第五章植物的矿质和植物对氮、磷、硫的同化课件

三叶草钼硝酸还原酶固氮酶镉骨骼痛锌镉共生广西兴安县的小宅村 秋季鬼火 硫磺矿 第五章第五章 植物的矿质营养和植物对植物的矿质营养和植物对氮、磷、硫的同化氮、磷、硫的同化本章重点本章重点植物必需元素的主要生理功能及缺素症状；植物必需元素的主要生理功能及缺素症状；植物根系吸收矿质元素的过程及影响因素；植物根系吸收矿质元素的过程及影响因素；植物对氮素的同化过程。植物对氮素的同化过程。荷兰 Van Helmont 第一个用实验方法1650年 Glauber 水和硝酸盐是 植物生长的基础 1699年，英国 Woodward雨水雨水河水河水土浸提液土浸提液泉水泉水 薄荷薄荷 土浸提液中土浸提液中生长最好生长最好构成植物体的不仅有水，还有构成植物体的不仅有水，还有土壤中一些特殊物质。土壤中一些特殊物质。1804年 瑞士 de saussure 种子蒸馏水死亡灰分不增硝酸盐植物正常生长灰分元素对于植物生长的必需性灰分元素对于植物生长的必需性法国 Boussingault石英砂木碳无机化学药品植物定量分析周围气体C H O/空气矿质元素/土壤1840年 德国化学家Liebig矿质营养学说植物生长所需的无机营养植物生长所需的无机营养来自土壤。来自土壤。1860年 德国 植物生理学家J.Sachs和W.knop已知成分的无机盐溶液培养植物培养植物成功植物营养的根本性质(无机营养型)第一节植物体内的必需元素第二节植物对矿质元素的吸收及运输第三节植物对氮、硫、磷的同化第四节合理施肥的生理基础第五节植物的无土栽培第一节植物体内的必需元素第一节植物体内的必需元素一、植物体内的元素一、植物体内的元素二、植物必需的矿质元素二、植物必需的矿质元素和确定方法和确定方法三、植物必需元素的主要生理三、植物必需元素的主要生理功能概述功能概述四、植物的有益元素和有害元素四、植物的有益元素和有害元素五、植物的缺素诊断五、植物的缺素诊断一、植物体内的元素（The elements in plantThe elements in plant）植物：植物：水分水分 10%95%干物质干物质 5%90%有机物有机物 90%95%挥发挥发无机物无机物5%10%灰分灰分 灰分(ash)是各种金属的氧化物、磷酸盐、硫酸盐和氯化物等。构成灰分的元素称为灰分元素或矿质元素(mineral element)。矿质元素主要存在于土壤中，被根吸收进入植物体内。二、植物必需的矿质元素和确定方法(一)、植物的必需矿质元素对于植物的正常生长发育是必要的，对于植物的正常生长发育是必要的，在其完全缺乏时，不能完成生活史；在其完全缺乏时，不能完成生活史；三个条件：三个条件：不可缺少性作用专一性，在其缺乏时产生特殊作用专一性，在其缺乏时产生特殊缺素症，只有加入该元素才能使植物缺素症，只有加入该元素才能使植物恢复正常。恢复正常。在植物的营养生理上起直接作用。在植物的营养生理上起直接作用。不可替代性直接功能性大量元素（大量元素（macroelements）：）：C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg微量元素（微量元素（micro nutrients）：）：Fe、Cl、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Ni目前认为符合必需元素标准的有目前认为符合必需元素标准的有17种种高等植物中必需元素的有效浓度高等植物中必需元素的有效浓度大量元素大量元素%干重干重微量元素微量元素%干重干重C45 O45Cl0.01H6Fe0.01N1.5Mn0.005K1.0B0.002Ca0.5Zn0.002Mg0.2Cu0.0001P0.2Mo0.0001S0.1(二)、确定植物必需矿质元素的研究方法营养液培养法营养液培养法砂培法砂培法水培法水培法注意事项！营养膜培养系统营养膜培养系统有氧溶液培养系统有氧溶液培养系统溶液培养系统溶液培养系统三、植物必需元素的主要生理功能概述(一一)植物体内的功能植物体内的功能1.1.