离子移动通过 交换与吸附的方式，不能自由扩散。 阳离子交换量 (CEC)：由根自由空间中的阳离子交换位点的数目决定，双子叶植物单子叶植物 不同作物根的阳离子交换量（CEC） （
14、cmol/kg, DW） 双子叶植物CEC 单子叶植物CEC 大豆65.1 春小麦22.3 苜蓿48.0 玉米17.0 花生36.5 大麦12.3 棉花36.1 冬小麦9.0 油菜33.2 水稻8.4 四、离子的跨膜运输 生物膜的模型 (一)基本概念 化学势：驱动溶质跨膜运输的各种势能的总和，包括浓度梯度、水稳压、电场等。由于离子带有电荷， 化学势的变化导致电势的变化，故膜内的化学势可用电势来衡量，也称电化学势(electrochemical potential) 。植物细胞膜的电化学势差一般在-60mV 至-240mV 。 膜内外电化学势的测定方法 电化学势是区分主动运输与被动运输的重要指标
15、。 被动吸收 主动吸收 Nernst 方程：膜内外离子的浓度差可由电化学势差来平衡。 通过比较由方程计算出的和实际测定的膜内外离子浓度及膜的电化学势，可以确定某个离子是主动运 输还是被动运输。 不同离子的跨膜运输方式 H +的跨膜运输是决定膜内外电化学势的重要因子！ Why? 实际测定的细胞膜的电化学势常为-130-110mV，而经计算而得的值应为-80-50mV。其原因在于， 由 H +-ATP 酶可以向膜外排出 H +，从而产生额外的负压。 在下图中，在豌豆根培养液中加入CN -可以毒害线粒体， ATP 的合成受到抑制，导致 H +分泌受阻，而 使膜化学势上升。 (二)膜转运蛋白 (Tra
16、nsporter,transport protein) 为什么说膜上存在转运蛋白？ 细胞如下图所示，与人工膜相比，生物膜对于有极性的分子和带电离子的通透性显著高于人工膜，而对 无极性分子和无电荷的小分子物质（水）的通透性则二者相差不大。说明有生物膜上有转运蛋白在起作 用。 膜上存在 3种类型的转运蛋白： 离子通道 (Ion channel): 膜上的选择性孔隙。由它调节的离子运输属被动扩散，速度快，主要用于水和 离子,如，水通道、 K +通道、 Ca2+离子通道。 离子泵 (Pump) ：逆电化学势直接将分子或离子泵出膜内或膜外，与能量供应直接偶联。也称为初级主 动运输。根据离子运输是否使膜内外产生净电荷而分为致电泵与电中性泵。 致电泵：离子的运输使膜内外产生净电荷，如H +泵，即 H+-ATP 酶，它通过催化 ATP 水解而产生 H+， 并将其泵出膜外。 致电泵驱动阳离子跨膜运输的假说模型致电泵驱动阳离子跨膜主动运输的假说模型： 转运蛋白与膜内的阳离子M +结合，并被 ATP 磷酸化，导致构型发生变化，将阳离子 M +暴露于膜外，
