植物的矿质与氮素营养

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1、植物的矿质与氮素营 养第一节植物体内的必需元素一、植物体内的元素植物材料水分干物质有机物灰分105C600C（10%95%）（5%95%）（90%95%）（5%10%）挥发残留第一节植物体内的必需元素一、植物体内的必需元素必需元素(essential element)是指在植物完 成生活史中，起着不可替代的直接生理作 用的、不可缺少的元素。 1.判断必需元素的标准。n植物必需元素的三条标准是:第一,由于缺乏该元素,植物生长发育受阻,不能完成其 生活史;第二,除去该元素,表现为专一的病症,这种缺素病症可 用加入该元素的方法预防或恢复正常;第三,该元素物营养生理上能表现直接的效果,而不是 由于土壤

2、的物理、化学、微生物条件的改善而产生的 间接效果。第一节植物体内的必需元素一、植物体内的必需元素2. 植物生长必需的元素有16种，根据植物需要 的多寡将其分为大量元素和微量元素。 （1）大量元素：C、H、O、N、P、K、Ca、 Mg、S。它们约占植物体干重的0.01%10% 。植物对此类元素需要的量较多。 （2）微量元素：Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、 Cl。约占植物体干重的10-5%10-3%。植物对 这类元素的需要量很少,但缺乏时植物不能正 常生长；若稍有过量,反而对植物有害,甚至致 其死亡。第一节植物体内的必需元素一、植物体内的必需元素3.有益元素：某种元素并非植物必需的， 但常在植

3、物体内存在，对植物生长发育生 理功能表现有利作用，并能部分代替某一 必需元素的作用，减缓缺素症的元素。如Ni(也有的将其视为必需元素)，Na，Si ，Co，Se，稀土元素等。4 确定植物必需矿质元素的方法 (1).溶液培养法(或砂基培养法) 溶液培养法(solution culture method)亦称水培法(water culture method),是 在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法 ；而砂基培养法(sand culture method)则是在洗净的石 英砂或玻璃球等基质中加入营养液来培养植物的方法 。(2).气培法(aeroponics) 将根系置于营养液气雾中栽培

4、植物的方法称为气培法。 图3-1几种营养液培 养法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(nutrient film)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。第一节植物体内的必需元素二、植物必需元素的生理功能1.是细胞结构物质的组成成分。2.是生命活动的调节者。3.起电化学作用。 三、植物必需元素的生理作用及缺素症 1、氮吸收方式：NH4+或NO3- ；尿素、氨基酸。生理作用：氮是构成蛋白

5、质的主要成分，核酸、 叶绿素、某些植物激素、维生素等也含有氮。氮在植 物生命活动中占有首要的地位，故又称为生命元素。氮肥过多时，营养体徒长，抗性下降，易倒伏， 成熟期延迟。然而对叶菜类作物多施一些氮肥，还是 有好处的。植株缺氮时，植物生长矮小,分枝、分蘖少,叶片 小而薄；叶片发黄发生早衰,且由下部叶片开始逐渐 向上。 小麦缺氮苹果缺氮马铃薯缺氮菜豆缺氮2、磷生理作用： 磷脂和核酸的组分，参与生物膜、细胞质和细胞核 的构成。所以磷是细胞质和细胞核的组成成分。 磷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， 磷在糖类代谢

6、、蛋白质代谢和脂肪代谢中起着重要 的作用。缺磷时，分蘖分枝减少,幼芽、幼叶生长停滞, 茎、根纤细,植株矮小；叶子呈现不正常的暗绿色 或紫红色。症状首先在下部老叶出现,并逐渐向上 发展。磷过多，易产生缺Zn症。白菜缺磷油菜缺磷玉米缺磷大麦缺磷3、钾 很多酶的活化剂，是40多种酶的辅助因子。 调节水分代谢。K+在细胞中是构成渗透势的 重要成分。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。 钾不足时，叶片出现缺绿斑点，逐渐坏死，叶 缘枯焦。 4、钙 构成细胞壁。 钙与可溶性的蛋白质形成钙调素 (calmodulin，简称CaM)。CaM和Ca2

