植物生理学第三章课件

第三章植物的矿质营养第一节植物必需元素及其作用一.植物体内的元素及其含量挥发性元素灰分元素二.植物必需元素的标准与确定方法植物必需元素的标准：（1）完全缺乏时，植物不能正常生长发育。（2）完全缺乏时，植物出现的缺素症状是专一的，不能被其它元素替代。（3）元素的功能是直接的，而不是由于改善土壤或微生物条件所产生的间接效应。必需元素的确定方法：溶液培养法（水培法）（1859，Sachs；Knop）砂基培养法（砂培法）溶液培养法在生产上的应用:间歇水培或气培法（70年代）大量元素——C,H,O,N,P,K,Ca,Mg,S微量元素——Fe,Mn,B,Zn,Cl,Mo,Cu，Ni稀土元素：镧系元素和钇钪，共17种有益元素：Si(水稻);Al(茶);Na(甜菜);Co(豆科植物根瘤菌固氮所必需)三.植物必需元素的作用1.植物必需元素的一般作用（1）细胞结构物质的组分（2）生命活动的调节者（3）参与植物体内的醇基化（4）电化学作用2.大量元素的作用N吸收态：硝态氮和铵态氮；有机氮（尿素）作用：生命元素.核酸(DNA,RNA),细胞核的结构物质;蛋白质(酶),是原生质的主要组成成分;磷脂,是生物膜的主要组成成分;叶绿素、光敏素,维生素(B1,B2,B6,PP等)激素(IAA,CTK),生物碱等;结构物质成分调节生命活动参与能量代谢ADP,ATP,NAD,CoA等.缺乏症：植株矮小，叶小，色淡或发红.发病部位：老叶(易转移)N过多:徒长,叶片大，茎柔软,易倒伏,成熟晚,抗性差,易受病虫害.-N-N

CKP吸收态:H2PO4-,H2PO42

-缺素症：植株矮小、茎叶暗绿色或紫红色；分枝分蘖少，成熟晚，果实、种子小、不饱满。过多：影响其它元素吸收。发病部位：老叶（易转移）形成糖的磷酸酯磷的转运器工作作用:核酸磷脂的组成成分,-------生物膜、原生质、细胞膜ATP,ADP,AMP组分------能量代谢(氧化磷酸化、光合磷酸化)促进碳水化合物的运输P+植酸+Ca+Mg植酸钙镁许多辅酶的组分液胞内含有磷酸盐（维持细胞渗透势，缓冲PH值）-P-KCa

吸收态：Ca+某些酶的活化剂Ca+

+钙调蛋白（CaM）Ca+—CaM作用：解毒细胞结构组分P+植酸+Ca+Mg植酸钙镁参与氧化磷酸化（作为H+的对应离子）提高植物适应干旱和干热的能力（降低原生质的水合度）

CaM：是一种热稳定的小分子蛋白质。由148个氨基酸构成单链，不含半胱氨酸和脯氨酸，所以空间结构有较大的灵活性。因为其有四个部位能束缚钙，所以叫钙调蛋白（CaM）。发现：1970年，Chenng最先发现是在牛脑中，而后在心脏中得到。1978年Anderson等首先证实植物细胞中存在钙调蛋白。钙调蛋白的存在部位：细胞质和细胞器作用机理：胞外信号质膜Ca通道打开Ca进入4Ca++CaMCaMCa+Ca+Ca+Ca++ECaMCa+Ca+Ca+Ca+E生理效应-Ca-N

CKMg吸收态：Mg+腺苷OPO~P-O~P-OH

OHOOOOOMgN¨EPr作用：缺素症：脉间缺绿发病部位：老叶（易转移）与光合作用有关（叶绿素组成、促光合磷酸化、RUBP羧化酶）某些酶的活化剂，或组分（转移磷酸基的酶类，如ATP酶）植酸钙镁

—Mg

—Mg微量元素FeFe吸收态：

Fe2+作用：酶的组成成分（细胞色素氧化酶）合成叶绿素的必要条件（Mg-原卟啉原叶绿素酸酯）光合链成员组分（铁氧还蛋白）生物固氮（固氮酶组分）硝酸盐还原、磷酸盐同化（铁氧还蛋白）缺素症：幼叶浅黄绿色发病部位：幼叶（不易转移）-Fe-Fe

CK玉米-Fe大豆

CK

-B大豆吸收态：Mn2+作用：酶的活化剂参与光合作用（水的光解）维持叶绿体结构缺素症：脉间失绿，有坏死斑点。根系不发达，结实少。发病部位：幼叶（不易转移）

MnB吸收态：H3BO3抑制酚酸（咖啡酸、绿原酸等）形成，保护根尖、茎尖不受伤害。作用：影响生殖（促进花粉萌发、花粉管伸长）促进糖的运输：[B—糖复合物]-影响蛋白质的合成（BU合成RNA蛋白质）影响激素合成（缺B，CTK合成受阻；IAA积累）缺素症：花而不实；生长点坏死。发病部位：幼嫩器官（不易转移）Zn吸收态：Zn2+作用：IAA生物合成（色氨酸合成酶的组分）碳酸苷酶的组分某些酶的活化剂（羧肽酶、脱氢酶、激酶）缺素症：叶片小，植株生长受阻；阔叶作物脉间失绿。发病部位：老叶（易转移）

