第二节植物的矿质营养精选PPT.ppt

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1、第二节植物的矿质营养第1页，本讲稿共18页 2、植物必需的矿质元素（1）植物必需矿质元素的评价标准：1、缺乏该元素，植物发生生长发育障碍，不能完成生活史 2、除去该元素，植物表现出专一缺素症，该症状可预防和 恢复 3、该元素在植物营养生理上表现为直接效果，不是通过改 善土壤或培养基的理化条件产生的间接效果 （2）植物必需的矿质元素及其研究方法 溶液培养法溶液培养法：solution culture method水培法 在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法 砂基培养法砂基培养法：sand culture method 用洗净的石英砂或玻璃球等加入含有全部或部分营养元素 的 溶液中栽培植

2、物的方法 大量元素大量元素：C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg 含量0.1%必需元素 微量元素微量元素:Fe、Mg、B、Zn、Cu、Mo、Cl 含量0.01%第2页，本讲稿共18页（3）植物必需矿质元素的生理作用 a、细胞结构物质的组成成分 b、植物生命活动的调节者，酶的活化剂 c、电化学作用，离子浓度调节，胶体稳定，电荷中和矿质元素的主要作用及缺素症状：元素 吸收状态 主要作用 缺素症N 无机：铵态、硝态 结构组分（蛋白、核酸）植株矮小 有机：尿素 酶组分，催化 叶绿素少，黄白 重要化合物组分（叶绿素、根系细、分枝少 激素、ATP、NAD等）花少，子粒不饱满 （老叶症）P 正磷酸盐 结构

3、组分（蛋白、核酸）植株矮小 重要化合物组分（ATP、CoA、叶深绿或发红 NAD等）成熟期延迟 参与糖代谢 光合呼吸糖运输 产量下降 参与N代谢 硝酸还原 抗性减弱 参与脂代谢 脂肪分解 （老叶症）第3页，本讲稿共18页元素 吸收状态 主要作用 缺素症K 离子态 酶的活化剂 易倒伏，抗性下降 渗透调节剂 叶绿素破坏，有黄斑 与蛋白合成有关 叶片卷曲 与糖合成及运输有关 （老叶症）S 硫酸根离子 含硫氨基酸组分 植株矮小 生物活性物组分（维生素、叶黄 CoA、GSH等）影响氧化还原过程 （幼叶症）Ca 离子 细胞壁组分 生长点受损 稳定细胞膜、参与染色体结构 叶簇生 结合有机酸，避免酸毒害 叶间

4、叶缘黄化 酶的活化剂 焦状坏死 离子拮抗 早衰、少结实 第二信使 （幼叶症）Mg 离子 叶绿素组分 叶失绿 酶的活化剂 出现褐色斑 促核糖体大小亚基结合 （老叶症）第4页，本讲稿共18页元素 吸收状态 主要作用 缺素症Fe 离子 参与氧化还原反应 失绿 影响叶绿素合成 （幼叶症）Mn 离子 酶活化剂 失绿、棕色斑 参与光合作用水的光解 叶绿体结构组分 （幼叶症）B 离子 促进糖运输 根尖分生组织死亡 影响生殖过程 花粉发育不全 抑制有毒酚类物合成 （幼叶症）Zn 离子 影响生长素合成 果树小叶 碳酸苷酶组分 枝条丛生 酶的活化剂 禾谷类脉间失绿 （老叶症）Cu 离子 某些氧化酶组分 幼叶萎蔫白

5、色叶斑 参与光合、质体蓝素组分 （幼叶症）Mo 离子 硝酸还原酶、固氮酶组分 脉间失绿、叶小卷曲 （幼叶症）Cl 离子 保持电化学平衡 生长慢、叶小易萎蔫 促进光合作用氧的释放和 NADP还原第5页，本讲稿共18页二、植物对矿质元素的吸收（一）植物细胞对矿质元素的吸收 1、细胞膜的结构和特点 2、植物细胞对矿质元素的吸收 （1）被动吸收（passive absorption）：细胞不需消耗代谢能 量，由于扩散作用或其他物理过程的影响而进行的矿质元素的 吸收过程 a：扩散作用 简单扩散简单扩散：气体、水分子等小分子物质或脂透性物质通过质 膜由高浓向低浓进行的扩散。协助扩散协助扩散：非脂透性物质借

