植物对营养物质的吸收课件

第三章植物对营养物质的吸收

主要内容 基本要求植物根系的营养特性 了解植物根系对养分的吸收 掌握植物叶部对养分的吸收 了解影响植物吸收养分的因素

了解/掌握植物的营养特性与施肥方法 了解/掌握1编辑ppt植物吸收的养分形式：

离子或无机分子－－为主 有机形态的物质－－少部分植物吸收养分的部位：

矿质养分－－根为主，叶也可根部吸收 气态养分－－叶为主，根也可叶部吸收

2编辑pptRootsarethemainstructuresfornutrientuptake3编辑ppt第一节植物根系的营养特性一、根的类型、数量和分布（一）根的类型1.分类 从整体上分 直根系：根深 须根系：水平生长 定根 主根 形成直根系 从个体上分 侧根 不定根 组成须根系4编辑ppt6days10days17days

CourtesyMacKirbyCSIROLandandWaterRoots:adynamicsystem5编辑ppta.须根系

b.直根系

直根系和须根系示意图2.根的类型与养分吸收的关系直根系－－能较好地利用深层土壤中的养分须根系－－能较好地利用浅层土壤中的养分

农业生产中常将两种根系类型的植物种在一起

－－间种、混种、套种。6编辑ppt（二）根的数量

用单位体积或面积土壤中根的总长度表示，如：LV（cm/cm3）或LA（cm/cm2）一般，须根系的LV>直根系的LV根系数量越大，总表面积越大，根系与养分接触的机率越高－－反映根系的营养特性7编辑ppt(三）根的构型(rootarchitecture)含义：指同一根系中不同类型的根（直根系）或不定根（须根系）在生长介质中的空间造型和分布。具体来说，包括立体几何构型和平面几何构型。Root‘architecture’:strategiesofdifferentplantspecies8编辑pptShallowIntermediateDeep华南农业大学根系生物学研究中心9编辑pptLucerne10cmWheat根构型与养分吸收：不同植物具有不同的根构型，浅根系由于其在表层的根相对较多而更有利于对表层养分的吸收；深根系则相反。10编辑pptShallowDeepPconcentration(uM)Puptake(umol/plant)SimulatedPuptakebyplantswithcontrastingrootarchitecturefromaheterogeneoussoil华南农业大学根系生物学研究中心11编辑ppt（四）根的分布

根 根 根根养分吸收范围

A.分布稀疏 B.分布较密图根系的分布与养分吸收效率

根系分布合理，有利于提高养分的吸收效率12编辑ppt二、根的结构特点与养分吸收从根尖向根茎基部分为根冠、分生区、伸长区和成熟区(根毛区)和老熟区五个部分

大麦根尖纵切面

双子叶植物根立体结构图13编辑ppt从根的横切面从外向根内可分为表皮、(外)皮层、内皮层和中柱等几个部分大麦(Hordeumvulgare)根的横断面

14编辑pptPicturebyJimHaseloff15编辑ppt对于一条根：分生区和伸长区：养分吸收的主要区域根毛区：吸收养分的数量比其它区段更多

原因：根毛的存在，使根系的外表面积增加到原来的 2～10倍，增强了植物对养分和水分的吸收。大豆根系根毛示意图植物的根毛16编辑ppt0.0钾吸收速率(pmol.cm-1s-1)0.10.20.30.40.5020406080根毛园柱体的容积(mm3.cm-1)洋葱玉米黑麦草属番茄油菜0.6在粉沙土壤上，植物根毛容积对吸K+速率的影响17编辑ppt三、根的生理特性（一）根的阳离子交换量(CEC)1.含义：单位数量根系吸附的阳离子的厘摩尔数，

单位为：cmol/kg

一般，双子叶植物的CEC较高，单子叶植物的较低2.根系CEC与养分吸收的关系(1)二价阳离子的CEC越大，被吸收的数量也越多(2)反映根系利用难溶性养分的能力18编辑ppt（二）根的氧化还原能力－－反映根的代谢活动，所以与植物吸收养分的能力有关1.根的氧化力

根的活力

根的吸收能力

强

强

强如水稻，具有氧气输导组织，向根分泌O2

乙醇酸氧化途径，根部H2O2形成O2新生根－－氧化力强－－Fe(OH)3在根外沉淀－－根呈白色成熟根－－氧化力渐弱－－Fe(OH)3在根表沉淀－－根棕褐色老病根－－氧化力更弱－－Fe(OH)3还原为Fe2S3－－根黑色根的颜色

根的代谢活动

根吸收养分的能力19编辑ppt2.根的还原力－－对需还原后才被吸收的养分尤为重要如：Fe3+Fe2+

试验表明：还原力强的作物在石灰性土壤上不易缺铁推论：若此还原力是属基因型差异，就可以通过遗传学的方法改善这种特性，从而提高植物对铁素的吸收效率。20编辑ppt四、根际效应（一）根际(Rhizosphere)的概念根际：由于植物根系的影响而使其 理化生物性质与原土体有显 著不同的那部分根区土壤。根际效应：在根际中，植物根系不 仅影响介质土壤中的无 机养分的溶解度，也影 响土壤生物的活性，从 而构成一个“根际效应”。“根际效应”反过来又强烈地影响着 植物对养分的吸收。21编辑ppt（二）根际养分1.根际养分浓度分布