7、+结合 ，形成有活性的Ca2+CaM复合体，起“第二 信使”的作用。 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。蕃茄缺钙白菜缺钙5、镁 叶绿素的组成成分之一。缺乏镁，叶绿素 即不能合成，叶脉仍绿而叶脉之间变黄。 许多酶的活化剂。 6、硫 含硫氨基酸和磷脂的组分，蛋白质、生物 膜 硫也是CoA、Fd的成分之一。硫不足时，蛋白质含量显著减少，叶色黄绿 ，植株矮小。铁 叶绿素合成所必需。Fd的组分。因此，参与 光合作用。缺铁时，由幼叶脉间失绿黄化，但叶脉 仍为绿色；严重时整个新叶变为黄白色。 硼 促进糖分在植物体内的运输。促进花粉萌发

8、 和花粉管生长。 缺硼时, 甘蓝型油菜“花而不实”,甜菜“心腐病” 锰 在光合作用方面，水的裂解需要锰参与。缺锰时 ，叶绿体结构会破坏、解体。叶片脉间失绿，有坏 死斑点。 锌 色氨酸合成酶的组分，催化吲哚与丝氨酸成色氨 酸。玉米“花白叶病”，果树“小叶病”。铜 参与氧化还原过程。光合电子传递链 中的电子传递体质体蓝素的组分。禾谷类“ 白瘟病”，果树“顶枯病” 钼 钼的生理功能突出表现在氮代谢方面。钼 是硝酸还原酶和固氮酶的成分。 氯 氯在光合作用水裂解过程中起着活化剂的 作用，促进氧的释放。 镍 镍是近年来发现的植物生长所必需的微量 元素。镍是脲酶的金属成分，脲酶的作用是 催化尿素水解。白菜缺

9、铁白菜缺锰蕃茄缺硼小麦缺铜草 莓 叶 片 的 缺 素 症 状第二节 植物细胞对溶质的吸收植物细胞吸收矿质元素的方式有两类:方式被动吸收主动吸收图图3-2 植物组织对组织对 溶质质的吸收第二节 植物细胞对溶质的吸收一、被动吸收：概念：被动吸收指由于扩散作用或其他物理过程而进行的 吸收，是不消耗代谢能量的吸收过程，亦称非代谢 吸收。类型：扩散作用:分了或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象。协助扩散：小分了物质经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨膜的转运。 第二节 植物细胞对溶质的吸收一、被动吸收： 1.扩散作用:杜南平衡：细胞内的可扩散负离子和正离子 浓度的乘积等于细胞外可扩散正、负离子浓 度

10、乘积时的平衡，叫杜南(道南)平衡。 Na1+Cl1-Na0+Cl0-。 第二节 植物细胞对溶质的吸收植物细胞吸收矿质元素的方式有两类:一、被动吸收：2.协助扩散： 膜转运蛋白可分为两大类： 离子通道载体离子通道1、通道具有离子选择性，转运速率高。2、离子通道是门控的。n载体蛋白（carrier proteins）：又称通透酶 或透过酶，也是一类内在蛋白。证明载体 存在的依据有离子吸收的饱和效应和竞争 效应。载体第二节 植物细胞对溶质的吸收二、主动吸收：概念：主动吸收是指细胞利用呼吸释放的能量作功而逆着电化学势梯度吸收离子的过程。 ATP酶共转运 n主动运输包括载体学说和离子泵学说类型第二节 植

11、物细胞对溶质的吸收二、主动吸收： ATP酶和载体第二节 植物细胞对溶质的吸收ATP酶和载体1、H+ATP酶（又称离子泵学说）图3-8 ATP酶逆电化学势梯度运送阳离子到膜外去 的假设步骤 A.B.ATP酶与细胞内的阳离子M+结合并被磷酸化； C.磷酸化导致酶的构象改变，将离子暴露于外侧并 释放出去； D.释放Pi恢复原构象 第二节 植物细胞对溶质的吸收二、主动吸收： 2.共转运 2.共转 运 3 、 载体学说注意：载体蛋白与载体学说中的载体的区别。载 体蛋白是膜内的内在蛋白，载体在膜内是可移动 的。载体需与ATP结合，对离子有专一性的结合部位 ，具有很强的识别能力。在膜外侧能与相应的离 子结合

