植物细胞对矿质元素的吸收.ppt

植物与植物生理学（高职高专）网络课程植物与植物生理学（高职高专）网络课程 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 l l 生物膜的结构与化学成分生物膜的结构与化学成分 l l 细胞吸收溶质的方式和机理细胞吸收溶质的方式和机理 被动吸收被动吸收 离子扩散离子扩散 离子通道运输离子通道运输 载体运输载体运输 主动吸收（离子泵运输）主动吸收（离子泵运输） 胞饮作用胞饮作用 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 下页章首节末 一、生一、生 物物 膜膜 概念：概念：是构成细胞的所有膜的是构成细胞的所有膜的 总称总称 化学组成化学组成: : 蛋白质、脂类、蛋白质、脂类、 糖、无机离子等糖、无机离子等 结构：结构：流动镶嵌模型流动镶嵌模型 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 一、生一、生 物物 膜膜 流动镶嵌模型流动镶嵌模型 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 一、生一、生 物物 膜膜 磷脂的构造（磷脂的构造（X X是碱基化合物）是碱基化合物） 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 一、生一、生 物物 膜膜 膜的相转变膜的相转变 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 一、生一、生 物物 膜膜 概念概念 化学组成化学组成 结构：结构：流动镶嵌模型特点：流动镶嵌模型特点： 蛋白质分子镶嵌在类脂双分子层蛋白质分子镶嵌在类脂双分子层 上，具有上，具有流动性流动性和和不对称性不对称性的特点。的特点。 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 一、生一、生 物物 膜膜 概念 化学组成 结构 功能： 分室作用；代谢反应的场所；分室作用；代谢反应的场所； 物质交换；识别功能物质交换；识别功能 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 溶质的跨膜运动溶质的跨膜运动 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 基本概念： 泵(pump)：是由化学能（由化学能（ATPATP）或光能驱动的）或光能驱动的， 在植物和真菌细胞中，最典型的是质子泵（ bump pump）。 载体（carrier）：是指存在于细胞膜中的能选择 性携带离子通过膜的活性物质。人们认为载体是 膜上结合的蛋白质，亦称透过酶或运输酶透过酶或运输酶。由膜由膜 两侧的电化学势梯度驱动。两侧的电化学势梯度驱动。 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 基本概念 通道（channel）：由膜两侧的电化学势梯度驱动 。 电化学势梯度（electrochemical gradient）：是 浓度梯度与电势梯度的合成。 沿此梯度进行溶质运转不消耗ATP，属被动转运 。 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 载体开口于高浓度一侧，溶质与载体结合溶质与载体结合 载体催化溶质顺着电化学势梯度跨膜运输跨膜运输 单向运输载体模型 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 S表示基质分子 协同运输：共向运输和反向运输 载体蛋白的单向运输与协同运输模型载体蛋白的单向运输与协同运输模型 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 武维华武维华 P73 P73 图图4-104-10 电压门控电压门控K K + + 通道运输模型示意图通道运输模型示意图 ( (TaizTaiz & & ZeigerZeiger 1998) 1998) 胞外胞外 胞内胞内 质膜 K K+ + “门控结构” 选择性过滤结构选择性过滤结构 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 质子泵质子泵 细胞内侧细胞内侧 细胞外侧细胞外侧 电 化 学 势 梯 度 H H+ + 泵泵将将H H + + 泵出泵出 K K+ + ( (或其他阳离子）经或其他阳离子）经 通道蛋白通道蛋白进入进入 阴离子与阴离子与H H + + 经过经过载体蛋载体蛋 白白同向运输进入同向运输进入 质子泵作用的机理 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 比较：比较： 泵 (bump） 载体（ carrier） 通道（ channel） 驱动驱动 力 化学能化学能（ATPATP） 或光能或光能 膜两膜两侧侧侧侧的的电电电电化学化学势势势势梯度梯度 方 向逆浓浓度梯度顺浓顺浓 度梯度 选择选择 性有有有 转转运速度 慢 （500） 较较 快 （50010 000） 最 快 （10 000 ） 转转运方式 主主动动动动运运输输输输被 被动动动动运运输输输输 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 胞饮作用胞饮作用 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 物质吸附到质膜上，通过膜的内物质吸附到质膜上，通过膜的内 折转移到细胞内的攫取物质及液折转移到细胞内的攫取物质及液 体的过程。体的过程。 是非选择性吸收。是非选择性吸收。 示意图示意图 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 （一）离（一）离 子子 通通 道道 运运 输输 (ion channel transport)(ion channel transport) 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 细胞质膜上有内在蛋白构成圆形孔道，横跨膜细胞质膜上有内在蛋白构成圆形孔道，横跨膜 的两侧，的两侧，离子通道可由化学方式激活，离子通道可由化学方式激活，控制离控制离 子顺着浓度梯度和膜电位差，即电化学势梯度子顺着浓度梯度和膜电位差，即电化学势梯度 ，被动地和单方向的运输。