生物奥赛辅导课件-矿质营养50ppt

1、第二章：矿质营养第二章：矿质营养1 植物必需的矿质元素一植物体内的元素1.分析方法：新鲜材料水分以气态跑掉烘干干物质充分燃烧有机物跑掉CCO2O、HH2ONN2、NH3、NO2小部分SSO2灰分大部分S部分非金属全部金属 构成灰分的无素称为灰分元素，由于它们都是来自于土壤中的矿物质，所以又称为矿质元素（mineral element）, N不是矿质元素，但同样来自土壤，因此同矿质元素一起讨论。2植物中灰分的含量：水生植物1%；中生植物515%；盐生植物可高达45%。3矿质元素的种类及数量：已发现70多种标准：缺乏该元素不能完成生活史。缺乏该元素表现出特有症状，不加入该元素不能消除该症状。该元素

2、在植物营养生理中的作用是直接的，而不是因土壤、培养液或介质的物理、化学或微生物条件所引起的间接的结果。实验方法：水培法二如何确定必需元素3 植物必需的矿质元素大量元素：（N）、P、S、K、Ca、 Mg、Si微量元素：Fe、Mn、Cl、Cu、Zn、Mo、B、Na、Ni4 必需元素的生理作用是细胞结构物质的组成成分，如N是蛋白质、核酸的成分，P是细胞的成分。参与能量代谢，如P是ATP的成分，Fe、Cu、S等参与电子传递。调节代谢，如K、Mn、Mg等参与酶活性的调节。作为渗透调节剂，调节离子平衡和胶体稳定性。许多元素同时具有二、三个方面的作用N核心元素主要以硝酸盐和铵盐形式吸收，在体内多合成有机物N

3、是组成细胞原生质的主要成分酶的组成成分，一些辅酶也含有N是叶绿素的核心元素当N供应充足时，枝叶茂盛、营养体健壮、分枝分蘖多N肥过多，营养体徒长，易倒伏、贪青晚熟。1) N肥不足，植株矮小、老叶发黄、茎偶红、花果少、产量低。 N deficiencywheatpotatomaize症状：生长慢，植株矮小，老叶发黄，茎部有时红色P：以正磷酸盐形式吸收，在植物体内多以不稳定有机物形式存在，少量保持无机物状态。是核酸、核蛋白的组成成分。是膜的组成成分。是ATP、FMN、FAD、NADH、NADP、CoA的组成成分，参与能量代谢。参与糖的运输。1) P不足，蛋白质与膜合成受阻、能量代谢受阻，生长特别缓慢

4、，植株特别矮小，叶色暗绿或紫红，产量低，抗性弱。 P deficiencywheatsorghummaize生长慢，植株特别矮小，叶色暗绿或紫红，分蘖少，产量低K以离子形式吸收，在植物体内以离子形式存在。主要调节酶活性，是40多种酶的辅助因子。促进蛋白质的合成。促进糖的运输，尤其是向延存器官的运输。调节渗透势，调节气孔开放与关闭。K充足，糖、纤维素、木质素合成增强、桔杆坚韧、抗倒伏，块根、块茎膨大，种子饱满，抗寒、抗旱性强。1) K不足，桔杆弱，易倒伏，抗性弱，叶有坏死斑点，叶尖、叶缘呈烧焦状，叶呈杯状卷曲 。beetK deficiencymaizeSweet potato老叶有坏死斑点，叶

5、尖、叶缘呈烧焦状，叶呈杯状卷曲 Mg 是叶绿素的核心元素。 是呼吸作用、光合作用、DNA、RNA合成中一些酶的活化剂。土壤中一般不缺Mg，缺乏时老叶叶脉间缺绿，呈条纹状。Mg deficiencymaize wheat grape老叶叶脉间缺绿、叶呈条纹状，严重时叶脉间环死Ca Ca是细胞壁的主要成分，可以维持膜的稳定性（是连结磷脂的磷酸根与蛋白质的羧基的桥梁）。 在信号传递中起作用(钙调素)缺Ca时CW不能形成，形成多核细胞，生长受抑制，严重时顶端组织根尖、茎端溃烂坏死。Ca deficientbeetpotato根尖、茎端溃烂坏死、顶叶细小Fe Fe是许多氧化还原酶的辅酶。 参与光合和呼吸

6、电子传递链。 促进叶绿素的合成。 维持叶绿体的结构。缺铁时幼叶变黄及至失绿，生长矮小。Fe deficiencycitrussorghummaize幼叶变黄及至失绿，生长矮小2 植物对矿质元素的吸收一 植物吸收矿质元素的特点1.吸收的部位根尖对水分和矿质元素吸收的相对独立性 联系：1)矿物质的吸收须溶解在水中 2)对矿质的吸收促进对水的吸收 区别：二者是相对独立的：水分的吸收主要是蒸腾拉力引起的渗透吸水，是被动吸收；而矿质的吸收以主动吸收为主。对溶液中离子的选择吸收 1)对同一溶液中不同离子的选择吸收 2)对同一盐的阴阳离子的选择吸收 如：NaNO3中选择NO3 , NH4HCO3中选择NH4

