土壤肥料学-第六章-植物营养与施肥基础理论2课件.ppt

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1、LOGOLOGO迁移吸收两个过程第三节第三节 植物对营养的吸收植物对营养的吸收主要内容主要内容一、植物吸收养分的部位及形态一、植物吸收养分的部位及形态二、养分离子向根表的迁移（二、养分离子向根表的迁移（重难点重难点）三、植物根系对离子态养分的吸收三、植物根系对离子态养分的吸收四、影响养分吸收的因素四、影响养分吸收的因素（重难点重难点）五、离子间相互作用五、离子间相互作用六、植物对有机态养分的吸收六、植物对有机态养分的吸收七、植物叶部对养分的吸收七、植物叶部对养分的吸收（重难点重难点）1、植物根系吸收矿质养分的形态、植物根系吸收矿质养分的形态 植物根系吸收的矿质养植物根系吸收的矿质养分主要是分主

2、要是离子态离子态的，其中包的，其中包括括阳离子阳离子如如NH 4+，K和和阴阴离子离子 SO4-2,NO3-K+NONO3-3-H2PO4-硼是例外：硼是例外：硼酸分子（硼酸分子（H3 3BO3 3）有机形态的物质少部分有机形态的物质少部分一、植物吸收养分的部位及形态一、植物吸收养分的部位及形态营养元素营养元素植物可利用形态植物可利用形态大量营大量营养元素养元素 CCO2OO2,H2OHH2ONNO3-,NH4+KK+CaCa2+MgMg2+PH2PO4-,HPO42-SSO42-微量营微量营养元素养元素ClCl-FeFe3+,Fe2+MnMn2+BH3BO3ZnZn2+CuCu2+,Cu+M

3、oMoO42-植植物物利利用用养养分分的的形形态态根系吸收矿质养分的部位根系吸收矿质养分的部位-根毛区根毛区成熟区成熟区 细胞壁出现角质和木栓细胞壁出现角质和木栓质，细胞壁透性降低。质，细胞壁透性降低。伸长区伸长区 易吸收养分，输导组织易吸收养分，输导组织没有完全分化，养分积累多，没有完全分化，养分积累多，不易运走不易运走分生区分生区 对养分、水分透性差对养分、水分透性差根冠根冠 使根尖易于在土壤颗粒间使根尖易于在土壤颗粒间推进推进根毛区根毛区 单位面积吸收量少，单位面积吸收量少，但面积大，不易积累，是但面积大，不易积累，是吸收养分的主要部位。吸收养分的主要部位。植物根获取土壤养分的模式图：植

4、物根获取土壤养分的模式图：1.截获；截获；2.质流质流；3.扩散扩散二、养分离子向根表的迁移二、养分离子向根表的迁移（一）截获（一）截获（Interception）1.定定义义：是是指指植植物物根根系系在在生生长长过过程程中中直直接接接接触触养养分分 而使养分转移至根表的过程。而使养分转移至根表的过程。2.实质：实质：接触交换接触交换3.数量：数量：约占约占1，远小于植物的需要，远小于植物的需要（三）扩散（三）扩散（Diffusion）1.定定义义：是是指指由由于于植植物物根根系系对对养养分分离离子子的的吸吸收收，导导 致致根根表表离离子子浓浓度度下下降降，从从而而形形成成土土体体根根 表表之

5、之间间的的浓浓度度梯梯度度，使使养养分分离离子子从从浓浓度度高高 的土体向浓度低的根表迁移的过程。的土体向浓度低的根表迁移的过程。2.影响因素：影响因素：土壤水分含量、养分离子的性质土壤水分含量、养分离子的性质 养分离子的扩散系数：养分离子的扩散系数：NO3-K+H2PO4-土壤质地：砂土土壤质地：砂土 土壤温度：高温土壤温度：高温低温低温土壤养分迁移途径对玉米养分供应的相对重要性土壤养分迁移途径对玉米养分供应的相对重要性养分养分每公顷生产每公顷生产9500kg籽粒所需养分数量籽粒所需养分数量/(kg/hm2)截截 获获质质 流流扩扩 散散/(kg/hm2)N190215038P401237K

