第二章矿物质

1、重点与难点重点与难点 了解植物必需的矿质元素及其主要生理生化作用；了解植物必需的矿质元素及其主要生理生化作用； 掌握植物细胞和根系对矿质元素吸收特点及影响掌握植物细胞和根系对矿质元素吸收特点及影响 因素；因素； 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。 把2.27kg重柳树枝条栽种在土壤中，只浇水不施肥，5年后枝条重76.7kg，土壤减重0.14kg。增重？光合水分去向？蒸腾实验一证明植物从水中获得营养。 1699年，英国的伍德沃年，英国的伍德沃德用不同的水（雨水、河德用不同的水（雨水、河水、泉水、菜园土浸出液水、泉水、菜园土浸出液和下水管道水）培养薄荷和下水管道水）培养薄荷枝

2、条。枝条。证明植物从土壤中获得营养l菜园土浸出液中生长最好菜园土浸出液中生长最好实验二 1804年，瑞士的德索修尔发现种子在蒸馏水中萌发成苗后很快死亡，与种子相比，灰分数量没有变化。证明了灰分元素和N是必须元素实验三如果把植物的灰分加到蒸馏水中，再加上硝酸盐植物就可以生长。第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素 小部分小部分N 大部分硫大部分硫 全部的磷全部的磷 全部的金属元素全部的金属元素植物体植物体水分水分1095%干物质干物质590%C、H、O、N以以气体形式散失气体形式散失小部分的硫以小部分的硫以H2S和和SO2的形的形式散失式散失挥发部分挥发部分灰分元素灰分元素有机物有机物90%

3、无机物无机物10%燃烧燃烧将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，将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，以氧化物形式存在于灰分中的元素称为以氧化物形式存在于灰分中的元素称为或或。1判断植物必需的矿质元素的标准 a.不可缺少性：缺乏该元素时不能完成生活史。 b.不可替代性：植物缺乏时出现专一缺乏症，加入该元素逐渐转向正常。 c.直接功能性：直接参与植物的代谢作用，植物的营养功能是直接的，并不是通过影响土壤、微生物等的间接作用所致。二、植物必需的矿质元素2确定必需元素的方法a.a.溶液培养法溶液培养法: :溶液培养法亦称水培法溶液培养法亦称水培法, ,是在含有全部

4、是在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法；或部分营养元素的溶液中培养植物的方法；缺少某种元素，含有部分营养元素的培养液，称为缺缺少某种元素，含有部分营养元素的培养液，称为缺素培养液。素培养液。 b.b.砂基培养法砂基培养法: :是在洗净的石英砂或玻璃球等基质中加是在洗净的石英砂或玻璃球等基质中加入营养液来培养植物的方法。入营养液来培养植物的方法。几种营养液培养法几种营养液培养法A.水培法:使用不透明的容器(或以锡箔包裹容器),以防止光照及避免藻类的繁殖,并经常通气;B. 营养膜(nutrient film)法:营养液从容器a流进长着植株的浅槽b,未被吸收的营养液流进容器c,并经管d泵回

5、a。营养液pH和成分均可控制。C.气培法：根悬于营养液上方，营养液被搅起成雾状。3植物必需的矿质元素列表必需元素大量元素来自水和CO2：C、H、O来自土壤：N、K、Ca、Mg、P、S、Si微量元素：Cl、Fe、Mn、B、Na、Zn、 Cu、Ni、Mo植物对这些元素需要量相对较大。植物需要量极微，稍多即发生毒害作用。三三 必需矿质元素的生理生化作用必需矿质元素的生理生化作用 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：N、S、P等。等。 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

6、合成和多种酶的辅助因子，还可促进糖类的合成和运输。运输。 C C）起电化学作用及渗透调节，即离子浓度的平衡、起电化学作用及渗透调节，即离子浓度的平衡、电子传递和电荷中和等。电子传递和电荷中和等。 D D）做为信号转导的第二信使，如做为信号转导的第二信使，如CaCa2+2+。a 植物必需矿质元素N的生理作用利用形式： 无机态氮，即铵态氮和硝态氮;有机态氮，如尿素生理作用： 是蛋白质、核酸、磷脂和酶的主要成分 是某些植物激素、维生素的成分 还是叶绿素的成分，与光合作用有密切关系因此，氮在植物的生命活动中占有特殊作用，被称为生命元素当氮肥充分时，叶大而鲜艳，叶片功能期长，分蘖多，营养健壮，花多，产量

