植物的矿质营养及对氮、磷、硫的同化

1、三叶草,镉,广西兴安县的小宅村,第五章 植物的矿质营养和植物对氮、磷、硫的同化,本章重点,植物必需元素的主要生理功能及缺素症状； 植物根系吸收矿质元素的过程及影响因素； 植物对氮素的同化过程。,荷兰 Van Helmont 第一个用实验方法,1650年 Glauber 水和硝酸盐是 植物生长的基础,1699年，英国 Woodward,土浸提液中 生长最好,构成植物体的不仅有水，还有 土壤中一些特殊物质。,1804年 瑞士 de saussure,法国 Boussingault,1840年 德国化学家Liebig,矿质营养学说,植物生长所需的无机营养来自土壤。,1860年 德国 植物生理学家 J.Sachs和W.knop,已知成分的无机盐溶液,培养植物,成功,植物营养的根本性质,(无机营养型),第一节 植物体内的必需元素 第二节 植物对矿质元素的 吸收及运输 第三节 植物对氮、硫、磷的同化 第四节 合理施肥的生理基础 第五节 植物的无土栽培,第一节 植物体内的必需元素,一、植物体内的元素 二、植物必需的矿质元素 和确定方法 三、植物必需元素的主要生理 功能概述 四、植物的有益元素和有害元

2、素 五、植物的缺素诊断,一、植物体内的元素 （ The elements in plant ）,植物： 水分 10%95% 干物质 5%90%,有机物 90%95% 挥发,无机物5%10% 灰分,灰分(ash)是各种金属的氧化物、磷酸盐、硫酸盐和氯化物等。,构成灰分的元素称为灰分元素或矿质元素(mineral element)。,矿质元素主要存在于土壤中，被根吸收进入植物体内。,二、植物必需的矿质元素 和确定方法,(一)、植物的必需矿质元素,对于植物的正常生长发育是必要的，在其完全缺乏时，不能完成生活史；,三个条件：,作用专一性，在其缺乏时产生特殊缺素症，只有加入该元素才能使植物恢复正常。,在植物的营养生理上起直接作用。,大量元素（ macroelements）： C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg,微量元素（micro nutrients）： Fe、Cl、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Ni,目前认为符合必需元素标准的有17种,高等植物中必需元素的有效浓度,(二)、确定植物必需矿质元素的 研究方法,营养液培养法,砂培法,水培法,注意事项！,营养膜培养系统,有氧溶液培养系统,溶液培养系

3、统,三、植物必需元素的主要生理 功能概述,(一)植物体内的功能,1.构成植物体的结构物质,如C、H、O、N、S、Ca、P等组 成了细胞壁、纤维素、膜、蛋白质。,2.组成一些重要的生命物质,如Mg2+是叶绿体分子的成分，N是 蛋白质的成分，P是形成高能化合 ATP的重要成分。,3.体内生物氧化还原过程 的电子传递体,如Cu2+、Fe2+、Mo6+。,4.是酶的辅基或活化剂,如: Fe、Mo是固氮酶的成分； Zn是碳酸酐酶、色氨酸合成酶 的辅基； Ca、Mg是 ATPase等酶的活化剂； Mn是苹果酸脱氢酶的活化剂。,5.作为细胞信号转导信使,当一种必需元素供应不足时，会造成代谢的紊乱，并进而产生植物外观上可见的一些症状，称为营养缺乏症(nutrient dificiency symptom)或缺素症。,N、P、K、Ca、Fe、Zn、S、Ni,(二)、生理作用,1.氮的主要生理作用,根系吸收形式,NO-3,NH+4,有机态氮,细胞质、细胞核、细胞壁,核酸、磷酯、叶绿素、辅酶、某些植物激素、维生素、生物碱等；,生命元素,N过多 叶色深绿，营养体 徒长，抗逆能力差。 叶菜，多施N肥。,N过少