根际养分的分布与土体比较可能有以下三种状况：养分富集：根系对水分的吸收速率>养分的吸收速率养分亏缺：根系对水分的吸收速率<养分的吸收速率养分持平：根系对水分的吸收速率=养分的吸收速率22编辑ppt123+-001234养分浓度离根表距离（mm）不同条件下根际养分浓度变化模式图（1.积累2.亏缺3.持平）23编辑ppt2.影响根际养分分布的因素土壤因素：类型、质地、养分含量、水分养分因素：种类、形态植物因素：种类、基因型、根的部位、年龄农事因素：施肥、灌水24编辑ppt玉米根际主要养分的浓度分布情况00.10.20.31.00.60.2离根距离（cm）相对浓度梯度0.80.40.0PKNO325编辑ppt距根表距离(mm)0土壤溶液中钾的浓度(μmol/L)

200400600123456土壤B,4%粘粒土壤A,21%粘粒2-3μmol/L钾800土壤不同粘粒含量与玉米根际K+的浓度分布的关系26编辑ppt（三）根际土壤环境1.根际pH环境

影响因素：

呼吸作用

根系分泌的有机酸

养分的选择吸收

阴离子>阳离子

pH

(影响最大)

阳离子>阴离子

pHNO3-NH4+27编辑ppt(2)作用：

影响养分的有效性，例如：①石灰性土壤施用铵态氮肥、钾肥，pH下降，使多种营养因素的生物有效性增加②酸性土壤施用硝态氮肥，pH上升，磷的有效性提高③豆科作物在固氮过程中酸化了根际，提高了难溶性磷的利用率④豆科植物在缺磷条件下，根系不正常生长形成簇状根或排根，分泌H＋能量较强，有效的降低根际pH，并溶解土壤中的难溶性磷28编辑ppt2.根际Eh环境

影响因素：

作物种类 旱作 根际Eh<周围土体 水稻 根际Eh>周围土体

介质养分状况－－指养分的氧化态或还原态(2)作用：影响养分的有效性29编辑ppt（四）根际生物学环境1.根系分泌物(1)根系分泌物的种类无机物：CO2、矿质盐类(细胞膜受损时才大量外渗)有机物：糖类、蛋白质及酶、氨基酸、有机酸等(2)根系分泌物的农业意义①微生物的能源和营养材料②促进养分有效化③间作或混作中有互利作用30编辑ppt2.根际微生物

对植物吸收养分的影响如下：(1)矿化有机物

释放CO2和无机养分(2)产生和分泌有机酸

络合金属离子， 促进养分的吸收和转移；同时，降低 土壤pH值，促进难溶性化合物的溶解 和养分释放(3)固定和转化大气中的养分

固氮微生物能将空气中的分子态氮转化为植物可利用的形式(4)产生和释放生理活性物质

促进根系的生长和养分的吸收31编辑ppt3.菌根(mycorrhiza)(1)含义：菌根是土壤真菌与植物根系建立共生关系所形成的共生体形成这种共生体的真菌叫菌根真菌(mycorrhizafungi),它们能在2000多种植物的根部侵染形成菌根。(2)主要类型：外生菌根和内生菌根(3)共生体系的生理基础： 植物根系菌根真菌提供碳水化合物提供吸收的营养物质32编辑ppt(4)作用：促进养分的吸收

主要原因：通过外延菌丝大大增加吸磷表面积降低菌丝际pH值,有利于磷的活化。VA真菌膜上运载系统与磷的亲合力高于寄主植物根细胞膜与磷的亲合力。植物所吸收的磷以聚磷酸盐的形式在菌丝中运输效率高。

33编辑pptHyphaeofAMfungigrowintosoillinkrootstosoilparticlessoilparticleroothyphaeFromI.Jakobsen34编辑pptArbuscularmycorrhizas-structuresinsiderootsarbusculeintercellularhyphaIllustrationsfromM.BrundrettandS.Smith35编辑ppt菌根促进养分(P)吸收示意图PPPPPPPPP36编辑pptInmanyplantsinoculationresultsinincreasedPuptakeandplantgrowthTrifoliumsubterraneum+M-P-M+P-M-P+M+PPhotobyS.Smith37编辑ppt“第一节植物根系的营养特性”小结：植物根系的类型丛整体上可分为直根系和须根系。理论上，根系的数量(总长度)越多，植物吸收养分的机率也就大。

不同植物具有不同的根构型，须根系由于其在土壤表层的根相对较多而更有利于对表层养分的吸收；直根系则相反。水稻根系的颜色较白，表明根系的氧化力较强，亦即根系的活力较强，因此，吸收养分的能力也较强。根系还原力较强的作物在石灰性土壤上生长不易缺铁。根际是指由于受植物根系影响而使其理化生物性质与原土体有显著不同的土壤区域。厚度通常只有

。

植物根系吸收阴离子(a.大于;b.等于;c.小于)阳离子时，根际pH值有所将上升；水稻根际的Eh值一般(a.大于;b.等于;c.小于)原土体，因此，可保护其根系少受(a.氧化物质;b.还原物质)的毒害。38编辑ppt第二节植物根系对养分的吸收吸收的含义：植物的养分吸收－－是指养分进入植物体内的过程泛义的吸收－－指养分从外部介质进入植物体中的任何部分确切的吸收－－指养分通过细胞原生质膜进入细胞内的过程根系对养分吸收的过程包括：1.养分向根表面的迁移2.养分进入质外体3.养分进入共质体

