第二章必需元素k ppt课件

第二章 植物必需的营养元素及主要生理功能 第二节 必需营养元素的主要生理功能 四、钾、钙、镁、锌、氯、（锰）的主要生理功能 1 、钾 钾不仅是植物生长发育所必需的营养元素，而且 是肥料三要素之一。许多植物需钾量都很大，就矿 质营养元素而言 ,它在植物体内的含量仅次于氮。 农业生产实践证明，施用钾肥对提高作物产量和 改进品质均有明显的作用。 近二十年来，在中国的南北方，都有缺钾现象出 现。因此，钾营养也引起了人们的重视。 1、一般植物体内含钾量约占干物重的 0.3 5.0%。 2、植物体内的含钾量常因作物种类和器官的不同而 有很大差异：含淀粉、糖等碳水化合物较多的作物含钾 量较高。谷类作物种子中钾的含量要远小于茎秆中的钾 ； 3、钾流动性强，能被反复利用。当植物缺钾时，优 先分配到较幼嫩的组织。 4、钾首先分布在细胞质内直达最适水平。过量的钾 几乎全部转移到液泡中。 5、钾在植物体内以离子状存在。 (1) 植物体内钾的含量、分布与特点 主要农作物不同部位中钾的含量（ %） 作物 部位 含 K2O 作物 部位 含 K2O 小麦 籽粒 0.61 水稻 籽粒 0.30 茎秆 0.73 茎秆 0.90 棉花 籽粒 0.90 马铃薯 块茎 2.28 茎秆 1.10 叶片 1.81 玉米 籽粒 0.40 糖用甜菜 根 2.13 茎秆 1.60 块茎 5.01 谷子 籽粒 0.20 烟草 叶片 4.10 茎秆 1.30 茎 2.80 植物组织含钾量变化对细胞质和液泡中钾浓度影响 干物质含钾量（ %） 细胞质 液泡 0 1 2 3 4 5 K+ 浓 度 ( nmol /l) 300 200 100 0 钾有高速度透过生物膜，且与酶促反 应关系密切的特点。钾不仅在生物物理和生 物化学方面有重要作用，而且对体内同化产 物的运输，能量转变也有促进作用。 (2)钾的营养功能 钾能促进光合作用，提高 CO2的同化率。钾 对光合作用的影响是： a.钾能促进叶绿素的合成； b.钾能改善叶绿体的结构； c.钾能促进叶片对 CO2的同化。 钾与光合作用 钾对叶绿体中 ATP合成的影响 作物 蚕豆 菠菜 向日葵 干物质中 K2O（ %） 3.70 1.00 5.53 1.14 4.70 1.60 ATP的数量（ mol/h/g.叶绿素） 216 143 295 185 102 68 钾能促进光合作用产物向贮藏器官中的运输 ，增加 “ 库 ” 的贮存。 对于没有光合作用功能的器 官来说，它们的生长及养分的贮存，主要靠同化产 物从地上部向根或果实中的运转。这一过程包括蔗 糖由叶肉细胞扩散到组织细胞内，然后被泵入 韧 皮部，并在韧皮部筛管中运输。钾在此运输过程中 有重要作用。 Giaquinta曾用韧皮部负载的模式解 释这一现象。 钾能促进光合作用产物的运输 蛋白质的运转 ATP酶 + ATP ADP+Pi H+pH= 8.5 OH- K+ H+ 蔗糖 细 胞 质 质 外 体 膜 蔗糖 H+ 韧皮部负载模式图 pH= 5.5 钾对甘蔗中 14C光合产物运输的影响 Hartt*总标记物为 100 标记叶的叶片 54.3 95.4 标记叶的叶鞘 14.3 3.9 标记叶的节 9.7 0.6 标记叶上部的叶和节 1.9 0.1 标记叶节以下的茎 20.1 0.04 14 C涂抹部位 占总标记物的 有钾 无钾 钾对 14C的同化以及对同化产物 在番茄各器官中分配率的影响 - 低钾 高钾 2.2 4.1 - 每株每分钟脉冲数 (cpm) 12.310 -7 11.110 -7 每克鲜重每分钟脉冲数 (cpm) 1.110 -5 1.210 -5 叶片 52.7 49.6 标记同化物在 果实 6.0 15.2 器官中的分配 茎 37.7 32.6 率（） 根 3.7 2.6 - 叶片干物质中含钾量 钾通过对酶的活化作用，从多方面对氮素代 谢产生影响。