《植物矿质营养》课件

植物矿质营养植物通过吸收矿质元素获取生长发育所需的营养物质课程目标和内容掌握矿质营养基本概念了解植物必需元素及其功能认识吸收运输机制根系吸收和植物体内运输原理识别缺素症状各元素缺乏的表现及处理方法学习营养诊断技术什么是植物矿质营养定义植物从土壤中吸收无机离子形式的营养元素来源主要通过根系从土壤溶液中获取形式以离子状态被吸收利用过程吸收、运输、同化和分配四个阶段植物矿质营养的重要性优化生长发育促进植物正常生长和发育增强抗逆性提高抵抗病虫害和环境胁迫能力基础构成物质构成细胞结构和生物大分子植物必需元素1234定义植物完成生活周期所必需特点无法被其他元素替代作用直接参与植物代谢过程总数目前已确认17种必需元素大量元素和微量元素大量元素植物体内含量>0.1%碳(C)、氢(H)、氧(O)氮(N)、磷(P)、钾(K)钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)微量元素植物体内含量<0.01%铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)铜(Cu)、硼(B)、钼(Mo)氯(Cl)、镍(Ni)植物必需元素的确定方法水培试验在无该元素的培养液中生长植物观察症状记录生长异常和缺乏症状添加元素补充该元素观察恢复情况对照分析与完全培养液中的植物比较植物有益元素硅(Si)增强细胞壁强度，提高抗病性钠(Na)部分替代钾的功能，促进C4植物生长硒(Se)增强抗氧化能力，提高胁迫抵抗力钴(Co)参与固氮作用，对豆科植物有益矿质元素在植物体内的生理功能结构组成构成细胞壁和生物大分子能量代谢参与ATP合成和能量转换酶活性作为酶的辅因子和激活剂渗透调节维持细胞内外离子平衡矿质元素作为细胞组成成分氮(N)蛋白质、核酸、叶绿素的重要组成磷(P)核酸、磷脂和ATP的组成部分钙(Ca)细胞壁中果胶酸钙的主要成分镁(Mg)叶绿素分子的中心原子矿质元素参与能量代谢光合作用Mg是叶绿素核心，Fe参与电子传递呼吸作用P参与ATP合成，K激活呼吸酶生物合成N参与蛋白质合成，S构成辅酶A能量转换P在高能磷酸键中储存和释放能量矿质元素作为酶的激活剂1K+激活激活淀粉合成酶和蔗糖合成酶2Mg2+激活激活RuBP羧化酶和磷酸转移酶3Mn2+激活激活脱氢酶和氧化还原酶4Ca2+激活作为信号分子激活多种酶系统矿质元素参与氧化还原反应Fe、Cu、Mn和Mo在氧化还原反应中通过改变价态传递电子参与电子传递链、光合作用和氮代谢等关键过程矿质元素调节渗透压250+钾离子浓度细胞质中毫摩尔浓度90%渗透调节贡献K+对细胞渗透势的贡献比例30+转运蛋白参与离子转运的蛋白通道数量0.6MPa渗透压维持典型植物细胞内的渗透压植物对矿质元素的吸收根系接触根毛增加吸收表面积跨膜转运通过离子通道和转运蛋白近质体运输在细胞质和胞间连丝中移动木质部装载进入导管向上运输根系对矿质元素的吸收机制离子通道特异性膜蛋白形成的通道载体蛋白与特定离子结合并转运质子泵建立跨膜电位差驱动吸收主动吸收和被动吸收被动吸收不消耗能量的吸收方式扩散作用离子交换质量流适用于浓度梯度有利的情况主动吸收消耗能