植物生理学-第三章

1、挥发性元素挥发性元素 灰分元素灰分元素 （1 1）完全缺乏时，植物不能正常生长发育。）完全缺乏时，植物不能正常生长发育。 （2 2）完全缺乏时，植物出现的缺素症状是专一的，不能被其它元素替代。）完全缺乏时，植物出现的缺素症状是专一的，不能被其它元素替代。 （3 3）元素的功能是直接的，而不是由于改善土壤或微生物条件所产生的）元素的功能是直接的，而不是由于改善土壤或微生物条件所产生的 间接效应。间接效应。 溶液培养法在生产上的应用溶液培养法在生产上的应用: :（7070年代）年代） 大量元素大量元素 C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S 微量元素微量元素 Fe, Mn, B,

2、Zn, Cl, Mo, Cu，Ni ： 镧系元素和钇钪，共镧系元素和钇钪，共1717种种 ： Si (水稻水稻); Al (茶茶); Na(甜菜甜菜); Co(豆科植物根瘤菌固氮所必需豆科植物根瘤菌固氮所必需) 吸收态：硝态氮和铵态氮；有机氮（尿素）吸收态：硝态氮和铵态氮；有机氮（尿素） 核酸核酸( (DNA,RNA) ,DNA,RNA) ,细胞核的结构物质细胞核的结构物质; ; 蛋白质蛋白质( (酶酶),),是原生质的主要组成成分是原生质的主要组成成分; ; 磷脂磷脂, ,是生物膜的主要组成成分是生物膜的主要组成成分; ; 叶绿素、光敏素叶绿素、光敏素, ,维生素维生素( (B B1 1,B

3、,B2 2,B,B6 6,PP,PP等等) ) 激素激素( (IAA,CTK),IAA,CTK),生物碱等生物碱等; ; 结构物质成分结构物质成分 调节生命活动调节生命活动 参与能量代谢参与能量代谢ADP,ATP,NAD,CoAADP,ATP,NAD,CoA等等. . N N 过过 多多: : 徒长徒长, ,叶片大，茎柔软叶片大，茎柔软, ,易倒伏易倒伏, ,成熟晚成熟晚, ,抗性差抗性差, ,易受病虫害易受病虫害. . - N - N - N - N CK 吸收态吸收态: H2PO4 - , H2PO42 - 过过 多：影响其它元素吸收。多：影响其它元素吸收。 形成糖的磷酸酯形成糖的磷酸酯

4、磷的转运器工作磷的转运器工作 作用作用: 核酸核酸 磷脂的组成成分磷脂的组成成分,-生物膜、原生质、细胞膜生物膜、原生质、细胞膜 ATP,ADP,AMPADP,AMP组分组分-能量代谢能量代谢( (氧化磷酸化、光合磷酸化氧化磷酸化、光合磷酸化) ) 促进碳水化合物的运输促进碳水化合物的运输 P + 植酸植酸 + Ca + Mg 植酸钙镁植酸钙镁 许多辅酶的组分许多辅酶的组分 液胞内含有磷酸盐（维持细胞渗透势，缓冲液胞内含有磷酸盐（维持细胞渗透势，缓冲PH值）值） - P 吸收态：吸收态：K+ 作作 用：用： 酶的活化剂酶的活化剂 影响物质运输影响物质运输 调节水分代谢（促进气孔张开，控制蒸腾）

5、调节水分代谢（促进气孔张开，控制蒸腾） 提高抗性（增加原生质水合度，提高保水力）提高抗性（增加原生质水合度，提高保水力） 能量代谢（参与光合磷酸化和氧化磷酸化）能量代谢（参与光合磷酸化和氧化磷酸化） 过过 多：多： 果实出现灼伤病、苦陷病果实出现灼伤病、苦陷病 - K 吸收态：吸收态： Ca + 某些酶的活化某些酶的活化 剂剂 Ca + + 钙调蛋白（钙调蛋白（CaM） Ca + CaM 作作 用：用： 解毒解毒 细胞结构组分细胞结构组分 P + 植酸植酸 + Ca + Mg 植酸钙镁植酸钙镁 参与氧化磷酸化（作为参与氧化磷酸化（作为H+的对应离子）的对应离子） 提高植物适应干旱和干热的能力（

6、降低原生质的水合度）提高植物适应干旱和干热的能力（降低原生质的水合度） 发现：发现： 1970年，年，Chenng 最先发现是在牛脑中，而后在心脏中得到。最先发现是在牛脑中，而后在心脏中得到。 1978年年Anderson等首先证实植物细胞中存在钙调蛋白。等首先证实植物细胞中存在钙调蛋白。 ： 胞外信号胞外信号 质膜质膜 Ca通道打开通道打开 Ca进入进入 4 Ca + + CaMCaM Ca +Ca + Ca +Ca + + E CaM Ca +Ca + Ca + Ca + E 生理效应生理效应 Pr Pf r 10-6 MCa 10-6 M CaMCaM CaM CaM E CaM CaM