7、高。当缺氮时，植株矮小，叶小色淡或发黄、红，分蘖少，花少，籽粒不饱满，产量低。 主要的氮肥：尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、人粪尿等N、P、K 是植物需要量最大，且土壤易缺乏的元素，称“肥料三要素”。利用形式：H2PO4- 或HPO42- 吸收后转变为有机物质生理作用： 是核酸、核蛋白、磷脂的主要成分 是ATP和许多辅酶如NAD、NADP的成分 还参与了糖、脂肪和氨基酸的代谢；磷在促进分蘖、分枝及根系生长等方面有很大作用施磷肥可提高作物抗寒性、抗旱性，使植株生长发育良好缺磷时，影响细胞分裂，使分蘖分枝少，生长缓慢，植株矮小，叶片呈暗绿或紫红色，开花期和成熟期延迟，产量降低。b 植物必需矿质元素

8、P的生理作用利用形式： K+K+ （土壤中有KCI、K2SO4等）生理作用： 可作为60多种酶的活化剂 可促进呼吸进程及核酸和蛋白质的形成 影响糖类的合成和运输 还是构成细胞渗透势的重要成分 当钾肥充分时，茎杆坚韧，抗倒伏，种子饱满，增产显著;当缺钾时，茎杆柔弱，易倒伏，抗旱、抗寒性差，叶片失水，蛋白质和叶绿素破坏，叶色变黄而逐渐坏死N、P、K都是可移动元素，缺乏时老叶先出现症状。c 植物必需矿质元素K的生理作用利用形式：Ca2+ ,土壤中有CaCI2、CaSO4等生理作用： 1）维持膜结构的稳定性 2）信号物质：第二信使 3）中和有机酸：果实成熟时的酸味消失Ca是不易移动元素，缺乏时新叶先出

9、现症状。d 植物必需矿质元素Ca的生理作用利用形式： SO4- 进入植物体后大部分被还原成S生理作用： 是蛋白质氨基酸的组成成分，如Met和Cys 具有稳定蛋白质空间结构的作用 是辅酶A、维生素、硫氧还蛋白、铁硫蛋白的组分 可以调节植物体内的氧化还原反应缺硫时, 蛋白质含量显著减少, 叶色黄绿或发红, 植 株矮小. 缺硫情况在农业上遇到较少, 因为土壤中有足够的硫满足植物需要.e 植物必需矿质元素S S的生理作用一细胞膜的立体结构基本成分：蛋白质（外在蛋白和内在蛋白）、脂类和糖第二节植物细胞对矿质元素的吸收 二二 植物细胞吸收溶质的方式植物细胞吸收溶质的方式 扩散扩散 载体运输载体运输 离子泵

10、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1 扩散：溶质从浓度高的区域跨膜移向浓度低的区域的物理过程。扩散包括简单扩散和异化扩散简单扩散：O2、CO2等气体及其它脂溶性物质的过膜方式，从高浓度一侧向低浓度一侧的扩散，不消耗能量。易化扩散：又称协助扩散，指膜转运蛋白易让溶质顺浓度梯度或电化学梯度跨膜转运，不需要提 供能量。膜外膜内细胞膜溶质转运途径的示意图离子通道：是细胞中有通道蛋白构成的孔道，控制离子通过细胞。通道蛋白有所谓的阀门，阀门可开可关，当阀门打开时形成离子通道，让离子通过；当阀门关闭，通道不允许离子扩散。通道蛋白有感受器，感受刺激，改变蛋白的构象开闭阀门。2 离

11、子通道3 载体亦称转运体1.单向运输载体：能够催化分子或离子单方向地顺化学梯度跨质膜运输 。 2.同向运输器：指运输器与质膜外侧H+结合的同时，又与另一分子或离子结合，同一方向运输。3 逆向运输器：指运输器与质膜外侧H+结合的同时，又与质膜内侧的分子或离子结合， 两者朝相反的方向运输。同向运输逆向运输A离子B离子膜外膜内载体运输途径4 离子泵离子泵其实是质膜上的ATP酶，当少量的K、Na等阳离子进入质膜时，活化ATP酶，促进ATP酶水解，释放能量，将离子逆着化学势梯度进行跨膜运输。5 胞饮作用 胞饮作用是细胞通过膜的内折从外界直接摄取物质进入细胞的过程。第三节植物体对矿质元素的吸收一一 植物吸

