第四节矿质代谢

1、第五章第五章 矿质代谢矿质代谢第一节第一节 植物必须的矿质元素植物必须的矿质元素一、一、植物体内的元素二、植物必须的矿质元素三、植物必须的矿质元素的生理作用四、作物缺乏矿质元素的诊断第二节第二节 植物细胞对矿质元素的植物细胞对矿质元素的吸吸一、一、生物膜二、细胞吸收溶质的方式和机理第三节第三节 植物对矿质元素的吸收植物对矿质元素的吸收一、一、植物吸收矿质元素的特点二、根部对溶液中矿质元素的吸收过程三、根部对非溶解状态的矿质元素的吸收四、影响根部吸收矿物质的条件五、植物地上部对矿质元素的吸收第四节第四节 无机养料的同化无机养料的同化一、硝酸盐的代谢还原二、氨的同化三、生物固氮四、硫酸盐的同化五、

2、磷酸监的同化第五节第五节 矿物在植幼体内的运输矿物在植幼体内的运输一、一、矿物质运输的形式、途径和速度二、矿物质在植物体内的分布第六节第六节 合理施肥的生理基础合理施肥的生理基础一、作物的需肥规律二、合理追肥的指标三、发挥肥效的措施 第一节第一节 植物的必需元素及生理作用植物的必需元素及生理作用Section 1 physiological functions of mineral elements一、植物体内的元素一、植物体内的元素Elements in plants小部分氮小部分氮大部分硫大部分硫全部的磷全部的磷全部的金属元素全部的金属元素植物体植物体水分水分1095%干物质干物质590%

3、C、H、O、N以以气体形式散失气体形式散失如如CO2，CO，N2，水蒸汽，水蒸汽，NH3，氮的氧化氮的氧化物等，小部分的物等，小部分的硫以硫以H2S和和SO2的形式散失的形式散失挥发部分挥发部分灰分元素灰分元素有机物有机物90%无机物无机物10%燃烧燃烧 除除N以外，灰分元素都是地球岩石的组分，是由以外，灰分元素都是地球岩石的组分，是由岩石风化产生的，因此称为矿质元素。岩石风化产生的，因此称为矿质元素。 植物的灰分含量变化很大，因植物类型，器官，植物的灰分含量变化很大，因植物类型，器官，年龄和生长环境而变化。年龄和生长环境而变化。 目前人类已经发现目前人类已经发现100多种元素，其中植物体内含

4、多种元素，其中植物体内含有有70多种。多种。 这些元素都是植物必需的吗？这些元素都是植物必需的吗？二、植物必需元素的标准及方法二、植物必需元素的标准及方法Standards for essential mineral elements1、 缺乏该元素，植物生育发生障碍2、除去该元素，表现出可预防和恢复的专一缺乏症；3、该元素在植物营养上表现直接的效果。 （一）植物必需元素的标准（一）植物必需元素的标准 确定植物必需元素常用的方法确定植物必需元素常用的方法是是水培法水培法和和砂培法砂培法 水培法，也称为溶液培养法，水培法，也称为溶液培养法，指在含有植物全部或部分营养指在含有植物全部或部分营养元素

5、的溶液中培养植物。元素的溶液中培养植物。 均衡的含有全部营养元素能够均衡的含有全部营养元素能够满足植物正常生长发育的需要满足植物正常生长发育的需要的溶液叫做完全培养液或平衡的溶液叫做完全培养液或平衡溶液。土壤溶液基本上属于平溶液。土壤溶液基本上属于平衡溶液。衡溶液。 缺少某种元素，含有部分营养缺少某种元素，含有部分营养元素的培养液，称为缺素培养元素的培养液，称为缺素培养液。液。（二）植物必需元素的确定方（二）植物必需元素的确定方法法 砂培法，也称为砂基培砂培法，也称为砂基培养法，就是在水培法溶养法，就是在水培法溶液中加入石英砂、蛭石，液中加入石英砂、蛭石，或玻璃球等来支撑植物，或玻璃球等来支撑