量的吸收方式原初主动运输继发主动运输ATP水解提供能量可以逆浓度梯度吸收离子离子通道和载体蛋白离子通道ABC转运蛋白质子共转运蛋白ATPase泵其他转运蛋白影响根系吸收的因素温度影响酶活性和膜流动性水分决定养分溶解度和流动性pH值影响离子形态和可利用性氧气影响呼吸作用和能量供应微生物改变根际环境和养分转化土壤pH值对矿质元素吸收的影响酸性土壤pH<6.5，Fe、Mn、Zn、Cu可利用性高中性土壤pH6.5-7.5，大多数元素平衡可利用碱性土壤pH>7.5，P、Fe等微量元素可利用性低温度对矿质元素吸收的影响温度(°C)吸收速率(%)氧气浓度对矿质元素吸收的影响正常氧气条件有氧呼吸产生充足ATP主动吸收高效进行根系生长健康活跃缺氧条件能量产生受限主动吸收显著降低根系代谢紊乱长期淹水影响根系腐烂死亡养分吸收系统崩溃诱发缺素症状根际微生物对矿质元素吸收的影响增强吸收能力菌根增加吸收表面积2养分转化微生物分解有机物释放养分基础保障固氮菌提供氮源植物矿质元素的运输木质部运输将矿质元素从根运至叶细胞间运输通过胞间连丝在相邻细胞间移动韧皮部运输将同化产物和部分矿质元素重分配木质部运输运输特点单向从根到叶以蒸腾拉力为驱动水溶性离子为主速度较快(1-8m/h)主要运输元素Ca2+、Mg2+等阳离子NO3-、SO42-等阴离子B(OH)3等中性分子微量元素离子韧皮部运输韧皮部通过压力流机制运输同化产物和部分矿质元素可双向运输，从源器官到库器官，速度约0.3-1.5m/h矿质元素在植物体内的分配氮的吸收和同化1吸收形式NO3-、NH4+和少量氨基酸硝酸盐还原NO3-→NO2-→NH4+铵同化NH4++α-酮戊二酸→谷氨酸4氮素利用合成氨基酸、蛋白质和核酸硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶硝酸盐还原酶(NR)催化NO3-→NO2-，含Mo辅基亚硝酸盐还原酶(NiR)催化NO2-→NH4+，含Fe辅基细胞定位NR在细胞质，NiR在叶绿体氨的同化途径谷氨酸合成酶(GS)NH4++谷氨酸→谷氨酰胺1谷氨酸合酶(GOGAT)谷氨酰胺+α-酮戊二酸→2谷氨酸谷氨酸脱氢酶(GDH)NH4++α-酮戊二酸→谷氨酸(辅助途径)转氨作用谷氨酸+α-酮酸→氨基酸+α-酮戊二酸4磷的吸收和同化吸收形式主要以H2PO4-和HPO42-形式吸收吸收机制高亲和和低亲和转运系统植物策略根系分泌磷酸酶和有机酸增加吸收菌根作用丝状体延伸增加吸收表面积磷酸化作用和ATP合成光合磷酸化光能转化为ATP中的化学能氧化磷酸化呼吸电子传递链合成ATP底物水平磷酸化代谢中间产物直接转移磷酸基团ATP利用ATP水解释放能量驱动生命活动钾的吸收和生理作用渗透调节维持细胞膨压和气孔开闭酶激活激活超过60种酶的活性光合作用促进光合产物转运和分配抗逆性提高抗旱、抗寒和抗病能力钙的吸收和生理作用10,000x浓度梯度细胞外/内钙离子浓度差200+钙结合蛋白参与钙信号转导的蛋白数量60%细胞壁含量植物体内钙元素在细胞壁中的比例10-7M胞质钙浓度休眠状态下的细胞质钙离子浓度镁的吸收和生理作用叶绿素组成作为叶绿素分子中心原子酶激活激活磷酸化酶和羧