7、 E 光光 - Ca - N CK 吸收态：吸收态：Mg + 腺苷腺苷OPO P - O P - OH OH O O O OO Mg N E Pr 作作 用：用： 缺缺 素素 症：脉间缺绿症：脉间缺绿 发病部位：老叶（易转移）发病部位：老叶（易转移） 与光合作用有关与光合作用有关 （叶绿素组成、促光合磷酸化、（叶绿素组成、促光合磷酸化、RUBP羧化酶）羧化酶） 某些酶的活化剂，或组分某些酶的活化剂，或组分 （转移磷酸基的酶类，如（转移磷酸基的酶类，如ATP酶）酶） 植酸钙镁植酸钙镁 Mg Mg -Fe -Fe CK -Fe -Fe CK CK -Mn CK -B 吸收态：吸收态：Mn2+ 作作

8、 用：用： 酶的活化剂酶的活化剂 参与光合作用（水的光解）参与光合作用（水的光解） 维持叶绿体结构维持叶绿体结构 缺素症：脉间失绿，有坏死斑点。缺素症：脉间失绿，有坏死斑点。 根系不发达，结实少。根系不发达，结实少。 发病部位：幼叶（不易转移）发病部位：幼叶（不易转移） 吸收态：吸收态：H3 BO 3 抑制酚酸抑制酚酸（咖啡酸、绿原酸等）（咖啡酸、绿原酸等）形成形成，保护根尖、茎保护根尖、茎 尖不受伤害尖不受伤害。 作作 用：用：影响生殖 影响生殖（促进花粉萌发、花粉管伸长）（促进花粉萌发、花粉管伸长） 促进糖的运输促进糖的运输： B糖复合物糖复合物 - 影响蛋白质的合成影响蛋白质的合成（B

9、U合成合成 RNA 蛋白质蛋白质 ） 影响激素合成影响激素合成 （缺（缺B，CTK合成受阻；合成受阻；IAA积累）积累） 缺素症：花而不实；生长点坏死。缺素症：花而不实；生长点坏死。 发病部位：幼嫩器官（不易转移）发病部位：幼嫩器官（不易转移） CK -Mn 吸收态：吸收态：Zn2+ 作作 用：用：IAA生物合成（色氨酸合成酶的组分）生物合成（色氨酸合成酶的组分） 碳酸苷酶的组分碳酸苷酶的组分 某些酶的活化剂（某些酶的活化剂（羧肽酶、脱氢酶、激酶羧肽酶、脱氢酶、激酶） 缺缺 素素 症：症：叶片小，植株生长受阻；阔叶作物脉间失绿叶片小，植株生长受阻；阔叶作物脉间失绿。 发病部位：老叶（易转移）发

10、病部位：老叶（易转移） CK CK -Zn -Zn 吸收态吸收态：Cl - 作作 用：用： 光合作用（水的光解）光合作用（水的光解） 电位平衡（光合磷酸化）电位平衡（光合磷酸化） 参与气孔运动（参与气孔运动（Cl - 、K+） 缺素症：生长缓慢，叶片小，易萎蔫。缺素症：生长缓慢，叶片小，易萎蔫。 作作 用：用： 吸收态：吸收态：Mo+ 固氮酶组分固氮酶组分 硝酸还原酶成分硝酸还原酶成分 参与氮代谢参与氮代谢 缺素症：脉间失绿，叶片小缺素症：脉间失绿，叶片小 发病部位：幼叶（不易转移）发病部位：幼叶（不易转移） 吸收态：吸收态：Cu + 作作 用：用： 某些酶的成分某些酶的成分（抗坏血酸氧化酶、

11、多酚氧化酶）（抗坏血酸氧化酶、多酚氧化酶） 光合电子传递体系成员（质体兰素）光合电子传递体系成员（质体兰素） 超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）的组分：的组分： （消除超氧自由基的伤害）消除超氧自由基的伤害） 缺素症：脉间失绿，缺素症：脉间失绿， 叶片叶片 坏死坏死 发病部位：幼叶（不转移）发病部位：幼叶（不转移） 光合电子传递体系成员（质体兰素）光合电子传递体系成员（质体兰素） 超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）的组分：的组分： （消除超氧自由基的伤害）消除超氧自由基的伤害） 缺素症：脉间失绿，缺素症：脉间失绿， 叶片叶片 坏死坏死 发病部位：幼叶（不转移）发病部位：幼叶（不转移

