课件-第二章 植物的矿质与氮素营养

1、第二章植物的矿质 与氮素营养 有收无收在于水 收多收少在于肥 第一节 植物必需的矿质元素一、植物体内的元素植物材料105 干物质水分灰分燃烧有机物(C、H、O、N氧化物硫酸盐磷酸盐硅酸盐灰分元素：构成灰分中各种氧化物和盐类的元素,它们直接或间接地来自土壤矿质,故又称为矿质元素。N不是矿质元素二、植物的必需元素essential element一植物必需元素的标准三条1不可缺少性。2不可替代性。3直接功能性。必需元素是指植物生长发育必不可少的元素。二、植物必需的矿质元素已确定植物必需的矿质(含氮)元素有13种， 加上碳、氢、氧共16种。1.大量元素(major element，macroelem

2、ent) 9种 氮、磷、钾、钙、镁、硫、碳、氢、氧 约占植物体干重的0.01%10%，2.微量元素(minor element, trace element) 7种 铁、铜、硼、锌、锰、钼、氯 约占植物体干重的10-5%10-2%。二确定必需矿质元素的方法1.溶液培养法(水培法)将植物的根系浸没在含有全部或局部营养元素的溶液中培养植物的方法。2.砂基培养法(砂培法)在洗净的石英砂或玻璃球等基质中参加营养液来培养植物的方法。溶液培养法(solution culture method)和砂基培养法(sand culture)搅拌器封盖营养液气雾室营养液气 栽 aeroponics法营 养 膜 (n

3、utrient film)法问题如何判断一种矿质元素是否是植物必需的矿质元素？请写出你的判断思路和方法。 在培养液中，除去某一元素，植物生长不良，并出现特有的病症，参加该元素后，病症消失,说明该元素为植物的必需元素。三必需元素在植物体内的生理功能及其缺素症1、细胞结构物质的组成成分2、生命活动的调节者,如酶的成分和酶的活化剂3、起电化学作用，如渗透调节、胶体稳定和电荷中和等 第一组作为碳水化合物的营养氮 Nitrogen(N) 生理功能： A.构成蛋白质的主要成分：1618；B.细胞质、细胞核和酶的组成成分C.其它：核酸、辅酶、叶绿素、激素、维生素、生物碱等氮在植物生命活动中占有首要的地位，故

4、又称为生命元素。缺氮病症：A.生长受抑植株矮小,分枝少,叶小而薄,花果少易脱落；B.黄化失绿枝叶变黄,叶片早衰甚至枯槁，老叶先发黄氮过多：A.植株徒长 叶大浓绿,柔软披散，茎柄长，茎高节间疏；B.机械组织不兴旺 植株体内含糖量相对缺乏,机械组织不兴旺,易倒伏和被病虫害侵害。 C.贪青迟熟，生育期延迟。玉米缺 N ：老叶发黄，新叶色淡，基部发红花色苷积累其中大麦缺 N ：老叶发黄，新叶色淡萝卜缺 N 老叶发黄正常缺氮吸收形式：SO42-作用：半胱氨酸、蛋氨酸、辅酶A、ATP等的组成成分硫 Sulfur(S)缺S：植株矮小，硫不易移动，幼叶先表现病症, 新叶均衡失绿，呈黄白色并易脱落。缺硫玉米新叶

5、失绿发黄油菜开花结实延迟磷 PhosphorusP 核酸、核蛋白和磷脂的主要成分。 AMP、ADP、ATP、UTP、 GTP等能量物质的成分，也是多种辅酶和辅基如NAD+、NADP+等的组成成分。第二组能量贮存和结构完整性的营养缺磷病症A.生长受抑植株瘦小,成熟延迟；B.叶片暗绿色或紫红色 糖运输受阻, 有利于花青素的形成。硼Boron (B)A. 硼能促进花粉萌发与花粉管伸长 花粉形成、花粉管萌发和受精有密切关系。B. 促进糖的运输 参与糖的运转与代谢, 硼与细胞壁的形成有关。缺硼病症 A.受精不良,籽粒减少 花药花丝萎缩,花粉母细胞不能向四分体分化。 油菜“花而不实、大麦、小麦“穗而不实