钾促进蛋白质和谷胱甘肽的合成。 因为钾是氨基酰 tRNA合成酶和多肽合成酶的活 化剂。 钾与蛋白质合成 供钾对大豆生长、根瘤和固氮活性的影响 处理 地上部重量 单株根瘤数 单株根瘤重 固氮酶活性 (g/株 ) (g) (g) -K 9.05 54.7 3.0 86.9 +K 12.50 60.8 3.9 109.9 *单位为 molC2H2/g根瘤 /hr 钾对调节植物细胞的水势有重要作用。钾能 顺利进入植物细胞内，以离子的状态累积在细胞 质的溶胶和液泡中。钾离子的累积能调节胶体的 存在状态，也能调节细胞的水势。 缺钾的情况下，细胞吸水能力差，胶体保持 水分的能力也小，细胞失去弹性，植株和叶片易 萎蔫。保持细胞正常的水势是细胞增长的驱动力 ，对调节细胞代谢有重 要作用。 钾对细胞渗透作用的调节 钾能调节气孔的运动，有利于作物经济用水。 作物的气孔运动与渗透压、压力势有密切关系。 钾与气孔运动 气孔张、闭时，蚕豆叶片表皮组织保卫细胞内各种离子的浓度 张开 424 22 35 12 关闭 20 0 19 2 气孔状态 K Cl - 渗透压 气孔孔径 (10-14mol) bar* (m) 一些需要 K+激活的酶及其催化的主要的反应 果糖激酶 IV 谷胱甘肽合成酶 琥珀酰 CoA合成酶 谷氨酰半胱氨酸合成酶 NAD+合成酶 ADP葡萄糖 -淀粉合成酶 甲酰四氢叶酸合成酶 ADP葡萄糖焦磷酸化酶 UDP葡萄糖焦磷酸化酶 磷酸化酶 焦磷酸盐磷酸水解酶 ATP磷酸水解酶（ Mg2+） ATP磷酸水解酶（ Ca2+） 酶 类 催化的主要的反应 谷氨酰半胱氨酸 +甘氨酸 +ATP=谷胱甘肽 +ADP+Pi 琥珀酸盐 + CoA + ATP =琥珀酰 CoA+ATP+Pi 谷氨酸盐 +半胱氨酸 + ATP =谷氨酰半胱氨酸 +ATP+Pi Dcamido-NAD+谷氨酰胺 +H2O+ATP= NAD+PPi+谷氨酸盐 +AMP ADP-葡萄糖 +（ 1， 4a-D-葡萄基） n= （ 1， 4a-D-葡萄基） n+1+ADP 甲酸 +四氢叶酸 +ATP=10-甲酰四氢叶酸 +ADP+Pi ATP+a-D-葡萄糖 -1-磷酸 = PPi+ ADP-葡萄糖 UTP+a-D-葡萄糖 -1-磷酸 = PPi+ UDP-葡萄糖 （ a 1， 4 葡萄基） n +Pi = （ a 1， 4 葡萄基） n+1+ a-D-葡萄糖 -1-磷 酸 H2O+PPi=2Pi ATP+H2O=ADP+Pi ATP+H2O=ADP+Pi 激活酶的活性 一些需要 K+激活的酶及其催化的主要的反应 酶 类 催化的主要的反应 磷酰基转移酶 丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶 催化排除过程的酶 苏氨酸脱水酶 果糖二磷酸醛缩酶 乙醛脱氢酶 磷酸烯醇丙酮酸 +ADP=丙酮酸 +ATP 果糖 -6-磷酸 +ATP=果糖 -1， 6-磷酸盐 +ADP 苏氨酸 H2O=2氧代丁酸 +NH3+H2O脱水酶 果糖 -1， 6-磷酸 =磷酸二羟丙酮 +3磷酸甘油醛 乙醛 +NAD（ P） +H2O=酸 +NAD（ P） H 20 阳离子浓度 (mM) 0.2 K+ 40 5030100 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 0 Na+ Li + Rb+ Cs+ NH +4 酶活性 (mol ADP mg 蛋白 -1 h -1 ) 1.8 一价阳离子对玉米中淀粉合成酶的影响 促进有机酸的代谢 钾参与植物体内氮的代谢，木质部运输中钾 离子是硝酸根离子的主要陪伴离子。 钾离子穿梭运输硝酸根离子和苹果酸根离子的模式图 增强植物的抗逆性 钾有多方面的抗逆功能，它能增强作物的抗旱 、抗高温、抗寒、抗病、抗盐、抗倒等的能力， 从而提高其抵御外界恶劣环境的忍耐能力。这对 作物稳产、高产有明显作用。 抗旱性： 增加钾离子的浓度 ，提高细胞的渗透势； 提高胶体对水的束缚能力，使细胞膜保持稳定的透性； 气孔的开闭随植物的生理需要而调节自如； 促进根系生长，提高根冠比，增强作物吸水能力； 抗高温： 保持较高的水势和膨压，保证植物的正常代谢； 促进植物的光合作用，加速蛋白质和淀粉的合成； 调节气孔和渗透，提高作物对高温的忍耐能力； 抗盐类： 稳定质膜中蛋白质分子上的 S-H基，避免蛋白质 变性； 防止类脂中的不饱和脂肪酸被氧化； 抗病性： 增厚细胞壁提高细胞木质化程度； 促进植物体内低分子化合物转变为高分子化合物 ； 抗倒伏： 促进作物 茎秆维管束的发育，使茎壁增厚，髓腔 变小，机械组织内细胞排列整齐。 抗早衰： 延长籽粒灌浆时间，增加千粒重； 施钾对玉米产量及茎腐病发病率影响 施 K2O量 籽粒产量 茎腐病发病率 (kg/ha) (t/ha) ( ) 0 4.48 35 300 6.91 19 600 8.73 8 钾对冬小麦产量构成因素的影响 从开花到成熟的天数 每盆穗数 每穗粒数 千粒重（ g） 每盆产量（ g） 施钾量（ mg K/Kg）项 目 0 60 120 46 68 75 58.8 65.2 61.3 36.3 37.6 42.6 17.4 33.0 34.4 37.2 81.0 89.9 改善产品品质：提高产品的营养成分，延 长产品的贮存期，耐搬运和运输；对蔬菜和水 果类作物，能改善产品的外观，使水果的色泽 更鲜艳，汁液含糖量增加。 过量施用钾肥的后果：破坏养分平衡，造 成品质下降；作物奢侈吸收，导致浪费； (3)、钾与作物品质 施钾对大麦品质的影响 处理 胱氨酸 蛋氨酸 酪氨酸 色氨酸 淀粉 可溶性糖 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) - NP 0.18 0.14 0.36 0.121 44.9 9.36 NPK 0.20 0.20 0.42 0.135 46.5 10.40 钾在作物体内流动性很强，缺钾症状通常在 作物生长发育的中后期才表现出来；严重缺钾时 ，植株下部叶片首先出现症状 :双子叶植物叶脉间 先失绿，沿叶缘开始出现黄化或有褐色的条纹或 斑点，并逐渐向叶脉间蔓延，最后发展为坏死组 织；单子叶植物叶间先黄化，随后逐渐坏死。坏 死组织形成与腐胺积累有关。 (4)、植物缺钾的一般症