CKCK

-Zn

-Zn大豆亚麻Cu吸收态：Cu+作用：

某些酶的成分（抗坏血酸氧化酶、多酚氧化酶）

光合电子传递体系成员（质体兰素）超氧化物歧化酶（SOD）的组分：（消除超氧自由基的伤害）缺素症：脉间失绿，叶片坏死发病部位：幼叶（不转移）

光合电子传递体系成员（质体兰素）超氧化物歧化酶（SOD）的组分：（消除超氧自由基的伤害）缺素症：脉间失绿，叶片坏死发病部位：幼叶（不转移）

Cu

-Mo玉米Ni吸收态：

Ni2+作用：维持脲酶结构和功能所必须提高呼吸酶活性:（过氧化物酶、多酚氧化酶、抗坏血酸酶）增加叶绿素和类胡罗卜素含量。利于萌芽种子吸氧中毒症：叶片失绿,脉间出现褐色坏死。

CK

-N

-P

-K-Ca小麦

CK

-N

-P-Ca大豆1.参与光合作用的元素有那些2.引起叶片失绿的元素3.参与循环及不参与循环的元素4.参与N代谢的元素5.参与有机物运输的元素作业溶液培养法(solutionculturemethod)和砂基培养法(sandculture)搅拌器封盖营养液气雾室营养液气栽（aeroponics）法营养膜(nutrientfilm)法第二节植物对矿质元素的吸收与运转一、植物细胞对矿质元素的吸收被动吸收主动吸收胞饮作用简单扩散杜南平衡载体学说离子泵学说正负离子平衡学说离子通道学说载体学说：RMPiMRMRPiPiATPADP膜外细胞质内磷酸酯酶磷酸激酶证明载体存在的依据：饱和效应；离子竞争缬氨霉素（环状多肽）——人工合成的载离子体拉吸原生质体膜片电极尖吸管液片钳技术示意图离子泵学说：ATP—E阴离子载体ATPADP-+Pi

H+ADP-+H2OADP+OH-OH-阴离子△PH△øPmf质膜胞内胞外阴离子K+K+正负离子平衡学说①植物体内阴阳离子的总量存在平衡，即C—A平衡C——K+、Na+、Mg+、Ca2+等（总量）A——Cl-、NO3

-、H2PO4-、SO4

2-

等（总量)②因代谢使某些离子被同化或利用，C—A平衡被破坏，同时某些羧酸量变化，建立新的C——A平衡。

例如，NO3-的还原。通过MAL的合成、分解、运输，控制K+和NO3-的吸收与迁移。离子通道学说由多亚基组合的蛋白，即通道蛋白，可通过构象变化产生跨膜通道。通道的孔径大小制约进出离子的种类于速度，使离子有选择性地作跨膜运转，并且呈现饱和效应。运转离子所需能量来自质子泵ATP—酶，产生Pmf。所以离子通道学说和离子载体学说共同用于解释离子跨膜运转的主动吸收机理。类型：受膜电势调控受外部因素调控：光照、激素等胞饮作用:

被吸收的物质吸附于质膜上，质膜下陷将物质包裹于细胞内。矿质元素在细胞内的运转

VVVVERERC导管表皮皮层内皮层木薄壁细胞凯氏带外界溶液二、植物根系对矿质元素的吸收1.根系吸收矿质元素的特点（1）根系吸盐的区域性（2）吸盐与吸水的相对性（3）吸盐的选择性（4）单盐毒害与离子拮抗平衡溶液生理中性盐生理酸性盐生理碱性盐2、根系吸收矿质元素的过程根对溶液中矿质元素的吸收根对吸附在土壤胶体上离子的吸收根对难溶于水的矿质元素的吸收3、土壤状况对根系吸收矿质元素的影响（2）土壤通气状况（1）土壤温度状况（3）土壤PH状况（4）土壤离子相互作用（5）土壤溶液浓度状况（6）土壤有毒物质三、植物叶片对矿质元素的吸收根外追肥应注意根外追肥的优点根外营养根外追肥四、矿质元素在植物体内的分配矿质元素的运输形式(离子、小分子有机物)矿质元素的运输途径矿质元素在植物体内的分配与再分配

再利用元素：N、P、K、Mg

非再利用元素：Cu、Fe、Mn、CaS1S3S2ABS6S5木质部蜡纸树皮42K处理IS4处理II放射性钾（42K）在柳树茎中向上运输的实验第三节植物体内氮素同化一、硝酸盐的同化1.硝酸盐还原为亚硝酸盐2.亚硝酸盐还原为氨NO2-NO2-NH3根硝酸还原酶亚硝酸还原酶+2e+6e-3+3+5细胞质叶（叶绿体）

3.氨基酸的生物合成(1)还原氨基化过程：(2)谷酰胺合成酶——谷氨酸合成酶途径：谷氨酸+NH3

谷酰胺谷酰胺合成酶ATPADP谷酰胺+a—酮戊二酸