6、、“亮穗，棉花 “蕾而不花。小麦缺B“亮穗玉米缺B结实不良B.生长点停止生长 侧根侧芽大量发生,其后侧根侧芽的生长点又死亡,而形成簇生状。C.易感病害甜菜的心腐病、花椰菜的褐腐病、马铃薯的卷叶病、萝卜“黑心病和苹果的缩果病等都是缺硼所致。缺B棉叶有褐色坏死斑，叶柄有绿白相间的环纹缺B甜菜“心腐病钾Potassium (K)A.酶的活化剂 C.促进糖类的合成与运输缺钾病症A.茎杆柔弱 B.叶色变黄而逐渐坏死叶缘(双子叶)或叶尖(单子叶) 先失绿焦枯，有坏死斑点，形成杯状弯曲或皱缩。病症首先出现在下部老叶。第3组保存离子状态的营养钙Calcium(Ca)A.细胞壁等的组分 B.提高膜稳定性 D.一

7、些酶的活化剂 E.具有信使功能 Ca2+CaM复合体, 行使第二信使功能， 钙在植物体内主要分布在老叶或其它老组织中。缺钙病症A.幼叶淡绿色 继而叶尖出现典型的钩状,随后坏死。B.生长点坏死 钙是难移动，不易被重复利用的元素,故缺素病症首先表现在幼茎幼叶上，如大白菜缺钙时心叶呈褐色“干心病 ，蕃茄“脐腐病。 苹果苦痘病大白菜“干心病番茄“脐腐病苹果“水心病镁Magnesium (Mg) 缺镁病症叶片失绿 从下部叶片开始,往往是叶肉变黄而叶脉仍保持绿色。严重缺镁时可形成坏死斑块，引起叶片的早衰与脱落。油菜脉间失绿发红缺镁棉花葡萄网状脉 氯 Chlorine (Cl)A.参与光合作用 参加光合作用

8、中水的光解放氧缺氯病症: 缺氯时,叶片萎蔫,失绿坏死,最后变为褐色; 同时根系生长受阻、变粗，根尖变为棒状。番茄缺Cl 叶易失水萎蔫 锰Manganese (Mn)锰是光合放氧复合体的主要成员 如柠檬酸脱氢酶、草酰琥珀酸脱氢酶、柠檬酸合成酶等缺锰病症:叶脉间失绿褪色, 新叶脉间缺绿,有坏死小斑点(褐或黄)。 铁 Iron(Fe)A.多种酶的辅基 以价态的变化传递电子Fe3+e-=Fe2+ )，在呼吸和光合电子传递中起重要作用。B.合成叶绿素所必需C.参与氮代谢 硝酸及亚硝酸复原酶中含有铁，豆科根瘤菌中固氮酶的血红蛋白也含铁蛋白。 第4组参与氧化复原反响的营养缺铁病症不易重复利用，最明显的病症是

9、幼芽幼叶缺绿发黄,甚至变为黄白色。 在碱性土或石灰质土壤中,铁易形成不溶性的化合物而使植物缺铁。 锌Zinc (Zn)A.参与生长素的合成是色氨酸合成酶的成分 B.锌是多种酶的成分和活化剂是碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA)、 谷氨酸脱氢酶、RNA聚合酶及羧肽酶的组成成分,在氮代谢中也起一定作用。缺锌病症果树“小叶病 是缺锌的典型病症。如苹果、桃、梨等果树的叶片小而脆,且节间短丛生在一起,叶上还出现黄色斑点。北方果园在春季易出现此病。缺Zn柑桔小叶症伴脉间失绿 大田玉米有失绿条块 铜Copper (Cu) A.一些酶的成分 多酚氧化酶、抗坏血酸、SOD、漆酶的成分,在呼吸的