化酶蛋白质合成参与核糖体结构形成磷代谢与ATP结合形成稳定复合物硫的吸收和同化1吸收以SO42-形式通过根系吸收2活化ATP磺化为活性硫酸腺苷3还原SO42-→SO32-→S2-4同化合成半胱氨酸和蛋氨酸铁的吸收和同化策略I(非禾本科)质子泵分泌H+酸化根际Fe3+还原为Fe2+Fe2+特异性转运蛋白吸收分泌还原物质和鳌合剂策略II(禾本科)分泌植物铁载体合成植物铁载体(植物铁载体)分泌到根际土壤Fe3+-植物铁载体复合物被吸收锰的吸收和生理作用锰主要以Mn2+形式吸收，在光合系统II的产氧复合体中发挥关键作用激活超过35种酶，参与脂肪酸合成和酚类代谢等过程锌的吸收和生理作用基因表达锌指蛋白调控转录过程1酶活性构成碳酸酐酶和醇脱氢酶活性中心生长素代谢参与生长素合成通路膜稳定性维持细胞膜结构和功能铜的吸收和生理作用硼的吸收和生理作用细胞壁结构与果胶多糖形成硼-二醇酯键细胞伸长促进根尖和花粉管伸长膜功能稳定细胞膜结构与功能钼的吸收和生理作用硝酸盐还原硝酸盐还原酶的辅基固氮作用固氮酶的组成成分黄嘌呤代谢黄嘌呤氧化酶的辅基植物激素参与脱落酸和生长素代谢氯的吸收和生理作用渗透调节维持细胞膨压和气孔运动光合作用光系统II产氧复合体辅因子阴阳离子平衡维持细胞内电荷平衡抗病性参与植物防御反应镍的吸收和生理作用1脲酶活性脲酶的活性中心成分氮代谢促进氮的利用和循环种子萌发提高种子活力和萌发率植物缺素症状1234表现类型叶片变色、坏死、畸形发生位置老叶或新叶症状不同可移动元素N、P、K等缺乏先在老叶表现难移动元素Ca、Fe、B等缺乏先在新叶表现氮素缺乏症状叶片症状老叶先黄化，整片均匀发黄生长症状植株矮小，生长缓慢发育症状提前衰老，产量显著下降磷素缺乏症状叶片症状老叶先出现症状暗绿色或紫红色叶尖和叶缘枯焦叶片小而厚根系症状根系发育不良侧根和须根减少根毛增多变长根冠比增大钾素缺乏症状叶缘和叶尖先焦枯，老叶先出现症状植株抗性降低，易倒伏，果实品质差钙素缺乏症状根尖死亡根尖分生组织坏死，生长停止新叶畸形新叶卷曲、杯状、边缘坏死芽点坏死顶芽和侧芽生长点死亡果实病害番茄脐腐病、苹果苦痘病镁素缺乏症状1叶脉间黄化老叶先出现脉间失绿叶绿素减少光合作用能力下降提前落叶严重时叶片脱落铁素缺乏症状叶片症状新叶先出现黄化，叶脉仍保持绿色发生条件碱性土壤、过湿或过干环境易感作物果树、玉米、高粱、豆类改善方法叶面喷施硫酸亚铁或螯合铁锌素缺乏症状节间缩短植株矮化，呈"矮化病"小叶簇生叶片变小，呈花簇状排列叶片斑驳叶片出现不规则黄白斑点生长延迟玉米出现"白化病"硼素缺乏症状生长点死亡顶芽和根尖分生组织坏死叶片畸形叶片卷曲变厚，脆性增加果实异常果实内部褐变，裂果严重花粉不育花粉管伸长受阻，结实率低植物营养诊断方法症状诊断根据缺素特征症状进行判断植株分析测定植物体内元素含量3土壤检测分析土壤养分含量和有效性4田间试验设置不同养分处理比较响应土壤养分测定5-7适宜pH值大多数作物最佳土壤酸碱度范围2%有机质肥沃土壤最低有机质含量0.1-0.2%全氮含量中等肥力土壤氮素水平80+养分指标综合土壤分析测定的参数数量植物组织分析可视化诊断症状图谱根据标准图谱比对症状叶绿素测定SPAD值反映氮素营养状况光