植物生理学-第三章

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1、第三章第三章 植物的矿质营养植物的矿质营养第一节第一节 植物必需元素及其作用植物必需元素及其作用 一一. . 植物体内的元素及其含量植物体内的元素及其含量 挥发性元素 灰分元素二二. . 植物必需元素的标准与确定方法植物必需元素的标准与确定方法 植物必需元素的标准植物必需元素的标准 ：（1）完全缺乏时，植物不能正常生长发育。（2）完全缺乏时，植物出现的缺素症状是专一的，不能被其它元素替代。（3）元素的功能是直接的，而不是由于改善土壤或微生物条件所产生的 间接效应。必需元素的确定方法：必需元素的确定方法：溶液培养法溶液培养法 （水培法）（水培法）（18591859，Sachs Sachs ； K

2、nop Knop）砂基培养法（砂基培养法（ 砂培法）砂培法）溶液培养法在生产上的应用: 间歇水培或气培法间歇水培或气培法（70年代）大量元素 C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S微量元素 Fe, Mn, B, Zn, Cl, Mo, Cu，Ni 稀土元素稀土元素： 镧系元素和钇钪，共17种有益元素有益元素 ：Si (水稻); Al (茶); Na(甜菜); Co(豆科植物根瘤菌固氮所必需)三三 . . 植物必需元素的作用植物必需元素的作用 1 . 1 . 植物必需元素的一般作用植物必需元素的一般作用 （1 1）细胞结构物质的组分）细胞结构物质的组分 （2 2）生命活动的调节者

3、）生命活动的调节者 （3 3）参与植物体内的醇基化）参与植物体内的醇基化 （4 4）电化学作用）电化学作用2. 2. 大量元素的作用大量元素的作用N N吸收态：硝态氮和铵态氮；有机氮（尿素）作作 用：用：生命元素生命元素. . 核酸(DNA,RNA) ,细胞核的结构物质; 蛋白质(酶),是原生质的主要组成成分;磷脂,是生物膜的主要组成成分; 叶绿素、光敏素,维生素(B1,B2,B6,PP等) 激素(IAA,CTK),生物碱等;结构物质成分调节生命活动参与能量代谢ADP,ATP,NAD,CoA等.缺缺 乏乏 症症 ：植株矮小，叶小，色淡或发红植株矮小，叶小，色淡或发红. .发病部位发病部位 ：老

4、叶老叶( (易转移易转移) )N 过 多 :徒长,叶片大，茎柔软,易倒伏,成熟晚,抗性差,易受病虫害.- N - N- N - N CKP P吸收态: H2PO4 - , H2PO42 -缺素症缺素症 ：植株矮小、茎叶暗绿色或紫红色；分枝分蘖少，成熟晚，果实植株矮小、茎叶暗绿色或紫红色；分枝分蘖少，成熟晚，果实 、种子小、不饱满。、种子小、不饱满。过 多：影响其它元素吸收。发病部位：老叶（易转移）发病部位：老叶（易转移）形成糖的磷酸酯 磷的转运器工作作用: 核酸 磷脂的组成成分,-生物膜、原生质、细胞膜 ATP,ADP,AMP组分-能量代谢(氧化磷酸化、光合磷酸化) 促进碳水化合物的运输 P

5、+ 植酸 + Ca + Mg 植酸钙镁 许多辅酶的组分 液胞内含有磷酸盐（维持细胞渗透势，缓冲PH值）- PKK 吸收态：K+作 用 ： 酶的活化剂 影响物质运输 调节水分代谢（促进气孔张开，控制蒸腾） 提高抗性（增加原生质水合度，提高保水力） 能量代谢（参与光合磷酸化和氧化磷酸化 ）缺素症缺素症 ：叶片缺绿，茎柔弱易倒伏，抗逆性差叶片缺绿，茎柔弱易倒伏，抗逆性差过 多： 果实出现灼伤病、苦陷病发病部位：老叶（易转移）发病部位：老叶（易转移）- KCaCa吸收态： Ca + 某些酶的活化 剂 Ca + + 钙调蛋白（CaM） Ca + CaM作 用 ： 解毒 细胞结构组分 P + 植酸 + C

