植物的生长发育物质代谢专家讲座

植物生物学

PlantBiology植物的生长发育物质代谢专家讲座第1页第三章植物生长发育植物体为了维持生命，必须依赖环境供给物质、能量和信息，并经过复杂代谢过程来完成生长发育。植物的生长发育物质代谢专家讲座第2页一、细胞新陈代谢（一）概念生物体内进行全部物质和能量改变总称为新陈代谢同化作用：生物从外界摄入营养物质合成为生物本身物质并贮存能量过程异化作用：生物体不停地将本身一些物质分解，释放能量，并将最终代谢产物排出过程第一节植物物质代谢植物的生长发育物质代谢专家讲座第3页（二）细胞与外界环境物质交换1、植物细胞对水分吸收渗透作用：水分从水势高系统经过半透膜向水势低系统移动现象。半透膜：只能让溶剂分子透过而不能让溶质分子透过膜。纯水水势最高。植物的生长发育物质代谢专家讲座第4页（1）细胞渗透吸水植物细胞内溶液含有一定水势，所以细胞与邻近细胞或环境溶液可共同组成一个渗透系统在这个渗透系统中，水分会自发地从高水势处透过半透膜流向低水势处，即植物细胞渗透吸水液泡形成以后，细胞主要靠渗透性吸水质壁分离：植物细胞因为液泡失水而使原生质体和细胞壁分离现象质壁分离复原：发生了质壁分离细胞浸在稀溶液或纯水中，液泡内水分逐步增加，原生质体又恢复到原来状态现象植物的生长发育物质代谢专家讲座第5页（2）细胞吸涨吸水吸涨作用：亲水胶体吸水膨胀现象细胞物质如纤维素、果胶质、组成原生质蛋白质等都是亲水胶体细胞在形成液泡之前吸水主要靠吸涨作用种子化学成份不一样，吸涨吸水能力亦不一样植物的生长发育物质代谢专家讲座第6页2、植物细胞对矿质元素吸收植物细胞吸收矿质元素方式主要有2种：被动吸收：物质顺着浓度梯度、不需要细胞提供能量吸收过程。主动吸收：物质靠细胞代谢提供能量，逆着浓度梯度进入细胞吸收过程。植物的生长发育物质代谢专家讲座第7页二、植物水分代谢H2O与植物生命活动息息相关：

水是主要代谢过程反应物和产物水是植物物质吸收和运输及生化反应良好溶剂调整植物体周围温、湿度，维持植物体温稳定植物的生长发育物质代谢专家讲座第8页（一）植物根系对水分吸收根系是吸收水分主要器官。根系吸水部位主要是根尖，其中根毛区吸水能力最强。水分还能够经过皮孔、裂口或伤口等进入植物体。吸收方式：被动吸水，主动吸水。植物的生长发育物质代谢专家讲座第9页1.被动吸水蒸腾作用：植物体经过气孔向外蒸发水分作用因为蒸腾作用使水分沿导管上升、使根吸水力量叫蒸腾拉力，它是吸水动因。（实际是因为蒸腾作用引发叶细胞水分亏缺，水势下降，相邻细胞造成了水势差。）因为植物茎、叶蒸腾作用而引发根部吸水现象，称作被动吸水，是一个被动物理过程。正在进行蒸腾作用植物能够经过被麻醉甚至于死亡根部吸收水分。植物的生长发育物质代谢专家讲座第10页蒸腾作用指标1.蒸腾强度：又叫蒸腾速度、蒸腾率，即一定时间内单位叶面积上蒸腾水量。普通用每小时每平方米蒸腾水量克数来表示。2.蒸腾效率：亦称蒸腾比率，指植物消耗每千克水所形成干物质克数。3.蒸腾系数：亦称需水量，指植物制造一克干物质所需要水分克数。

