第二节 植物营养

1、植物营养的基本原理介绍肥料的基本知识第一章 植物营养第一节 植物的营养成分一. 植物的组成二. 必需元素的概念、种类、 分类、含量三 影响养分含量的因素四 必需元素的来源五 必需元素的功能六 有益元素七 必需营养元素间的关系一、植物的组成水分：75-95%干物质：5-25%干物质由有机质（95%）和矿物质（5%）组成。灰分：干物质中的矿物质。灰分元素：植物的灰分中所含的矿质元素。植物体内灰分元素种类 70多种元素并非全是植物必需的， 所含元素种类和数量受环境条件及施肥措施影响。 植物对其生长所需矿质元素，具有有限的选择吸收能力，它们也吸收那些不是生长所需，甚至可能有毒的元素。 植物体内某种元素

2、的有无及其含量高低，均不能作为其必需性的标准。 二、植物必需营养元素的概念确定必需营养元素的三条标准*直接性：这种元素是直接参与植物的新陈代谢对植物起直接的营养作用，而不是改善环境的间接作用。不可替代性：缺少这种元素后，植物会出 现 特有的症状，而其它元素均不能代替其作用只有补充这种元素后症状才会减轻或消失。必要性：缺少这种元素植物就不能完成其生命周期。 三. 必需元素的种类目前 国内外公认的高等植物所必需的营养元素有17种。它们是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、钼、氯、镍。MnBFeSNCOHCaKPCuClZnMgMoNi必需营养元素确定的年份元 素 年 份 发 现

3、 人 C 1800 Senebier &Saussure N 1804 Saussure P,K,Mg,S,Ca 1838 Sprengel Fe 1844 Cris Mn 1922 McHargue B 1923 Warington Zn 1926 Sommer & Lipman Cu 1931 Lipman & Mackinney Mo 1939 Arnon & Stout Cl 1954 Broyer溶液培养或砂培试验与化学药品纯化和测定方法的发展有着密切关系。高等植物中微量元素必需性的发现和平均含量随着化学药品的纯化技不断术改进，一些新的必需矿质营养元素可能被发现。元素干组织含量/%发

4、现年份Fe0.011860Mn0.0051922B0.0021923Zn0.0021926Cu0.00061931Mo0.000011938Cl0.011954四. 必需元素的分类 大量元素：C、H、O、N、P、K、 中量元素：Ca、Mg、S、 微量元素：Fe、Cl、B、Mn、Cu、Zn、 Mo、Ni通常，前两者也合称大量元素必需元素类别划分标准大量元素： 大于0.1%微量元素： 小于0.1中量元素： 介于二者间五. 必需元素的含量元素 含量 元素 含量Mo 0.1 mg/kg P 0.2%Cu 6 mg/kg Mg 0.2%Zn 20 mg/kg Ca 0.5%B 20 mg/kg K 1.

5、0%Mn 50 mg/kg N 1.5%Fe 100 mg/kg H 6%Cl 100 mg/kg C 45%S 0.1% O 45%正常生长植株的干物质中营养元素的平均含量元素 符号 mol/克（干重 ） mg/kg %Mo 0.001 0.1 -Cu 0.1 0.6 -Zn 0.30 20 - Mn 1.0 50 -Fe 2.0 100 -B 2.0 20 -Cl 3.0 100 -S 3.0 - 0.1P 60 - 0.2Mg 80 - 0.2Ca 125 - 0.5K 250 - 1.0N 1000 - 1.5O 30000 - 45C 40000 - 45H 60000 - 6钼铜锌

6、锰铁硼氯硫磷镁钙钾氮氧碳氢六. 影响养分含量的因素 植物种类 生育阶段 丰缺程度 环境因子七. 必需元素的来源 大气： C、O 水： H、O 土壤： N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Cl、Mn、B、Zn、Cu、Mo 碳和氧来自空气中的二氧化碳，氢和氧来自水，其它的必需营养元素几乎全部是来自土壤。由此可见，土壤不仅是植物生长的介质，而且也是植物 所需矿质养分的主要供给者。八. 必需元素的功能 K.Mengel和E.A.Kirkby把植物必需营养元素按其功能分为四组：植物有机体的主要组分：C、H、O、N、S；以无机阴离子或酸分子的形态被植物吸收与羟基化合物酯化：P. B渗透物质及酶活化：K、Ca