10、氧化复原中起重要作用。 B.铜是质蓝素(PC)的组分 缺铜病症生长缓慢,叶片呈现蓝绿色,幼叶缺绿,随之出现枯斑,最后死亡脱落。树皮、果皮粗糙,而后裂开,引起树胶外流。钼Molybdenum (Mo)是需要量最少的必需元素。 缺钼病症缺钼时叶较小,叶脉间失绿,有坏死斑点,且叶边缘焦枯,向内卷曲。番茄缺Mo、脉间失绿变得呈透明大豆缺Mo根瘤发育不良三、作物缺乏矿质元素的诊断一化学分析诊断法一般以分析病株叶片的化学成分与正常植株的比较。二病症诊断法缺素病症 缺乏Ca、B、Cu、Mn、Fe、S时幼嫩的器官或组织先出现病症。 缺乏N、P、Mg、K、Zn等时较老的器官或组织先出现病症。 营养诊断顺口溜：营

11、养诊断有特点，功能病症是关键N长枝叶K长根， 开花结实用P喷幼叶黄化缺Fe素，苦痘水心Ca病因花而不实是缺B， 叶小簇生要补Zn老叶先病好诊断，主要NPKMgZnFeBCaMo 难运转，使显病症组织新PKB存在糖好运， 缺之茎叶紫红韵第二节植物体对矿质元素的吸收根系是植物吸收矿质的主要器官, 吸收矿质的部位和吸水的部位都是根尖未栓化的局部。根毛区是吸收矿质离子最快的区域大麦根尖不同区域P的积累和运出一、根系对溶液中矿质元素的过程1.离子被吸附在根部细胞外表 根部细胞呼吸作用放出CO和HO。CO2溶于水生成H2CO3,H2CO3能解离出H+和HCO3离子,这些离子同土壤溶液和土壤胶粒上吸附的离子

12、交换离子交换按“同荷等价的原理进行,即阳离子只同阳离子交换,阴离子只能同阴离子交换,而且价数必须相等。H+K+K+K+K+K+K+K+K+HCO3-NO3- Cl-2. 离子进入根的内部吸附根外表的离子可通过质外体和共质体两种途径 1)质外体途径外界溶液中的离子可顺着电化学势梯度扩散进入根部质外体，故质外体又称自由空间。各种离子通过扩散作用进入根部自由空间,但是因为内皮层细胞上有凯氏带,离子和水分都不能通过。2)共质体途径 离子通过自由空间到达原生质外表后,可通过主动吸收或被动吸收的方式进入原生质。在细胞内离子可以通过内质网及胞间连丝从表皮细胞进入木质部薄壁细胞，然后再从木质部薄壁细胞释放到导

13、管中。根毛区吸收的离子经共质体和质外体到达输导组织 两种看法 3. 离子进入导管 1、离子从薄壁细胞被动地随水流进入导管 玉米根部浸在含有-1KCl溶液中，用离子微电极测定根不同部位离子的电化学势，结果表皮和皮层K+、Cl-的电化学势很高，而导管内的很低。 2、离子主动地有选择性地进入导管 蛋白质合成抑制剂抑制离子进入导管，但不影响表皮和皮层细胞的吸收。植物吸收矿质元素的特点 (一) 根系吸收矿质与吸收水分的相互关系1)相互关联：盐分一定要溶于水中,才能被根系吸收,并随水流进入根部的质外体。而矿质的吸收，降低了细胞的渗透势，促进了植物的吸水。2)相互独立：两者的吸收不成比例；吸收机理不同:水分

14、吸收主要是以蒸腾作用引起的被动吸水为主,而矿质吸收那么是主动吸收为主。分配方向不同：水分主要分配到叶片，而矿质主要分配到当时的生长中心。矿质吸收与水分吸收成比例(二) 根系对离子吸收具有选择性1.生理碱性盐physiologically alkaline salt) 植物根系从溶液中有选择地吸收离子后使溶液酸度降低的盐类。例如NaNO2.生理酸性盐physiologically acid salt 植物根系从溶液中有选择地吸收离子后使溶液酸度增加的盐类。如 (NHSO3.生理中性盐physiologically acid salt 植物吸收其阴、阳离子的量很相近,而不改变周围介质pH的盐类。如