6、195435156Ca40601500Mg45151000S221650(Barber,1984)问题：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？必需的大量矿质元素各通过什么途径迁移到根系表面？（一）被动吸收（一）被动吸收（非代谢吸收）（非代谢吸收）溶质分子或离子无选择性地溶质分子或离子无选择性地溶质分子或离子无选择性地溶质分子或离子无选择性地顺顺顺顺着浓度梯度或着浓度梯度或着浓度梯度或着浓度梯度或电化学势梯度进入细胞的过程。电化学势梯度进入细胞的过程。电化学势梯度进入细胞的过程。电化学势梯度进入细胞的过程。（二）主动吸收（代谢吸收）（二）主动吸收（代谢吸收）溶质分子或离子有选择性

7、地溶质分子或离子有选择性地溶质分子或离子有选择性地溶质分子或离子有选择性地逆逆逆逆浓度梯度或电浓度梯度或电浓度梯度或电浓度梯度或电化学梯度而进入细胞膜内的过程。化学梯度而进入细胞膜内的过程。化学梯度而进入细胞膜内的过程。化学梯度而进入细胞膜内的过程。高高 低低低低 高高 三、植物根系对离子态养分的吸收三、植物根系对离子态养分的吸收（1）简单扩散细胞内细胞内 细胞外细胞外K+Cl-K+Cl-K+Cl-K+Cl-K+Cl-K+Cl-离子浓度梯度离子浓度梯度离子扩散的离子扩散的形式形式（2）杜南扩散-杜南平衡原理Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-K+Cl-细胞内细胞内 细胞外细胞外R-R-R-K+K+K

8、+K+K+电场电场细胞内富集细胞内富集K+细胞外富集细胞外富集Cl-带负电荷的蛋白质分子带负电荷的蛋白质分子（二）主动吸收（二）主动吸收(active absorption)1、特点、特点v需要消耗代谢能量需要消耗代谢能量v吸收具有选择性、饱和性、竞争性吸收具有选择性、饱和性、竞争性v逆浓度梯度或电化学势梯度吸收逆浓度梯度或电化学势梯度吸收v温温度度系系数数高高2（温温度度系系数数Q10指指温温度度增增加加10时时植植物物呼呼吸吸速速率的增加量）率的增加量）2、机理、机理载体学说载体学说离子泵学说：能量来源于离子泵学说：能量来源于ATP逆水行舟逆水行舟学如逆水行舟，不进则退；心似平原走马，易放

9、难收。（1）载体学说 载载体体（carrier）指指生生物物膜膜上上存存在在的的能能携携带带离离子子通通过过膜膜的的大大分分子子。这这些些大大分分子子形形成成载载体体时时需需要要能能量（量（ATP）。载载体体对对一一定定的的离离子子有有专专一一的的结结合合部部位位，能能有有选选择性择性地携带某种离子通过膜。地携带某种离子通过膜。载体转运离子的过程载体转运离子的过程AC离子离子磷磷酸酸酯酶酯酶P磷磷酸酸激酶激酶ACPIC膜膜 外外内内未活化载体未活化载体载体离子复合物载体离子复合物活化载体活化载体ATPADP线线粒粒体体载体假说图解载体假说图解PP（2）离子泵学说：质子泵-ATP酶质膜上的质膜上

10、的ATPATP酶水解酶水解ATP,ATP,泵出泵出H H+,形成形成跨膜跨膜电化学势梯度电化学势梯度，造成，造成阳离子通过离子通道阳离子通过离子通道内流。内流。阴离子载体使阴离子载体使OHOH-沿沿pHpH梯度梯度外流外流,而其它阴而其它阴离子离子(如如NONO3 3-)内流。内流。膜膜 外外内内ATPATPATPDriving forces for membrane transport:metabolic energyRob Reid,20043、运输动力、运输动力光光照照、温温度度、土土壤壤水水分分、土土壤壤通通气气、土土壤壤pH养分浓度、养分浓度、离子间的相互作用离子间的相互作用等等1）

11、外界环境条件）外界环境条件2）内部因素）内部因素作物本身的遗传特性作物本身的遗传特性作物根系活力作物根系活力作物不同生育阶段作物不同生育阶段 生长初期生长初期 旺盛期旺盛期 成熟期成熟期养养 分分 吸吸 收收 量量作物不同生长阶段的养分吸收规律示意图作物不同生长阶段的养分吸收规律示意图五、离子间相互作用五、离子间相互作用1、拮抗作用：、拮抗作用：指在溶液中某一离子的存在指在溶液中某一离子的存在抑制抑制另一离子吸收的现象。另一离子吸收的现象。表现：表现：阳离子与阳离子之间阳离子与阳离子之间，如，如一价与一价之间：一价与一价之间：K+、Rb+、Cs+之间之间二价与二价之间：二价与二价之间：Ca2+

