植物必需的矿质元素

有收无收在于水收多收少在于肥?第1页/共49页第一页，共50页。教学目标★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因素；★了解植物氮代谢的过程及硝酸盐还原过程的特点；★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。

第2页/共49页第二页，共50页。第一节

植物必需的矿质元素1植物体内的元素与类别1.1矿质元素与非矿质元素1）矿质元素：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，而以氧化物形式存在于灰分中的元素称为灰分元素或矿质元素。2）非矿质元素：燃烧时以气态形式散失到空气中的元素，如C、H、O、N、S等）。

第3页/共49页第三页，共50页。1.2必需元素与必需的矿物质元素1）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；B）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；C）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。

借助溶液培养法矿质和砂基培养法，已证明K、Ca、Mg、S、P、N、Si、Cl、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Ni、Na及C、H、O共19种元素为多数植物必需。第4页/共49页第四页，共50页。1.3大量元素与微量元素A）大量元素：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C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Si等10种元素。

B）微量元素：植物体内含量甚微，稍多即会发生毒害的元素包括：Cl、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Ni、Na等9种元素。

第5页/共49页第五页，共50页。

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。第6页/共49页第六页，共50页。2必需矿质元素的主要生理生化作用

A）是细胞结构物质的组成成分。如：磷存在于磷脂、核酸和核蛋白中，后三者都是细胞质和细胞核的组成成分；另外，钙是细胞壁的重要元素。

B）是植物生命活动的调节者，参与酶的活动。如：钾是40多种酶的辅助因子，还可促进糖类的合成和运输；另外，镁是光合作用过程关键酶的激活剂。C）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。如：铁在呼吸、光合和氮代谢等方面的氧化还原过程中起着重要作用。第7页/共49页第七页，共50页。3作物缺素症状

1）N、P、K的缺素症第8页/共49页第八页，共50页。2）N元素的主要生理作用？

请看图片：第9页/共49页第九页，共50页。

N元素为何被称为生命元素？

A）N是建造植物体的结构物质和调节物质。如：核酸（DNA、RNA）、蛋白质（包括酶）、磷脂、叶绿素、光敏色素、维生素B、IAA、CTK、生物碱等都含有N，这些物质有些是生物膜、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。

B）N为植物体进行能量代谢、物质代谢及各种生理活动所必需。例如，N是参与物质和能量代谢的ADP、ATP、CoA、CoQ、FAD、FMN、NAD+、NADP+等物质的组分。第10页/共49页第十页，共50页。4

作物缺素症诊断1）外形观察法2）化学分析法3）加入诊断法第11页/共49页第十一页，共50页。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12页/共49页第十二页，共50页。第二节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1.1、植物细胞的结构第13页/共49页第十三页，共50页。

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、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。第14页/共49页第十四页，共50页。1.2、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、磷脂和糖脂第15页/共49页第十五页，共50页。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。第16页/共49页第十六页，共50页。(1)、膜的化学成分蛋白质（protein）：60--75%脂类(fat)：25--40

%糖类：5

%第17页/共49页第十七页，共50页。(2)、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。

第18页/共49页第十八页，共50页。第19页/共49页第十九页，共50页。“膜的流动镶嵌模式”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。第20页/共49页第二十页，共50页。

生物膜的结构与特性第21页/共49页第二十一页，共50页。植物细胞吸收溶质的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。第22页/共49页第二十二页，共50页。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

载体第23页/共49页第二十三页，共50页。离子通道第24页/共49页第二十四页，共50页。载体第25页/共49页第二十五页，共50页。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

第26页/共49页第二十六页，共50页。1).ATP酶和载体单向载体运输.swf、同、反向载体运输.swf第27页/共49页第二十七页，共50页。

2）离子泵运输（质子泵和钙泵）

3）胞饮作用：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程。第28页/共49页第二十八页，共50页。第三节植物对矿质元素的吸收1植物吸收矿质元素的特点