15、NH4NO3。(三) 根系吸收单盐会受毒害 任何植物,假假设培养在某一单盐溶液中,不久即呈现不正常状态,最后死亡。这种现象称单盐毒害(toxicity of single salt)。小麦根在单盐溶液和盐类混合液中的生长A.NaCl+KCl+CaCl;B.NaCl+CaCl; 许多陆生植物的根系浸入Ca、Mg、Na、K等任何一种单盐溶液中,根系都会停止生长,且分生区的细胞壁粘液化,细胞破坏,最后变为一团无结构的细胞团。假设在单盐溶液中参加少量其它盐类,这种毒害现象就会消除。这种离子间能够互相消除毒害的现象,称离子颉颃(ionantagonism)，也称离子对抗。植物只有在含有适当比例的多盐溶液

16、中才能良好生长,这种溶液称平衡溶液(balanced solution)。前边所介绍的几种培养液都是平衡溶液。对于海藻来说，海水就是平衡溶液。三、影响根系吸收矿质元素的因素 (一)温度 在一定范围内,根系吸收矿质元素的速度,随土温的升高而加快，当超过一定温度时，吸收速度反而下降。这是因为土温变化：影响呼吸而影响根对矿质的主动吸收。影响酶的活性,影响各种代谢。影响原生质胶体状况低温下原生质胶体粘性增加,透性降低,吸收减少; 温度对小麦幼苗吸收钾的影响(二) 通气状况土壤通气状况直接影响到根系的呼吸作用，通气良好时根系吸收矿质元素速度快。(三) 土壤溶液浓度当土壤溶液浓度很低时,根系吸收矿质元素的

17、速度,随着浓度的增加而增加,但到达某一浓度时,再增加离子浓度,根系对离子的吸收速度不再增加。一般阳离子的吸收速率随壤pH值升高而加速;而阴离子的吸收速率那么随pH值增高而下降。pH对矿质元素吸收的影响左：对燕麦吸收K+的影响；右：对小麦吸收NO-的影响(四)土壤pH值土壤溶液pH值对植物吸收离子有直接影响和间接影响： 1)直接影响：在酸性环境中,根组织活细胞膜及胞内构成蛋白质的氨基酸处于带正电状态, 易吸收外界溶液中的阴离子; 在碱性环境中,氨基酸的羧基多发生解离而处于带负电状态,根细胞易吸收外部的阳离子。2)间接影响 影响到离子有效性，比直接影响大得多。一般作物生长最适的pH值是6-7。在土

18、壤溶液碱性的反响加强时，Fe、Ca、Mg、Zn呈不溶解状态，能被植物利用的量极少。在酸性环境中P、K、Ca、Mg等溶解，但植物来不及吸收易被雨水淋失，易缺乏。而Fe、Al、Mn的溶解度加大，植物受害。有些植物喜稍酸环境,如茶、马铃薯、烟草等,还有一些植物喜偏碱环境,如甘蔗和甜菜等。四、植物地上局部对矿质元素的吸收把速效性肥料直接喷施在叶面上以供植物吸收的施肥方法称为根外施肥。1.吸收方式 溶于水中的营养物质喷施到植物地上局部后, 营养元素可通过叶片的气孔、叶面角质层主要或茎外表的皮孔进入植物体内。外连丝-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。外连丝是营养物质进入叶内的重要通

