植物的礦質與氮素營養(yǎng)課件

植物的礦質與氮素營養(yǎng)2021/7/91第一節(jié)植物體內的必需元素一、植物體內的元素植物材料水分干物質有機物灰分105°C600°C（10%—95%）（5%—95%）（90%—95%）（5%—10%）揮發(fā)殘留2021/7/922021/7/93第一節(jié)植物體內的必需元素一、植物體內的必需元素必需元素(essentialelement)是指在植物完成生活史中，起著不可替代的直接生理作用的、不可缺少的元素。1.判斷必需元素的標準。2021/7/94植物必需元素的三條標準是:

第一,由于缺乏該元素,植物生長發(fā)育受阻,不能完成其生活史;

第二,除去該元素,表現(xiàn)為專一的病癥,這種缺素病癥可用加入該元素的方法預防或恢復正常;

第三,該元素物營養(yǎng)生理上能表現(xiàn)直接的效果,而不是由于土壤的物理、化學、微生物條件的改善而產生的間接效果。

2021/7/95第一節(jié)植物體內的必需元素一、植物體內的必需元素2.植物生長必需的元素有16種，根據(jù)植物需要的多寡將其分為大量元素和微量元素。（1）大量元素：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S。它們約占植物體干重的0.01%～10%。植物對此類元素需要的量較多。（2）微量元素：Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl。約占植物體干重的10-5%～10-3%。植物對這類元素的需要量很少,但缺乏時植物不能正常生長；若稍有過量,反而對植物有害,甚至致其死亡。2021/7/96第一節(jié)植物體內的必需元素一、植物體內的必需元素3.有益元素：某種元素并非植物必需的，但常在植物體內存在，對植物生長發(fā)育生理功能表現(xiàn)有利作用，并能部分代替某一必需元素的作用，減緩缺素癥的元素。如Ni(也有的將其視為必需元素)，Na，Si，Co，Se，稀土元素等。2021/7/974確定植物必需礦質元素的方法

(1).溶液培養(yǎng)法(或砂基培養(yǎng)法)溶液培養(yǎng)法(solutionculturemethod)亦稱水培法(waterculturemethod),是在含有全部或部分營養(yǎng)元素的溶液中培養(yǎng)植物的方法；而砂基培養(yǎng)法(sandculturemethod)則是在洗凈的石英砂或玻璃球等基質中加入營養(yǎng)液來培養(yǎng)植物的方法。

(2).氣培法(aeroponics)將根系置于營養(yǎng)液氣霧中栽培植物的方法稱為氣培法。

2021/7/98圖3-1幾種營養(yǎng)液培養(yǎng)法A.水培法:使用不透明的容器(或以錫箔包裹容器),以防止光照及避免藻類的繁殖,并經常通氣;B.營養(yǎng)膜(nutrientfilm)法:營養(yǎng)液從容器a流進長著植株的淺槽b,未被吸收的營養(yǎng)液流進容器c,并經管d泵回a。營養(yǎng)液pH和成分均可控制。C.氣培法：根懸于營養(yǎng)液上方，營養(yǎng)液被攪起成霧狀。2021/7/99第一節(jié)植物體內的必需元素二、植物必需元素的生理功能1.是細胞結構物質的組成成分。2.是生命活動的調節(jié)者。3.起電化學作用。2021/7/910三、植物必需元素的生理作用及缺素癥1、氮

吸收方式：NH4+或NO3-；尿素、氨基酸。

生理作用：氮是構成蛋白質的主要成分，核酸、葉綠素、某些植物激素、維生素等也含有氮。氮在植物生命活動中占有首要的地位，故又稱為生命元素。

氮肥過多時，營養(yǎng)體徒長，抗性下降，易倒伏，成熟期延遲。然而對葉菜類作物多施一些氮肥，還是有好處的。植株缺氮時，植物生長矮小,分枝、分蘗少,葉片小而??；葉片發(fā)黃發(fā)生早衰,且由下部葉片開始逐漸向上。

2021/7/911小麥缺氮蘋果缺氮2021/7/912馬鈴薯缺氮菜豆缺氮2021/7/9132、磷生理作用：①磷脂和核酸的組分，參與生物膜、細胞質和細胞核的構成。所以磷是細胞質和細胞核的組成成分。②磷是核苷酸的組成成分。核苷酸的衍生物(如ATP、FMN、NAD+、NADP+和CoA等)在新陳代謝中占有極其重要的地位，③磷在糖類代謝、蛋白質代謝和脂肪代謝中起著重要的作用。