蒸腾系数与蒸腾效率互为倒数关系。植物的生长发育物质代谢专家讲座第11页2.主动吸水由根系代谢活动引发根系从外界环境吸水过程叫主动吸水。温度以及影响根部呼吸抑制剂都能影主动吸水。现象：吐水、伤流和根压。A:伤流液从茎部切口处流出；B:用压力计测定根压伤流和根压示意图植物的生长发育物质代谢专家讲座第12页根系吸收水分是个复杂过程。它不但取决于根系结构，根系水势调整，茎叶结构；也取决于土壤性质，土壤水分情况；还取决于当初当地各种气候条件。所以植物吸收水分是受到土壤—植物—大气这么一个连续体系内水势梯度影响和调整。植物的生长发育物质代谢专家讲座第13页3、影响根部吸水外部条件1）土壤可用水分只要土壤溶液水势高于根系溶液水势，植物根系就能吸水。土壤溶液浓度提升，会降低土壤溶液水势。所以在盐碱土中栽培植物，往往因根系吸收水分困难而不能正常出苗和生长。植物的生长发育物质代谢专家讲座第14页2）土壤温度：直接影响根系生理活动，对根系吸水影响很大。①土温低使根系吸水能力显著下降，原因：粘度增加，扩散速率降低；根系呼吸速率下降，主动吸水减弱；根系生长迟缓，有碍吸水面积扩大。②土温过高对根系吸水不利，原因：提升根木质化程度，加速根老化，根细胞中各种酶蛋白变性失活根系代谢失调，对水分吸收也不利。植物的生长发育物质代谢专家讲座第15页3）土壤通气情况通气良好，代谢正常，吸水旺盛。通气不良，若短期缺氧，细胞呼吸减弱，影响主动吸水。若长时间缺氧，造成植物进行无氧呼吸，产生和积累较多酒精，使根系中毒，以至吸水能力减弱。植物受涝而表现缺水症状，就是这个原因。植物的生长发育物质代谢专家讲座第16页（二）植物蒸腾作用植物体内水分以气态散失到大气中去过程，称为蒸腾作用，是适应陆地生存必定结果。1、蒸腾作用生理意义

①是植物吸收与转运水分主要动力

②促进木质部汁液中物质运输

③降低植物体温度（夏季，绿化地带气温比非绿化地带气温要低3-5℃）植物的生长发育物质代谢专家讲座第17页2、气孔蒸腾和气孔运动水分经过叶表面气孔蒸腾现象，称作气孔蒸腾。气孔是植物表皮上一对特化细胞─保卫细胞和由其围绕形成开口总称，是植物进行体内外气体交换门户。蒸腾作用主要出口，也是光合作用吸收CO2、呼吸作用吸收O2主要入口

植物的生长发育物质代谢专家讲座第18页气孔运动及其机理

气孔按照一定规律开张和关闭，而且经过保卫细胞来调整。

保卫细胞体积小，含叶绿体，靠气孔腔内壁厚，背气孔腔外壁薄。双子叶植物保卫细胞呈半月形，当保卫细胞吸水膨胀时，细胞体积增大。因为细胞壁薄厚不一样而伸展程度不一样，造成一对保卫细胞都向外弯曲，气孔张开，水分蒸发。不然相反。植物的生长发育物质代谢专家讲座第19页3、影响蒸腾作用内外因子1）内部因子：细胞充水程度、质膜透性、叶肉细胞壁形状。2）外部因子：光。通常气孔在光下张开,暗中关闭。水分。叶片含水量过高或过低，即使在光下，气孔也会关闭。温度。随温度上升气孔开度增大，30-50℃左右开度最大。风。微风促进蒸腾，强风引发气孔关闭。二氧化碳、化学物质各种环境条件往往同时作用于植物体。植物的生长发育物质代谢专家讲座第20页（三）植物体内水分运输1、水分运输路径：土壤—根毛—皮层—内皮层—中柱鞘—

根导管—茎导管—叶柄导管—叶肉细胞—叶细胞间隙—气孔下腔—气孔—大气。经过质外体（导管等）运输速度普通3～45m/h，可进行长距离运输；经过活细胞，以渗透方式进行运输，运输距离短，运输阻力大，普通只有10-3cm/h。进化使蕨类和裸子植物有了管胞、被子植物有了导管，植物体才能够高达几米甚至百米。植物的生长发育物质代谢专家讲座第21页2、水分沿导管上升动力蒸腾拉力—内聚力—张力学说（Dixon）向上力：上：蒸腾拉力下：根压中：木质部毛细管作用力

向下力：重力作用由下至上水柱处于张力状态，但相同分子之间有相互吸引力量即内聚力。水分子内聚力大于张力，所以不会断裂。

植物的生长发育物质代谢专家讲座第22页三、植物矿质营养植物体内元素：

水分植物

有机物

干物质

无机物—矿质元素植物对矿质元素吸收、运输和同化通称为矿质营养。已知110种元素中，约有70各种存在于植物体内。植物的生长发育物质代谢专家讲座第23页（一）植物必需矿质元素及其作用

植物营养元素供给缺乏可造成植物产生一系列症状，生长发育不良甚至引发植物死亡。溶液培养法植物的生长发育物质代谢专家讲座第24页1、必需元素：维持植物体正常生长发育不可缺乏元素

1、不可缺失性：该元素对于植物正常生长发育是不可缺乏，若缺乏，植物则不能完成生活史

2、不可替换性：植物对该元素需要是专一,它不能被其它元素所替换

3、直接作用：该元素对于植物营养上需要是直接效果，而不是因为它改进了土壤或培养基物理、化学性状与促进有益微生物活动所产生间接作用判别标准：植物的生长发育物质代谢专家讲座第25页