7、 NH4NO3中都选择。机理：交换吸附根呼吸CO2H2OH2CO3HHCO3溶液中的阳离子与H交换，阴离子与HCO3交换。由于植物对阳离子和阴离子的需要量不同，从而使土壤中的H或HCO3多，也由此，使土壤呈酸性、碱性或中性。生理酸（碱、中）性盐HHCO3 NaNO3HNO3 NaHCO3 4. 单盐毒害和离子拮抗任何植物，如果只用一种盐的溶液来培养，即使这种盐是必需的盐类，也会使植物受到毒害而死亡，这种现象称为toxicity of single salt. 在发生单盐的溶液中，如再加入其它金属离子，则毒害现象会得到减弱或消除，离子间的这种作用称为ion antagonism 鉴于上述原因，在

8、培养植物时，只能用具有一定浓度的、适当比例的多种盐的混合溶液来培养，这样植物既能获得适当养分，又不会产生离子毒害，这种溶液就称为平衡溶液balanced solution。一般的土壤溶液、人工培养液如Hoagland培养液都是平衡溶液。二 根对矿物质的吸收过程通过交换吸附等方式把离子吸附在根细胞表面离子通过主动吸收、被动吸收等方式进入根细胞离子通过质外体、共质体等途径而达到皮层内部通过共质体进入内皮层离子通过导管周围薄壁细胞通过被 动扩散或主动运输而进入根部导管。三植物叶片对矿质元素的吸收 叶片营养、根外施肥植物除了根可以吸收矿质外，叶片也可以吸收少量矿质，因此农业上常把矿质肥料配成溶液喷洒到

9、叶面，供植物吸收利用。称为叶片营养或根外施肥。 优点：1）快速 2）可避免养分被土壤固定、转化（利用率高） 3）可补充苗期和后期根系吸收的不足 4）便于微量元素的使用 注意问题：1）使用表面活性剂，降低表面张力，使易吸附2）浓度要低3）选择好喷洒时间：下午4时后一、细胞膜的选择透性 通透: H2O, gas (CO2,O2,N2),尿素，乙醇，甘油不通透:一些不带电极性分子，如葡萄糖，蔗糖 离子,如 Na+,Cl-、K+、 带电极性分子，如AA，ATP，G-6-P 可通透的分子可自由通过膜，不需消耗代谢能；而不通透的分子要越膜必须借助于膜上的运输蛋白，有时甚至需消耗代谢能。3 植物细胞对矿质元

10、素的选择吸收植物细胞对矿质元素的选择吸收二、细胞吸收矿质的方式与机理（一）被动吸收 passive transport：物质顺浓度梯度由高到低，不需消耗代谢能。1扩散或简单扩散(simple diffusion)：一些物质可直接通过脂双分子层，沿浓度梯度迁移。如尿素、乙醇、水等2易化扩散(faciliated diffusion)：一些不能直接通过脂双分子层的物质，在膜运输蛋白的帮助下，沿浓度梯度进行扩散。A通道channel: 膜内在蛋白多次穿膜，而在膜上形成孔道，物质通过孔道沿浓度梯度扩散。B载体carrier,又叫单向传递体uniport: 膜运输蛋白的特定部位与某种物质结合，然后变构，

11、将物质运到膜的另一侧后释放，又恢复原来构型。（二）主动运输active transport:消耗代谢能，在膜运输蛋白的参预下，把物质由低浓度运到高浓度一侧。特点：直接或间接消耗代谢能可逆浓度梯度需膜蛋白参预专一性竞争性具饱和效应1初级主动运输. 即为一些泵，直接利用ATP水解产生的能量运输离子。如HATPase,Cl-ATPase, Ca2+-ATPase 其中质膜上的HATPase消耗ATP，由质膜内向质膜外泵出H+， 形成跨质膜H+的梯度和电势差（内负外正-100-250mv）。 意义：1）控制细胞内pH环境，使胞质内碱化， 2）产生跨膜的质子电化学梯度H+，它是其它离子和溶质 跨膜运输的

12、原初动力（次级共转运系统所依赖的动力 / 共向和反向运输所依赖的伴随离子） * 故H+-ATPase在高等植物中有主宰酶之称2 次级主动运转secondary active transport,也叫协同运输cotransport或次生共转运 secondary cotransport. 指利用原初主动运转所产生的电化学势，逆浓度梯度运输，而在该物质运输的同时，还需另一种离子顺浓度梯度运输。据两种物质运输方向的异同，又分为：共向传递体: 如H/sucrose symport反向传递体: 如Na+/H+ antiport三胞饮作用pinocytosis: 大量液体物质通过质膜被吸收进入细胞的方式，