1）对水分和盐分的相对吸收；2）选择性吸收生理酸性盐：对于(NH4)2SO4一类盐，根对NH４＋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。

第29页/共49页第二十九页，共50页。3）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

。

第30页/共49页第三十页，共50页。2根部对溶液中矿质元素的吸收过程1）离子吸附在根部细胞表面；2）离子进入根部内部。3影响根部吸收矿物质的因素1）温度：过低、过高都不利。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。其中以对钾和硅的吸收影响最大。2）通气状况：影响呼吸作用根的呼吸作用。3）溶液浓度：过低、过高都不利。第31页/共49页第三十一页，共50页。4）pH值：一般作物生育最适的pH值是6-7。在土壤溶液碱性的反应加强时，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。第32页/共49页第三十二页，共50页。4根外营养4.1植物根外营养的吸收特点

A）根外营养的主要器官为叶片，故又称为叶片营养；B）营养物质可经气孔或角质层进入叶内，并经胞壁中的外连丝抵达质膜，再进入细胞，最后到达叶脉韧皮部。

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。

第33页/共49页第三十三页，共50页。4.2根外施肥的优点

A）在生育后期根部吸肥能力衰退时或营养临界期时，可根外施肥补充营养；B）某些肥料（如磷肥）易被土壤固定而根外施肥无此现象，且用量少；C）补充植物缺乏的微量元素，用量省、见效快。

第34页/共49页第三十四页，共50页。5植物氮代谢5.1植物的硝酸盐还原1)植物硝酸盐还原的主要过程

A)

硝酸还原(NR)

HNO3HNO2

B)

亚硝酸还原

HNO2NH3

第35页/共49页第三十五页，共50页。2)植物硝酸盐还原的主要特点A）发生反应的细胞器（硝酸还原在细胞质；亚硝酸还原在叶绿体）；B）参与反应的酶种类及其性质；

诱导酶：又称适应酶，指植物体内本来不含有，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NO3-所诱导。C）与光合作用的关系。

第36页/共49页第三十六页，共50页。5.2.2植物的氨同化

5.2.1植物氨同化的主要方式1）还原氨基化：氨与α-酮酸结合生成相应氨基酸；2）氨基交换作用：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；3）氨甲酰磷酸化：氨与二氧化碳、ATP结合形成氨甲酰磷酸；4）酰胺化作用：氨与氨基酸结合形成酰胺。

第37页/共49页第三十七页，共50页。5.2.2植物氨同化的生理意义1）解除氨毒；2）形成新的物质（如氨基酸等）；3）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。第38页/共49页第三十八页，共50页。第五节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1.1矿物质运输的形式金属离子：以离子状态运输（P：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，少量以硝酸根离子运输）（S：主要以硫酸根离子向上运输）

第39页/共49页第三十九页，共50页。1.2矿物质运输的途径1）根部吸收的矿质元素主要通过韧皮部向上运输；2）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。

第40页/共49页第四十页，共50页。2矿物质在植物体内的分布2.1可再利用元素

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N、P、Mg、K、Zn等，其中以N、P最为典型。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。第41页/共49页第四十一页，共50页。第42页/共49页第四十二页，共50页。第43页/共49页第四十三页，共50页。2.2不可再利用元素

以难溶解的稳定化合物形式存在，难以循环利用，如Ca、B、Cu、Mn、S、Fe，其中以Ca最为典型。这些元素在老叶中的含量高于幼叶中的含量，缺乏这些元素，幼叶或新生组织会表现出相应的缺素症。第44页/共49页第四十四页，共50页。第六节

作物合理施肥的生理基础1作物的需肥规律不同作物或同一作物不同时期需肥量不同（营养最大效率期：生殖生长时期）2追肥的指标1）形态指标（相貌、叶色）2）生理指标

（元素含量、酰胺含量、酶活性）第45页/共49页第四十五页，共50页。3、发挥肥效的措施

1).肥水配合,合理灌溉，以水促肥2).深耕