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1、关于植物营养的物理化学研究方法第1页，讲稿共83张，创作于星期二 第一节第一节 植物营养的热力学研究方法植物营养的热力学研究方法一、基本原理：一、基本原理：（一）自由能：指体系总能量中，具有作（一）自由能：指体系总能量中，具有作有用功本领的那部分能量，或者说可被人有用功本领的那部分能量，或者说可被人们利用的那部分能量们利用的那部分能量。自由能越高越不稳自由能越高越不稳定，所以，自由能具有自动降低至最小值定，所以，自由能具有自动降低至最小值的趋势的趋势。第2页，讲稿共83张，创作于星期二在土壤这个多组分体系中，自由能（在土壤这个多组分体系中，自由能（G）是温）是温度（度（T）、压力（）、压力（P
2、）以及各组分摩尔数）以及各组分摩尔数（n）的函数，其数学表达式为：）的函数，其数学表达式为：G=f（T、P、n1、n2nK）K为土壤中各为土壤中各组分摩尔数。组分摩尔数。当体系中有一个微小的变化时，自由能也当体系中有一个微小的变化时，自由能也随之有一个微小变化，即对自由能随之有一个微小变化，即对自由能G的全微的全微分：分：第3页，讲稿共83张，创作于星期二第4页，讲稿共83张，创作于星期二由于土壤中养分变化的始态和终态都是在同一条由于土壤中养分变化的始态和终态都是在同一条件下进行的，所以可视为恒温恒压过程，即件下进行的，所以可视为恒温恒压过程，即dT0，dp=0,从而上式变为：从而上式变为：第
3、5页，讲稿共83张，创作于星期二令令第6页，讲稿共83张，创作于星期二则上式变为则上式变为式中：式中：称为养分称为养分i的化学位（势），它等于偏摩尔的化学位（势），它等于偏摩尔自由能自由能偏摩尔自由能的物理意义：在体系中温度偏摩尔自由能的物理意义：在体系中温度T、压力、压力P和除和除i组分以外各组分的摩尔数组分以外各组分的摩尔数nj都保持不变的条件下，体系自由能都保持不变的条件下，体系自由能随随i组分摩尔数而变化的变化率。组分摩尔数而变化的变化率。第7页，讲稿共83张，创作于星期二（二）化学位（势）：（二）化学位（势）：是物质转移的强度因素，也是物质转移的动力。是物质转移的强度因素，也是物质转
4、移的动力。在土壤养分中的应用：在土壤养分中的应用：当土壤中养分从固相向液相转移时，其偏摩当土壤中养分从固相向液相转移时，其偏摩尔自由能即化学位（势）就发生变化，土壤尔自由能即化学位（势）就发生变化，土壤这样不均匀的体系中，养分从化学位势较高的这样不均匀的体系中，养分从化学位势较高的一相，向化学位势较低的一相移动，因此，一相，向化学位势较低的一相移动，因此，两相化学位势之差就可以判断养分移入液相倾两相化学位势之差就可以判断养分移入液相倾向的强弱，即养分的有效程度向的强弱，即养分的有效程度。第8页，讲稿共83张，创作于星期二在热力学中，自由能是求不出绝对值的，因此，人在热力学中，自由能是求不出绝对
5、值的，因此，人为规定某一状态作为参照，称为标准状态，借以求为规定某一状态作为参照，称为标准状态，借以求得物质在其它非标准状态下自由能的相对值，在温得物质在其它非标准状态下自由能的相对值，在温度为度为T，压力为，压力为1atm下的纯物质，即为该物质在下的纯物质，即为该物质在T温度温度下的标准状态。在标准状态下的自由能称为标准自由能下的标准状态。在标准状态下的自由能称为标准自由能记作记作G0，此时自由能的表达式：，此时自由能的表达式：第9页，讲稿共83张，创作于星期二对摩尔自由能来说，则有对摩尔自由能来说，则有因为因为代入上式积分后得代入上式积分后得理论上这个公式适用于气态、固态和液态理论上这个公