矿质元素13种：N

P

S

Ca

Mg

K

Fe

MnB

Zn

Cu

Mo

Cl另外还有3种非矿质元素:CHO

部分植物必需：Na：蓝藻,盐生植物,C4植物

Si：硅藻、水稻

Co：豆科含量占植物干物质质量0.1%以上9种元素，称作大量元素，其余为微量元素。植物的生长发育物质代谢专家讲座第26页2、必需元素生理作用及其缺素症

1、细胞结构物质组成成份：CHONSP等是组成糖类、脂类和蛋白质等元素

2、作为酶、辅酶成份或激活剂等，参加调整酶活动

3、起电化学作用，参加渗透调整、胶体稳定和电荷中和等生理作用植物的生长发育物质代谢专家讲座第27页（1）大量元素1）氮

主要以NH4+和NO3-吸收，也吸收尿素和氨基酸等小分子含氮有机物。占植物干重1%~3%。作用：1.组成蛋白质主要成份（占16~18%）

2.核酸和组成生物膜磷脂都含有氮

3.是几个含有主要生理功效物质成份：叶绿素、吲哚乙酸、细胞分裂素、维生素所以，氮是组成生命物质基础，在植物生命活动中占有首要地位，被称为生命元素植物的生长发育物质代谢专家讲座第28页植物缺氮时，蛋白合成下降，细胞分裂和生长受限制，叶绿素含量降低，造成植株矮小瘦弱，叶小色淡，其老叶易变黄干枯。（因为氮素在植物体内能够移动并可被再次利用，缺乏氮素时幼叶能够向老叶吸收氮素。）氮素是施肥三大要素之一。植物的生长发育物质代谢专家讲座第29页2)磷

磷通常以H2PO4-和HPO42-

形式被植物吸收，并直接参加其它有机物结合形成（磷脂、核酸、辅酶、核蛋白和ATP等）。植物缺磷时，蛋白合成受阻，植株生长迟缓、矮小，分枝、分蘖降低，叶色暗绿或紫红。磷能够被再利用。缺磷症状首先表现在老叶。磷缺乏可能性仅次于氮植物的生长发育物质代谢专家讲座第30页3）硫

硫以硫酸根（SO42-）形式被植物吸收。含硫氨基酸几乎是全部蛋白质组成成份。植物缺硫时，蛋白质含量降低，叶绿素合成受到影响，植株呈黄绿色，细胞分裂受阻，植株较矮小。移动性不大，缺硫症首先在幼叶出现。植物的生长发育物质代谢专家讲座第31页氮、磷和硫3种元素特点

它们既都是植物生命物质基础（蛋白质、核酸）不可缺乏组成元素，又是植物生命活动中催化、调整系统一些物质主要组成元素。当前还未发觉其它元素能与之相比。植物的生长发育物质代谢专家讲座第32页4）钾

以K+形式被植物吸收，不参加有机物组成，作为酶活化剂参加主要代谢，并能有效影响细胞溶质势和膨压。钾再分配或再利用强度，同氮同居首位。缺钾时，叶片呈褐色斑点，继之在叶缘和叶尖发生焦枯坏死，叶片卷曲皱缩，茎杆柔弱易倒伏，生长迟缓，抗寒旱性差。钾是土壤中第三位轻易缺乏元素，是肥料三要素之一。植物的生长发育物质代谢专家讲座第33页5）钙

钙以Ca2+形式被植物吸收，是细胞壁胞间层中果胶钙成份，纺锤体形成需要钙，钙还含有稳定生物膜作用。另外，有机酸积累过多时对植物有害，Ca2+可与其结合为不溶性钙盐(草酸钙、柠檬酸钙等)，起解毒作用。钙不易转移。缺钙时，细胞壁形成受阻，生长受抑制，严重时幼嫩器官（根尖、茎端）溃烂坏死植物的生长发育物质代谢专家讲座第34页6）镁镁以（Mg2+）形式被植物吸收。在植物体内一部分以离子状态存在，一部分是叶绿素成份。植物缺镁时，叶绿素形成受到妨碍，光合作用受到影响。叶片失绿。镁和钾、磷一样，多集中于植物幼嫩器官和组织中。缺镁时，对幼嫩组织发育和种子成熟影响很大。植物的生长发育物质代谢专家讲座第35页（2）微量元素