12、、Mg2+、Ba2+之间之间一价与二价之间：一价与二价之间：NH4+和和H+对对Ca2+、K+对对Fe2+阴离子与阴离子之间阴离子与阴离子之间，如，如 Cl、Br和和I之间；之间；H2PO4和和OH之间；之间；H2PO4和和Cl之间；之间；NO3和和Cl之间；之间；SO42和和SeO42之间之间2、协助作用、协助作用(1)定义：定义：某一离子的存在能某一离子的存在能促进促进根系吸收另一离子的根系吸收另一离子的现象。现象。(2)表现：表现：阴离子与阳离子之间阴离子与阳离子之间，如，如NO3、H2PO4等对阳离子的吸收有利等对阳离子的吸收有利二价或三价阳离子对一价阳离子二价或三价阳离子对一价阳离子

13、，如溶液中如溶液中Ca2+、Mg2+、Al3+等能促进等能促进K+、Rb+、Br以及以及NH4+的吸收的吸收 “维茨效应维茨效应”(Viets,1947)吸收速率吸收速率(mol/g鲜重鲜重4h)玉米玉米甜菜甜菜外部溶液外部溶液NaCl+KClNa+K+Na+K+Na+K+Na+K+无钙无钙9.0 11.020.018.8 8.327.1有钙有钙5.9 15.020.915.4 10.726.1Ca2+对根系选择性吸收对根系选择性吸收K+/Na+的影响的影响（一）植物可吸收的有机态养分的种类（一）植物可吸收的有机态养分的种类含氮：含氮：氨基酸、酰胺等氨基酸、酰胺等含磷：含磷：磷酸己糖、磷酸甘油

14、酸、卵磷脂、植酸钠等磷酸己糖、磷酸甘油酸、卵磷脂、植酸钠等其它：其它：RNA、DNA、核苷酸等核苷酸等（二）吸收机理二）吸收机理1.被动吸收被动吸收亲脂超滤解说亲脂超滤解说2.主动吸收主动吸收载体解说载体解说3.胞饮作用解说胞饮作用解说在特殊情况下发生在特殊情况下发生六、植物对有机态养分的吸收六、植物对有机态养分的吸收“胞饮胞饮”示意图示意图（三）吸收的意义（三）吸收的意义 1.提高对养分的利用程度提高对养分的利用程度 2.减少能量损耗减少能量损耗植物吸收植物吸收 离子态养分主要离子态养分主要 有机态养分次要有机态养分次要七、植物叶部对养分的吸收七、植物叶部对养分的吸收 植物通过根以外的器官主

15、要是叶片（或茎）吸收植物通过根以外的器官主要是叶片（或茎）吸收养分的营养方式叫养分的营养方式叫植物的根外营养（叶部营养）植物的根外营养（叶部营养）1）表皮细胞途径）表皮细胞途径 养分养分 养分养分腊质层腊质层分子间隙分子间隙 角质膜角质膜角质层角质层分子间隙分子间隙(通透性差通透性差)角化层角化层借助果胶借助果胶 表皮细胞的外壁表皮细胞的外壁 通过原生质膜通过原生质膜细胞内细胞内原生质体原生质体外外 质质 连连 丝丝1、叶部对养分吸收的两个途径、叶部对养分吸收的两个途径2）气孔途径气孔途径 气态养分气态养分(如如CO2、O2、SO2)的必经之路的必经之路 一些离子态养分一些离子态养分也可通过扩

16、散进入，然后被也可通过扩散进入，然后被比邻气孔的叶肉细胞吸收比邻气孔的叶肉细胞吸收一一般般情情况况下下，叶叶片片吸吸收收气气态态养养分分有有利利于于植植物物的的生生长长发发育育，但但在在空空气气污污染染严严重重的的工工业业区区，叶叶片片也也会会因因过过量量吸吸收收SO2、NO、N2O等等对对植植物物生生长长产产生生不不利利影响。影响。2、叶部营养的特点、叶部营养的特点1）防止养分在土壤中的固定）防止养分在土壤中的固定2）叶部营养能及时满足植物对养分的需要）叶部营养能及时满足植物对养分的需要 根部施用根部施用32P经经15昼夜后植株体内昼夜后植株体内32P分布分布仅相当于叶施仅相当于叶施5 mi