6、式适用于气态、固态和液态第10页，讲稿共83张，创作于星期二对理想溶液的化学位势类似的可得：对理想溶液的化学位势类似的可得：对非理想溶液时，路易斯引入活度的概念，则上对非理想溶液时，路易斯引入活度的概念，则上式修改为：式修改为：式中，式中，fi Ci称为称为i组分的活度组分的活度,fi称为称为i组分的活度系数组分的活度系数.第11页，讲稿共83张，创作于星期二二、磷位（势）及其计算二、磷位（势）及其计算（一）磷位（势）：（一）磷位（势）：是用热力学中化学位原理来表述土壤磷有效性是用热力学中化学位原理来表述土壤磷有效性的一个强度指标。的一个强度指标。最早提出的磷位是指磷酸一钙位，其化学位的表达最
7、早提出的磷位是指磷酸一钙位，其化学位的表达式为：式为：第12页，讲稿共83张，创作于星期二则，则，Ca(H2PO4)2的离子活度为的离子活度为电解质正负离子的平均活度为：电解质正负离子的平均活度为：第13页，讲稿共83张，创作于星期二代入磷酸位表达式，则为：代入磷酸位表达式，则为：第14页，讲稿共83张，创作于星期二将ln化为 ，并用p代表 得得第15页，讲稿共83张，创作于星期二整理后得两种状态的化学位差整理后得两种状态的化学位差上式中上式中1/2pCa+pH2PO4,称为磷位，但它不是真正称为磷位，但它不是真正的磷位，因为它缺少一个系数的磷位，因为它缺少一个系数K，但不影响磷位高，但不影响
8、磷位高低的比较低的比较 第16页，讲稿共83张，创作于星期二（二）磷位的意义（二）磷位的意义用来衡量土壤中磷的有效性，通常磷位越用来衡量土壤中磷的有效性，通常磷位越低，作物取走养分所付出的功就愈大，其低，作物取走养分所付出的功就愈大，其有效性也就愈差。有效性也就愈差。第17页，讲稿共83张，创作于星期二适用于中性、弱酸性和酸适用于中性、弱酸性和酸性土壤；性土壤；适用于石灰性土壤；适用于石灰性土壤；石灰位，适用于一切石灰位，适用于一切土壤；土壤；适用于弱酸性和酸性土适用于弱酸性和酸性土壤；壤；第18页，讲稿共83张，创作于星期二（三）磷位计算实例三）磷位计算实例P1181、计算原理：、计算原理：
9、（1）磷酸解离）磷酸解离第一步：第一步：H3PO4 H+H2PO4-H+H2PO4-=K1 H3PO4第二步第二步：H2PO4-H+HPO42-H+HPO4-=K2 H2PO4-第三步第三步：HPO4-H+PO43-H+PO43-=K3 HPO42-第19页，讲稿共83张，创作于星期二根据这些关系式可求出在不同根据这些关系式可求出在不同pH条件下的各条件下的各种磷酸离子量。因为土壤种磷酸离子量。因为土壤pH一般在一般在3.58.5之之间，所以在该范围内，其磷酸主要以间，所以在该范围内，其磷酸主要以H2PO4-和和 HPO42-两种形态存在。此时有效磷浓度等于两种形态存在。此时有效磷浓度等于这两
10、种形态磷浓度之和即：这两种形态磷浓度之和即：第20页，讲稿共83张，创作于星期二1、计算原理、计算原理（2）求活度系数）求活度系数fi及活度及活度根据前面的原理，要求根据前面的原理，要求pH2PO4-,必须先求必须先求活度，根据活度与摩尔浓度之间的关系，活度，根据活度与摩尔浓度之间的关系，要先求活度系数。要先求活度系数。根据路易斯关于离子强度的定义和德拜和根据路易斯关于离子强度的定义和德拜和休格尔提出离子强度与活度系数的关系可休格尔提出离子强度与活度系数的关系可用下列公式求得用下列公式求得f第21页，讲稿共83张，创作于星期二离子活度可以自己求算，也可以在一些参考书上离子活度可以自己求算，也可