6、助膜上特定的物质协助由高浓向 低浓进行的扩散。动力：浓度梯度 b：杜南平衡：由于细胞内不可扩散的带电离子的存在使细胞 逆浓度梯度累积相反电荷离子的作用。作用达到平衡时，细胞内 外可扩散的阴阳离子浓度积相等，该平衡称杜南平衡。动力：电化学势梯度第6页，本讲稿共18页（2）主动吸收（active absorption）：细胞利用呼吸作用释放的能量作功而逆着电化学势梯度吸收矿质元素的过程。特点：具有选择性和累积作用 与呼吸作用密切相关（缺氧、温度低、应用呼吸解偶联剂 时吸收弱）动力：呼吸作用释放的能量a：载体学说：证据证据：饱和效应饱和效应:离子吸收速度不与浓度成正比当离子浓度较低时，随着浓 度升高

7、，运输速度增大，达到一定浓度后，浓度升高运输速度不变。离子竞争离子竞争：不同离子运输过程中具有竞争性抑制现象 载体本质载体本质：蛋白质载体载体又称透过酶透过酶：指质膜上具有专门运送物质功 能的蛋白质 载体作用方式载体作用方式：扩散模型 变构模型b：离子泵学说：中性质子泵中性质子泵：吸收离子时外排相同电荷的离子，结果不产生电势差。Na+/K+交换泵 电致泵电致泵：H+泵，H-ATP酶，分解ATP放能，将H 逆浓度梯度泵出质膜，形成pH梯度和电势差，该电势差是离子进入细胞的动力第7页，本讲稿共18页（3）胞饮作用（pinocytosis）：物质吸附于质膜上，通过膜的内折而转移到细胞内的吸收物质及液

8、体的过程。非选择性吸收 离子命运：留于细胞质或进入液泡第8页，本讲稿共18页（二）植物体对矿质元素的吸收1、吸收部位 根尖根毛区2、吸收过程 a：交换吸附到根细胞表面 非代谢性不需消耗能量 b：离子进入自由空间 通过自由扩散进入水自由空间 通过杜南平衡进入杜南自由空间 c：离子进入共质体及共质体内运输 主动运输为主，被动运 输、胞饮作用为辅，通过胞间连丝运输 d：离子释放入导管 主动运输第9页，本讲稿共18页3、吸收特点 a：与水分吸收既相互联系又相互独立 随水分吸收，反过来又是吸水动力 水分为被动吸收为主，矿质以主动吸收为主，二者不成正比 b：选择性吸收 不同植物对离子吸收不同 同一植物对同

9、一盐分的阴阳离子吸收不同 生理酸性盐：如（NH4）2SO4，根对阳离子吸收大于阴离子，结果较多的H+交换进入土壤溶液，使之成酸性的盐 生理碱性盐：如NaNO3，根对阴离子吸收大于阳离子，结果较多 的HCO3-交换进入土壤溶液，使之成碱性的盐 生理中性盐：如NH4NO3，根对阴阳离子吸收相等，结果土壤溶 液pH不变的盐 c：单盐毒害和离子拮抗 单盐毒害：只含一种矿质离子的溶液对植物生长发育产生毒害的现象 离子拮抗：发生单盐毒害的溶液中加入不同价离子，毒害被减弱或消除 的现象 平衡溶液：选择几种必要的矿质元素按一定比例配成的可使植物生长良 好的溶液第10页，本讲稿共18页4、影响矿质元素吸收的条件

10、a：温度影响呼吸，影响主动运输，影响细胞质粘性 过高：酶钝化，细胞透性增加 过低：代谢弱，主动吸收慢，细胞质粘性大b：通气影响呼吸，影响主动运输c：土壤浓度初时随浓度增高吸收增加，后出现饱和效应，过高烧苗d：pH直接影响：蛋白质中氨基酸的带电性 高易吸收阳离子 低易吸收阴离子 间接影响：影响矿质的溶解度 N、P、K、S、Ca、Mg中性有效吸收 Mn、B、Cu、Zn微酸性有效吸收 Fe酸性有效吸收 影响土壤微生物的活动e：离子互作第11页，本讲稿共18页三、矿质元素在植物体内的同化矿质元素的同化：植物从土壤中吸收到的简单无机物合成转化为复杂有机养料的过程。以N为例：三个问题：1、NO3-中氧化态

