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1、第二章 植物必需的营养元素 及主要生理功能,Plant Nutrition,第一节 植物组成及必需营养元素的概念,一、必需营养元素的确定方法与定义 二、必需营养元素的分类 三、最小养分律的概念,一、必需营养元素的确定方法与定义,1、基本概念： 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,目前，国内外公认的高等植物所必需的营养元素有17种碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、鉬、氯、镍。,Mn,B,Fe,S,N,C,O,H,Ca,K,P,Cu,Cl,Zn,Mg,Mo,Ni,其他元素
2、,必需营养元素 非必需营养元素有益元素其它元素,植物的物质组成,3、必需营养元素的定义：,对于植物生长具有必需性、不可替代性和作用直接性的化学元素称为植物必需营养元素。确定必需营养元素的三条标准（Arnon & Stout, 1939） 必需性：缺少这种元素植物就不能完成其生命周期 不可替代性：缺少这种元素后，植物会出现特有的症状，而其它元素均不能代替其作用，只有补充这种元素后症状才会减轻或消失。 直接性：这种元素是直接参与植物的新陈代谢，对植物起直接的营养作用，而不是改善环境的间接作用。,有益元素： 非必需营养元素中一些特定的元素，对特定植物的生长发育有益，或为某些种类植物所必需。例：豆科作
3、物钴藜科作物钠硅藻和水稻硅,4、正常生长植物干物质中必需营养元素的平均含量,元素 符号 mol/克（干重 ） mg/kg %,Mo 0.001 0.1 -,Cu 0.1 0.6 -,Zn 0.30 20 -,Mn 1.0 50 -,Fe 2.0 100 -,B 2.0 20 -,Cl 3.0 100 -,S 3.0 - 0.1,P 60 - 0.2,Mg 80 - 0.2,Ca 125 - 0.5,K 250 - 1.0,N 1000 - 1.5,O 30000 - 45,C 40000 - 45,H 60000 - 6,钼 铜 锌 锰 铁 硼 氯 硫 磷 镁 钙 钾 氮 氧 碳 氢,分组原则
4、： 根据植物体内含量的多少分为大量营养元素和微量营养元素。一般以占干物质重量的0.1%为界线。大量营养元素含量占干物重的0.1%以上，包括C、H、O、N、 P、K、Ca、Mg、S等9种; 微量营养元素含量一般在0.1%以下，包括 Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl 等7种。 来源：碳和氧来自空气中的二氧化碳，氢和氧来自水，其它的必需营养元素几乎全部是来自土壤。由此可见，土壤不仅是植物生长的介质，而且也是植物 所需矿质养分的主要供给者。,二、必需营养元素的分类,十七种营养元素同等重要，具有不可替代性； N、P、K素有“肥料三要素”之称； 有益元素对某些植物种类所必需，或是对某些植物的生长发育
5、有益。,需要注意的问题,三、最小养分律的概念,所谓最小养分就是指土壤当中最缺乏的那一种营养元素，物为了生长必须要吸收各种养分，但是决定作物产量的却是土壤中那个相对含量最小的有效植物生长因子，产量在一定限度内随着这个因素的增减而相对变化，因而无视这个限制因素的存在，即使继续增加其它营养成分也难以再提高作物的产量。,第二节 必需营养元素的主要生理功能和吸收利用,一、必需营养元素的一般生理功能,第一组： C、H、O、N、 S植物有机体的主要组分； 第二组： P、B、(Si) 都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进行酯化作用； 第三组：K、(Na)、Ca、Mg、Mn、Cl
6、有的能构成细胞渗透压，有的活化酶，或成为酶和底物之间的桥接元素； 第四组：Fe、Cu、Zn、Mo、(Ni)这些元素的大多数可通过原子价的变化传递电子。,三、氮、磷、硫的主要生理功能,1、氮,(1) 含量和分布：,一般植物含氮量约占植物体干物重的0.3%-5%,而含量的多少与植物种类、器官、发育阶段有关。 种类：大豆 玉米小麦水稻 器官：叶片子粒茎秆苞叶 发育：同一作物的不同生育时期，含氮量也不相同。,注意： 作物体内氮素的含量和分布，明显受施氮水平和施氮时期的影响。通常是营养器官的含量变化大，生殖器官则变动小，但生长后期施用氮肥，则表现为生殖器官中的含氮量明显上升。,氮是植物体内许多重要有机化
7、合物的组分，也是遗传物质的基础。 A.蛋白质的重要组分（蛋白质中平均含氮16%-18%）； B.核酸和核蛋白质的成分； C.叶绿素的组分元素； D.许多酶的组分（酶本身就是蛋白质）； E. 氮还是一些维生素的组分，而生物碱和植物激素也都含有氮。,Functions of the Nitrogen in Plants,总之，氮对植物生命活动以及作物产量和品质均有极其重要的作用。合理施用氮肥是获得作物高产的有效措施。,氮的吸收、同化和运输,How plants acquire nitrogen from rhizosphere（吸收）,Nitrogen is a essential element
8、 from plant growth, and also is a most limited factor influencing the crop production worldwide.Nitrogen can be acquired by plants following three ways: (1) nitrate uptake; (2) Ammonia uptake ; (3) nitrogen fixation by symbiotic rhizobium .,Subcellular Localization of NRT1.8. Onion epidermal cells t
9、ransiently transformed with either the NRT1.8:EGFP fusion or unfused EGFP were incubated in 0.8 M mannitol to induce plasmolysis and then imaged by confocal microscopy. (A) Fluorescence image of epidermal cell expressing the NRT1.8:EGFP fusion protein. (B) Merged EGFP fluorescence and bright-field i
10、mage. (C) Fluorescence image of epidermal cell expressing EGFP as a control. (D) Merged control EGFP fluorescence and bright-field image. (E) and (F) Arabidopsis protoplasts expressing the NRT1.8:EGFP protein (E) and bright-field image (F).,How plants acquire nitrogen from rhizosphere (1) Nitrate tr
11、ansports,High affinity Km=10100 M Functions in low nitrate condition Inducible (low nitrate) Constitutive (absence of nitrate),Low affinity Displays nonsaturating uptake kinetics Functions in higher nitrate condition,How plants acquire nitrogen from rhizosphere (1) Nitrate transports,NRT1: Including
12、 nitrate transporters with dual affinity (both low and high Km) or low affinity. (CHL1) NRT2: The inducible high-affinity uptake system. (CHL2) NRT1:2: Another component of the low-affinity uptake system. The other nitrate transport: CHL8,Nitrate uptake mutant is resistant to chlorate (ClO3-),How plants acquire nitrogen from rhizosphere (1) Nitrate transports,