39编辑pptnutrient迁移截获质流扩散主动吸收被动吸收长距离运输 短距离运输Nutrientuptakesteps40编辑ppt123土壤根地上部植物根获取土壤养分的模式图(1.截获2.质流3.扩散)一、土壤养分向根表面迁移41编辑ppt（一）截获（Interception）1.定义：是指植物根系在生长过程中直接接触养分 而使养分转移至根表的过程。2.实质：接触交换3.数量：约占1％，远小于植物的需要（二）质流（Massflow）1.定义：是指由于水分吸收形成的水流而引起养分 离子向根表迁移的过程。2.影响因素：与蒸腾作用呈正相关 与离子在土壤溶液中的溶解度呈正相关3.迁移的离子：42编辑ppt（三）扩散（Diffusion）1.定义：是指由于植物根系对养分离子的吸收，导 致根表离子浓度下降，从而形成土体－根 表之间的浓度梯度，使养分离子从浓度高 的土体向浓度低的根表迁移的过程。2.影响因素：土壤水分含量 养分离子的扩散系数：NO3->K+>H2PO4- 土壤质地 土壤温度3.迁移的离子：43编辑ppt土壤养分迁移途径对玉米养分供应的相对重要性养分每公顷生产9500kg籽粒所需养分数量/(kg/hm2)截获质流扩散/(kg/hm2)N190215038P401237K195435156Ca40601500Mg45151000S221650(Barber,1984)问题：必需的大量矿质元素各通过什么途径迁移到根系表面？44编辑ppt问题： 植物的大量矿质元素各通过什么途径迁移到根系表面？1.截获：钙、镁(少部分)2.质流：氮(硝态氮)、钙、镁、硫3.扩散：氮、磷、钾45编辑pptPartcross-sectionofprimaryroot[Somespeciesonly][Epidermis]二、植物根系对离子态养分的吸收46编辑ppt（一）质外体和共质体的概念

对于植物的吸收和运输而言，植物体可以分为二部分：1.质外体（Apoplast）－－指细胞原生质膜以外的空间，包括细胞壁、细胞间隙和木质部导管。2.共质体（Symplast）－－指原生质膜以内的物质和空间，包括原生质体、内膜系统及胞间连丝等。胞间连丝－－相邻细胞之间的原生质丝，是细胞之间物质运输的主要通道。47编辑pptPartcross-sectionofprimaryroot-twopathwaysformovementofwater&nutrients‘Symplastic’pathway‘Apoplastic’pathway[Somespeciesonly][‘Barrier’toapoplast]48编辑pptPartcross-sectionofprimaryroot-twopathwaysformovementofwater&nutrients‘Symplastic’pathway‘Apoplastic’pathwayWithincellsBetweencells49编辑ppt‘Apoplast’:cellwalls&spacesbetweencells(‘intercellularspaces’);filledwith‘air’&waterCellwalls50编辑ppt研究：“饥饿”状态的植物根系对某一养分的吸收水培实验装置示意图甜瓜吸收试验51编辑ppt发现：开始时，养分进入根系的速度较快，过一段时间后逐渐减慢，最后稳定在一速度。

阳离子

阴离子

吸收量时间养分进养分正入质外在进入体为主共质体52编辑ppt（二）养分进入质外体 由于质外体与外界相通，养分离子能以质流、扩散或静电吸引的方式自由进入 质外体也被称作自由空间(也称表观自由空间AFS或外层空间)自由空间－－是指根部某些组织或细胞能允许外部溶液通过自由扩散而进入的那些区域，包括细胞间隙、细胞壁到原生质膜之间的空隙习惯上可分为水分自由空间和杜南自由空间53编辑ppt表观自由空间微孔体系示意图微孔大孔非扩散性阴离子阳离子阴离子WFSDFS水分自由空间－－是指被水分占据并能和外部介质溶液达到物理化学平衡的那部分质外体区域杜南自由空间－－是指质外体中因受电荷影响，养分离子不能自由移动和扩散的那部分区域54编辑ppt根自由空间中矿质养分的累积和运转并不是所有离子吸收和跨膜运输的先决条件。然而，它能使二价和多价阳离子在根质外体内和原生质膜上的含量增高，间接促进吸收。

根自由空间中阳离子交换位点的数目决定着各类植物根系阳离子交换量（CEC）的大小。通常双子叶植物的CEC比单子叶植物要大得多。55编辑ppt双子叶植

物阳离子交换量单子叶植

物阳离子交换量大豆65.1春小麦22.8苜蓿48.0玉

米17.0花生36.5大

麦12.3棉花36.1冬小麦

9.0油菜33.2水

稻

8.4作物根的阳离子交换量（cmol/kg，干重）56编辑ppt（三）养分进入共质体 养分需要通过原生质膜才能进入共质体原生质膜的特点：具有选择透性的生物半透膜原生质膜的结构：“流动镶嵌模型” 生物膜的流动镶嵌模型57编辑ppt

