植物的矿质代谢.ppt

植物体内的必需元素植物对矿质元素的吸收及运输合理施肥的生理基础 植物的矿质 植物体内的必需元素 一 植物体内的元素植物材料 二 植物必需的矿质元素和确定方法 一 植物必需的矿质元素所谓必需元素 essentialelement 是指植物生长发育必不可少的元素 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 而不是由于土壤的物理 化学 微生物条件的改善而产生的间接效果 二 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 solutionculturemethod 亦称水培法 waterculturemethod 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 sandculturemethod 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 nutrientfilm 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 三 植物必需元素的生理作用及缺素症 以氮为例 1 生理作用吸收方式 NH4 或NO3 尿素 氨基酸 生理作用 氮是构成蛋白质的主要成分 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 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 主动吸收 饱饮作用1 被动吸收不需要代谢能量的因扩散作用或其它物理过程而吸收矿质元素的方式 被动吸收主要扩散 协助扩散两种方式 1 扩散作用溶液中的分子从浓度高的场所向浓度低的场所移动的现象 叫扩散 2 协助扩散小分子物质经转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨膜的转运 转运蛋白包括 通道蛋白和载体蛋白通道蛋白 channelproteins 又称离子通道 是细胞膜中的一类内在蛋白构成的孔道 可为化学方式或电学方式激活 控制离子通过细胞膜顺电化学势流动 1 通道具有离子选择性 转运速率高 2 离子通道是门控的 离子通道的假想模型 载体蛋白 carrierproteins 又称通透酶或透过酶 也是一类内在蛋白 经通道或载体转运的动力学分析 2 主动运输 主动运输 activeabsorption 指植物细胞利用呼吸作用释放的能量作功而逆浓度梯度吸收矿质元素的过程 又称代谢性吸收 主动运输包括载体学说和离子泵学说 1 H ATP酶 又称离子泵学说 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 2 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 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 3 胞饮作用 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 二 植物根系对矿质元素的吸收 1 根系吸收矿质元素的特点 1 根系吸盐的区域性根毛区吸收离子最活跃 图大麦根尖不同区域 P的积累和运出 2 根系吸盐与吸水的相对性 3 根系吸盐的选择性 生理酸性盐 根系吸收阳离子多于阴离子 如果供给 NH4 2SO4 大量的SO42 残留于溶液中 酸性提高 这类盐叫生理酸性盐 生理碱性盐 根系吸收阴离子多于阳离子 如果供给NaNO3 大量的Na 残留于溶液中 碱性提高 这类盐叫生理碱性盐 生理中性盐 根系吸收阴离子与阳离子的速率几乎相等 如果供给NH4NO3 PH值未发生变化 这类盐叫生理中性盐 4 单盐毒害和离子对抗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有害作用的现象称为单盐毒害 toxicityofsinglesalt 在发生单盐毒害的溶液中 如加入少量其他金属离子 即能减弱或消除这种单盐毒害 离子之间这种作用称为离子拮抗作用 ionantagonism 例如在KCl溶液中加入少量Ca2 就不会对植株产生毒害 平衡溶液 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 balancedsolution 前面介绍的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 土壤溶液一般也是平衡溶液 2 根系吸收矿质元素的过程 1 离子被吸附在根系细胞的表面1 根与土壤溶液的离子交换2 接触交换 2 离子进入根部导管质外体途径共质体途径 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 3 影响根系吸收矿质元素的因素 1 温度在一定范围内 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吸速率 也即影响主动吸收 但温度过高 超过40 或过低 吸收困难 这可能是高温使酶钝化 影响根部代谢 高温也使细胞透性增大 矿质元素被动外流 所以根部纯吸收矿质元素量减少 温度过低时 根吸收矿质元素量也减少 因为低温时 代谢弱 主动吸收慢 细胞质粘性也增大 离子进入困难 图3 15温度对小麦幼苗吸收钾的影响 2 通气状况在生产中要注意根部通气 增加氧的含量 减少CO2 如中耕 铲地的目的都有在此 3 土壤溶液浓度 4 土壤PH值一般阳离子的吸收速率随PH值升高而加速 阴离子的吸收速率随PH增高而下降 一般作物生育最适pH是6 7 但有些作物 如茶 马铃薯 烟草 适于较酸性的环境 有些作物 如甘蔗 甜菜 适于较碱性的环境 三 植物叶片对矿质元素的吸收 叶面喷肥的优点 1 及时补充养