6、植物，支撑物本身不向植物提支撑物本身不向植物提供营养。供营养。在确定植物必需元素时，将植物培养在在确定植物必需元素时，将植物培养在缺素溶液中，与培养在完全培养液中的植缺素溶液中，与培养在完全培养液中的植物进行比较。物进行比较。缺素培养缺素培养 根据植物必需元素的标准，目前确定根据植物必需元素的标准，目前确定19种种元素对植物生活是必需的。元素对植物生活是必需的。 C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg、Si、Fe、Mn、Cu、Na、Zn、B、Mo、Cl、Ni。 除除C、H、O、N外，其它种都是矿质外，其它种都是矿质元素。元素。（三）（三） 植物必需元素的种类植物必需元素的种类 根据必需元素在植

7、物体内的存在数量，又根据必需元素在植物体内的存在数量，又分为两类，分为两类，大量元素大量元素和和微量元素微量元素。 在植物体内含量超过干重千分之一的元素在植物体内含量超过干重千分之一的元素称为大量元素，大量元素有称为大量元素，大量元素有10种，种，C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg、Si。 在植物体内含量低于干重的万分之一的元在植物体内含量低于干重的万分之一的元素称为微量元素，微量元素有素称为微量元素，微量元素有9种，种，Fe、Mn、Cu、Na、Zn、B、Mo、Cl、Ni。微微量元素在植物体内的含量很低，但稍有缺量元素在植物体内的含量很低，但稍有缺乏就会影响植物的发育，然而微量元素过乏就会

8、影响植物的发育，然而微量元素过多，也会对植物产生毒害。多，也会对植物产生毒害。三、植物必需的矿质元素的生三、植物必需的矿质元素的生理作用理作用（一）生理作用（一）生理作用l 、结构作用 2 、催化作用 3 、电化学作用（二）各元素的生理作用（二）各元素的生理作用大量元素大量元素：（Macroelement）( 10 种): N 、P 、K 、S 、Ca 、Mg 、Si 微量元素微量元素(Microelement) 9 种）:Fe 、Mn 、B 、Zn 、Cu、Mo 、Cl、Ni 、NaFigure 2. Nitrogen deficiency symptoms 缺氮症状缺氮症状 Nitroge

9、n Deficiencies: Yellow coloration in a V shaped pattern 缺氮的症状缺氮的症状Phosphorous Deficiencies:Purple coloration of lower leaves 叶片缺磷症状叶片缺磷症状Yellow and brown coloration of leaf margins Potassium Deficiencies: 缺钾：叶缘变黄和棕色缺钾：叶缘变黄和棕色 Typical K deficiency symptoms for rice (California)水稻典型的缺钾症状水稻典型的缺钾症状 Pota

10、ssium deficiency symptoms in corn 玉米缺钾的症状玉米缺钾的症状 Foliar symptoms of magnesium deficiency on Vine 葡萄缺镁叶片症状葡萄缺镁叶片症状 Foliar symptoms for Mg deficiency on young apple tree 苹果幼树缺镁的叶片症状苹果幼树缺镁的叶片症状 Ginger plant in Taiwan showing typical symptoms of iron deficiency in the young leaves, which are light yello

11、w to pale green in color 生姜的缺铁症状生姜的缺铁症状Yellow coloration in broad bands Zinc Deficiencies:玉米的缺锌症状玉米的缺锌症状 Cu deficiency symptoms缺铜的症状：缺铜的症状：缺钼症状缺钼症状Foliar symptoms of chloride deficiency for wheat小麦缺氯的叶片症状小麦缺氯的叶片症状四、作物缺乏矿质元素的诊断四、作物缺乏矿质元素的诊断 1 、化学分析诊断法2 、病症诊断法3 、加入诊断法 第二节第二节 植物细胞对矿质元素的吸收植物细胞对矿质元素的吸收 一

12、、生物膜一、生物膜l、膜的特性和化学成分膜的特性和化学成分特性特性：选择透过性成分成分：蛋白质（内在蛋白、外在蛋白）、脂质（磷脂、糖脂、硫脂、固醇类）、糖类等（小量的多糖，微量的核酸，微量的金属离子和水分）2 、膜的结构、膜的结构流动镶嵌模型 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 （一）、（一）、单离子通道运输单离子通道运输（二）、（二）、载体运输（单离子载体运载体运输（单离子载体运输，同、反向载体运输输，同、反向载体运输）（三）、（三）、离子泵运输离子泵运输（四）、（四）、胞饮作用胞饮作用 运输蛋白运输蛋白第三节第三节 植物对矿质元素的吸收植物对矿质元素的吸收 一、植物吸