11、以在一些参考书上查找，但要注意离子活度与离子强度（离子浓度查找，但要注意离子活度与离子强度（离子浓度有关）有关）第22页，讲稿共83张，创作于星期二1、计算原理、计算原理（3）求活度）求活度ai：根据磷酸解离反应式和离子活度与浓度的关系式，根据磷酸解离反应式和离子活度与浓度的关系式，可求得活度可求得活度.式中式中f1,f2分别为分别为H2PO4-和和HPO42-的离子活度系数。的离子活度系数。又因又因CHPO4=CP-CH2PO4,代入上式得：代入上式得：第23页，讲稿共83张，创作于星期二经推导整理得：经推导整理得：第24页，讲稿共83张，创作于星期二同样可求出：同样可求出：从而知道了磷的总
12、浓度从而知道了磷的总浓度Cp，pH，f1,f2即可算出即可算出第25页，讲稿共83张，创作于星期二2、计算举例、计算举例磷位计算方法：磷位计算方法：称土称土50g，加，加100ml0.01mol/LCaCl2，摇动，摇动30分钟，过分钟，过滤，在滤液中测定滤，在滤液中测定pH，P，Ca和和Mg的含量，在酸性土上的含量，在酸性土上则测其则测其Fe、Al含量，设测得含量，设测得Ca=520mg/L，相当于，相当于0.520/40=0.013mol/L，则，则Cca=1.3 x 10-2mol/L，Cl的浓度为的浓度为Ca的的2倍，倍，CCl=2.6 X 10-2mol/LpH=4.85Cp=1.2
13、9mgP2O5/L，相当于，相当于0.56mgP/L=1.8 X 10-5mol/L第26页，讲稿共83张，创作于星期二（1）求离子强度和活度系数）求离子强度和活度系数 因为浸提液是因为浸提液是CaCl2，其它离子浓度很低，故这里求离，其它离子浓度很低，故这里求离子强度只考虑子强度只考虑Ca和和Cl离子。根据前面公式求离子强度离子。根据前面公式求离子强度及计算活度系数及计算活度系数f，对于一价，对于一价Cl:同样，可求得同样，可求得f二价二价0.46，fH=0.89。这些数据可从相关表。这些数据可从相关表中查得。中查得。第27页，讲稿共83张，创作于星期二（2）求氢离子活度）求氢离子活度H测得
14、测得pH=4.85，那么，那么，H=1.510-5mol/L。于。于是，氢离子活度是，氢离子活度H=fH.H=1.2510-5mol/L。第28页，讲稿共83张，创作于星期二（3）求）求Ca和和PCa已知已知Cca=1.310-2mol/L，钙离子的活度，钙离子的活度Ca=fCaCca=0.59810-2mol/LpCa=-lgCa=2.221/2 pCa=1.11第29页，讲稿共83张，创作于星期二（4）求）求H2PO4和和p H2PO4 =1.4810-5mol/L则则p H2PO4=4.83第30页，讲稿共83张，创作于星期二（5）计算磷位势）计算磷位势1/2pca+pH2PO4=5.9
15、4磷位的大体临界值为磷位的大体临界值为7，当，当1/2Pca+PH2PO47时，土壤可能缺磷。时，土壤可能缺磷。第31页，讲稿共83张，创作于星期二 第二节第二节 评价植物营养的其他研究方法评价植物营养的其他研究方法一、土壤系统熵研究方法一、土壤系统熵研究方法（一）土壤系统熵（一）土壤系统熵:是土壤系统中单位物质转化过程中势是土壤系统中单位物质转化过程中势能的耗损。能的耗损。在土壤营养与肥力评判中，土壤系统墒就是表达投在土壤营养与肥力评判中，土壤系统墒就是表达投入土壤中的能源物质。例如，肥料，能转变成多少功，入土壤中的能源物质。例如，肥料，能转变成多少功，有机质或有机肥料是投入土壤中最主要的能
16、源物质，有机质或有机肥料是投入土壤中最主要的能源物质，有机质在土壤中的分解与合成实际上就是能量的转变。有机质在土壤中的分解与合成实际上就是能量的转变。土壤系统熵越低（一般是负值），则土壤营养状况或土壤系统熵越低（一般是负值），则土壤营养状况或土壤肥力越高，反之系统熵越高（一般是正值）则土壤肥力越高，反之系统熵越高（一般是正值）则 土土壤营养状况或土壤肥力越低。壤营养状况或土壤肥力越低。第32页，讲稿共83张，创作于星期二(二）土壤系统熵的计算二）土壤系统熵的计算SE=S0+S1S0：起始墒：起始墒,表征土壤基础肥力，它代表没表征土壤基础肥力，它代表没有投入前土壤的自然生产力，它可用以评有投入前