缺磷時，分蘗分枝減少,幼芽、幼葉生長停滯,莖、根纖細,植株矮小；葉子呈現(xiàn)不正常的暗綠色或紫紅色。癥狀首先在下部老葉出現(xiàn),并逐漸向上發(fā)展。磷過多，易產生缺Zn癥。2021/7/914白菜缺磷油菜缺磷2021/7/915玉米缺磷大麥缺磷2021/7/9163、鉀①很多酶的活化劑，是40多種酶的輔助因子。②調節(jié)水分代謝。K+在細胞中是構成滲透勢的重要成分。調節(jié)氣孔開閉、蒸騰。③促進能量代謝。作為H+的對應離子，向膜內外轉移，參與光合磷酸化、氧化磷酸化。鉀不足時，葉片出現(xiàn)缺綠斑點，逐漸壞死，葉緣枯焦。

2021/7/9174、鈣①構成細胞壁。②鈣與可溶性的蛋白質形成鈣調素(calmodulin，簡稱CaM)。CaM和Ca2+結合，形成有活性的Ca2+·CaM復合體，起“第二信使”的作用。缺鈣典型癥狀：頂芽、幼葉呈淡綠色,葉尖出現(xiàn)鉤狀,隨后壞死。缺素癥狀首先表現(xiàn)在上部幼莖幼葉和果實等器官上。2021/7/918蕃茄缺鈣白菜缺鈣2021/7/9195、鎂①葉綠素的組成成分之一。缺乏鎂，葉綠素即不能合成，葉脈仍綠而葉脈之間變黃。②許多酶的活化劑。

2021/7/9206、硫①含硫氨基酸和磷脂的組分，蛋白質、生物膜②硫也是CoA、Fd的成分之一。硫不足時，蛋白質含量顯著減少，葉色黃綠，植株矮小。2021/7/921鐵

①葉綠素合成所必需。②Fd的組分。因此，參與光合作用。缺鐵時，由幼葉脈間失綠黃化，但葉脈仍為綠色；嚴重時整個新葉變?yōu)辄S白色。硼①促進糖分在植物體內的運輸。②促進花粉萌發(fā)和花粉管生長。缺硼時,甘藍型油菜“花而不實”,甜菜“心腐病”錳

在光合作用方面，水的裂解需要錳參與。缺錳時，葉綠體結構會破壞、解體。葉片脈間失綠，有壞死斑點。鋅色氨酸合成酶的組分，催化吲哚與絲氨酸成色氨酸。玉米“花白葉病”，果樹“小葉病”。2021/7/922銅

①參與氧化還原過程。②光合電子傳遞鏈中的電子傳遞體質體藍素的組分。禾谷類“白瘟病”，果樹“頂枯病”鉬

鉬的生理功能突出表現(xiàn)在氮代謝方面。鉬是硝酸還原酶和固氮酶的成分。氯氯在光合作用水裂解過程中起著活化劑的作用，促進氧的釋放。鎳

鎳是近年來發(fā)現(xiàn)的植物生長所必需的微量元素。鎳是脲酶的金屬成分，脲酶的作用是催化尿素水解。2021/7/923白菜缺鐵白菜缺錳2021/7/924蕃茄缺硼小麥缺銅2021/7/925草莓葉片的缺素癥狀

2021/7/9262021/7/927第二節(jié)植物細胞對溶質的吸收植物細胞吸收礦質元素的方式有兩類:方式被動吸收主動吸收2021/7/928圖3-2植物組織對溶質的吸收2021/7/929第二節(jié)植物細胞對溶質的吸收一、被動吸收：

概念：

被動吸收指由于擴散作用或其他物理過程而進行的吸收，是不消耗代謝能量的吸收過程，亦稱非代謝吸收。類型：擴散作用:分了或離子沿著化學勢或電化學勢梯度轉移的現(xiàn)象。

協(xié)助擴散：小分了物質經膜轉運蛋白順濃度梯度或電化學梯度跨膜的轉運。

2021/7/930第二節(jié)植物細胞對溶質的吸收一、被動吸收：1.擴散作用:

杜南平衡：細胞內的可擴散負離子和正離子濃度的乘積等于細胞外可擴散正、負離子濃度乘積時的平衡，叫杜南(道南)平衡。［Na1+］×［Cl1-］＝［Na0+］×［Cl0-］。

2021/7/931第二節(jié)植物細胞對溶質的吸收

植物細胞吸收礦質元素的方式有兩類:一、被動吸收：2.協(xié)助擴散：

膜轉運蛋白可分為兩大類：

離子通道載體2021/7/932離子通道2021/7/9331、通道具有離子選擇性，轉運速率高。2、離子通道是門控的。2021/7/934載體蛋白（carrierproteins）：又稱通透酶或透過酶，也是一類內在蛋白。證明載體存在的依據(jù)有離子吸收的飽和效應和競爭效應。2021/7/935載體2021/7/936第二節(jié)植物細胞對溶質的吸收二、主動吸收：概念：