7、、Mg、Cl传递电子： Fe、Mn、Cu、Zn、Mo九. 有益元素1. 概念： 为少数植物所必需； 对大多数植物有益 非必需营养元素中一些特定的元素，对特定植物的生长发育有益，或为某些种类植物所必需，这些元素为有益元素。2. 种类： Si, Na, Co, Se, Al.对某些作物有用的有益养分钠（Na），以Na+形态吸收， 对某些作物可部分替代K，如甜菜硅（Si），以硅酸盐等形态吸收，可增强禾谷类作物茎秆的抗倒伏；钴（Co），主要是供豆科固氮；铝（Al），可能对某些植物如茶树有利。 十、必需营养元素之间的相互关系营养元素同等重要律和不可代替律： 植物必须营养元素在植物体内不论数量多少，每种营

8、养元素在植物体内都有自己的生理功能，具有同等重要性和不可替代性。缺锰胡萝卜为什么氮、磷、钾是肥料“三要素”作物必需的17种元素中，大部分可以从大气、水、土壤中获得，其中 氮、磷、钾显得尤为重要，在自然状态下常常不能满足作物生长需要;必须经常以施肥的形式加以补充，所以称为肥料“三要素”。NPK第二节 植物的根部营养植物根系从营养环境中吸收养分的过程叫做植物的根部营养。 植物的根部营养 KPN养分营养利用转移运输吸收Key:了解三个过程1. 矿质养分向根部迁移 2.根系对养分的吸收 3.根部吸收的养分在植物体内的运输 一. 根系对养分吸收的特点二. 根系吸收矿质养分的部位三. 植物根系吸收矿质养分

9、的形态四. 养分离子向根部迁移五. 植物对离子的吸收六. 根部吸收的养分在植物体内的运输七. 养分的重新分配八 影响养分吸收的因素营养液及玉米、蚕豆根汁液中离子浓度的变化外部浓度（mmol/L）根汁液中4天后*4天后浓度（mmol/L）离子初始浓度玉米蚕豆玉米蚕豆K+2.000.140.6716084Ca2+1.000.940.59 310Na2+0.320.510.580.6 6H2PO4-0.250.060.09 612NO3-2.000.130.07 3835SO42-0.670.610.81 14 6一. 根系对养分吸收的特点选择性累积性遗传性植物根系吸收的矿质养分主要是离子态的，其中

10、包括阳离子如NH 4+，K和阴离子 SO42-, NO3-二.植物根系吸收矿质养分的形态KNP营养元素植物可利用形态大量营养元素 CCO2OO2,H2OHH2ONNO3-,NH4+KK+CaCa2+MgMg2+PH2PO4-,HPO42-SSO42-微量营养元素ClCl-FeFe3+,Fe2+MnMn2+BBO33-,B4O72-ZnZn2+CuCu2+,Cu+MoMoO42-植物利用养分的形态根系是植物吸收养分和水分的重要器官，根系吸收养分的活跃部位主要在根尖幼嫩部分的某一特定区域，而并非整个根系。 三.根系吸收矿质养分的部位植物根系吸收矿质养分的部位吸收养分部位：根系根毛区。成熟区：细胞壁

11、出现角质和木栓质，细胞壁透性降低。根毛区：单位面积吸收量少，但面积大，不易积累，是吸收养分的主要部位。伸长区：易吸收养分，输导组织没有完全分化，养分积累多，不易运走分生区：对养分、水分透性差123土壤根地上部（1、截获 2、质流 3、扩散）四.养分离子向根部迁移 1. 截获植物不需要通过养分运输而依靠根系生长时从所接触的土壤中直接吸收养分的方式称为截获。2. 质流由于植物的蒸腾作用，使根际土壤水势下降，溶解在土壤溶液中的养分随土壤水分而迁移到根表的过程叫质流。3. 扩散扩散是指养分通过扩散作用而迁移到根表的过程。养分浓度差。三条途径：即截获，质流和扩散:三种方式在土壤中同时存在! NUTRIE

12、NT UPTAKE BY THE ROOT1、截获：通过根系与所接触的土壤而直接吸收养分的过程。影响因素： 土壤养分含量 根系面积（根系在土壤中的体积有限，一般小于10%，根系通过截获得到的养分较少）2、质流：土壤溶液中的养分随土壤水分而迁移到根表的过程。影响因素：蒸腾作用土壤溶液离子浓度3、扩散：养分通过扩散作用而迁移到根表的过程。影响因素：土壤养分浓度梯度 养分离子扩散系数 扩散系数受离子半径和电荷数影响养分每公顷9500kg玉米产量所需要的养分(kg/ha)供 应 量截流质流扩散N190215038P401237K195435156Ca40601500Mg45151000S221650根