构成植物体的结构物质构成植物体的结构物质 如如C C、H H、O O、N N、S S、CaCa、P P等组等组成了细胞壁、纤维素、膜、蛋白质。成了细胞壁、纤维素、膜、蛋白质。2.2.组成一些重要的生命物质组成一些重要的生命物质如如MgMg2+2+是叶绿体分子的成分，是叶绿体分子的成分，N N是是蛋白质的成分，蛋白质的成分，P P是形成高能化合是形成高能化合ATPATP的重要成分。的重要成分。3.3.体内生物氧化还原过程体内生物氧化还原过程 的电子传递体的电子传递体如如CuCu2+2+、FeFe2+2+、MoMo6+6+。4.4.是酶的辅基或活化剂是酶的辅基或活化剂如如:Fe:Fe、MoMo是固氮酶的成分；是固氮酶的成分；ZnZn是碳酸酐酶、色氨酸合成酶是碳酸酐酶、色氨酸合成酶的辅基；的辅基；CaCa、MgMg是是 ATPase ATPase等酶的活化剂；等酶的活化剂；MnMn是苹果酸脱氢酶的活化剂。是苹果酸脱氢酶的活化剂。5.作为细胞信号转导信使作为细胞信号转导信使 当一种必需元素供应不足时，会当一种必需元素供应不足时，会造成代谢的紊乱，并进而产生植造成代谢的紊乱，并进而产生植物外观上可见的一些症状，称为物外观上可见的一些症状，称为营养缺乏症营养缺乏症(nutrient dificiency(nutrient dificiency symptom)symptom)或缺素症。或缺素症。N、P、K、Ca、Fe、Zn、S、Ni(二二)、生理作用、生理作用1.1.氮的主要生理作用氮的主要生理作用根系吸收形式NO-3NH+4有机态氮 细胞质、细胞核、细胞壁 核酸、磷酯、叶绿素、辅酶、某些植物激素、维生素、生物碱等；生命元素生命元素N过多过多叶色深绿，营养体徒长，抗逆能力差。叶菜，多施N肥。N过少过少植株小，叶色淡，籽粒不饱满，产量低。N移动性大，移动性大，可重复利用。可重复利用。2.2.磷的主要生理作用磷的主要生理作用根系吸收形式H2PO4-；HPO42-植物体中磷的分布不均匀根茎的生长点、果实、种子 缺磷，植物的全部代谢活动都不能正常进行。细胞质、细胞核核苷酸糖类代谢、蛋白质代谢、脂肪代谢缺磷缺磷细胞分裂细胞分裂生长缓慢，叶小，生长缓慢，叶小，分枝、分蘖少；分枝、分蘖少；植株矮小植株矮小;产量低；抗性弱产量低；抗性弱蛋白质合成受阻，新的细蛋白质合成受阻，新的细胞质和细胞核形成少胞质和细胞核形成少叶色暗绿，有些叶子的颜叶色暗绿，有些叶子的颜色呈红色或紫色色呈红色或紫色由于糖分运输受阻，叶片中积累大由于糖分运输受阻，叶片中积累大量糖分，易形成花色素苷量糖分，易形成花色素苷3.3.钾的主要生理作用钾的主要生理作用根吸收的形式 K+（1）提高原生质水合程度，）提高原生质水合程度，增强增强细胞保水能力，利于抗旱。细胞保水能力，利于抗旱。（2）约）约60多种酶的活化剂。如丙多种酶的活化剂。如丙酮酸磷酸激酶，淀粉合成酶，苹酮酸磷酸激酶，淀粉合成酶，苹果酸脱氢酶等。果酸脱氢酶等。（3）光合、呼吸中，）光合、呼吸中，K+与与H+跨膜跨膜交换，促进磷酸化作用。交换，促进磷酸化作用。（4 4）调节细胞渗诱势，调节气孔运动。）调节细胞渗诱势，调节气孔运动。（5 5）调节）调节CHCH2 2O O的合成与运转的合成与运转（6 6）与淀粉及纤维素的形成有关，防）与淀粉及纤维素的形成有关，防止倒伏。止倒伏。（7 7）筛管中）筛管中K K+浓度高，促进物质运输。浓度高，促进物质运输。缺缺K+时表现叶缘枯焦，叶皱缩，时表现叶缘枯焦，叶皱缩，变黄，易倒伏。可再利用，症状变黄，易倒伏。可再利用，症状首先表现于老叶。首先表现于老叶。4.4.钙的主要生理作用钙的主要生理作用根的吸收形式 Ca2+（1）组成胞壁的果胶钙，与细胞）组成胞壁的果胶钙，与细胞分裂有关；分裂有关；稳定膜结构，磷脂与稳定膜结构，磷脂与蛋白质间的桥梁。蛋白质间的桥梁。（2）Ca2与抗病有关，使受伤与抗病有关，使受伤部位易形成愈伤组织。部位易形成愈伤组织。