13、收矿质元素的特点一、植物吸收矿质元素的特点（一）、对盐分和水分的相对吸收（一）、对盐分和水分的相对吸收盐分和水分两者被植物吸收是相对的，既有关，又无关。植物的吸水量和吸盐量之间不存在依赖关系。（二）、离子的选择吸收（二）、离子的选择吸收1、对同一溶液中不同离子吸收的差异2、对同一盐的阴阳离子吸收的差异（不同性质的生理性盐的列表对比）三）单盐毒害和离子对抗三）单盐毒害和离子对抗1、单盐毒害（、单盐毒害（toxicity of single salt )2、离子对杭（离子对杭（ion antagonism）3、平衡溶液（平衡溶液（balaneed solution )1、单盐毒害（、单盐毒害（to

14、xicity of single salt )溶液中只有一种离子对植物起有害作用2、离子对杭（、离子对杭（ion antagonism）在发生单盐毒害的溶液中，若再加入其他金属离子，即能减弱这种单盐毒害，离子间的这种作用称离子对抗3、平衡溶液（、平衡溶液（balaneed solution )含有多种矿质元素，对植物的生长有良好的作用而无毒害的溶液 三）单盐毒害和离子对抗三）单盐毒害和离子对抗二、根部对浓液中的矿质元素的吸收过程二、根部对浓液中的矿质元素的吸收过程 （一）离子吸附在根部细胞表面（一）离子吸附在根部细胞表面（二）离子进入根部内部（二）离子进入根部内部具体过程具体过程：*离子吸附在

15、根部细胞的表面（交换吸附）*离子进入根皮层（质外体或共质体途径）*离子进入胞间连丝进入中柱*离子进入导管或管胞 三、根部对被土粒吸附着的矿质元素的吸收三、根部对被土粒吸附着的矿质元素的吸收C02 + H20一H2C03 H+ + HC03四、影响根部吸收矿物质的条件四、影响根部吸收矿物质的条件1 、温度2 、通气状况3 、溶液浓度4 、氢离子浓度五、植物地上部分对矿质元素的吸收五、植物地上部分对矿质元素的吸收1、叶片营养（foliar nutrition)2 、根外追肥的优点第四节第四节 无机养料的同化无机养料的同化 一、硝酸盐的代谢还原一、硝酸盐的代谢还原 二、氨的同化二、氨的同化 1 、还

16、原氨基化、还原氨基化 2 、氨基交换作用、氨基交换作用 3 、氨甲酰磷酸的生成、氨甲酰磷酸的生成 4 、酰氨的生成、酰氨的生成 四、硫酸盐的同化四、硫酸盐的同化1、硫酸根离子的活化、硫酸根离子的活化 2、硫酸根离子的进一步活化、硫酸根离子的进一步活化： 3、活化硫酸盐进一步被还原：、活化硫酸盐进一步被还原： 五、磷酸盐的同化五、磷酸盐的同化 磷酸盐大多数细胞中都是通过氧化磷酸化同化为ATP 第五节第五节 矿物在植物体内的运输矿物在植物体内的运输 一、矿物质运输的形式、途径和速度一、矿物质运输的形式、途径和速度l、形式：形式： N：氨基酸、酰胺和硝酸 P：正磷酸 S：硫酸根离子 金属：金属离子2 、途径：、途径： 上行运输以木质部为主 下行运输以韧皮部为主3 、速度：、速度：30 一1 00cm / h 二、矿物质在植物体内的分布二、矿物质在植物体内的分布 1、分布、分布：(1) 可多次利用可多次利用：大多分布于生长点和嫩大多分布于生长点和嫩叶叶(2)呈离子状态 K形成不稳定、易分解的化合物 N 、P 、Mg (2) 只能利用一