12、） Cu -Mo CK -N -P -K -Ca CK -N -P -Ca 一、植一、植 物物 细细 胞胞 对对 矿矿 质质 元元 素素 的的 吸吸 收收 简单扩散简单扩散 杜南平衡杜南平衡 载体学说载体学说 离子泵学说离子泵学说 正负离子平衡学说正负离子平衡学说 离子通道学说离子通道学说 R M Pi M R M R P i P i ATP ADP 膜膜外外 细胞质细胞质 内内 磷酸酯酶磷酸酯酶 磷酸激酶磷酸激酶 证明载体存在的依据证明载体存在的依据： 饱和效应；离子竞争饱和效应；离子竞争 缬氨霉素缬氨霉素（环状多肽）（环状多肽） 人工合成的载离子体人工合成的载离子体 ATPE 阴离子载体阴

13、离子载体 ATP ADP - + Pi H+ ADP- + H2O ADP + OH- OH - 阴离阴离 子子 P H Pmf 胞内胞内胞外胞外 阴离阴离 子子 K+ K+ 植物体内阴阳离子的总量存在平衡，即植物体内阴阳离子的总量存在平衡，即C CA A平衡平衡 C C K K+ +、NaNa+ +、 Mg Mg+ +、CaCa2+ 2+ 等（总量） 等（总量） A AClCl- -、 、 NO NO 3 3 - -、 H H2 2POPO4 - 4 -、 、 SO SO4 4 2- 2- 等（总量 等（总量) ) 因代谢使某些离子被同化或利用，因代谢使某些离子被同化或利用，C CA A平衡

14、被破坏，平衡被破坏， 同时某些羧酸量变化，建立新的同时某些羧酸量变化，建立新的C CA A平衡。平衡。 例如，例如，NONO3- 3-的还原。通过 的还原。通过MALMAL的合成、分解、运的合成、分解、运 输，控制输，控制 K K+ + 和 和NONO3- 3-的吸收与迁移。 的吸收与迁移。 由多亚基组合的蛋白，即通道蛋白，可通过构象由多亚基组合的蛋白，即通道蛋白，可通过构象 变化产生跨膜通道。通道的孔径大小制约进出离子的种类变化产生跨膜通道。通道的孔径大小制约进出离子的种类 于速度，使离子有选择性地作跨膜运转，并且呈现饱和效于速度，使离子有选择性地作跨膜运转，并且呈现饱和效 应。运转离子所需

15、能量来自质子泵应。运转离子所需能量来自质子泵ATPATP酶，产生酶，产生PmfPmf。所所 以离子通道学说和离子载体学说共同用于解释离子跨膜运以离子通道学说和离子载体学说共同用于解释离子跨膜运 转的主动吸收机理。转的主动吸收机理。 类型：类型： 受膜电势调控受膜电势调控 受外部因素调控：光照、激素等受外部因素调控：光照、激素等 被吸收的物质吸附于质膜上，质膜下陷将物质被吸收的物质吸附于质膜上，质膜下陷将物质 包裹于细胞内。包裹于细胞内。 V V V V ERER C 导导 管管 表皮表皮 皮层皮层 内皮层内皮层木薄壁细胞木薄壁细胞 凯氏带凯氏带 （1）根系吸盐的区域性）根系吸盐的区域性 （2）

16、吸盐与吸水的相对性）吸盐与吸水的相对性 （3）吸盐的选择性）吸盐的选择性 （4）单盐毒害与离子拮抗）单盐毒害与离子拮抗 平衡溶液平衡溶液 生理中性盐生理中性盐 根对溶液中矿质元素的吸收根对溶液中矿质元素的吸收 根对吸附在根对吸附在土壤胶体上离子的吸收土壤胶体上离子的吸收 根对难溶于水的矿质元素的吸收根对难溶于水的矿质元素的吸收 （2）土壤通气状况）土壤通气状况 （1）土壤温度状况）土壤温度状况 （3）土壤）土壤PH状况状况 （4）土壤离子相互作用）土壤离子相互作用 （5）土壤溶液浓度状况）土壤溶液浓度状况 （6）土壤有毒物质）土壤有毒物质 根外追肥应注意根外追肥应注意 根外追肥的优点根外追肥的优点 根外营养根外营养 根外追肥根外追肥 矿质元素的运输形式矿质元素的运输形式(离子、小分子有机物离子、小分子有机物) 矿质元素的矿质元素的运输途径运输途径 矿质元素在植物体内的分配与再分配矿质元素在植物体内的分配与再分配 S1 S3 S2 A B S6 S5 木质部木质部 蜡纸蜡纸 树皮树皮 42K 处理处理 I S4 处理处理 II NO2- NO2 - NH 3 根根 硝酸还原酶硝酸还原酶亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶 + 2 e + 6 e- 3+ 3+ 5 细胞质细胞质叶（叶绿体）叶（叶绿体） (1) 还原氨基化过程：还原氨基化过程： (2) 谷酰胺合