02植物学第二单元

1、? ? 了解植物必需的矿质元素及其主要生理生化作了解植物必需的矿质元素及其主要生理生化作用；用； 掌握植物细胞和根系对矿质元素吸收特点及影掌握植物细胞和根系对矿质元素吸收特点及影响因素；响因素； 了解植物氮代谢的过程及硝酸盐还原过程的特了解植物氮代谢的过程及硝酸盐还原过程的特点；点； 了解矿物质在植物体内运输特点；了解矿物质在植物体内运输特点； 弄清作物合理施肥的生理基础。弄清作物合理施肥的生理基础。第一节第一节 植物必需的矿质元素植物必需的矿质元素1 1 植物体内的元素与类别植物体内的元素与类别1.1 1.1 矿质元素与非矿质元素矿质元素与非矿质元素1 1）：将植物烘干并充分燃烧后，余下一将

2、植物烘干并充分燃烧后，余下一些不能挥发的残烬称为灰分，而以氧化物形式存些不能挥发的残烬称为灰分，而以氧化物形式存在于灰分中的元素称为在于灰分中的元素称为或或。2 2）：燃烧时以气态形式散失到空气中燃烧时以气态形式散失到空气中的元素，如的元素，如C C、H H、OO、NN、S S等）。等）。 1） 必需元素的判别准则必需元素的判别准则A）缺乏该元素植物生长发育发生障碍不能完成生活史；缺乏该元素植物生长发育发生障碍不能完成生活史；B）除去该元素则表现专一的缺乏症，而且这种缺乏症是除去该元素则表现专一的缺乏症，而且这种缺乏症是可以预防和恢复的；可以预防和恢复的；C）该元素在植物营养生理上应表现直接的

3、效果而不是间该元素在植物营养生理上应表现直接的效果而不是间接的。接的。 借助借助溶液培养法溶液培养法矿质矿质和和砂基培养法砂基培养法，已证明已证明K、Ca、Mg、S、P、N、Si、Cl、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Ni、Na及及C、H、O共共19种元素为多数植物必需。种元素为多数植物必需。A A）大量元素大量元素：在植物体内含量较多，占植物体干在植物体内含量较多，占植物体干重达万分之一以上的元素。包括重达万分之一以上的元素。包括C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Si等等10种元素。种元素。 B B）微量元素微量元素：植物体内含量甚微，稍多即会发生：植物体内含量甚微，稍多即会发生毒害

4、的元素包括：毒害的元素包括：Cl、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Ni、Na等等9种元素。种元素。C.有益元素：某种元素并非植物必需的，但常在植物体内存在，对植物生长发育生理功能表现有利作用，并能部分代替某一必需元素的作用，减缓缺素症的元素。如Ni(也有的将其视为必需元素)，Na，Si，Co，Se，稀土元素等。2 必需矿质元素的主要生理生化作用必需矿质元素的主要生理生化作用 A A）是细胞结构物质的组成成分。是细胞结构物质的组成成分。如：如：磷磷存在于磷脂、存在于磷脂、核酸和核蛋白中，后三者都是细胞质和细胞核的组成成核酸和核蛋白中，后三者都是细胞质和细胞核的组成成分；另外，分；另外，钙钙是细

5、胞壁的重要元素。是细胞壁的重要元素。 B B）是植物生命活动的调节者，参与酶的活动。是植物生命活动的调节者，参与酶的活动。如：如：钾钾是是40多种酶的辅助因子，还可促进糖类的合成和运输；多种酶的辅助因子，还可促进糖类的合成和运输；另外，另外，镁镁是光合作用过程关键酶的激活剂。是光合作用过程关键酶的激活剂。 C C）起电化学作用，即离子浓度的平衡、胶体的稳定和起电化学作用，即离子浓度的平衡、胶体的稳定和电荷中和等。电荷中和等。如：如：铁铁在呼吸、光合和氮代谢等方面的氧在呼吸、光合和氮代谢等方面的氧化还原过程中起着重要作用。化还原过程中起着重要作用。3 作物缺素症状作物缺素症状2） NN元素的主要

6、生理作用？元素的主要生理作用？ 请看图片：请看图片： NN元素为何被称为元素为何被称为？ A A）N N是建造植物体的结构物质和调节物质。是建造植物体的结构物质和调节物质。如：核酸如：核酸（DNA、RNA）、）、蛋白质（包括酶）、磷脂、叶绿素、蛋白质（包括酶）、磷脂、叶绿素、光敏色素、维生素光敏色素、维生素B、IAA、CTK、生物碱等都含有生物碱等都含有N，这些这些物质有些是生物膜、细胞质、细胞核的结构物质，物质有些是生物膜、细胞质、细胞核的结构物质，有些是调节生命活动的生理活性物质。有些是调节生命活动的生理活性物质。 B B）N为植物体进行能量代谢、物质代谢及各种生理活为植物体进行能量代谢、