主動吸收是指細胞利用呼吸釋放的能量作功而逆著電化學勢梯度吸收離子的過程。

ATP酶共轉運主動運輸包括載體學說和離子泵學說類型2021/7/937第二節(jié)植物細胞對溶質的吸收二、主動吸收：ATP酶和載體2021/7/938第二節(jié)植物細胞對溶質的吸收ATP酶和載體2021/7/9391、H+—ATP酶（又稱離子泵學說）2021/7/9402021/7/941圖3-8ATP酶逆電化學勢梯度運送陽離子到膜外去的假設步驟

A.B.ATP酶與細胞內的陽離子M+結合并被磷酸化；C.磷酸化導致酶的構象改變，將離子暴露于外側并釋放出去；D.釋放Pi恢復原構象

2021/7/942第二節(jié)植物細胞對溶質的吸收二、主動吸收：2.共轉運2021/7/9432.共轉運2021/7/9443、

載體學說注意：載體蛋白與載體學說中的載體的區(qū)別。載體蛋白是膜內的內在蛋白，載體在膜內是可移動的。載體需與ATP結合，對離子有專一性的結合部位，具有很強的識別能力。在膜外側能與相應的離子結合，到達膜內側又能釋放離子。支持載體學說的兩個事實：飽和效應和離子之間的竟爭現(xiàn)象。2021/7/945磷酸脂酶磷酸激酶活化載體線粒體ATP離子載體離子復合物載體細胞質載體學說示意圖2021/7/946三、胞飲作用物質吸附在質膜上，然后通過膜的內折而轉移到細胞內的攫取物質及液體的過程，稱為胞飲作用(pinocytosis)。

2021/7/947第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸一、吸收部位：葉片根系根毛區(qū)為主2021/7/948二、植物根系對礦質元素的吸收根系是植物吸收礦物質的主要器官，它吸收礦物質的部位和吸水的部位都是根尖未栓化的部分。根毛區(qū)吸收離子最活躍，而根尖分生區(qū)積累最多。圖3-12大麥根尖不同區(qū)域３２P的積累和運出

2021/7/949第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸二、根系吸收礦質的特點：1.對礦質和水分的相對吸收；植物對水分和礦質的吸水是既相互關聯(lián)，又相對獨立。前者表現(xiàn)為鹽分一定要溶于水中才能被根系吸收，并隨水流進入根部的質外體；后者表現(xiàn)在兩者的吸收比例和吸收機理不同。2021/7/950第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸二、根系吸收礦質的特點：2.對離子的吸收具有選擇性；生理酸性鹽：對于(NH4)2SO4一類鹽，根對NH４＋吸收多于和快于SO42-（根系吸收陽離子多于陰離子）

，故溶液中留存許多SO42-，導致溶液變酸，這種鹽類叫生理酸性鹽。生理堿性鹽：對于NaNO3一類鹽，植物吸收NO3-較Na+多而快（根系吸收陰離子多于陽離子），這種選擇吸收的結果使溶液變堿，故稱這類鹽為生理堿性鹽。

生理中性鹽：對于NH4NO3-一類的鹽，植物吸收其陰離子與陽離子的量幾乎相等，不改變周圍介質的pH值，故稱這類鹽為生理中性鹽。2021/7/951第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸二、根系吸收礦質的特點：3.單鹽毒害及離子頡頏；

單鹽毒害將植物培養(yǎng)在單鹽溶液中時，即使是植物必需的營養(yǎng)元素，植物仍然要受到毒害以致死亡。這種溶液中只有一種金屬離子對植物起毒害作用的現(xiàn)象離子拮抗在發(fā)生單鹽毒害的溶液中加入少量其他金屬離子，即能減弱或消除這種單鹽毒害，離子間的這種作用稱為離子頡頏，也稱離子對抗或離子拮抗。例如在KCl溶液中加入少量Ca2+，就不會對植株產生毒害。

2021/7/952第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸二、根系吸收礦質的特點：4.平衡溶液

在含有適當比例的多種鹽溶液中，各種離子的毒害作用被消除，植物可以正常生長發(fā)育，這種溶液稱為平衡溶液。我們可以將必需的礦質元素按一定濃度與比例配制成混合溶液，使植物生長良好。這種對植物生長有良好作用而無毒害的溶液，稱為平衡溶液(balancedsolution)。Hoagland培養(yǎng)液就是平衡溶液。對海藻來說，海水就是平衡溶液。對陸生植物來說，土壤溶液一般也是平衡溶液。