（3）酶的活化剂，如）酶的活化剂，如ATP酶、磷酶、磷脂水解酶等。脂水解酶等。（4）结合草酸成草酸钙消除过量）结合草酸成草酸钙消除过量草酸的毒害。草酸的毒害。（5）作为细胞内的第二信使，传递）作为细胞内的第二信使，传递信息。信息。在体内难移动，不易被再利用。在体内难移动，不易被再利用。缺缺Ca2时，壁形成受阻，影响细胞时，壁形成受阻，影响细胞分裂，嫩叶卷曲，根尖，茎尖溃烂、分裂，嫩叶卷曲，根尖，茎尖溃烂、坏死。坏死。5.5.铁的主要生理作用铁的主要生理作用 以铁的螯合物、以铁的螯合物、Fe2O3吸收，在吸收，在体内还原为二价铁。体内还原为二价铁。（1）酶的辅基：细胞色素氧化酶，）酶的辅基：细胞色素氧化酶，过氧化氢酶，过氧化物酶等。过氧化氢酶，过氧化物酶等。（2）呼吸电子传递链和光合作用）呼吸电子传递链和光合作用电子传递链中含铁蛋白。电子传递链中含铁蛋白。（3）固）固N酶成分酶成分（4）叶绿素生物合成需要）叶绿素生物合成需要 Fe。一般认为不可再利用，但也一般认为不可再利用，但也有研究表明有一定程度的移动有研究表明有一定程度的移动性。缺性。缺Fe时，幼叶发黄，如华时，幼叶发黄，如华北地区果树的北地区果树的“黄叶病黄叶病”。6.6.锌的主要生理作用锌的主要生理作用 根系吸收形式Zn2+色氨酸合成酶的必要成分叶绿素的合成缺锌缺锌植物失去合成色氨酸的植物失去合成色氨酸的能力，植物的吲哚乙酸能力，植物的吲哚乙酸含量低；含量低；植株茎部节间短，莲丛状，植株茎部节间短，莲丛状，叶小且变形，叶缺绿。叶小且变形，叶缺绿。华北地区果华北地区果树树“小叶病小叶病”7.7.硫的主要生理作用硫的主要生理作用根的吸收形式SO42-蛋白质 辅酶硫不易移动，一般幼叶缺绿，新叶失绿，呈黄白色，易脱落。生长在不同硫含量（低硫和高硫）条件下的小麦所制的面包8.8.镍的主要生理作用镍的主要生理作用脲酶的必需组分。脲酶的脲酶的必需组分。脲酶的作用是催化作用是催化尿素水解成尿素水解成CO2和和NH4+。缺镍，叶尖会积累尿素而缺镍，叶尖会积累尿素而对植物产生毒害，使叶尖对植物产生毒害，使叶尖出现坏死。出现坏死。（一）、有益元素（一）、有益元素 ：不是植物必需元素，但能促进某不是植物必需元素，但能促进某些植物的生长发育。些植物的生长发育。如如Na,Si,Co,Se等以及稀土元素。等以及稀土元素。（二）、有害元素：（二）、有害元素：汞、铅、铝等对植物有害的汞、铅、铝等对植物有害的重金属元素。重金属元素。四、植物的有益元素和有害元素四、植物的有益元素和有害元素五、植物的缺素诊断（一）、确定植物组织、器官在形态、颜色等方面发生变化（症状）的原因（二）、植物组织及土壤成分的测定（三）、补充营养元素第二节植物对矿质元素的吸收及运输一、根系吸收矿质元素的区域和过程（一）、区域根系！1、矿质元素被吸附在根组织细胞表面土壤颗粒表面阳离子交换法则土壤颗粒表面阳离子交换法则同荷等价2、矿质元素在根组织内的质外体和共质体运输途径离子吸附离子吸附在根系表面在根系表面离子交换离子交换接触交换接触交换根部自根部自由空间由空间质外体途径质外体途径共质体途径共质体途径 进入根部导管进入根部导管凯氏带根毛区离子吸收的共质体和质外体途径根毛区离子吸收的共质体和质外体途径经内部空间经内部空间（inner inner spacespace）进入细）进入细胞质。胞质。跨过内皮层。跨过内皮层。进入导管，向进入导管，向地上部运输。地上部运输。二、植物吸收矿质元素的特点（一）、根系吸收矿质营养与吸收水分的关系植物对水分和矿质的吸收既相互联系又相互独立。（二）、根系对离子吸收具有选择性生理酸性盐：如(NH4)2SO4 生理碱性盐：如NaNO3或 Ca(NO3)2 生理中性盐：如 NH4NO3 （三）、单盐毒害 将植物培养在某一单盐溶液中（只含单一盐类）不久，植株呈现不正常状态甚至枯死，这种现象称为单盐毒害（toxicityof single salt）。离子拮抗平衡溶液三、影响根系吸收矿质元素的因素（一）、土壤温度2.62.21.81.41102