17、土壤的自然生产力，它可用以评判土壤肥力类型。判土壤肥力类型。S1：投入墒，指在农田种植过程中，由于：投入墒，指在农田种植过程中，由于投入而引起土壤的墒变。它可以用来表征投入而引起土壤的墒变。它可以用来表征投入后土壤的营养状况，也可检验投入效投入后土壤的营养状况，也可检验投入效益。益。第33页，讲稿共83张，创作于星期二1、土壤系统熵的计算公式：、土壤系统熵的计算公式：式中式中DN为腐殖质和有机氮的矿化率，全国为腐殖质和有机氮的矿化率，全国DN平均数平均数2.75 ，和和k1分别表示腐殖质和农作物种子的析能系数分别表示腐殖质和农作物种子的析能系数分别为分别为11106和和8106第34页，讲稿共
18、83张，创作于星期二2、河北省曲周县三种土壤的系统熵及其评判、河北省曲周县三种土壤的系统熵及其评判第35页，讲稿共83张，创作于星期二土壤有机质全N施氮量施P2O5量对照产量施N产量土壤系统熵106J（%）（kg/0.07ha）S0S1SE1.340.08700282.9-145.980362.4-39.5-185.4160368.0-2.6-148.484.5422.0-99.2-245.11.080.07700196.6-93.380242.5-5.9-99.2160236.5+19.9-73.484.5333.3-96.7-19.00.920.0640082.3+33.480108.2+
19、14.1+47.5160103.2+29.3+62.784.5150.6-28.3+5.1第36页，讲稿共83张，创作于星期二二、土壤电超滤（EUF）研究方法（一）研究概况（一）研究概况EUF法是法是Electro-ultrafiltration的缩写，是电渗的缩写，是电渗析与超微孔过滤相结合的物理化学方法。析与超微孔过滤相结合的物理化学方法。1925年由德国年由德国Bechold首次提出首次提出，1929年以后，年以后，Kottgen等人将此法应用于土壤测等人将此法应用于土壤测试，并不断改进；试，并不断改进；1971年德国年德国Nemeth根据田间试验校验结果，把根据田间试验校验结果，把原原
20、EUF的恒电压和恒温装置改为可变压和变温的的恒电压和恒温装置改为可变压和变温的电子计算机自控程序仪器；电子计算机自控程序仪器；1976以来，以来，EUF不断改进和应用，在推荐施肥中不断改进和应用，在推荐施肥中取得了良好的效果。取得了良好的效果。第37页，讲稿共83张，创作于星期二（二）（二）EUF的特点（与常规传统化学浸提方法相比）的特点（与常规传统化学浸提方法相比）1、以水作为浸提剂，通过变温变压近似地模拟、以水作为浸提剂，通过变温变压近似地模拟植物根系在土壤中通过质流和扩散吸取土壤溶液植物根系在土壤中通过质流和扩散吸取土壤溶液中养分的过程，避免了化学试剂对土壤矿物组成中养分的过程，避免了化
21、学试剂对土壤矿物组成及理化性质的影响，从而达到较合理地提取土壤及理化性质的影响，从而达到较合理地提取土壤养分的目的。养分的目的。第38页，讲稿共83张，创作于星期二2、EUF法与传统浸提方法相比，更近似于土壤在生长法与传统浸提方法相比，更近似于土壤在生长季节中养分的自然运移状态。季节中养分的自然运移状态。3、由于采用了变温变压，浸提出养分有效性不同，随着浸、由于采用了变温变压，浸提出养分有效性不同，随着浸提过程的不断进行，浸提出的养分在电压与减压抽滤的作提过程的不断进行，浸提出的养分在电压与减压抽滤的作用下不断地被移出中室，不致发生土壤容易中养分的再吸用下不断地被移出中室，不致发生土壤容易中养