6、a + Mg 植酸钙镁 参与氧化磷酸化（作为H+的对应离子 ） 提高植物适应干旱和干热的能力（降低原生质的水合 度）CaM CaM ：是一种热稳定的小分子蛋白质。由是一种热稳定的小分子蛋白质。由148148个氨基酸构成单链，不含个氨基酸构成单链，不含 半胱氨酸和脯氨酸，所以空间结构有较大的灵活性。因为其有四个部位能束半胱氨酸和脯氨酸，所以空间结构有较大的灵活性。因为其有四个部位能束 缚钙，所以叫钙调蛋白（缚钙，所以叫钙调蛋白（CaM CaM ）。 发现： 1970年，Chenng 最先发现是在牛脑中，而后在心脏中得到。1978年Anderson等首先证实植物细胞中存在钙调蛋白。钙调蛋白的存在部

7、位：细胞质和细胞器钙调蛋白的存在部位：细胞质和细胞器 作用机理作用机理 ：胞外信号质膜Ca通道打开Ca进入4 Ca + +CaMCaMCa +Ca +Ca +Ca + +ECaMCa +Ca +Ca +Ca +E生理效应CaM CaM 对光敏素作用图解对光敏素作用图解 ：PrPf r10-6 MCa 10-6 MCaMCaMECaM E光- Ca- N CKMgMg吸收态：Mg +腺苷OPO P - O P - OH OHOOOOOMgN E Pr作 用 ：缺 素 症：脉间缺绿 发病部位：老叶（易转移 ） 与光合作用有关（叶绿素组成、促光合磷酸化、RUBP羧化酶） 某些酶的活化剂，或组分（转移

8、磷酸基的酶类，如ATP酶 ） 植酸钙镁 Mg MgS S吸收态：吸收态：SOSO4 42-2-作作 用用 ：含硫氨基酸成分（参与蛋白质与生物膜的组成）含硫氨基酸成分（参与蛋白质与生物膜的组成） 参与生化反应（参与生化反应（CoACoA的成分）的成分） 参与光合作用（光合链成员的组分）参与光合作用（光合链成员的组分） 参与氮代谢（铁氧还蛋白，固氮酶）参与氮代谢（铁氧还蛋白，固氮酶） 影响其它元素的吸收影响其它元素的吸收缺素症：植株矮小（蛋白质合成受阻），叶片小而黄缺素症：植株矮小（蛋白质合成受阻），叶片小而黄 ，一脱落。，一脱落。发病部位：幼叶（不易转移）发病部位：幼叶（不易转移）微量元素微量元

9、素 FeFeFeFe吸收态：吸收态： FeFe2+2+作作 用用 ：酶的组成成分（细胞色素氧化酶酶的组成成分（细胞色素氧化酶 ）合成叶绿素的必要条件合成叶绿素的必要条件（MgMg- -原卟啉原卟啉 原叶绿素酸酯）原叶绿素酸酯）光合链成员组分（铁氧还蛋白光合链成员组分（铁氧还蛋白 ）生物固氮生物固氮（固氮酶组分）（固氮酶组分）硝酸盐还原、磷酸盐同化硝酸盐还原、磷酸盐同化（铁氧还蛋白）（铁氧还蛋白）缺缺 素素 症：幼叶浅黄绿色症：幼叶浅黄绿色发病部位：幼叶（不易转移）发病部位：幼叶（不易转移）-Fe-FeCK玉米玉米-Fe大大豆豆-FeCKCK -Mn亚亚 麻麻CK -B大大 豆豆吸收态：Mn2+

10、作 用 ：酶的活化剂参与光合作用（水的光解）维持叶绿体结构缺素症：脉间失绿，有坏死斑点。根系不发达，结实少。发病部位：幼叶（不易转移）MnMnB B吸收态：H3 BO 3抑制酚酸（咖啡酸、绿原酸等）形成，保护根尖、茎 尖不受伤害。作 用 ：影响生殖（促进花粉萌发、花粉管伸长）促进糖的运输： B糖复合物 -影响蛋白质的合成（B U合成 RNA 蛋白质 ）影响激素合成 （缺B，CTK合成受阻；IAA积累 ）缺素症：花而不实；生长点坏死。 发病部位：幼嫩器官（不易转移）CK-Mn大大 豆豆ZnZn吸收态：Zn2+作 用： IAA生物合成（色氨酸合成酶的组分）碳酸苷酶的组分某些酶的活化剂（羧肽酶、脱氢