19、道,它遍布于表皮细胞、保卫细胞和副卫细胞的外围。 外连丝里充满表皮细胞原生质体的液体分泌物。角质层外连丝 (ectodesmata)表皮细胞的质膜叶肉细胞其他部位Absorption of mineral elements by leaf主动或被动吸收1、补充根部吸肥缺乏或幼苗根弱吸肥差。2、某些肥料易被土壤固定，叶片营养可 防止。3、补充微量元素，效果快，用药省。4、干旱季节，植物不易吸收，叶片营养 可补充。叶片营养的优点高效、快速根外营养的施用与吸收1.施用：附着、展布，外表活性剂时间、浓度22.吸收：气孔、角质层第四节 矿质元素在体内的运输和分布一、矿质元素运输形式N根系吸收的N素,多在

20、根部转化成有机化合物,如天冬氨酸、天冬酰胺，以这些有机物形式运往地上部；也有一局部氮素以NO3-直接被运送至叶片后再被复原利用 P磷酸盐主要以无机离子形式运输,还有少量先合成磷酰胆碱和ATP、ADP、AMP、6磷酸葡萄糖、6磷酸果糖等有机化合物后再运往地上部；K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、SO-等那么以离子形式运往地上部。二、矿质元素运输途径矿质元素被根系吸收进入木质部导管后，随蒸腾流沿木质部向上运输，这是矿质元素在植物体内纵向长距离运输的主要途径。存在有局部矿质元素横向运输至韧皮部的现象。经韧皮部自地上局部如叶片向下运输的现象。 放射性42K向上运输的试验可再利用元素缺乏时，老叶先出现

21、病症；不可再利用元素缺乏时，嫩叶先出现病症。参与循环的元素N、P、K、Mg：在植物体内可以移动，能被再度利用的元素。不参与循环的元素(S、Ca、Fe：在植物体内不可以移动，不能被再度利用的元素。烟草缺氮棉花缺硫三、矿物质在植物体内的分布第六节合理施肥的生理根底 一、作物需肥特点(一)不同作物或同一作物的不同品种需肥情况不同禾谷类作物 需氮较多,同时又要供给足够的P、K, 叶菜类 多施氮肥；薯类和甜菜等块茎、块根等作物 需多的P、K和一定量的N；食用大麦, 灌浆前后多施N肥,种子中蛋白质含量高;酿造啤酒的大麦 减少后期施N,否那么, 会影响啤酒品质(二) 作物不同,需肥形态不同烟草和马铃薯用草木

22、灰做K肥比氯化钾好；忌氯作物烟草、马铃薯、甜菜、西瓜、甘薯、茶树，不宜施用氯肥, 水稻宜施铵态氮不宜施硝态氮,因水稻体内缺乏硝酸复原酶,；烟草既需要铵态氮,又需要硝态氮,因为铵态N有利于芳香油的形成；硝态氮有利于有机酸的形成, 烟草施用NHNO效果最好；(三) 同一作物在不同生育期需肥不同1)养分临界期 在植物生命周期中，对养分缺乏最敏感、最易受害的时期。如水稻的三叶期，“一叶一心早施断奶肥;如禾本科作物的幼穗分化期;油菜、大豆的开花期;棉花的盛花期等。2)营养最大效率期在植物生命周期中，对施肥的营养效果最好的时期。一般以种子和果实为收获对象的作物的营养最大效率期是生殖生长时期。不同作物、不同品种、不同生育期对肥料要求不同, 要针对作物的具体特点,进行合理施肥。1.形态指标 (1)长相 氮肥多,生长快,叶片大,叶色浓,株形松散;氮缺乏,生长慢,叶短而直,叶色变淡,株形紧凑。(2)叶色 叶色是反映作物体内的营养状况尤其是氮素水平和代谢类型叶色深，氮代谢为主；叶色浅，碳代谢为主的指标。二、施肥指标 植物组织的产量或生长与养分含量的关系“叶分析 -测定叶片或叶鞘等组织中矿质元素含量, 判断营养的丰缺情况。通过分析可在丰缺之间找到一临界值，即作物获得最高产量时组织中营养元素的最低浓度。组织中养分浓度低于临界浓度，就预示着应及时补充肥料。体内养分状况(2) 叶绿素含量(3)酰胺和淀粉含量