22、分的再吸附，因此附，因此EUF法是一种非平衡的浸提方法。不仅可以法是一种非平衡的浸提方法。不仅可以测定浸出养分的量，而且可以测出养分的释放速率，测定浸出养分的量，而且可以测出养分的释放速率，反应养分的供应动态。反应养分的供应动态。第39页，讲稿共83张，创作于星期二（三）（三）EUF仪器构造与工作原理仪器构造与工作原理原理：原理：在可变电场的作用下，阳离子为阴极所吸在可变电场的作用下，阳离子为阴极所吸引，而阴离子为阳极所吸引，由于溶解和引，而阴离子为阳极所吸引，由于溶解和吸附的离子不能达到平衡，使吸附的离子吸附的离子不能达到平衡，使吸附的离子不断释放到溶液中，阳离子的解吸速率和不断释放到溶液中
23、，阳离子的解吸速率和磷酸盐，碳酸盐的溶解速率与所加电压成磷酸盐，碳酸盐的溶解速率与所加电压成正比与土壤对离子的结合成反比。正比与土壤对离子的结合成反比。第40页，讲稿共83张，创作于星期二第41页，讲稿共83张，创作于星期二反应：反应：阴极：吸引阳离子，发生还原反应阴极：吸引阳离子，发生还原反应2Na+2e2Na02Na+2H202NaOH+H2+Q其它阳离子的作用与其它阳离子的作用与Na相似，均以氢氧化相似，均以氢氧化物存于阴极室。除物存于阴极室。除K、Na、Ca外，大部分外，大部分Mg及重金属元素以氢氧化物沉淀积在阴极及重金属元素以氢氧化物沉淀积在阴极滤纸上，并不进入虑液。滤纸上，并不进入
24、虑液。第42页，讲稿共83张，创作于星期二阳极：吸引阴离子，发生氧化反应。阳极：吸引阴离子，发生氧化反应。NO3-e NO3.NO3.+H2ONO3-+OH.+H+2OH.H2O+1/2O2两极反应产生的两极反应产生的H+和和OH-不断随着溶液排不断随着溶液排出中室，中室出中室，中室pH的变化减至最小程度。的变化减至最小程度。第43页，讲稿共83张，创作于星期二电压变化：电压变化：0-5min 电压电压50v 温度温度205-30min 电压电压200v 温度温度2030-35min 电压电压400v温度温度20或或80前两项浸提出的为有效养分（其结果与生前两项浸提出的为有效养分（其结果与生物
25、有效养分有较好的相关性），最后一项物有效养分有较好的相关性），最后一项浸提出的是贮备态养分。浸提出的是贮备态养分。第44页，讲稿共83张，创作于星期二注意：注意：若测定其中的若测定其中的K、Na、Ca则每则每5分钟取阴极分钟取阴极室中的室中的K、Na、Ca，（同时把阳极室中提，（同时把阳极室中提取液丢弃，或用于分析其中的取液丢弃，或用于分析其中的NO3-和和SO42-等阴离子的含量）测定其中的等阴离子的含量）测定其中的K、Na、Ca，据此做出，据此做出EUF-K解吸曲线解吸曲线 第45页，讲稿共83张，创作于星期二第46页，讲稿共83张，创作于星期二说明说明1、010分钟解吸的钾量表示强度因素
26、（溶液分钟解吸的钾量表示强度因素（溶液中浓度）中浓度）2、035分钟解吸的钾量表示容量因素分钟解吸的钾量表示容量因素3、510分钟内解吸的钾量，即曲线上的线段分钟内解吸的钾量，即曲线上的线段AB。4、3035分钟内解吸的钾量即曲线上的线段分钟内解吸的钾量即曲线上的线段CD。表示缓冲容量，。表示缓冲容量，CD越大，则整个生长季越大，则整个生长季节土壤溶液中钾的浓度也越高，所以，节土壤溶液中钾的浓度也越高，所以，AB/CD越大，则土壤对钾的固定能力越低，若越大，则土壤对钾的固定能力越低，若AB/CD 3,则土壤不固定钾。则土壤不固定钾。第47页，讲稿共83张，创作于星期二（四）（四）EUF法在土壤