2021/7/953第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸三、根系吸收礦質的過程土壤養(yǎng)分根表養(yǎng)分植物體內養(yǎng)分第一步第二步2021/7/954三、根系吸收礦質的過程1.離子被吸附在根系細胞的表面離子交換接觸交換2021/7/955由于土壤顆粒的表面帶有負電荷，陽離子被土壤顆粒吸附于表面。外部陽離子如鉀離子可取代土壤顆粒表面吸附的另一個陽離子如鈣離子，使得鈣離子被根系吸收利用。圖3-13土壤顆粒表面陽離子交換法則2021/7/956第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸三、根系吸收礦質的過程2.離子進入根部導管質外體途徑（自由空間）共質體途徑2021/7/957第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸四、影響根系吸收礦質的因素1.溫度2.通氣狀況3.土壤溶液濃度4.土壤pH2021/7/9583、影響根系吸收礦質元素的因素（1）溫度在一定范圍內，根部吸收礦質元素的速率隨土壤溫度的增高而加快，因為溫度影響了根部的呼吸速率，也即影響主動吸收。但溫度過高(超過40℃)或過低，吸收困難。這可能是高溫使酶鈍化，影響根部代謝；高溫也使細胞透性增大，礦質元素被動外流，所以根部純吸收礦質元素量減少。溫度過低時，根吸收礦質元素量也減少，因為低溫時，代謝弱，主動吸收慢；細胞質粘性也增大，離子進入困難。2021/7/959圖3-15溫度對小麥幼苗吸收鉀的影響

2021/7/960（2）通氣狀況在生產中要注意根部通氣，增加氧的含量，減少CO2，如中耕，鏟地的目的都有在此。（3）土壤溶液濃度：土壤溶液濃度很低時，吸水礦質的速度隨濃度的增加而增加，但具有飽和效應;過高導致“燒苗”.（4）土壤PH值一般陽離子的吸收速率隨PH值升高而加速，陰離子的吸收速率隨PH增高而下降。一般作物生育最適pH是6～7，但有些作物(如茶、馬鈴薯、煙草)適于較酸性的環(huán)境，有些作物(如甘蔗、甜菜)適于較堿性的環(huán)境。2021/7/961圖3-16土壤PH值對有機土壤中營養(yǎng)元素利用的影響

2021/7/962第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸五、葉片對礦質的吸收根外營養(yǎng)植物除了根部吸收礦質元素外，地上部分主要是通過葉片吸收礦質營養(yǎng)的過程。方式：氣孔，角質層

影響因素：內因

外因

保證溶液附著在葉面上溶液在葉片下停留的時間溫度呼吸作用2021/7/963葉面噴肥的優(yōu)點：1、及時補充養(yǎng)料2、節(jié)省肥料3、見效快2021/7/964第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸六、礦質元素在植物體內的運輸1.運輸?shù)男问絅：主要以酰胺和氨基酸，少量以硝酸鹽形式P：主要以磷酸鹽形式，也可磷酰膽堿形式S：主要以硫酸根形式，少數(shù)以蛋氨酸形式金屬離子形式2021/7/965第三節(jié)植物對礦質的吸收及運輸六、礦質元素在植物體內的運輸2.運輸?shù)耐緩蕉叹嚯x通過共質體和質外體。長距離通過木質部。2021/7/966放射性42K向上運輸?shù)脑囼?/p>

2021/7/967根內徑向；縱向；葉片吸收2021/7/968三、礦質元素的利用礦質元素運到生長部位后,大部分與體內的同化物合成復雜的有機物質,如由氮合成氨基酸、蛋白質、核酸、磷脂、葉綠素等;由磷合成核苷酸、核酸、磷脂等;由硫合成含硫氨基酸、蛋白質、輔酶A等。它們進一步形成植物的結構物質。未形成有機化合物的礦質元素,有的作為酶的活化劑,如Mg、Mn、Zn等;有的作為滲透物質,調節(jié)植物水分的吸收。已參加到生命活動中去的礦質元素,經過一個時期后也可分解并運到其它部位去,被重復利用。必需元素被重復利用的情況不同,N、P、K、Mg易重復利用,它們的缺乏病癥,首先從下部老葉開始。Cu、Zn有一定程度的重復利用,S、Mn、Mo較難重復利用,Ca、Fe不能重復利用,它們的病癥首先出現(xiàn)于幼嫩的莖尖和幼葉。氮、磷可多次參與重復利用;有的從衰老器官轉到幼嫩器官(如從老葉轉到上部幼葉幼芽);有的從衰老葉片轉入休眠芽或根莖中,待來年再利用;有的從葉、莖、根轉入種子中等等。礦質元素不只在植物體內從一個部位轉移到另一個部位，同時還可排出體外。2021/7/969第四節(jié)氮的同化一、植物的氮源空氣N2土