原生质膜是一个 具有精密结构的屏障， 对不同的物质具有 不同的透性。一些

亲脂性非极性分子或不带电的极性小分子能溶于双层磷脂层中，因而能以扩散的形式透过质膜。而极性大分子或带电离子则要借助膜上的某些物质才能透过。这种借助膜上物质进行穿透的过程叫运输(transport)。对植物而言，习惯上也叫吸收(absorption)。58编辑ppt亲脂性分子:O2，N2，苯不带电极性小分子:H2O，CO2，甘油不带电极性大分子:葡萄糖，蔗糖带电离子:H+,Na+,HCO3-,K+,Ca2+,Cl-,Mg2+等被动运输（顺浓度或电化学势梯度）简单扩散通道蛋白易化扩散载体（或离子泵）主动运输（逆浓度或电化学势梯度）原生质膜离子吸收形式示意图59编辑ppt1.被动吸收（passiveabsorption）定义：膜外养分顺浓度梯度(分子)或电化学势梯度(离子)、 不需消耗代谢能量而自发地(即没有选择性地)进 入原生质膜的过程。形式：(1)

简单扩散：如亲脂性分子(O2、N2)、不带电极性小分子 (H2O、CO2、甘油)(2)易化扩散：被动吸收的主要形式。机理如下：a.通道蛋白（channelprotein）：认为贯穿双重磷 脂层的蛋白质在一定条件下开启，成为一定类型离子的“通道”。b.运输蛋白（transportprotein）：认为运输蛋白在离子的电化学势作用下，与离子结合并产生构型变化，从而将离子翻转“倒入”膜内。60编辑ppt易化扩散

a.通道蛋白b.运输蛋白简单扩散养分被动吸收的形式示意图61编辑pptDrivingforcesformembranetransport:concentrationdifferencesMoleculeswilldiffuseuntiltheconcentrationisthesameeverywhereRobReid,2004运输动力：62编辑ppt 离子(分子)的运输动力来自膜间的电化学势(浓度)梯度，当膜两边的电化学势(浓度)梯度相等时，离子(分子)达到动态平衡，净吸收停止。2.主动吸收（activeabsorption）定义：膜外养分逆浓度梯度(分子)或电化学势梯度 (离子)、需要消耗代谢能量、有选择性地进入 原生质膜内的过程。63编辑pptATPATPATPDrivingforcesformembranetransport:metabolicenergyRobReid,2004运输动力：64编辑ppt机理(1)载体解说①载体（carrier）－－指生物膜上存在的能携带离子通过膜的大分子。这些大分子形成载体时需要能量（ATP）。

载体对一定的离子有专一的结合部位，能有选择性地携带某种离子通过膜。②载体转运离子的过程65编辑ppt磷酸酯酶ACP磷酸激酶ACPIC膜

外内未活化载体载体－离子复合物离子活化载体ATPADPPi线粒体载体假说图解P66编辑ppta.

细胞内线粒体氧化磷酸化产生ATP，供载体活化所需b.

非活化载体(IC)在磷酸激酶的作用下发生磷酸化，成为活化载体(AC－P)c.活化载体(AC－P)移到膜外侧，与某一专一离子(例如K＋)结合成为离子载体复合物(AC－P－K＋)d.离子载体复合物(AC－P－K＋)移动到膜内侧，在磷酸酯酶作用下将磷酰基(Pi)分解出来，载体失去对离子的亲和力而将离子释放到膜内，载体同时变成非活化状态(IC)e.磷酰基与ADP在线粒体上重新合成ATP67编辑ppt③载体的酶动力学理论(E.Epstein,1952)

实验证明：离子的吸收有饱和现象（如图）

K＋浓度吸收速率大麦根系对K＋的吸收曲线vmax1/2vmaxKm吸收曲线与酶促反应的速度和底物浓度的关系曲线非常相似，于是把：载体－离子比作酶－底物68编辑ppt

载体的酶动力学理论认为：膜上的载体象酶一样，具有选择性的结合位点。当外界离子浓度较低时，这些位点与特定养分离子的结合随着离子浓度的增加而增加；当离子浓度达到一定程度，结合位点饱和，对该养分的吸收不再随着外界离子浓度的增加而增加。69编辑ppt

S＋E ES E＋P底物酶酶－底物酶产物

S’＋C ES C＋S

离子(外)载体离子－载体

载体离子(内)K1 K3K2K1 K3K2

应用米凯利斯－门滕(Michaelis-Menten)方程式，求得： vmax

·[S] Km＋[S]式中：v－－吸收速率(μmol·g-1·h-1)

vmax－－最大吸收速率(μmol·g-1·h-1)

[S]－－介质离子浓度(mmol·L-1

)v=70编辑ppt

Km－－吸收速率常数(mmol·L-1

)，Km＝K2＋K3

K1

当v=1/2vmax时，得Km＝[S]

Km与结合常数(K1)成反比，所以Km又被称为：离子－载体在膜内的解离常数

Km值越小，载体对离子的亲和力越大，载体运输离子的速度越快。例如：请根据作物的Km值判断植物优先选择吸收哪种离子 作物 Km(mM)

硝态氮 铵态氮 玉米 0.110 0.170 水稻 0.600 0.020vmaxv1/2vmaxKm[S]71编辑ppt

载体学说能够比较圆满地从理论上解释关于离子吸收中的三个基本问题：离子的选择性吸收；离子通过质膜以及在膜上的转移；离子吸收与代谢的关系。72编辑ppt(2)离子泵假说(Hodges，1973)①离子泵（ion’sbump）：是位于植物细胞 原生质膜上的ATP酶，它能逆电化学势 将某种离子“泵入”细胞内，同时将另一 种离子“泵出”细胞外。

