植物生理学矿质营养.ppt

1、2 必需元素及其确定方法 1） 必需元素的判别准则 A）缺乏该元素植物生长发育发生障碍不能完成生活史； B）除去该元素则表现专一的缺乏症，而且这种缺乏症是可以预防和恢复的； C）该元素在植物营养生理上应表现直接的效果而不是间接的。 2）确定方法 借助溶液培养法矿质和砂基培养法，已证明K、Ca、Mg、S、P、N、Si、Cl、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Ni、Na及C、H、O共19种元素为多数植物必需。,砂基培养法(sand culture),溶液培养法(简称水培法Water culture, solution culture, hydroponics),注意事项：（1）选择合适的培养液；（

2、2）定期更换培养液,调节pH；（3）通气； (4) 根系遮光。 应用：功能和吸收机制研究，大棚蔬菜、花卉甚至粮食生产。,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(nutrient film)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。,3）植物必需元素的种类 A）大量元素：在植物体内含量较多，占植物体干重达万分之一以上的元素。包括C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S等9种元素。 Si B）微量元

3、素：植物体内含量甚微，稍多即会发生毒害的元素包括：Cl、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Ni等8种元素。Na,3 必需矿质元素的生理生化作用及缺乏症,A）是细胞结构物质的组成成分。如：磷存在于磷脂、核酸和核蛋白中，钙是细胞壁的重要元素。 B）是植物生命活动的调节者，参与酶的活动。如：钾是40多种酶的辅助因子，还可促进糖类的合成和运输。 C）起电化学作用及渗透调节。如：铁在呼吸、光合和氮代谢等方面的氧化还原过程中起着重要作用。 D）与体内其他物质结合成脂化物等参与物质代谢与运输。,A) 许多重要化合物的组成 核酸、蛋白质和酶、磷脂、叶绿素、光敏素、植物激素(如IAA、CTK)、维生素(如B1、

4、B2、B6、PP)、生物碱等都含有氮; B)参与物质和能量的代谢。高能三磷酸化合物(ATP、UTP、GTP、CTP、ADP等)、辅酶(CoA、CoQ、NAD(P)、FAD、FMN等)和铁卟啉等。,1）Nitrogen(N)生命元素 约占干物重的1-3%。吸收硝态氮(NO3-N)和铵态氮(NH4+-N); 尿素CO(NH2)2、氨基酸等。,N充足时枝叶繁茂,叶色浓绿,生长健壮,籽粒饱满; N过多时导致茎叶徒长,易受病虫危害和倒伏,贪青迟熟。,生长矮小，根系细长，分枝（蘖）减少。 老叶发黄枯死，新叶色淡,老叶发黄， 新叶色淡 大麦缺N,老叶发黄，新叶色淡基部发红花色苷积累其中,生理功能 A)组成成

5、分：核酸、磷脂、辅酶、能量物质等。 B）参与能量代谢：直接参与氧化磷酸化和光合磷酸化合成 ATP(ADP+Pi ATP)。 C) 参与糖的代谢和运输。 D) 磷直接参与蛋白质,脂肪和淀粉的合成。 E) 组成缓冲体系。 缺磷时，分蘖分枝减少,幼芽、幼叶生长停滞,茎、根纤细,植株矮小；叶子呈现不正常的暗绿色或紫红色。症状首先在下部老叶出现,并逐渐向上发展。 磷过多，易产生缺Zn症。,2） Phosphorus(P) 植物以H2PO4-和HPO42-形式吸收磷素。,水稻缺P：新叶色深，呈墨绿色, 俗称“一枝香”，“锅刷”,3) Potassium(K)。 钾离子进入根部，只以离子形式存在植物体内,主

6、要集中于代谢旺盛部位。 A)调节水分代谢:渗透势, 气孔,蒸腾作用. B)酶的激活剂:60多种酶的激活剂,如丙酮酸激酶、谷胱甘肽合成酶、淀粉合酶等。 C)提高抗性:抗倒、抗病虫。 D)参与物质运输:K+作为H+的反离子 E)钾促进蛋白质和多糖合成 。 F)参与能量代谢:促进氧化磷酸化;和光合磷酸化.,K的缺乏症。 A）植株茎秆柔弱,易倒伏,抗逆性差。,B）老叶枯死有褐色烧焦状斑点-焦边。叶缘(双子叶)或叶尖(单子叶) 从坏死黄斑逐渐呈褐色烧焦状斑点-焦边。,4) Calcium(Ca) 离子(Ca2+)形式吸收。 A)Ca是细胞壁等的组分。 B)Ca是某些酶类的活化剂。 (如ATP酶、琥珀酸脱