11、的N 如何还原为Pr 中NH4+态的N 2、NH4+态的N如何参与Pr底物氨基酸的组成 3、土壤中的N如何再生第12页，本讲稿共18页1、NO3-NO2 催化酶：硝酸还原酶黄素钼蛋白诱导酶：植物体本身不具有，但在一定外来物质影响下可形成的酶反应位置：细胞质中供氢体和电子供体：糖酵解中产生的NADH（还原型辅酶1）NADH FAD+Mo5+NO3-NAD+FADH Mo6+NO2-NO3-+NADH+H+NO2-+NAD+H2ONO2-NH4+催化酶：亚硝酸还原酶反应位置：叶绿体中供氢体和电子供体：光合作用中产生的Fd（还原型铁氧还蛋白）NO2-+6e-+8H+NH4+2H2O第13页，本讲稿共

12、18页2、氨同化还原氨基化还原氨基化NH4+a酮戊二酸+NADH+H+谷氨酸+NAD+H2O形成酰胺形成酰胺NH3+谷氨酸+ATP 谷氨酰胺+H2O+ADP+Pi谷氨酰胺+a酮戊二酸+NADH+H+2谷氨酸+NAD+转氨基作用转氨基作用谷氨酸+草酰乙酸 a酮戊二酸+天冬氨酸底物来源于呼吸作用中间产物，NADH和ATP均由呼吸作用提供第14页，本讲稿共18页3、生物固氮土壤中微生物将空气中游离的氮固定为含氮化合物的过程 固氮酶N2+8e-+8H+16 ATP 2NH3 +H2+16ADP+16Pi如与豆科植物共生的根瘤菌 与非豆科植物共生的放线菌 蓝藻 固氮菌等第15页，本讲稿共18页四、矿质元

13、素在植物体内的运输1、运输形式：N：氨基酸、酰胺、NO3-P：核苷酸、磷酰胆碱、H2PO4 S：SO42-、蛋氨酸、谷胱甘肽 金属：离子2、运输途径：根吸收的：木质部向上运输，可横向扩散到韧皮部 叶吸收的：由韧皮部向上下运输，可横向扩散到木 质部3、运输速度：30-100cm/h4、分布：参与循环的矿质元素：吸收后以离子或不稳定化合物形式存在，可被分解释放 及再利用，幼叶中含量高于老叶，缺素症先表现于老叶上。如N、P、K、Mg、Zn不参与循环的矿质元素：吸收后以稳定难溶的化合物形式存在，不可被分解释放 及再利用，老叶中含量高于 幼叶，缺素症先表现于幼叶上。如：S、Ca、Fe、Mn、B、Cu 第

14、16页，本讲稿共18页五、合理施肥的生理基础1、作物的需肥规律 不同作物需肥不同 作物的不同时期需肥不同需肥临界期2、合理施肥的指标 形态指标：叶色、茎色、长势 生理指标：叶片营养元素的含量、叶绿素含量、酰胺含量、酶的活性等 3、施肥增产的原因 扩大光合面积 提高光合速率 延长光合时间 促进光合产物的运输第17页，本讲稿共18页矿质营养复习题矿质营养复习题1、植物必须矿质元素的评价标准，研究方法及种类。2、N、P、K的生理作用及缺素表现。3、解释：溶液培养法、被动吸收、简单扩散、协助扩散、杜南平衡、主动吸收、载体、饱和效应、质子泵、离子竞争、胞饮作用、生理酸性盐、生理碱性盐、生理中性盐、单盐毒害、离子拮抗、平衡溶液、生物固氮、参与循环的矿质元素（举例）、不参与循环的矿质元素（举例）、4、简述根系吸收矿质元素的过程及该过程与水分吸收的相关性。5、影响矿质元素吸收的条件有哪些？6、简述植物氮素营养与光合作用及呼吸作用的相关性第18页，本讲稿共18页