73编辑ppt

离子泵假说图示ATP酶阴离子载体ATPH2PO3＋＋ADP－ +H2OOH－+ADPK＋、Na＋H＋OH－阴离子＋H2OH＋＋H3PO4

① ②外界膜细胞质②离子运输过程可见：阳离子的吸收实质上是H＋的反向运输；

阴离子的吸收实质上是OH－的反向运输74编辑ppt 离子泵假说较好地解释了ATP酶活性与阴阳离子吸收的关系，在离子膜运输过程方面（如反向运输）又与现代的化学渗透学说相符合。另外，离子泵假说在能量利用方面与载体理论基本一致，并且指出ATP酶本身可能就是一种载体。 近年来离子泵假说已逐步被证实。Kurdjian和Guern(1989)发现，在植物细胞原生质膜和液泡膜上均存在ATP酶驱动的H+泵（质子泵）。它们的主要功能是调节原生质体的pH，从而驱动对阴阳离子的吸收。

目前发现的离子泵主要分为四种类型： H+-ATP酶； Ca2+-ATP酶； H+-焦磷酸酶； ABC型离子泵。75编辑ppt(3)转运子(transporter)

转运子是指植物的细胞膜上具有控制溶质或信息出入膜的蛋白质体系。 在被动运输过程中，这类蛋白激活后，构型发生变化，其α螺旋肽链构成亲水性的内腔门开放，使溶质或信息由膜外进入膜内，形成离子通道(ionchannel). 在主动吸收过程中，这类蛋白通过构型变化，将离子翻转运入膜内，故称转运子。76编辑ppt已知的细胞膜上的各种转运蛋白77编辑ppt78编辑ppt3.主动吸收与被动吸收的判别 区别：是否逆电化学梯度 是否消耗代谢能量 是否有选择性（1）温商法（2）电化学势法（电化学驱动法）原理：理论上，当离子在半透膜内外达到物理化学 平衡时，服从能斯特(Nernst)方程。

79编辑pptTheNERNSTequation:E计

(mV)=RTzFlnCoCixSimplifiedversion:E计

(mV)=59zxlogC0CiR=gasconstant (8.31JK-1mol-1)T=oKz=valence(e.g.+1,-2)F=Faraday’sconstant (96,500Jmol-1)Co=externalconcentrationCi=internalconcentrationE=electricalpotentialdifferenceorvoltageacrossthemembrane80编辑ppt 事实上，膜电位的理论计算值（E计

）与实际测定值（E测

）通常存在差异，这说明膜内外不是处于纯物理化学平衡状态。它们间的差值（E差

=

E测-E计

）称为电化学驱动力。假设细胞膜内带负电荷，判别的规则为：表 离子主动吸收与被动吸收的判定E差

=

E测-E计阳离子阴离子正值主动吸收被动吸收负值被动吸收主动吸收81编辑ppt例子：以阳离子K+吸收为例假设测得物理化学平衡时，Co=1×10-3MCi=100×10-3M则E计

=-118(mv)如果此时E测=-100mv，则E差

=

E测-E计=-100-(-118)=+18(mv)

这说明K+的进入是逆电化学势梯度的，为主动吸收。Simplifiedversion:E计

(mV)=59zxlogC0Ci82编辑ppt

通常情况下，由于细胞内部带有负电，对于阳离子，它们在细胞内的浓度一般不会超过物理化学平衡浓度(K+例外)，因而大多数是被动吸收； 相反，对于阴离子，细胞内的浓度虽然较低，但仍高于物理化学平衡浓度，所以大多数是逆电化学梯度，即主动吸收。83编辑ppt（一）植物可吸收的有机态养分的种类含氮：氨基酸、酰胺等含磷：磷酸己糖、磷酸甘油酸、卵磷脂、植酸钠等其它：RNA、DNA、核苷酸等（二）吸收机理1.被动吸收－－亲脂超滤解说2.主动吸收－－载体解说3.胞饮作用解说 －－在特殊情况下发生三、植物根系对有机态养分的吸收“胞饮”示意图84编辑ppt（三）吸收的意义1.提高对养分的利用程度2.减少能量损耗植物吸收 离子态养分－－主要 有机态养分－－次要85编辑ppt第二节小结：植物根系对养分的吸收1.植物吸收养分的全过程可人为地分为

、

和

等三个阶段。2.土壤中的养分一般通过

、

和

等三种途径迁移至植物根系表面。3.被动吸收和主动吸收的区别在于： 浓度梯度或电化学势梯度代谢能量选择性被动吸收主动吸收4.我们学过的主动吸收的机理有

和

。5.植物吸收有机态养分的意义在于

和

。

86编辑ppt第三节影响植物吸收养分的因素讨论题：介质养分浓度对植物吸肥及吸水有什么影响？简述温度条件和光照条件如何影响植物对养分的吸收。简述水分与通气条件如何影响植物对养分的吸收。土壤反应对植物吸收阴、阳离子有什么影响？它与植物有效养分含量之间有什么关系？离子间的相互作用有哪些？各表现在哪些离子之间?简述植物的苗龄和生育阶段对养分吸收的影响。87编辑ppt一、介质中养分浓度