17、n时的情况。时的情况。3）叶部营养能直接促进植物内的代谢作用）叶部营养能直接促进植物内的代谢作用4）叶部营养只能作为）叶部营养只能作为根部营养的补充根部营养的补充，不能完，不能完全取代根部？全取代根部？问题：叶部营养可否代替根部营养？问题：叶部营养可否代替根部营养？叶叶面面施施肥肥的的局局限限性性：肥肥效效短短暂暂，每每次次施施用用养养分分总总量量有有限限，又又易易从从疏疏水水表表面面流流失失或或被被雨雨水水淋淋洗洗；有有些些养养分分元元素素（如如钙钙）从从叶叶片片的的吸吸收收部部位位向向植植物物其其它它部部位位转移相当困难转移相当困难，喷施的效果不一定好。，喷施的效果不一定好。因因此此，植植

18、物物的的根根外外营营养养不不能能完完全全代代替替根根部部营营养养，仅仅是是一一种种辅辅助助的的施施肥肥方方式式，适适于于解解决决一一些些特特殊殊的的植植物物营养问题。营养问题。对于对于微量元素微量元素，是常用的一种施用手段，是常用的一种施用手段对于对于大量元素大量元素，只能作为根际营养的补充，只能作为根际营养的补充2）矿质养分的浓度）矿质养分的浓度一定浓度范围，浓度过高会灼伤叶片。一般地一定浓度范围，浓度过高会灼伤叶片。一般地一定浓度范围，浓度过高会灼伤叶片。一般地一定浓度范围，浓度过高会灼伤叶片。一般地,大大大大 量营养元素量营养元素量营养元素量营养元素0.5-1.0%0.5-1.0%，微量

19、营养元素，微量营养元素，微量营养元素，微量营养元素0.01-0.2%0.01-0.2%。3 影响根外营养的因素影响根外营养的因素 1）矿质养分的种类）矿质养分的种类 钾：钾：钾：钾：KClKNOKClKNO3 3 K K2 2HPOHPO4 4 氮：氮：氮：氮：尿素尿素尿素尿素 硝酸盐硝酸盐硝酸盐硝酸盐 铵盐铵盐铵盐铵盐3）叶片对养分的吸附能力）叶片对养分的吸附能力4）植物的叶片类型及温度）植物的叶片类型及温度 双子叶植物易吸收，单子叶植物则相反。双子叶植物易吸收，单子叶植物则相反。温度下降，叶片吸收养分减慢。但温度较高时，温度下降，叶片吸收养分减慢。但温度较高时，液体易蒸发。液体易蒸发。一、

20、养分运输的类型（一、养分运输的类型（重难点重难点）二、木质部与韧皮部之间养分的转移二、木质部与韧皮部之间养分的转移三、养分的再利用三、养分的再利用第四节第四节 植物对养分的运输与利用植物对养分的运输与利用1、横向运输（短距离运输）：、横向运输（短距离运输）：养分养分从根表皮细胞进入根内，经皮层、从根表皮细胞进入根内，经皮层、内皮层到达中柱层（导管）的迁内皮层到达中柱层（导管）的迁移过程。移过程。2、纵向运输（长距离运输）：、纵向运输（长距离运输）：养分养分从根经木质部到达地上部或养分从根经木质部到达地上部或养分从地上部经韧皮部向根系的运输从地上部经韧皮部向根系的运输过程。过程。一、养分运输的类

21、型一、养分运输的类型1.横向运输横向运输(短距离运输短距离运输)质外体途径质外体途径v主要靠自由扩散和电渗透作用主要靠自由扩散和电渗透作用（无需能量）（无需能量）v质外体运输离子进入中柱之前质外体运输离子进入中柱之前必须进入共质体绕过凯氏带。必须进入共质体绕过凯氏带。（消耗能量）（消耗能量）共质体途径共质体途径 靠被动扩散或借助原生质流动及水流而运输。靠被动扩散或借助原生质流动及水流而运输。由膜外进入共质体是由膜外进入共质体是主动运输主动运输；在共质体内的移动通过皮层脂膜时在共质体内的移动通过皮层脂膜时不需主动运输不需主动运输。横向运输要点横向运输要点2.2.纵向运输（长距离运输）纵向运输（长