27、肥力与植物营法在土壤肥力与植物营养学科中的应用养学科中的应用第48页，讲稿共83张，创作于星期二1、鉴定土壤中的碳酸盐、鉴定土壤中的碳酸盐用三组分超滤即用三组分超滤即0-10min（20），），10-30min（20），），30-35min（80）在控流条件）在控流条件下测试下测试EUF-K和和EUF-P，并按下式计算和判别：，并按下式计算和判别：碳酸盐土壤碳酸盐土壤非碳酸盐土壤非碳酸盐土壤第49页，讲稿共83张，创作于星期二2、指导镁肥的施用、指导镁肥的施用按常规分别测定镁（按常规分别测定镁（Mg），超滤后把阴极），超滤后把阴极（K）的滤纸浸在）的滤纸浸在1mol/LHCl中，中，24h再测
28、定再测定Mg，把三组分，把三组分Mg的量与超滤后阴极滤纸浸的量与超滤后阴极滤纸浸在在1mol/lHCl中测定中测定Mg的量之和为该土壤中的量之和为该土壤中Mg的总量，若的总量，若Mg的总量的总量0.5-1.0 伊利石类型伊利石类型第52页，讲稿共83张，创作于星期二5、根据、根据EUF-NO3换算土壤剖面无机氮换算土壤剖面无机氮（Nmin）根据德国根据德国Gissen大学大学Mengel教授的研教授的研究，可从究，可从EUF-NO3换算换算Nmin，为氮肥推，为氮肥推荐施肥提供依据，换算公式如下：荐施肥提供依据，换算公式如下：Nmin=0.95 EUFNO320-0.44 r=+0.96*第5
29、3页，讲稿共83张，创作于星期二6、EUF-吸光量（吸光量（EUF-Q)表征土壤有效氮表征土壤有效氮的测定的测定第54页，讲稿共83张，创作于星期二三、植物根对养分离子吸收的动力学研究三、植物根对养分离子吸收的动力学研究一、研究目的和意义一、研究目的和意义 通过测定植物根系养分离子吸收动力学参数可通过测定植物根系养分离子吸收动力学参数可以描述根系养分吸收特性、阐明吸收效率的机理，以描述根系养分吸收特性、阐明吸收效率的机理，预测根系对养分的吸收（由养分吸收动力学方程预测根系对养分的吸收（由养分吸收动力学方程式和根系从土壤中吸收养分的数学模型共同得出）式和根系从土壤中吸收养分的数学模型共同得出），
30、评价植物基因型对环境养分状况的适应性。，评价植物基因型对环境养分状况的适应性。第55页，讲稿共83张，创作于星期二例如例如:（1）具有高）具有高Vmax和低和低Km的植物能适应广泛的的植物能适应广泛的营养条件；营养条件；Vmax和和Km均高的植物适于高浓度的养分条件，均高的植物适于高浓度的养分条件，低低Vmax和和Km的植物适应低养分状况，低的植物适应低养分状况，低Vmax和和高高Km植物在任何条件下都是不利的）植物在任何条件下都是不利的）.第56页，讲稿共83张，创作于星期二（2）可以鉴定和筛选吸收高效基因型）可以鉴定和筛选吸收高效基因型从理论上讲高从理论上讲高Vmax、低、低Cmin（Cm
31、in称为临界称为临界浓度，该值越小，植物吸收能力越强，耐浓度，该值越小，植物吸收能力越强，耐瘠能力越大）和瘠能力越大）和Km意味着高效率的养分吸意味着高效率的养分吸收，筛选高收，筛选高Vmax、低、低Cmin和和Km的品种或用的品种或用这些性状来育种，可以改善品种的吸收效这些性状来育种，可以改善品种的吸收效率）。率）。第57页，讲稿共83张，创作于星期二二二 、养分离子吸收动力学方程的建立、养分离子吸收动力学方程的建立(一）原理：一）原理：Ep-stein（埃普斯坦）等认为根系对离子吸收的动（埃普斯坦）等认为根系对离子吸收的动力学过程可以用描述酶促反应的米氏（力学过程可以用描述酶促反应的米氏（