13、是内呑的一种。 例题下列哪一种是研究无机营养元素必需性的精确而下列哪一种是研究无机营养元素必需性的精确而又便捷的方法（又便捷的方法（ ）A土培土培 B水培水培 C蛭石培蛭石培 D砂培砂培B植物吸水与吸收矿质元素之间的关系是（植物吸水与吸收矿质元素之间的关系是（ ）A有关，但不完全依赖有关，但不完全依赖 B矿质元素吸收少则吸水多矿质元素吸收少则吸水多C两者无关两者无关 D矿质元素吸收多则吸水多矿质元素吸收多则吸水多A 以下哪种盐与磷矿粉一同使用有利于磷肥的吸以下哪种盐与磷矿粉一同使用有利于磷肥的吸收收? （ ）A. (NH4)2SO4 BCaCl2 CNaNO3 DNH4NO3 磷矿粉是由天然磷

14、矿石直接磨细过筛,直接用作肥料的产品.磷矿粉以氟磷灰石Ca5F(PO4)3为主,大多只溶于强酸,属难溶性磷肥.磷矿粉往往也含有少量弱酸溶性磷。磷矿粉适合施用在酸性土壤上,生产中与有机肥或酸性或生理酸性肥料混合施用,能明显提高肥效;在中性和碱性土壤上施用效果不明显。 A (NH4)2SO4是生理酸性盐1很多细胞器上具有质子泵，以下不具有质子泵的细胞器为： A内质网 B溶酶体 C线粒体 D叶绿体2生物膜的流动性表现在： A膜脂和膜蛋白都是流动的 B膜脂是流动的，膜蛋白不流动 C膜脂不流动，膜蛋白是流动的 D膜脂和膜蛋白都是不流动的，流动性由其它成分决定AA3下列哪些物质跨膜运输方式属于主动运输：

15、A钠钾跨膜运输 B胞吞作用 C协同运输 D乙醇跨膜运输A C4N 、S、 P的同化一一 氮素同化氮素同化(一)氮的循环：N以多种形态存在于自然界中，各种形式间通过物理、化学、生物等过程的转变，构成了nitrogen cycle.自然界中，大气N含量为78%以上，是最大的N库，但多数高等植物不能直接利用大气N。地球上N的固定：土壤中氮化物的形态与转化 1) 土壤中的N分为 闪电：107T/year陆生生物固氮：914107T/year水生生物固氮：330 107T/yearN化肥人工合成：8 107T/year无机N：占12%，主要是NO3-和NH4+有机N：动植物残体和土壤腐殖质， 2)水解

16、hydrolysis: proteinAA 3)氨化 ammonification 有机NNH3，如：AA NH4+4) 硝化 nitrification：NH3或NH4+在硝化细菌(好气菌)作用下氧化为NO2-或NO3-。 5)反硝化 denitrification：土壤中的NO3-在反硝化细菌(厌气菌)的作用下被还原为NO2-、NO、N2O及N2的过程。这样会使土壤中的N素又回到大气中，造成巨大浪费。 (二 ) 生物固氮 biological nitrogen fixation概念：在生物体内将大气中的N2转变为NH3或NH4+的过程。所有能固N的生物都是原核生物固N微生物的类型：1)共生

17、固N：与豆科植物共生；与非豆科植物共生2)非共生固N：蓝细菌、蓝藻 其它细菌：需氧菌、厌氧菌及兼性菌3. 固N酶： 组成：由铁蛋白和钼铁蛋白组成，二者在一起才有活性。 铁蛋白：由2个相同亚基组成，含有一个Fe4-S4簇 钼铁蛋白：22，,32个Fe和相同多的S，同时含2 个铁钼辅因子。催化机理：N2+16ATP+8e-+8H2NH3+H2+16ADP+16Pi 最终电子供体：NAD(P)H总过程：NO3-NO2-NH4+Figure: Overview of NO3- absorption, transport and assimilationNO3- NO2- 反应部位：根、叶中的细胞质 催化酶：硝酸还原酶NR,2，MW200270KD，每个单体含有3 个辅基：FAD，MoCo(钼辅因子)，Heme-Fe，是一种诱导酶。其合成受光、NO3-的诱导。 电子供体：NADH或NADPH2. NO2- NH4+ 反应部位：根的前质体或叶的叶绿体中。 催化酶：亚硝酸还原酶，NiR，单体，MW约60KD，含有1个Fe4S4簇和1个西罗血红素，也是一种诱导酶，受NO3-和NO2-的诱导。电