7、氢酶等)，Ca-CaM系统行使第二信使功能,C)Ca2+参与光合放氧。 D)钙能提高膜稳定性,提高植物适应干旱与干热的能力。,生长点坏死,大豆缺Ca,大白菜干心病,5) Magnesium (Mg) Mg2+形式被植物吸收。 A) 镁参与光合作用:叶绿素的组分, 促进光合磷酸化;活化Rubisco. B） 酶的激活剂或组分。 转移磷酸基酶类 C）促进蛋白质合成。,Mg的缺乏症 老叶脉间失绿,网状脉(双子叶植物)和条状脉(单子叶植物)。叶脉有时呈紫红色;严重缺镁,形成坏死斑块。,6) Sulfur(S) 1) 是蛋白质和生物膜的成分。 含S氨基酸和硫脂的组分。 2) 酶的成分，参与多种生化反应。

8、 CoA、铁氧还蛋白、硫氧还蛋白、固氮酶 3) 构成体内还原体系。谷胱甘肽-SH。,1.3.2 Physiological functions and deficient symptoms of microelements 微量元素是指植物需要量较少, 在植物体中含量较低,常占干重的0.01%以下的元素。它们是Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni。,第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,1 生物膜的结构与特性,植物细胞吸收溶质的方式 1）离子通道运输 2）载体运输 3）离子泵运输（质子泵和钙泵） 4）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获取物质的过程。,第三节 植物

9、对矿质元素的吸收,1 植物吸收矿质元素的特点 1）对水分和盐分的相对吸收； 2）选择性吸收； 3）单盐毒害和离子对抗。 2 根部对溶液中矿质元素的吸收过程 1）离子吸附在根部细胞表面； 2）离子进入根部内部。,3 影响根部吸收矿物质的因素 1）温度：过低、过高都不利。如温度过低，代谢弱，能量不足，主动吸收慢；胞质粘性增大，离子进入困难。其中以对钾和硅的吸收影响最大。 2）通气状况：影响呼吸作用。 3）溶液浓度：过低、过高都不利。,4）pH值：一般作物生育最适的pH值是6-7。在土壤溶液碱性的反应加强时，Fe、Ca、Mg、Zn呈不溶解状态，能被植物利用的量极少。在酸性环境中P、K、Ca、Mg等溶

10、解，但植物来不及吸收易被雨水淋失，易缺乏。而Fe、Al、Mn的溶解度加大，植物受害。,4 根外营养 4.1 植物根外营养的吸收特点 A）根外营养的主要器官为叶片，故又称为叶片营养； B）营养物质可经气孔或角质层进入叶内，并经胞壁中的外连丝抵达质膜，再进入细胞，最后到达叶脉韧皮部。 外连丝：是叶片表皮细胞通道，它从角质层的内侧延伸到表皮细胞的质膜。,4.2 根外施肥的优点 A）在生育后期根部吸肥能力衰退时或营养临界期时，可根外施肥补充营养； B）某些肥料（如磷肥）易被土壤固定而根外施肥无此现象，且用量少； C）补充植物缺乏的微量元素，用量省、见效快。,4 植物氮代谢,1 植物的硝酸盐还原 1.1

11、 植物硝酸盐还原的主要过程 A) 硝酸还原 HNO3 HNO2 B) 亚硝酸还原 HNO2 NH3,1.2 植物硝酸盐还原的主要特点 1）发生反应的细胞器（硝酸还原在细胞质；亚硝酸还原在叶绿体）； 2）参与反应的酶种类及其性质； 诱导酶：又称适应酶，指植物体内本来不含有，但在特定外来物质的诱导下可以生成的酶。如硝酸还原酶可为NO3-所诱导。 3）与光合作用的关系。,2 植物的氨同化 2.1 植物氨同化的主要方式 1）还原氨基化：氨与-酮酸结合生成相应氨基酸； 2）氨基交换作用：一种氨基酸的氨基转到一种酮酸上形成另一种氨基酸和酮酸； 3）氨甲酰磷酸化：氨与二氧化碳、ATP结合形成氨甲酰磷酸； 4）酰胺化作用：氨与氨基酸结合形成酰胺。,2.2 植物氨同化的生理意义 1）解除氨毒； 2）形成新的物质（如氨基酸等）； 3）酰胺化得到的谷氨酰胺和天冬酰胺在植物体内氨不足时可释放出氨。,第五节 矿物质在植物体内的运输,1 矿物质运输的形式、途径和速度 1.1 矿物质运输的形式 金属离子：以离子状态运输 （P：主要以正磷酸根离子向上运输） （N：主要以氨基酸和酰胺形式向上运输，少量以硝酸根离子运输） （S：主要以硫酸根离子向上运输）,1.2 矿物质运输的途径 1）根部吸收的矿质元素主要通过韧皮部向上运输； 2）叶片吸收的矿质元素的上行和下行运输都以韧皮