研究表明，在低浓度范围内，离子的吸收率随介质养分浓度的提高而上升，但上升速度较慢，在高浓度范围内，离子吸收的选择性较低，而陪伴离子及蒸腾速率对 离子的吸收速率影响较大。 若养分浓度过高，则不利 于养分的吸收（会出现 “二重图型”），也影响 水分吸收。

(故化肥宜分次施用)

大麦在不同浓度的KCl溶液中吸收K＋的速率(EpsteinE.,1963)88编辑pptKCl和NaCl浓度对离体大麦根吸收K+和Na+速率的影响浓度（mmol/L）吸收率（µmol/g鲜重×h）0246823451K+Na+ 各种矿质养分都有其浓度与吸收速率的特定关系。89编辑ppt（一）影响养分吸收速率的因素

1.中断养分供应的影响

植物对养分有反馈调节能力。中断某种养分的供应，往往会促进植物对这一养分的吸收。 在缺磷一段时期后再供磷会导致地上部含磷量大大增加，甚至引起磷中毒。90编辑ppt含磷量（umol/g干物重）*植物8天-Pa7天-P+1天+Pb7天-Pb+3天+Pc地上部49(20)151(61)412(176)幼叶26(5)684(141)1647(483)根系43(24)86(48)169(94)不同供磷状况对大麦各部位含磷量的影响*括号中的数字为相对值：对照为100，即整个实验期持续供给150µmol/LP。a：不加磷生长8天。b：不加磷生长7天而后补加磷生长1天。c：不加磷生长7天天而后补加磷生长3天。）91编辑ppt2.长期供应的影响

某一矿质养分的吸收速率与其外界浓度间的关系还取决于养分的持续供应状况。用离体根或完整的幼龄植物进行短期研究时，通常是在很稀的营养液或硫酸钙溶液中进行预培养，因此植株或根内的养分浓度相当低。当供应养分以后，养分吸收速率会非常高，甚至在高浓度范围内，吸收速率仍持续增高。92编辑ppt外界磷浓度对生长4周的8种植物以及生长24小时的大麦吸磷速率的影响生长24小时生长4周0.0010.010.11100.010.11101001000磷浓度（µmol/L）磷吸收率（µmol/g根鲜重×h）93编辑ppt（二）养分吸收速率的调控机理

植物根系对养分吸收的反馈调节机理可使植物在体内某一养分离子的含量较高时，降低其吸收速率；反之，养分缺乏时，能明显提高吸收速率。净吸收速率的降低包括流入量的降低和溢泌量的增加。94编辑ppt（三）细胞质和液泡中养分的分配

养分在各种生化反应中的重要作用在于保证细胞质组成和状态的稳定及植物旺盛的代谢作用。一般认为，当养分供应不足时，可通过调节跨原生质膜的吸收速率或对储藏在液泡中的养分再分配来调节。95编辑ppt[离子][离子]液泡细胞质根皮层中柱根部离子吸收的反馈调控模型96编辑ppt介质K+细胞质K+液泡K+0.0113321

0.1014061介质中K+的浓度的变化对大麦根细胞质和液泡中K+浓度(mmol/L)的影响97编辑ppt二、温度温度 呼吸作用氧化磷酸化 ATP 吸收

一般6~38ºC的范围内，根系对养分的吸收随温度升高而增加。温度过高（超过40ºC）时，高温使体内酶钝化，从而减少了可结合养分离子载体的数量，同时高温使细胞膜透性增大，增加了矿质养分的被动溢泌。低温往往是植物的代谢活性降低，从而减少养分的吸收量。98编辑ppt三、光照光照光合作用光合磷酸化ATP吸收

光照还可通过影响植物叶片的光合强度而对某些酶的活性、气孔的开闭和蒸腾强度等产生间接影响，最终影响到根系对矿质养分的吸收。99编辑ppt养分含量（相对%）照度指数NH4+H2PO4-K+Ca2+Mg2+Mn2+SiO2100100100100100100100100585876781071038555640334164684665517151349402235光照对水稻吸收养分的影响100编辑ppt四、水分

作用：(1)促进养分的释放：溶解肥料、 矿化有机质 (2)加速养分的流失：稀释养分

水分状况对植物生长，特别是对根系的生长有很大影响，从而间接影响到养分的吸收。

适宜的水分条件：田间持水量的60～80％101编辑ppt五、通气状况土壤通气状况主要从三个方面影响植物对养分的吸收：

1.根系的呼吸作用

2.有毒物质的产生

3.土壤养分的形态和有效性良好的通气环境，能使根部供氧状况良好，并能使呼吸产生的CO2从根际散失。这一过程对根系正常发育、根的有氧代谢以及离子的吸收都有十分重要的意义。102编辑ppt六、介质反应1.介质反应与植物吸收阴、阳离子的关系 偏酸性：吸收阴离子>阳离子 偏碱性：吸收阳离子>阴离子原因：酸性反应时，根细胞的蛋白质分子带正电荷 为主，故能多吸收外界溶液中的阴离子 碱性反应时，根细胞的蛋白质分子带负电荷 为主，故能多吸收外界溶液中的阳离子103编辑ppt离子吸收量（mg/kg鲜重/6h）培养液的pH条件NH4+-NNO3--N总吸收量4.03448