13、截流、质流和扩散提供玉米养分的情况五、植物根系对养分的吸收 主动吸收被动吸收 三个特点：不需要消耗代谢能量没有选择性顺着浓度梯度或电化学势梯度吸收。根系对养分的被动吸收被动吸收（非代谢吸收）：溶质分子或离子无选择性地顺着浓度差梯度或电化学势梯度进入细胞的过程。方式：主要有离子交换和离子扩散。主动吸收的特点是：1。需要消耗代谢能，2。吸收的离子具有选择性，3。根系逆浓度梯度吸收养分。根系对养分的主动吸收主动吸收:指溶质分子或离子有选择性地逆浓差梯度或电化学梯度而进入细胞膜内的过程。主动吸收的机理载体假说载离子体假说离子泵学说：能量来源于ATP载体假说载体：离子通过脂膜的运输与细胞的代谢产物或某种

14、富含能量的物质有关，这种运输离子的物质称离子载体。学说要点：质膜上的载体是大分子；载体具有专一性、饱和性和竞争性；运载是逆着电化学势梯度运动的，且要消耗能量。载体的专一性：某一载体只能运输某种或某几种化学性质近似的离子。MembraneTransporter Channel Carrier PumpZeigerand Zeiger, Plant Physiology, 1998(Co-transporter)能较好地解释下面三个问题：离子的选择性吸收；离子通过质膜以及在质膜上的转移；离子吸收与代谢作用的密切关系。养分在运输方向有横向运输和纵向运输 横向运输:主要指养分由根表皮经皮层、内皮层到中

15、柱层（导管）的运输过程。质外体和共质体是根部横向运输水分和养分的重要通道,也称为短距离运输。纵向运输:是指离子在木质部或韧皮部内从根向地上部分或从地上部分向根系的运输,也称为长距离运输。 六. 根部吸收的养分在植物体内的运输 皮层中柱根表皮外皮层BA晚期后生木质部早期后生木质部凯氏带内皮层韧皮部根毛离子短距离运输的质外体（A）及共质体（B）示意图横向运输(短距离运输)质外体和共质体是根部横向运输水分和养分的重要通道。质外体：包括细胞壁、细胞间隙、木质部导管等非原生质部分组成的统一体。（非连续的）共质体：各个活细胞以胞间连丝相互连在一起的统一整体。（连续的）离子在质外体内的横向运输：主要靠自由扩

16、散和电渗透作用，细胞壁对阳离子的阻碍作用较大。（无需能量） 由于内皮层凯氏带的存在，质外体运输离子进入中柱之前必须进入共质体饶过凯氏带。（消耗能量）离子在共质体的横向运输：主要靠被动扩散或借助原生质流动及水流而运输。 离子由膜外进入共质体是主动运输； 离子在共质体内的移动通过层层脂膜时不需主动运输木质部与韧皮部养分运输与转移示意图P TX韧皮部韧皮部(P)转移细胞(T)木质部（X）纵向运输(长距离运输)离子在木质部的移动有两种方式： 离子的交换吸附 质流移动的动力： 蒸腾作用 根压 PLRCFBCRoot apexShoot apexSource leafTTCarbohydrates(pho

17、tosynthates)PLPhloem loadingPhloem-mobilemineral nutrients(including reduced N and S)Uptake of mineralnutrientsTTransfer cellRCRetrieval mecha-nismsRecycled mineralnutrientsFeedback control of mineral nutrientuptakeFBCShootRootA XylemPhloem韧皮部的运输 双向运输 消耗能量的主动运输七、养分的重新分配 植物体内的养分可以重新分配，称养分的再分配 .再利用程度强

18、的元素:指通过韧皮部而运转的离子，元素可由老叶向新叶转移，缺素症由老叶开始。N P K Mg Cl.再利用程度较差的元素:其缺素症，出现在幼叶上，现在完全展开的叶片或老叶片上。 S Zn Cu Mn Fe Mo .难于再利用的元素:主要在木质部由下往上随蒸腾液流而运输，出现在顶叶和新叶。Ca B八、影响养分吸收的因素 8.1影响养分吸收的外部因素-植物的营养特性植物营养的个性:不同植物或不同品种在不同的生育期所需要养分的差异(实质植物营养的基因型差异） 8.2植物营养的阶段性 1.作物的营养特点，随作物生育期而改变2.作物通过根系由土壤中吸收养分的整个时期，作物的营养期，作物在不同的生育阶段中对营养元素的种类、数量和比例有不同要求的这种特性就叫做作物营养的定期性或作物营养的阶段性3.作物吸收养分的规律是：生长初期吸收的数量、强度都较低，随着时间的推移，对营养物质的吸收逐渐增加，到成熟期，又趋于减少.作物营养两个关键时期:作物营养临界期和作物营养最大效率期 作物营养临界期:作物营养临界期是指某种养分缺少或过多，各种营养比失调时对作物生长发育影响最大的时期。 作物营养最大效率期:指某种养分能发挥其最大增产效率的时期。需求量和吸收量都很多的，作物生长最旺盛的时期，吸收养