12、收矿素的特点：植物吸收矿素的特点： 1 根系对矿质元素吸收和对水分吸收的相对性根系对矿质元素吸收和对水分吸收的相对性 2 根系对矿质元素吸收的选择性根系对矿质元素吸收的选择性, 3 单盐毒害和离子对抗单盐毒害和离子对抗 单盐毒害：当溶液中只有一种金属离子时对植物产生有害 作用的现象。 离子对抗：在发生单盐毒害的溶液中，加入少量其它金属 离子，即能减弱或消除这种毒害，离子之间的这种 作用就称为离子拮抗作用。植物对矿素的吸收主要是通过植物对矿素的吸收主要是通过根部根部, , 也可通过也可通过叶片叶片. .（一）离子通过交换吸附在根部细胞的表面； 1 根部对溶液中矿质元素吸收过程； 2 根部对被土粒

13、吸附着的矿素的吸收（二）离子进入根的内部；共质体途径和质外体途径（三）离子进入导管：a.被动扩散 b.主动运输二二 根系对矿质元素的吸收过程根系对矿质元素的吸收过程三、影响根部吸收矿质元素的条件2温度过高过高过低过低酶失活、膜透性增大酶失活、膜透性增大吸收下降吸收下降代谢慢、细胞粘性增大代谢慢、细胞粘性增大吸收下降吸收下降3通气状况增加有氧呼吸吸收加快ATP增加4溶液浓度一定范围内吸收加快增加增加浓度过大吸收受阻或烧苗5 5pH对土壤矿质元素有效性的影响：最适PH是6-71 土壤水分状况1根外营养，根外营养，又称叶片营养叶片营养(foliar nutrition): 植物地上部分也可吸收矿物质

14、，其主要器官是叶片，所以也称为叶片营养。 2叶片吸收矿素的途径叶片吸收矿素的途径: 气孔或角质层 叶内 表皮细胞的细胞壁 胞间连丝 表皮细胞的质膜 细胞内 叶脉韧皮部 四、植物地上部分对矿质元素的吸收 3 影响叶片吸收矿素的因素 叶片年龄 溶液在叶上的时间 风速、气温、大气湿度等 4 4 根外施肥的优点： a.因为后期根系吸肥力衰退，适合生育后期追肥。 b.易被土壤固定的矿质元素，可用此法。 C.补充微量元素，效果快，用量省。一、矿质元素运输的形式N：主要以氨基酸和酰胺形式运输，少数以NO3 P：主要以PO43形式运输，少数以有机磷S：主要以SO42形式运输，少数以蛋氨酸和谷胱甘肽形式运输金属

15、离子（K+、Na+）:以离子形式运输二、运输的途径 根部吸收的无机离子通过木质部向上运输，再横向运到韧皮部。 叶片吸收的离子沿韧皮部向上、向下运输，再横向运到木质部。第四节矿质元素在植物体内的运输和分布1参与循环的矿素：参与循环的矿素：如N、P、Mg等，多分布在代谢较旺盛的部分。参与循环的元素都可再利用。 可再利用元素：如果进入一个植株器官的矿质元素又可运输到其它组织和器官，这种元素就称为可再利用元素。 特点：优先分配给新组织，所以老叶先出现缺素症状三、矿质元素在体内的分布2不参与循环的矿素：如S、Ca、Fe、B等，多分布在茎和老叶中。不参与循环的元素都不可再利用。不可再利用元素：从根系进入植

16、株器官后，不能再次运输的元素。 特点：在老组织中积累，所以新叶先出现缺素症状三、矿质元素在体内的分布v大豆缺硫植株矮小大豆缺硫植株矮小, ,新叶均一失绿发白新叶均一失绿发白一、作物需肥规律1不同作物对矿质元素需求种类不同 如：禾谷类：前期施N肥，后期施P、K肥促粒 块根、块茎类：施K肥，促进地下糖分积累 叶菜类：施N肥，促叶肥大 豆科：少N，有固氮作用，多施P、K肥第五节合理施肥的生理基础2同一作物不同时期需肥不同 时期： 种子萌发苗期开花结实 成熟衰老 需肥量：不需肥 逐渐增多最多停止吸收3最高生产效率期（营养最大效率期）施肥的营养效果最好，增产最多的时期。二二 、合理施肥的指标、合理施肥的指标 形态指标形态指标 ：相貌 叶色 生理指标生理指标： 营养元素 测土配方施肥三三 、施肥增产的原因、施肥