32、Michelis-Menten）方程模拟：）方程模拟：K1 K3M+R MR R+M+K2 K4第58页，讲稿共83张，创作于星期二 S EESE P底物底物 酶酶 酶底物酶底物 酶酶 产物产物 S C ES C S 离子离子(外外)载体载体 离子载体离子载体 载体载体 离子离子(内内)K1K3K2K1K3K2 第59页，讲稿共83张，创作于星期二 离子泵假说图示离子泵假说图示ATP酶酶阴离子阴离子载体载体ATPH2PO3 ADP +H2O OH+ADPK、Na HOH 阴离子阴离子H2OHH3PO4 外界外界 膜膜 细胞质细胞质 离子运输过程离子运输过程可见：可见：阳离子阳离子的吸收实质上是
33、的吸收实质上是 H的反向运输；的反向运输；阴离子阴离子的吸收实质上是的吸收实质上是OH的反向运输的反向运输第60页，讲稿共83张，创作于星期二H+-ATPase第61页，讲稿共83张，创作于星期二设离子从膜内向外部运输设离子从膜内向外部运输是可以忽略的，即是可以忽略的，即K4=0，则，则其中其中Km称为米氏常数，称为米氏常数，可反应载体对离子的可反应载体对离子的亲和性，该值越大，亲和性，该值越大，说明载体对离子的亲说明载体对离子的亲和力越和力越 小，反之。小，反之。第62页，讲稿共83张，创作于星期二离子吸收速率可由下式描述离子吸收速率可由下式描述其中，其中，V为离子吸收速率，为离子吸收速率，
34、Vmax为最大吸收为最大吸收速率，速率，C是介质离子浓度。介质离子浓度与是介质离子浓度。介质离子浓度与吸收速率关系的饱和曲线如图所示。吸收速率关系的饱和曲线如图所示。第63页，讲稿共83张，创作于星期二根系吸收离子动力曲线根系吸收离子动力曲线1/2ImaxKm离子浓度（离子浓度（C C）Km等于等于V=1/2Vmax时的介质离子浓度时的介质离子浓度 第64页，讲稿共83张，创作于星期二第65页，讲稿共83张，创作于星期二（二）离子吸收动力学方程建立的技术（二）离子吸收动力学方程建立的技术 要建立动力学方程关键是确定米氏方程的有要建立动力学方程关键是确定米氏方程的有关参数关参数：方法是方法是对式
35、两边取倒数对式两边取倒数使其变为线性方程：使其变为线性方程：第66页，讲稿共83张，创作于星期二然后：绘成然后：绘成 对对 坐标图后可获得一坐标图后可获得一条斜率为条斜率为 的直线（如图），进而求出的直线（如图），进而求出参数参数Vmax和和Km（当（当V=1/2Vmax时的介质浓时的介质浓度）度）第67页，讲稿共83张，创作于星期二 斜率斜率=Km/Vmax1/C 1/V 截距截距=1/Vmax 1/Km第68页，讲稿共83张，创作于星期二第69页，讲稿共83张，创作于星期二修正后的养分吸收动力学方程为修正后的养分吸收动力学方程为 Vn 进入植物根的离子净流入量，称为净吸收速率；进入植物根的
36、离子净流入量，称为净吸收速率；Vmax 离子的最大吸收速率；离子的最大吸收速率；C 介质（土壤溶液或营养液）的浓度；介质（土壤溶液或营养液）的浓度；Cmin 称为临界浓度或最低平衡浓度，是离子的吸收速称为临界浓度或最低平衡浓度，是离子的吸收速率等于零时，介质中该离子的最低浓度；率等于零时，介质中该离子的最低浓度；Km 为米氏常数，其意义是当离子吸收速率等于最大吸为米氏常数，其意义是当离子吸收速率等于最大吸收速率一半，收速率一半，Vn=1/2Vmax时介质的离子浓度；时介质的离子浓度；第70页，讲稿共83张，创作于星期二第71页，讲稿共83张，创作于星期二（三）获得离子吸收动力学方程参数常用的方
37、法（三）获得离子吸收动力学方程参数常用的方法 1、耗竭试验法、耗竭试验法2、同位素标记试验法、同位素标记试验法3、流动培养法等、流动培养法等 第72页，讲稿共83张，创作于星期二（四）用耗竭试验法求养分吸收动力学参数（四）用耗竭试验法求养分吸收动力学参数1、测定方法：、测定方法：使植株在无该养分离子培养液或无离子水中使植株在无该养分离子培养液或无离子水中培养一段时间，使植物处于饥饿状态。然培养一段时间，使植物处于饥饿状态。然后移至一定浓度的培养液中，并按一定时后移至一定浓度的培养液中，并按一定时间间隔测定植物对养分离子吸收量。得到间间隔测定植物对养分离子吸收量。得到耗竭时间和离子浓度变化的关系