12、，到达膜内侧又能释放离子。支持载体学说的两个事实：饱和效应和离子之间 的竟争现象。磷酸 脂酶磷酸 激酶活化 载体线 粒 体ATP离子载体离子 复合物载体细胞质载体学说示意图三、胞饮作用n物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折而转 移到细胞内的攫取物质及液体的过程，称为 胞饮作用(pinocytosis)。 第三节 植物对矿质的吸收及运输一、吸收部位：叶片根系根毛区为主二、植物根系对矿质元素的吸收二、植物根系对矿质元素的吸收根系是植物吸收矿物质的主要器官，它吸收矿物质的根系是植物吸收矿物质的主要器官，它吸收矿物质的 部位和吸水的部位都是根尖未栓化的部分。部位和吸水的部位都是根尖未栓化的部分。根毛区吸

13、根毛区吸 收离子最活跃，而根尖分生区积累最多。收离子最活跃，而根尖分生区积累最多。图 3-12 大麦根尖 不同区域 P的积 累和运出 第三节 植物对矿质的吸收及运输二、根系吸收矿质的特点： 1.对矿质和水分的相对吸收；植物对水分和矿质的吸水是既相互关联 ，又相对独立。前者表现为盐分一定要溶 于水中才能被根系吸收，并随水流进入根 部的质外体；后者表现在两者的吸收比例 和吸收机理不同。第三节 植物对矿质的吸收及运输二、根系吸收矿质的特点： 2.对离子的吸收具有选择性；生理酸性盐：对于(NH4)2SO4一类盐，根对NH吸收多 于和快于SO42-（根系吸收阳离子多于阴离子） ，故溶液 中留存许多SO4

14、2-，导致溶液变酸，这种盐类叫生理酸性 盐。生理碱性盐：对于NaNO3一类盐，植物吸收NO3-较Na+多 而快（根系吸收阴离子多于阳离子），这种选择吸收的 结果使溶液变碱，故称这类盐为生理碱性盐。生理中性盐：对于NH4NO3-一类的盐，植物吸收其阴离 子与阳离子的量几乎相等，不改变周围介质的pH值，故 称这类盐为 生理中性盐。第三节 植物对矿质的吸收及运输二、根系吸收矿质的特点： 3.单盐毒害及离子颉颃；单盐毒害 将植物培养在单盐溶液中时，即 使是植物必需的营养元素，植物仍然要受到毒 害以致死亡。这种溶液中只有一种金属离子对 植物起毒害作用的现象离子拮抗 在发生单盐毒害的溶液中加入少 量其他金

15、属离子，即能减弱或消除这种单盐毒 害，离子间的这种作用称为离子颉颃，也称离 子对抗或离子拮抗。例如在KCl溶液中加入少量 Ca2+，就不会对植株产生毒害。第三节 植物对矿质的吸收及运输二、根系吸收矿质的特点： 4.平衡溶液在含有适当比例的多种盐盐溶液中，各种离子的毒害 作用被消除，植物可以正常生长发长发 育，这这种溶液称为为 平衡溶液。n我们可以将必需的矿质元素按一定浓度与比例配制成混 合溶液，使植物生长良好。这种对植物生长有良好作用 而无毒害的溶液，称为平衡溶液(balanced solution) 。Hoagland培养液就是平衡溶液。对海藻来说，海水就 是平衡溶液。对陆生植物来说，土壤溶

16、液一般也是平衡 溶液。 第三节 植物对矿质的吸收及运输三、根系吸收矿质的过程土壤 养分根表 养分植物体 内养分第一步第二步三、根系吸收矿 质的过程 1.离子被吸附在根 系细胞的表面离子交换接触交换由于土壤 颗粒的表 面带有负 电荷，阳 离子被土 壤颗粒吸 附于表面 。外部阳 离子如钾 离子可取 代土壤颗 粒表面吸 附的另一 个阳离子 如钙离子 ，使得钙 离子被根 系吸收利 用。 图 3-13 土壤颗粒表面阳离子交换法则第三节 植物对矿质的吸收及运输三、根系吸收矿质的过程2.离子进入 根部导管质外体途径（自由空间 ）共质体途径第三节 植物对矿质的吸收及运输四、影响根系吸收矿质的因素 1.温度 2.通气状况 3.土壤溶液浓度 4.土壤pH3、影响根系吸收矿质元素的因素 （1）温度n在一定范围内，根部吸收矿质元素的速率随土壤温 度的增高而加快，因为温度影响了根部的呼