7、物质代谢及各种生理活动所必需。动所必需。例如，例如，N是参与物质和能量代谢的是参与物质和能量代谢的ADP、ATP、CoA、CoQ、FAD、FMN、NAD+、NADP+等物等物质的组分。质的组分。 4作物缺素症诊断作物缺素症诊断诊断诊断植物缺乏矿质元素的病征检索表病征缺乏元素A、老叶病征B、病征常遍布整株，基部叶片干焦和死亡C、植物浅绿，基部叶片黄色，干燥时呈褐色，茎部而细氮C、植株深绿，常呈红或紫色，基部叶片黄色，干燥时暗绿，茎短而细磷B、病征常限于局部，基部叶片不干焦但杂色或缺绿，叶缘杯状卷起或卷皱C、叶杂色或缺绿，有时呈红色，有坏死斑点，茎细镁C、叶杂色或缺绿，在叶脉间或叶尖和叶缘有坏死小

8、斑点，茎细钾C、坏死斑点大而普遍出现于叶脉间，最后出现于叶脉，叶厚，茎短锌A、嫩叶病征B、顶芽死亡，嫩叶变形和坏死C、嫩叶初呈钩状，后从叶尖和叶缘向内死亡钙C、嫩叶基部浅绿，从叶基起枯死，叶捻曲硼B、顶芽仍活但缺绿或萎蔫，无坏死斑点C、嫩叶萎蔫，无失绿，茎尖弱铜C、嫩叶不萎蔫，有失绿D、坏死斑点小，叶脉仍绿锰D、无坏死斑点E、叶脉仍绿铁E、叶脉失绿硫第二节第二节 植物细胞对矿质元素的吸收植物细胞对矿质元素的吸收细胞壁细胞膜细胞质胞基质原生质体细胞骨架细胞器细胞核液泡1.生物膜生物膜1.1、植物细胞的结构共质体：植物体活细胞的原生质体通过胞间连丝形成的连续整体。质外体：原生质以外的胞间层、细胞壁

9、、胞间隙及导管空腔。细胞壁（植物凝激素，伸展蛋白）植物细胞之间通过胞间连丝相互联系。1.2、细胞的化学成分、细胞的化学成分 水：75-85% 蛋白质（protein）：10-20% 核酸（nucleicacid）:1% 脂类(fat)：2%，有真脂、磷脂和糖脂1.3、细胞的膜 细胞膜又叫生物膜，是指构成细胞的所有膜的总称。 质膜：细胞质外的一层膜 内膜：又叫内膜系统，指在质膜内构成各种细胞器的膜，主要指核膜、内质网膜、高尔基体膜及各种细胞质的囊泡膜等，而叶绿体、线粒体的膜不属于内膜系统。(1)、膜的化学成分 蛋白质（protein）：60-75% 脂类(fat)：25-40% 糖类：5%(2)

10、、膜的结构 “单位膜”假说；生物膜结构的基本特点是：膜一般是由磷脂双分子层（phospholipidbilayer）和镶嵌的蛋白质组成。磷脂分子的亲水性头部位于膜的表面，疏水性尾部在膜的内部。类似于夹心饼干。 “膜的流动镶嵌模式膜的流动镶嵌模式”假说假说（Singer.1972） 1972年S.Singer和G.Nicolson提出流动镶嵌模型（fluidmosaicmodel）: 构成生物膜的主要成分是P脂，P脂呈双分子排列；参与膜组成的蛋白质并不是固定的，有的处于膜表面紧挨在类脂双分子层中，有的局部插入类脂双分子层中；类脂有一定的流动性，流动性取决于脂肪酸的不饱和程度，不饱和程度愈大，流动

11、性愈强。 该假设认为，膜蛋白都是具有一定机能的生理活性蛋白，有的是有催化作用的酶蛋白，有的专管携带物质进出膜的“通透酶”，有的则是载体蛋白，以及物质与信号传递有关的活性蛋白等。 生物膜的结构与特性生物膜的结构与特性2 2 植物细胞吸收溶质的方式植物细胞吸收溶质的方式方式方式 被动吸收主动吸收2.1被动吸收：概念被动吸收指由于扩散作用或其他物理过程而进行的吸收，是不消耗代谢能量的吸收过程，亦称非代谢吸收。类型扩散作用:分了或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象。 协助扩散：小分了物质经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨膜的转运。1).扩散作用: 杜南平衡：细胞内的可扩散负离子和正离子浓度的乘积