22、距离运输）1）木质部（）木质部（xylem）运输）运输 导管（导管（死细胞死细胞）质流质流 驱动力：蒸腾作用、根压驱动力：蒸腾作用、根压 单向移动单向移动：自根部向地上部：自根部向地上部2）韧皮部（韧皮部（phloem）运输）运输 筛管：管状活细胞，端壁有筛管：管状活细胞，端壁有筛孔筛孔轫皮部的结构轫皮部的结构 伴胞：以胞间连丝与筛管相通伴胞：以胞间连丝与筛管相通 薄壁细胞薄壁细胞 特点：特点：在在活细胞活细胞内进内进行，行，双向运输双向运输，以下行为，以下行为主，受蒸腾作用影响小。主，受蒸腾作用影响小。韧皮部养分向木质部转移：韧皮部养分向木质部转移：韧皮部养分含量高，常顺浓度梯度韧皮部养分含

23、量高，常顺浓度梯度“渗漏渗漏”到木质部。到木质部。木质部养分向韧皮部转移：木质部养分向韧皮部转移：“逆逆”浓度梯度，需要消耗能量，浓度梯度，需要消耗能量，通过通过“转移细胞转移细胞”完成。完成。意义：意义：实现养分在植物体内的实现养分在植物体内的循环循环，使养分转移到需要养分的，使养分转移到需要养分的组织或器官。组织或器官。P TX韧皮部韧皮部韧皮部韧皮部(P)转移细胞转移细胞(T)木质部木质部渗漏作用渗漏作用转移细胞转移细胞主动运输主动运输二、木质部与韧皮部之间养分的转移二、木质部与韧皮部之间养分的转移养分浓度养分浓度韧皮部韧皮部木质部木质部三、养分的再利用三、养分的再利用矿质养分的再利用：

24、矿质养分的再利用：植物某一器官或部位中的植物某一器官或部位中的矿质矿质养分养分可可通过轫皮部通过轫皮部运往其它器官或部位而被运往其它器官或部位而被再度利再度利用用的现象。的现象。可再利用养分可再利用养分 不可再利用养分不可再利用养分 是不是所有的养分都能再利用？是不是所有的养分都能再利用？决定因素决定因素：养分在韧皮部的移动性：养分在韧皮部的移动性新器官新器官细胞内细胞内(共质体共质体)主动运输主动运输“卸卸”老器官老器官细胞内细胞内(共质体共质体)(质外体质外体)细胞外细胞外 韧皮部韧皮部 木质部木质部(共质体共质体)(质外体质外体)主动主动“装装”运输运输转移转移细胞细胞 转移转移1.植物

25、体内养分再利用过程示意图植物体内养分再利用过程示意图养分养分第第二二信信使使饥饿饥饿信号信号第一步：养分的激活第一步：养分的激活第二步：养分进入韧皮部第二步：养分进入韧皮部第三步：进入新器官第三步：进入新器官2.养分再利用与缺素部位养分再利用与缺素部位营养元素的再利用程度与缺素部位的的关系营养元素的再利用程度与缺素部位的的关系营养元素营养元素 再利用程度再利用程度 缺素症出现部位缺素症出现部位 原因原因N P K Mg 高高 老叶老叶 移动性大移动性大S Fe MnZn Cu MoCa B 很低很低 新叶及顶端分生组织新叶及顶端分生组织 难移动难移动 低低 新叶新叶 移动性小移动性小 老叶老叶

26、新叶新叶矿质元素再利用的难易程度矿质元素再利用的难易程度取决于养分在韧皮部中移动性的大小取决于养分在韧皮部中移动性的大小取决于养分在韧皮部中移动性的大小取决于养分在韧皮部中移动性的大小成熟成熟开花开花地上部分营养器官地上部分营养器官时间时间 (发芽后天数发芽后天数)养分吸收总量养分吸收总量籽粒籽粒禾谷类作物个体发育期间矿质养分分配的典型图解禾谷类作物个体发育期间矿质养分分配的典型图解3.养分再利用与生殖生长养分再利用与生殖生长各器官各器官再分配再分配LOGOLOGO小结小结养分吸收的两种方式养分吸收的两种方式影响养分吸收的因素影响养分吸收的因素有机态养分的吸收有机态养分的吸收植物的根外营养植物的根外营养养分的短距离运输养分的短距离运输养分的长距离运输养分的长距离运输植物体内养分的转移植物体内养分的转移养分的再利用养分的再利用