，被动地和单方向的运输。 即：是一种不需要代谢来提供能量的顺浓度梯度即：是一种不需要代谢来提供能量的顺浓度梯度 吸收矿质的简单扩散过程，是一种被动运输。吸收矿质的简单扩散过程，是一种被动运输。 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 （二）主动吸收（二）主动吸收 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 主动吸收主动吸收亦称亦称主动运输，主动运输，是指细胞消是指细胞消 耗能量作功吸收矿物质的过程，耗能量作功吸收矿物质的过程，可逆可逆 着浓度差着浓度差进行，又称进行，又称代谢性吸收。代谢性吸收。 许多事实表明，主动吸收与呼吸作用许多事实表明，主动吸收与呼吸作用 密切相关（表密切相关（表2-22-2）。）。 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 表表 胡萝卜和朝鲜蓟（胡萝卜和朝鲜蓟（CirsiumCirsium sp. sp.）的圆盘在不同氧）的圆盘在不同氧 气影响下从气影响下从KBrKBr中吸收中吸收KK 和 和BrBr - - 的情况的情况 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 氧气氧气相相对对呼吸呼吸相相对对吸收吸收K K 相相对对吸收吸收BrBr - - 2.72.7 胡胡 萝萝萝萝 卜卜 444422224242 12.212.2787896968686 20.820.8100100100100100100 43.443.4106106117117118118 2.72.7 朝朝 鲜鲜鲜鲜 蓟蓟蓟蓟 636312121717 12.212.2858574747676 20.820.8100100100100100100 43.443.4112112100100103103 注：注：KBrKBr浓浓度度为为0.00075mol/L0.00075mol/L 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 表表 豌豆根组织内和培养液的各种离子浓度的比较豌豆根组织内和培养液的各种离子浓度的比较 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 离子离子培养液培养液浓浓度（度（mmolmmol/L/L）根内部根内部浓浓度（度（mmolmmol/L/L） K K+ + 175 NaNa + + 18 MgMg2+ 2+ 0.253 CaCa2+ 2+ 12 NONO3- 3- 228 ClCl- -17 H H 2 2 POPO 4 4 - - 121 SOSO 4 4 2-2- 0.2519 物质逆着浓度差而进入细胞或组织的过程，称为物质逆着浓度差而进入细胞或组织的过程，称为累积累积， 具有选择性。具有选择性。 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 载体载体(carrier):(carrier):是指存在于细胞膜中的能选择性是指存在于细胞膜中的能选择性 携带离子通过膜的活性物质。人们认为载体是膜上携带离子通过膜的活性物质。人们认为载体是膜上 结合的蛋白质，亦称结合的蛋白质，亦称透过酶或运输酶透过酶或运输酶。 载体具备如下载体具备如下特征：特征： 对一定离子有对一定离子有专一结合位点专一结合位点，有很强的识，有很强的识 别离子能力；别离子能力； 具疏水性，具疏水性，在膜内能够移动；在膜内能够移动； 在膜外侧与相应离子结合，到达膜内侧又在膜外侧与相应离子结合，到达膜内侧又 能释放离子；能释放离子； 对相应离子的亲和力对相应离子的亲和力需需ATPATP活化。活化。 载体可反复利用，载体可反复利用，即少量载体可转运大量即少量载体可转运大量 离子。离子。 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 、载体学说、载体学说 要点是：要点是： 未活化的载体在磷酸激酶作用下被未活化的载体在磷酸激酶作用下被ATP ATP活化；活化； 已活化载体在膜外侧通过识别作用与相应离已活化载体在膜外侧通过识别作用与相应离 子结合，形成载体子结合，形成载体- -离子复合物；离子复合物； 复合体运转至膜内侧，在磷酸酯酶作用下释复合体运转至膜内侧，在磷酸酯酶作用下释 放出的磷酸基，使载体失去对离子的亲和力，从放出的磷酸基，使载体失去对离子的亲和力，从 而将离子释放到膜内。无亲和力的载体可重新被而将离子释放到膜内。无亲和力的载体可重新被 ATPATP活化，再次运转相应的离子。活化，再次运转相应的离子。 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 A. ATPA. ATP和底物靠近变构酶和底物靠近变构酶 B. ATPB. ATP和底物与变构酶结合和底物与变构酶结合 C. C. 由于由于ATPATP效应物的作用，构象转换，变构酶由状态效应物的作用，构象转换，变构酶由状态1 1转变为转变为 状态状态2 2，底物就被运送到膜另一侧，底物就被运送到膜另一侧 D. ATPD. ATP转变为转变为ADP E. ADPADP E. ADP 不适于变构部位，脱离变构酶，底物也释放出来，变构酶就不适于变构部位，脱离变构酶，底物也释放出来，变构酶就 恢复为状态恢复为状态1 1 图图4-6 4-6 底物通过变构转换从外运到膜内示意图底物通过变构转换从外运到膜内示意图 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 二、细胞吸收溶质的方式和机理二、细胞吸收溶质的方式和机理 第四章第四章 植物植物的矿质营养的矿质营养 第二节第二节 植物细胞植物细胞对矿质对矿质元素元素的的吸收吸收 如何证明载体学说的正确性？如何证明载体学说的正确性？ 如何用实验证明植物根系吸收矿质元素存在着如何用实验证明植物根系吸收矿质元素存在着 主动吸收和被动吸收？主动吸收和被动吸收？ 吸收溶质的量吸收溶质的量 转入转入HH 2 2 OO中中 转入H2O中 正常条件正常条件 抑制代谢（如抑制代谢（如 缺氧或低温）缺氧或低温） 时间（h） 0 植物组织对溶质的吸收植物组织对溶质的吸收 12 教学目标 相关连接 教学内容 重点难点 课堂讲授课堂讲授 思考讨论 本章小结 考核要点 退出节末下页上页返回 第四章第四章 植