12、等于细胞外可扩散正、负离子浓度乘积时的平衡，叫杜南(道南)平衡。Na1+Cl1-Na0+Cl0-。 2).协助扩散：离子通道膜转运蛋白可分为两大类载体离子通道载体2.2主动吸收：概念：主动吸收是指细胞利用呼吸释放的能量作功而逆着电化学势梯度吸收离子的过程。ATP酶类型共转运 1).ATP酶和载体单向载体运输单向载体运输.swf.swf、同、反向载体同、反向载体运输运输.swf.swf 离子泵运输（质子泵和钙泵）离子泵运输（质子泵和钙泵） 胞饮作用胞饮作用：物质吸附在质膜上，然后通物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折而转移到细胞内的获取物质的过膜的内折而转移到细胞内的获取物质的过程。过程。第三节第

13、三节 植物对矿质元素的吸收植物对矿质元素的吸收1 1 植物吸收矿质元素的特点植物吸收矿质元素的特点 1 1）对水分和盐分的相对吸收；）对水分和盐分的相对吸收； 2 2）选择性吸收）选择性吸收 生理酸性盐：对于(NH4)2SO4一类盐，根对NH吸收多于和快于SO42-，故溶液中留存许多SO42-，导致溶液变酸，这种盐类叫生理酸性盐。 生理碱性盐：对于NaNO3一类盐，植物吸收NO3-较Na+多而快，这种选择吸收的结果使溶液变碱，故称这类盐为生理碱性盐。 生理中性盐：对于NH4NO3-一类的盐，植物吸收其阴离子与阳离子的量几乎相等，不改变周围介质的pH值，故称这类盐为生理中性盐。 3 3）单盐毒害

14、和离子对抗。）单盐毒害和离子对抗。 单盐毒害溶液中只有一种金属离子对植物起毒害作用的现象 离子拮抗在发生单盐毒害的溶液中加入少量其他金属离子，即能减弱或消除这种单盐毒害，离子间的这种作用称为离子颉颃，也称离子对抗或离子拮抗4)平衡溶液 在含有适当比例的多种盐溶液中，各种离子的毒害作用被消除，植物可以正常生长发育，这种溶液称为平衡溶液 。 2 2 根部对溶液中矿质元素的吸收过程根部对溶液中矿质元素的吸收过程 1 1）离子吸附在根部细胞表面；）离子吸附在根部细胞表面； 2 2）离子进入根部内部。）离子进入根部内部。3 3 影响根部吸收矿物质的因素影响根部吸收矿物质的因素1 1）：过低、过高都不利过

15、低、过高都不利。如温度过低，代谢弱，能。如温度过低，代谢弱，能量不足，主动吸收慢；胞质粘性增大，离子进入困难。量不足，主动吸收慢；胞质粘性增大，离子进入困难。其中以对钾和硅的吸收影响最大。其中以对钾和硅的吸收影响最大。：影响呼吸作用影响呼吸作用 根的呼吸作用根的呼吸作用。：过低、过高都不利过低、过高都不利。一般作物生育最适的一般作物生育最适的pH值是值是6-7。在土壤溶液碱性的反。在土壤溶液碱性的反应加强时，应加强时，Fe、Ca、Mg、Zn呈不溶解状态，能被植物利用的量极呈不溶解状态，能被植物利用的量极少。在酸性环境中少。在酸性环境中P、K、Ca、Mg等溶解，但植物来不及吸收易被等溶解，但植物

16、来不及吸收易被雨水淋失，易缺乏。而雨水淋失，易缺乏。而Fe、Al、Mn的溶解度加大，植物受害。的溶解度加大，植物受害。4 4 根外营养根外营养4.1 4.1 植物根外营养的吸收特点植物根外营养的吸收特点 A A）根外营养的主要器官为叶片根外营养的主要器官为叶片，故又称为故又称为叶片营养叶片营养； B B）营养物质可经气孔或角质层进入叶内，营养物质可经气孔或角质层进入叶内，并经胞壁中的并经胞壁中的外连丝外连丝抵达质膜，再进入细抵达质膜，再进入细胞，最后到达叶脉韧皮部。胞，最后到达叶脉韧皮部。 是叶片表皮细胞通道，它从角质层的内是叶片表皮细胞通道，它从角质层的内侧延伸到表皮细胞的质膜。侧延伸到表皮