11、酶、激酶 ） 缺 素 症：叶片小，植株生长受阻；阔叶作物脉间失绿 。 发病部位：老叶（易转移）CKCK-Zn -Zn大大豆豆亚亚麻麻ClCl吸收态：Cl -作 用：光合作用（水的光解）电位平衡（光合磷酸化）参与气孔运动（Cl - 、K+ ）缺素症：生长缓慢，叶片小，易萎蔫。MoMo作 用：吸收态：Mo+固氮酶组分硝酸还原酶成分参与氮代谢缺素症：脉间失绿，叶片小发病部位：幼叶（不易转移）CuCu吸收态：Cu +作 用 ：某些酶的成分（抗坏血酸氧化酶、多酚氧化酶 ）光合电子传递体系成员（质体兰素 ）超氧化物歧化酶（SOD）的组分：（消除超氧自由基的伤害 ） 缺素症：脉间失绿， 叶片 坏死 发病部位

12、：幼叶（不转移）光合电子传递体系成员（质体兰素 ）超氧化物歧化酶（SOD）的组分：（消除超氧自由基的伤害 ） 缺素症：脉间失绿， 叶片 坏死 发病部位：幼叶（不转移）Cu-Mo玉玉米米NiNi吸收态：吸收态： Ni Ni 2+2+作作 用用 ：维持脲酶结构和功能所必须维持脲酶结构和功能所必须提高呼吸酶活性提高呼吸酶活性: : （过氧化物酶、多酚氧化酶、（过氧化物酶、多酚氧化酶、抗坏血酸酶）抗坏血酸酶） 增加叶绿素和类胡罗卜素含量。增加叶绿素和类胡罗卜素含量。利于萌芽种子吸氧利于萌芽种子吸氧中毒症：叶片失绿中毒症：叶片失绿, , 脉间出现褐色坏死。脉间出现褐色坏死。CK -N -P -K -Ca

13、小小麦麦CK -N -P-Ca大大豆豆1. 1. 参与光合作用的元素有那些参与光合作用的元素有那些2. 2. 引起叶片失绿的元素引起叶片失绿的元素3. 3. 参与循环及不参与循环的元素参与循环及不参与循环的元素 4. 4. 参与参与N N代谢的元素代谢的元素 5. 5. 参与有机物运输的元素参与有机物运输的元素作作 业业溶液培养法溶液培养法( (solution culture method)solution culture method)和和 砂基培养法砂基培养法( (sand culture)sand culture)搅搅 拌拌 器器封盖封盖 营养液营养液 气雾室气雾室营养液营养液气气栽栽

14、（aeroponicsaeroponics）法法营营养养膜膜 ( (nutrient film)nutrient film)法法第二节第二节植物对矿质元素的吸收与运转植物对矿质元素的吸收与运转一、植 物 细 胞 对 矿 质 元 素 的 吸 收被动吸收被动吸收主动吸收主动吸收胞饮作用胞饮作用简单扩散 杜南平衡载体学说 离子泵学说正负离子平衡学说离子通道学说载体学说：载体学说：RMPiMRMRPiPiATPADP膜外细胞质内磷酸酯酶磷酸激酶证明载体存在的依据：饱和效应；离子竞争缬氨霉素（环状多肽） 人工合成的载离子体拉拉吸吸原生质体原生质体膜片膜片电电 极极 尖尖吸管液吸管液片钳技术示意图片钳技术

15、示意图离子泵学说离子泵学说：ATPE阴离子载体ATPADP - + Pi H+ADP- + H2O ADP + OH- OH -阴离 子PH Pmf质质 膜膜胞内胞外阴离 子K+K+正负离子平衡学说正负离子平衡学说 植物体内阴阳离子的总量存在平衡，即CA平衡C K+、Na+、 Mg+、Ca2+ 等（总量） ACl-、 NO 3 -、 H2PO4 -、 SO4 2- 等（总量) 因代谢使某些离子被同化或利用，CA平衡被破坏，同时某些羧酸量变化，建立新的CA平衡。例如，NO3-的还原。通过MAL的合成、分解、运 输，控制 K+ 和NO3-的吸收与迁移。离子通道学说离子通道学说由多亚基组合的蛋白，即通道蛋白，可通过构 象变化产生跨膜通道。通道的孔径大小制约进出离子的 种类于速度，使离子有选择性地作跨膜运转，并且呈现 饱和效应。运转离子所需能量来自质子泵ATP酶，产生 Pmf。所以离子通道学说和离子载体学说共同用于解