含量少（普通植物中，微量元素总量占植物干重0.1%以下），作用大。植物必需有铁、锰、锌、铜、钼、硼、氯等6种。而钴、钠、硅、碘则被认为是部分植物所必需。一些情况下，会出现缺乏微量元素，如石灰过多土壤中缺锌，酸性土壤缺硼，碱性土壤缺锰。植物的生长发育物质代谢专家讲座第36页小结

1.每一个元素在植物生命活动中，都有其特殊生理作用，其它元素不能代替。

2.缺乏任何一个必需矿质元素都会引发对应生理症状。对农业生产有指导意义。

3.掌握理论，科学调查试验，综合考虑，对症下药。植物的生长发育物质代谢专家讲座第37页（二）植物对矿质元素吸收1、根吸收矿质元素部位主要是根尖（根毛区）。2、根吸收矿质元素过程

土壤中离子以两种形式存在，一个呈离子状态存在于土壤溶液中，另一个是吸附于土壤颗粒表面。两种形式处于动态平衡，都能被植物所吸收。植物的生长发育物质代谢专家讲座第38页

路径：1.经过表皮细胞质膜，进入共质体，经过共质体运转到中柱。各个细胞经过胞间连丝将全部细胞细胞质连接在一起—共质体，离子经过这个连续体而连续地在胞间移动

2.经过内皮层以外质外体，经过质膜，进入共质体，再运转到中柱。3、离子在共质体中运转时，有一些离子会穿过液泡膜并积累在皮层和中柱细胞液泡（离子贮库）内。植物的生长发育物质代谢专家讲座第39页

根吸收离子：有在根部同化，参加代谢；有以游离状态起调整作用；大多数随蒸腾流运往地上部分参加各个器官和组织代谢活动。植物的生长发育物质代谢专家讲座第40页（三）植物吸收矿质元素特点1、对矿质元素和水分相对吸收

各有规律，相互联络，相互独立

1.水分随蒸腾流上升，矿质元素随之带到茎叶，根部木质部盐浓度降低，加紧无机盐进入根系速率，盐分吸收又引发细胞渗透势降低，又促进了细胞对水分吸收

2.盐分吸收以消耗代谢能量主动吸收为主，需要载体，有饱和效应，所以吸收矿质元素又表现出相正确独立性植物的生长发育物质代谢专家讲座第41页2、离子选择吸收植物对不一样离子吸收具选择性不一样植物对离子选择吸收不一样，可能与不一样植物载体性质与数量相关植物对于同一个盐类中阴阳离子也是选择吸收

植物的生长发育物质代谢专家讲座第42页

植物培养在含（NH4)2SO4营养液中，植物对NH4+吸收远远大于SO42-吸收。因为根细胞中相同电荷H+被交换，溶液中H+增加，pH降低，故在植物生理学上把（NH4)2SO4

称为生理酸性盐

相反，把NaNO3称为生理碱性盐生产实践中，要防止长久单独使用某一类盐，预防土壤酸化或碱化。水培时，要注意培养液pH改变。植物的生长发育物质代谢专家讲座第43页3、单盐毒害和离子拮抗把植物培养在单盐溶液中，即使是植物必需营养元素，或浓度很低，植物生长都会引发异常状态并最终死亡，这种现象称为单盐毒害在发生单盐毒害溶液中，少许加入不一样价金属离子，单盐毒害就会大大减轻甚至消除，离子间这种作用叫离子拮抗作用依据盐类之间关系和对植物影响，把几个必要元素按一定百分比配制成对植物生长有良好作用无毒害溶液，称为平衡溶液植物的生长发育物质代谢专家讲座第44页（四）矿质元素在植物体内同化

—氮素同化即使空气中氮素含量高达78%左右，但高等植物不能利用空气中游离氮。植物主要利用土壤中含氮化合物：

1.有机含氮化合物—动植物躯体腐烂分解

2.氨盐—吸收后可直接合成氨基酸

3.硝酸盐—主要吸收形式、主要氮源。但需要还原，植物才能利用

4.主要在叶片内进行，也能够在根内进行，同一植物还原也与硝酸盐含量相关。植物的生长发育物质代谢专家讲座第45页（五）矿质元素在植物体内运输1、运输路径和速度矿质元素沿质外体路径和共质体路径径向运输到中柱。矿质元素经过木质部导管向上运输；从木质部向韧皮部运输也极活跃。

叶片吸收矿质元素以溶液形式经过气孔和角质层进入叶片内部，能够经过韧皮部向下、向上运输，也能够经过木质部向上运输。

植物的生长发育物质代谢专家讲座第46页2、矿质元素在植物体内分布

矿质元素分布，与其本身是否参加循环相关。

有些元素如钾进入地上部分后仍成离子状态。参加循环和再利用元素，多分布于生长点和