38、曲线。耗竭时间和离子浓度变化的关系曲线。第73页，讲稿共83张，创作于星期二2、参数求解方法、参数求解方法（1）图解法：）图解法：以养分离子浓度以养分离子浓度C为纵坐标，以耗竭时间为纵坐标，以耗竭时间t为横坐标，绘制浓度时间的变化曲线，根据为横坐标，绘制浓度时间的变化曲线，根据原理可得养分离子吸收动力学方程。原理可得养分离子吸收动力学方程。第74页，讲稿共83张，创作于星期二第75页，讲稿共83张，创作于星期二（2）、统计法）、统计法首先：据耗竭试验结果，建立养分离子浓首先：据耗竭试验结果，建立养分离子浓度度C对耗竭时间对耗竭时间t的回归方程，常用的方程的回归方程，常用的方程是一元二次多项式：
39、是一元二次多项式：第76页，讲稿共83张，创作于星期二然后然后:对该方程求负导数得到浓度变化速对该方程求负导数得到浓度变化速率方程（离子吸收速率率方程（离子吸收速率Vn为为C对对t的一阶导的一阶导数）数）第77页，讲稿共83张，创作于星期二 将将Vn=1/2Vmax代入上述导数方程，求出时代入上述导数方程，求出时间间t，此时为吸收速率达到最大吸收速率一，此时为吸收速率达到最大吸收速率一半时的时间，将时间半时的时间，将时间t代入回归方程求出的代入回归方程求出的C值即为值即为Km。第78页，讲稿共83张，创作于星期二(四）动力学参数方程的测定例解四）动力学参数方程的测定例解P1351、小麦根系吸磷
40、动力学特性测定、小麦根系吸磷动力学特性测定选长势一致的玉米（或其它有选长势一致的玉米（或其它有2周左右苗龄的植周左右苗龄的植物）苗，移入物）苗，移入Hoagland完全营养液中培养，完全营养液中培养，3周周后，将植物移入无磷后，将植物移入无磷Hoagland营养液中，营养液中，24h（或时间更长）后，向盆钵溶液中加入（或时间更长）后，向盆钵溶液中加入1毫毫升升1000ug/mlP溶液（使溶液中起始溶液（使溶液中起始P浓度在浓度在330ug/ml之间）每隔之间）每隔30min测定一次溶液中磷的测定一次溶液中磷的浓度，例如：课本浓度，例如：课本P135。得到离子浓度和耗竭时。得到离子浓度和耗竭时间
41、的离子消耗曲线。根据此消耗曲线求植物吸磷间的离子消耗曲线。根据此消耗曲线求植物吸磷动力学参数。动力学参数。第79页，讲稿共83张，创作于星期二第80页，讲稿共83张，创作于星期二2、根系吸收铵态氮动力学参数的测定根系吸收铵态氮动力学参数的测定从稀从稀CaSO4（0.02mmol/L）培养液中取）培养液中取30株株2叶小苗，使之分成叶小苗，使之分成6组，用吸水纸吸干组，用吸水纸吸干根系后分别放入根系后分别放入6只只50毫升三角瓶中，按浓毫升三角瓶中，按浓度梯度分别加入度梯度分别加入50mlpH5.1吸收液。吸收吸收液。吸收液显液显NH4+-N浓度分别为浓度分别为3、6、9、12、15、18ug/ml，1小时后停止吸收，分别定容取小时后停止吸收，分别定容取样测定经吸收后吸收液里的样测定经吸收后吸收液里的NH4+-N浓度，浓度，称量干根重。称量干根重。第81页，讲稿共83张，创作于星期二吸收速率吸收速率V(mol/L根重根重/秒秒)=用图解法，以每一组小苗用图解法，以每一组小苗1/C、1/V作图，作出相关直作图，作出相关直线方程，再分别求出该方程线方程，再分别求出该方程x、y轴上的截距，即得轴上的截距，即得Km、Vmax第82页，讲稿共83张，创作于星期二感谢大家观看第83页，讲稿共83张，创作于星期二