17、细胞的质膜。 4.2 4.2 根外施肥的优点根外施肥的优点 5 植物氮代谢植物氮代谢5.1 5.1 植物的硝酸盐还原植物的硝酸盐还原 2) 2) 植物硝酸盐还原的主要特点植物硝酸盐还原的主要特点A A）发生反应的细胞器（发生反应的细胞器（硝酸还原在细胞质；硝酸还原在细胞质；亚硝酸还原在叶绿体亚硝酸还原在叶绿体）；B B）参与反应的酶种类及其性质；参与反应的酶种类及其性质； 诱导酶诱导酶：又称：又称适应酶适应酶，指植物体内本来指植物体内本来不含有，但在特定外来物质的诱导下可不含有，但在特定外来物质的诱导下可以生成的酶。如硝酸还原酶可为以生成的酶。如硝酸还原酶可为NONO3 3- -所所诱导。诱导

18、。C C）与光合作用的关系与光合作用的关系。 5.2.2 植物的氨同化植物的氨同化 1）还原氨基化还原氨基化：氨与：氨与-酮酸结合生成相应氨基酸；酮酸结合生成相应氨基酸；2）氨基交换作用氨基交换作用：一种氨基酸的氨基转到一种酮一种氨基酸的氨基转到一种酮酸上形成另一种氨基酸和酮酸；酸上形成另一种氨基酸和酮酸；3）氨甲酰磷酸化氨甲酰磷酸化：氨与二氧化碳、：氨与二氧化碳、ATP结合形成结合形成氨甲酰磷酸；氨甲酰磷酸；4）酰胺化作用酰胺化作用：氨与氨基酸结合形成酰胺。：氨与氨基酸结合形成酰胺。 5.2.2 植物氨同化的生理意义植物氨同化的生理意义解除氨毒；解除氨毒；形成新的物质（如形成新的物质（如氨基

19、酸氨基酸等）；等）；酰胺化得到的谷氨酰胺和天冬酰胺在植物酰胺化得到的谷氨酰胺和天冬酰胺在植物体内氨不足时可释放出氨。体内氨不足时可释放出氨。第五节第五节 矿物质在植物体内的运输矿物质在植物体内的运输1 矿物质运输的形式、途径和速度矿物质运输的形式、途径和速度1.1 矿物质运输的形式矿物质运输的形式金属离子：金属离子：以离子状态运输以离子状态运输 （P：主要以正磷酸根离子向上运输主要以正磷酸根离子向上运输）（N：主要以氨基酸和酰胺形式向上运输，少量以主要以氨基酸和酰胺形式向上运输，少量以硝酸根离子运输硝酸根离子运输）（S：主要以硫酸根离子向上运输主要以硫酸根离子向上运输） 1.2 矿物质运输的途

20、径矿物质运输的途径根部吸收的矿质元素主要通过韧皮部向上根部吸收的矿质元素主要通过韧皮部向上运输；运输；叶片吸收的矿质元素的上行和下行运输都叶片吸收的矿质元素的上行和下行运输都以韧皮部为主；木质部中的矿质元素可横以韧皮部为主；木质部中的矿质元素可横向运输到韧皮部，韧皮部中的矿质元素也向运输到韧皮部，韧皮部中的矿质元素也可横向运输到木质部。可横向运输到木质部。2 矿物质在植物体内的分布矿物质在植物体内的分布以离子或不稳定化合物形式存在，可转移以离子或不稳定化合物形式存在，可转移至其他部位循环利用，如至其他部位循环利用，如N、P、Mg、K、Zn等，其中以等，其中以 、 最为典型。当植物缺乏这类元最为

21、典型。当植物缺乏这类元素时，它们就从衰老组织转移到新生的幼嫩部素时，它们就从衰老组织转移到新生的幼嫩部位，从代谢水平低的部位转移到代谢旺盛部位，位，从代谢水平低的部位转移到代谢旺盛部位，所以衰老的叶片出现相应的缺素症。所以衰老的叶片出现相应的缺素症。以难溶解的稳定化合物形式存在，难以难溶解的稳定化合物形式存在，难以循环利用，如以循环利用，如，其中以其中以最为典型。这些元素在老最为典型。这些元素在老叶中的含量高于幼叶中的含量，缺乏这些叶中的含量高于幼叶中的含量，缺乏这些元素，幼叶或新生组织会表现出相应的缺元素，幼叶或新生组织会表现出相应的缺素症。素症。第六节第六节 作物合理施肥的生理基础作物合理施肥的生理基础不同作物或同一作物不同时期需肥量不同不同作