825.04259

1016.04641

877.66630

96不同pH条件对番茄吸收NH4+-N及NO3--N的影响104编辑ppt外部溶液的pH及Ca2+的供应对大麦根K+净吸收率的影响pH234560+10+20K+净吸收率（μmolg/鲜重×3h）78910-10+Ca2+-Ca2+105编辑ppt氮 5.5～8.0磷 6.5～7.5钾/钙/镁 >6.0硫 >5.5铁/锰/锌/铜 <6.0钼 >6.0硼 5.0～7.0总的来说，pH5.5～6.5时， 各种养分的有效性均较高pH值土壤反应和植物有效养分含量的关系2.土壤反应与植物有效养分含量的关系营养土中有效含量元素 较多时的pH范围106编辑ppt七、离子理化性状和根的代谢作用（一）离子半径 吸收同价离子的速率与离子半径之间的关系通常呈负相关。（二）离子价数 细胞膜组分中的磷脂、硫酸脂和蛋白质等都是带有电荷的基团，离子都能与这些基团相互作用。其相互作用的强若顺序为：不带电荷的分子<一价的阴、阳离子<二价的阴、阳离子<三价的阴、阳离子。相反，吸收速率常常以此顺序递减。水化离子的直径随化合价的增加而加大，这也是影响该顺序的另一因素。107编辑ppt碱金属离子吸收与离子半径之间的关系阳离子离子半径(nm)吸收速率(µmol/g×3h）锂0.382钠0.3615钾0.3326铯0.3112108编辑ppt硼的相对吸收率与外部溶液pH值的关系（以pH6时各种供应浓度的吸收量为100，其中实线：未解离H3BO3的百分数）溶液pH相对吸硼量(%)67891002040801001160：1.0mg/kgB；：2.5mg/kgB；：5.0mg/kgB；：7.5mg/kgB；：10.0mg/kgB109编辑ppt（三）代谢活性 由于离子和其它溶质在很多情况下是逆浓度梯度的累积，所以需要直接或间接地消耗能量。在不进行光合作用的细胞和组织中（包括根），能量的主要来源是呼吸作用。因此，所有影响呼吸作用的因子都可能影响离子的累积。110编辑ppt处

理每株干物质重(g)根呼吸作用(O2µL/g干物质)32P相对吸收速率(cpm/g干物质)对

照2.460.174100去基部叶

片2.320.09557遮

荫1.700.06232遮荫和去基部叶片对水稻根呼吸作用和32P吸收率的影响111编辑ppt八、离子间的相互作用1.拮抗作用(1)定义：溶液中某种离子存在或过多能抑制另一离子吸收的现象。主要表现在对离子的选择性吸收上。(2)表现：阳离子与阳离子之间，如 一价与一价之间：K+、Rb+、Cs+之间 二价与二价之间：Ca2+、Mg2+、Ba2+之间 一价与二价之间：NH4+和H+对Ca2+、K+对Fe2+112编辑ppt

阴离子与阴离子之间，如 Cl－、Br－和I－之间； H2PO4－和OH－之间；H2PO4－和Cl－之间； NO3－和Cl－之间；SO42－和SeO42－之间2.协助作用(1)定义：溶液中某种离子的存在有利于根系吸收另一离子的现象。(2)表现：阴离子与阳离子之间，如NO3－、

SO42－等对阳离子的吸收有利

二价或三价阳离子对一价阳离子，

如溶液中Ca2+、Mg2+、Al3+等能促进K+、Rb+、Br－以及NH4+的吸收

“维茨效应”113编辑pptK+Na+Ca2+Mg2+阳离子总量处理(cmol/kg干物质)Mg25733161152Mg35722368150提高镁浓度对向日葵中各种阳离子含量的影响114编辑ppt5.0含量(µmol/g)Cl-K+离子浓度(mmol)NO3-Cl-K+地上部根地上部根011.06.54615190.111.1331333330.511.513539521.012.012363552.013.07080265.016.0519029NO3-对大麦根和地上部K+,Cl-的影响115编辑ppt吸收速率(µmol/g鲜重4h)玉米甜菜外部溶液NaCl+KClNa+K+Na++K+Na+K+Na++K+无钙9.011.020.018.88.327.1有钙5.915.020.915.410.726.1Ca2+对根系选择性吸收K+/

Na+的影响116编辑ppt九、苗龄和生育阶段(植物营养的阶段性)（一）作物的种子营养

种子发芽前后，依靠种子中贮存的物质进营养。三叶期以后则依靠介质提供营养。

（二）作物不同生育阶段的营养特点 一般在植物生长初期，养分吸收的数量少，吸收强度低。随时间的推移，植物对营养物质的吸收逐渐增加，往往在性器官分化期达到吸收高峰。到了成熟阶段，对营养元素的吸收又逐渐减少。117编辑ppt

生长初期 旺盛期 成熟期作物不同生长阶段的养分吸收规律示意图养分吸收量118编辑ppt吸收速率(µmol/m·d)苗龄（天）氮磷钾钙镁2022711.35314413.830320.9012.45.21.640190.868.00.560.9050110.664.80.370.78605.70.371.60.200.561004.20.230.20.800.29玉米不同苗龄对养分吸收的影响119编辑ppt（三）营养生长期中需肥的关键时期1.植物营养临界期定义：是指营养元素过少或过多或营养元素间不平衡，对植物生长发育起着明显不良影响的那段时间出现时间：磷素——多在幼苗期，如冬小麦在分蘖初期；棉花和油菜在幼苗期；玉米在三叶期

