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1、第二章 矿质营养第1页，共54页，编辑于2022年，星期三本章教学基本要求：掌握：植物细胞吸收溶质的方式和机制、植物体对矿质元素的吸收、矿物质在植物体内的运输和分布。理解：植物必须的矿质元素、合理施肥的生理基础。了解：植物体对氮、硫、磷的同化。第2页，共54页，编辑于2022年，星期三 通常把植物对矿质元素（包括氮）的吸收、转运和同化称为矿质营养。第3页，共54页，编辑于2022年，星期三 第一节 植物的必需元素 (essential element)一、植物体内的元素 自然界发现的元素一般在植物体内都存在 第4页，共54页，编辑于2022年，星期三第5页，共54页，编辑于2022年，星期三二
2、、植物必需元素及其 确定方法（一）确定植物必需元素的标准 1、完全缺乏某种元素，植物不能正常的生长发育 2、完全缺乏某种元素，植物出现专一的缺素症状 3、该元素对植物的功能必须是直接的第6页，共54页，编辑于2022年，星期三（二）植物必需元素的 确定方法水培法(solution culture method)砂培法(sand culture method)第7页，共54页，编辑于2022年，星期三植物的溶液培养第8页，共54页，编辑于2022年，星期三（三）植物的必需元素 迄今确认的植物必需元素有19种：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni、S
3、i、Na第9页，共54页，编辑于2022年，星期三大量元素(major element)植物需要量较大，其在植物体内含量占干重 0.1%以上。它们是C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Si，共10种。微量元素(trace element)植物需要量较少，其在植物体内含量占干重的 0.01%以下。它们是 Mo、Ni、Cu、Zn、Mn、Fe、B、Cl、Na，共9种第10页，共54页，编辑于2022年，星期三 三、植物必需元素的生理作用及其缺乏症 （一）植物必需元素的生理作用 1、细胞结构物质的组成成分，如：C、H、O、N、P、Ca、Mg、S等。2、生命活动的调节者，参与酶活性的调节，如：K、M
4、g、Zn、Fe等。3、起电化学作用及渗透调节作用，如：K、Cl等。第11页，共54页，编辑于2022年，星期三（二）必需元素的缺乏症 第12页，共54页，编辑于2022年，星期三病症第13页，共54页，编辑于2022年，星期三课件2第14页，共54页，编辑于2022年，星期三第15页，共54页，编辑于2022年，星期三第16页，共54页，编辑于2022年，星期三第17页，共54页，编辑于2022年，星期三第18页，共54页，编辑于2022年，星期三（三）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19页，共54页，编辑于2022年，星期三第二节 植物细胞对矿质元素的
5、吸收 植物细胞吸收矿质元素主要是通过质膜上的相关蛋白完成的。参与矿质元素吸收的蛋白主要是：通道蛋白、载体蛋白和H+-ATP酶 一、通道蛋白(channel protein)通道蛋白横跨膜，中间形成允许离子通过的通道，即离子通道(ion channel)，离子通道运转离子的速率很高，达到106108个/秒。第20页，共54页，编辑于2022年，星期三第21页，共54页，编辑于2022年，星期三二、载体蛋白(carrier protein)载体蛋白具有离子专一的结合位点，能选择性地跨膜吸收和转运离子。由载体蛋白介导的跨膜离子运转可以是被动的，也可以是主动的。第22页，共54页，编辑于2022年，星
6、期三第23页，共54页，编辑于2022年，星期三三、H+-ATP酶 H+-ATP 酶横跨整个膜，水解 ATP，释放能量，并利用此能量将H+由膜内泵至膜外，在膜两侧形成电化学梯度。第24页，共54页，编辑于2022年，星期三第25页，共54页，编辑于2022年，星期三四、胞饮作用第26页，共54页，编辑于2022年，星期三第三节 植物体对矿质元素的吸收 根系是植物吸收矿质营养的主要器官一、根吸收矿质元素的特点（一）根系对水分和盐分的相对吸收1.根系吸收离子的区域 2.对水分和盐分的相对吸收3.离子的选择吸收第27页，共54页，编辑于2022年，星期三一、根吸收矿质元素的特点（一）根系对水分和盐分
7、的相对吸收 1.根系吸收离子的区域 2.对水分和盐分的相对吸收 3.离子的选择吸收第28页，共54页，编辑于2022年，星期三 植物根系吸收离子的数量与溶液中离子的数量不成比例的现象称为离子的选择吸收。表现为两个方面：（1）植物对同一溶液中不同离子的吸收不同。（2）植物对同一种盐的正、负离子的吸收不同。第29页，共54页，编辑于2022年，星期三例如：生理酸性盐（NH4）2SO4 生理碱性盐 KNO3 生理中性盐 NH4NO3 生产上使用化学肥料时应注意肥料类型的合理搭配。第30页，共54页，编辑于2022年，星期三（二）单盐毒害和离子拮抗作用 1.单盐毒害(toxicity of singl
8、e salt)把植物培养在单一盐溶液中，不久植物根系停止生长，生长区细胞壁粘液化，细胞破坏，变成一团无结构的黏液，最后整株植物死亡的现象，称单盐毒害第31页，共54页，编辑于2022年，星期三2.离子拮抗作用(ion antagonism)在发生单盐毒害的溶液中，加入少量其它不同价的金属离子，即能减轻或消除单盐毒害的现象，称为离子拮抗作用。第32页，共54页，编辑于2022年，星期三 生长在不同盐溶液中的小麦根系第33页，共54页，编辑于2022年，星期三3.平衡溶液(balanced solution)由几种必需矿质元素按照一定的浓度和比例混合，具有合适的 pH值，能使植物生长发育良好的溶液
9、。第34页，共54页，编辑于2022年，星期三二、根系吸收矿质元素的过程1.离子吸附在根部细胞表面 由于根细胞吸附离子具有交换的性质，故称为交换吸附(exchange adsorption)第35页，共54页，编辑于2022年，星期三第36页，共54页，编辑于2022年，星期三2.离子进入根系内部 被根表面吸附的离子可通过质外体或共质体途径进入根的内部第37页，共54页，编辑于2022年，星期三 植物根系能够吸收：（1）土壤溶液中的矿质离子（2）吸附在土壤胶体颗粒上的矿质离子（3）难溶于水的矿质元素第38页，共54页，编辑于2022年，星期三三、外界条件对根部吸收矿物质的影响 1.土壤通气状况
10、 2.土壤温度 3.土壤溶液的pH值 4.土壤溶液浓度 5.土壤微生物第39页，共54页，编辑于2022年，星期三四、植物地上部分对矿质 元素的吸收 植物地上部分对矿物质的吸收称为根外营养，也叫叶片营养(foliar nutrition)叶片能够通过气孔、角质层裂缝吸收矿质元素第40页，共54页，编辑于2022年，星期三叶片营养的优点补充养料节省肥料见效迅速利用率高第41页，共54页，编辑于2022年，星期三 氮同化过程：硝酸盐 亚硝酸盐 氨 氨基酸第四节 氮同化第42页，共54页，编辑于2022年，星期三一、硝酸盐的还原 硝酸盐的还原由硝酸还原酶(nitrate reductase)催化。硝
11、酸还原酶存在于细胞液中，为一种诱导酶。含有FAD、细胞色素b557及钼复合体（Mo-Co）等三种辅基。第43页，共54页，编辑于2022年，星期三硝酸还原酶催化反应示意图第44页，共54页，编辑于2022年，星期三诱导酶(induced enzyme)植物体本来不含有，但在特定的外来物质(如底物)的影响下诱导形成的酶。第45页，共54页，编辑于2022年，星期三二、亚硝酸盐还原 亚硝酸还原或在根中的前质体，或在叶中的叶绿体中进行。还原所需的电子来自还原态的铁氧还蛋白。亚硝酸还原酶的辅基由一个铁硫原子簇和一个西罗血红素组成。第46页，共54页，编辑于2022年，星期三叶绿体中亚硝酸还原酶的催化作
12、用示意图第47页，共54页，编辑于2022年，星期三三、氨同化三、氨同化还原氨基化氨基交换作用氨甲酰磷酸的生成酰胺的生成 第48页，共54页，编辑于2022年，星期三第49页，共54页，编辑于2022年，星期三第五节 矿质元素在植物体内 的运输一、矿质元素运输的形式、途径和速度 1.形式 不同元素在植物体内运输的形式不同 氮主要以氨基酸或酰胺形式 磷主要以正磷酸的形式 硫主要以硫酸根的形式 金属离子以离子状态 第50页，共54页，编辑于2022年，星期三2.途径根系吸收的矿质元素通过木质部向上运输，叶片吸收的矿质元素通过韧皮部向上、向下运输。3.速度 约为30-100cm/h 第51页，共54
13、页，编辑于2022年，星期三二、矿质元素在植物体内的分配 矿物质在植物体内的分配以矿质元素是否参与体内离子循环或再利用而异。能在植物体中形成不稳定的化合物、或以离子状态存在的元素可被植物再利用，属于参与循环的元素。能再利用的元素优先分布于代谢较旺盛的部位。其缺素症从老叶开始。这类元素有N、P、Mg、K、Zn等。第52页，共54页，编辑于2022年，星期三 元素被植物地上部分吸收后，即形成永久性细胞结构物质，不能再参与矿物质循环，称为不可利用元素或不循环元素。不循环元素缺乏时幼嫩部位先出现病症。它们是S、B、Ca、Cu 等,其中以Ca最难再利用。第53页，共54页，编辑于2022年，星期三思考题：1、用溶液培养植物时应注意哪些事项？2、根系吸收矿质元素的特点、主要过程及影响因素？3、为什么植物缺钙、铁等元素时，缺素症最先表现在幼叶上？第54页，共54页，编辑于2022年，星期三