氮素——水稻在三叶期，本田在幼穗分化期；杂交水稻本田在分蘖期；棉花在现蕾期；小麦在分蘖期；玉米在幼穗分化期

钾素——水稻在分蘖初期及幼穗分化期120编辑ppt2.植物营养最大效率期定义：是指营养物质在植物体内能产生最大效能的那段时间。特点：这一时期，作物生长迅速，吸收养分能力特别强，如能及时满足作物对养分的需要，增产效果将非常显著。出现时间：植物生长最旺盛的时期，如氮素——水稻在分蘖期；油菜在花期；玉米在喇叭口至抽雄初期；棉花在花铃期。对于甘薯来说，块根膨大期是磷、钾肥料的最大效率期。121编辑ppt3.注意：既要重视植物需肥的关键时期，又要正视植物吸肥的连续性，采用基肥、追肥、种肥相结合的方法。122编辑ppt第四节植物叶部对养分的吸收

叶部营养(或根外营养)－－植物通过叶部或非根系部分吸收养分来营养自己的现象气孔保卫细胞角质膜上表皮细胞栅栏组织海绵组织维管束下表皮细胞叶片的结构示意图123编辑ppt（一）表皮细胞途径

养分 养分 腊质层 分子间隙角质膜 角质层 分子间隙(通透性差) 角化层 借助果胶 表皮细胞的外壁

通过原生质膜 细胞内 原生质体外质连丝一、叶部吸收养分的途径124编辑ppt干重(mg/株)含硫量(Smg/株)处理叶根叶根不供硫0.81.51.92.011.41.9叶片供SO2根部供SO42-2.07.44.90.40.60.6地上部供给SO2或根系供给SO42-烟草干物质产量及含硫量（二）气孔途径1.气态养分(如CO2、SO2)进入的必经之路125编辑ppt2.一些离子态养分也可通过扩散进入，然后被比邻气孔的叶肉细胞吸收二、叶部吸收养分的机理1.被动吸收 2.主动吸收三、叶部营养的特点叶部营养具有较高的吸收转化速率，能及时满足植物对养分的需要——用于及时防治某些缺素症或补救因不良气候条件或根部受损而造成的营养不良叶部营养直接促进植物体内的代谢作用，如直接影响一些酶的活性——用于调节某些生理过程，如一些植物开花时喷施硼肥，可以防止“花而不实”126编辑ppt在缺铜土壤上叶面施铜对小麦生长和产量的影响处理穗数/m2穗粒数籽粒重（g/m2）不施铜土壤施铜CuSO4(kg/ha)2.510.0叶面施铜CuSO4,

2%(2kg/ha)拔节喷施一次拔节及抽穗期各施一次

37.00.140.0328.82.31.058.52.92.363.817.114.0127.452.079.3127编辑ppt3.叶部喷施可以防止养分在土壤中固定 问题：叶部营养可否代替根部营养？对于微量元素，是常用的一种施用手段对于大量元素，只能作为根际营养的补充

叶面施肥的局限性：叶面施肥的局限性在于肥效短暂，每次施用养分总量有限，又易从疏水表面流失或被雨水淋洗；有些养分元素（如钙）从叶片的吸收部位向植物其它部位转移相当困难，喷施的效果不一定好。 因此，植物的根外营养不能完全代替根部营养，仅是一种辅助的施肥方式，适于解决一些特殊的植物营养问题。128编辑ppt四、叶部营养的应用条件（影响因素）1.叶片结构（作物种类）(1)叶片类型双子叶：叶面积大，角质膜薄，易吸收(2)叶的年龄：幼叶比老叶吸收能力强(3)叶的正反面：叶背面比叶表面吸收效果好2.溶液的组成 如氮肥：尿素>硝酸盐>铵盐

钾肥：氯化钾>硝酸钾>磷酸二氢钾129编辑ppt3.湿润时间（0.5～1小时） 可加入“润湿剂”：0.1～0.2％洗涤剂或中性皂 喷施时间：清晨、傍晚或阴天4.溶液反应 酸性：有利于阴离子吸收 中性～微碱性：有利于阳离子吸收5.溶液浓度：0.1～2％130编辑ppt五、叶面肥概述叶面肥的含义

狭义——凡是喷在叶片上能为植物提供营养元素的物质

广义——凡是喷在叶片上能对植物起营养作用或生理调节 作用的物质2.叶面肥的作用与效果

在中、低等肥力的土壤上喷施：大田作物平均增产5～10％；果树增产5～15％；蔬菜增产20～30％3.叶面肥的优点

针对性强、肥效好、避免土壤固定和淋溶、省肥方便131编辑ppt4.叶面肥的分类

纯营养型：主要包括氮、磷、钾和微量元素

生长调节剂型：不属肥料，但可调节植物 新陈代谢，促进生长发育，增加产量

营养与生长调节剂综合型5.叶面肥的种类

市场上产品繁多，多数是由纯营养型和生长调节剂型配比制成。6.影响叶面肥使用效果的因素

环境因素、叶面肥质量和使用技术的影响

具体使用时，除了参阅说明书，新选用的品种最好通过试验，以确定其效果和最佳使用技术。132编辑ppt第五节植物的营养特性与施肥方法一、植物营养的共性和个性（一）共性：所有高等植物都需要17种必需营养 元素（二）个性：不同植物、或同种植物的不同品种、 甚至同一植物在不同生育期 1.对营