4、植株小，叶色淡， 籽粒不饱满，产量低。,N移动性大， 可重复利用。,2.磷的主要生理作用,根系吸收形式,缺磷，植物的全部代谢活动都不能正常进行。,缺磷,蛋白质合成受阻，新的细 胞质和细胞核形成少,3.钾的主要生理作用,根吸收的形式,K+,（1）提高原生质水合程度， 增强细胞保水能力，利于抗旱。,（2）约60多种酶的活化剂。如丙酮酸磷酸激酶，淀粉合成酶，苹果酸脱氢酶等。,（3）光合、呼吸中，K+与H+跨膜交换，促进磷酸化作用。,（4）调节细胞渗诱势，调节气孔运动。,（5）调节CH2O的合成与运转,（6）与淀粉及纤维素的形成有关，防 止倒伏。,（7）筛管中K+浓度高，促进物质运输。,缺K+时表现叶缘枯焦，叶皱缩，变黄，易倒伏。可再利用，症状首先表现于老叶。,4.钙的主要生理作用,（1）组成胞壁的果胶钙，与细胞分裂有关； 稳定膜结构，磷脂与蛋白质间的桥梁。,（2） Ca2与抗病有关，使受伤部位易形成愈伤组织。,（3）酶的活化剂，如ATP酶、磷脂水解酶等。,（4）结合草酸成草酸钙消除过量草酸的毒害。,（5）作为细胞内的第二信使，传递信息。,在体内难移动，不易被再利用。缺Ca2时，壁形成受阻，影

5、响细胞分裂，嫩叶卷曲，根尖，茎尖溃烂、坏死。,5.铁的主要生理作用,以铁的螯合物、 Fe2O3吸收，在体内还原为二价铁。,（1）酶的辅基：细胞色素氧化酶， 过氧化氢酶，过氧化物酶等。,（2）呼吸电子传递链和光合作用电子传递链中含铁蛋白。,（3）固N酶成分,（4）叶绿素生物合成需要 Fe。,一般认为不可再利用，但也有研究表明有一定程度的移动性。缺Fe时，幼叶发黄，如华北地区果树的“黄叶病”。,6.锌的主要生理作用,色氨酸合成酶的必要成分,叶绿素的合成,华北地区果 树“小叶病”,7.硫的主要生理作用,硫不易移动，一般幼叶缺绿， 新叶失绿，呈黄白色，易脱落。,生长在不同硫含量（低硫和高硫）条件下的小麦所制的面包,8.镍的主要生理作用,脲酶的必需组分。脲酶的 作用是催化尿素水解成CO2 和NH4+。,缺镍，叶尖会积累尿素而对植物产生毒害，使叶尖出现坏死。,（一）、有益元素 ：,不是植物必需元素，但能促进某些植物的生长发育。,如Na, Si, Co, Se等以及稀土元素。,（二）、有害元素：,汞、铅、铝等对植物有害的 重金属元素。,四、植物的有益元素和有害元素,五、植物的缺素诊断,（一）、确定植

6、物组织、器官在形态、颜色 等方面发生变化（症状）的原因,（二）、植物组织及土壤成分的测定,（三）、补充营养元素,第二节 植物对矿质元素的 吸收及运输,一、根系吸收矿质元素的 区域和过程,（一）、区域,根系！,1、矿质元素被吸附在根 组织细胞表面,土壤颗粒表面阳离子交换法则,同荷等价,2、矿质元素在根组织内的 质外体和共质体运输途径,离子吸附 在根系表面,根毛区离子吸收的共质体和质外体途径,经内部空间（inner space）进入细胞质。 跨过内皮层。 进入导管，向地上部运输。,二、植物吸收矿质元素的特点,（一）、根系吸收矿质营养与 吸收水分的关系,植物对水分和矿质的吸收 既相互联系又相互独立。,（二）、根系对离子吸收具有选择性,生理酸性盐：如(NH4)2SO4 生理碱性盐：如NaNO3或 Ca(NO3)2 生理中性盐：如 NH4NO3,（三）、单盐毒害,将植物培养在某一单盐溶 液中（只含单一盐类）不久， 植株呈现不正常状态甚至枯死， 这种现象称为单盐毒害（toxicity of single salt）。,离子拮抗 平衡溶液,三、影响根系吸收矿质元素的因素,（一）、土壤温度,温度对小麦

7、幼苗吸收钾的影响,（二）、土壤通气状况,（三）、土壤溶液中各种 矿质元素的浓度,“烧苗”,（四）、土壤酸碱度,左：对燕麦吸收K+的影响 右：对小麦吸收NO-3的影响,pH 对矿质元素吸收的影响,多数植物最适生长的 pH 为67； 马铃薯的最适 pH 为4.85.4，甘薯、花生、烟草 pH 5.06.0； 甘蔗 pH 7.07.3，甜菜7.07.5。,四、植物地上部分对矿质元素的吸收,植物除根以外，地上部分也可以吸收矿质营养，这一过程称为根外营养。地上部分吸收矿物质的器官主要是叶片，所以也称为叶片营养(foliar nutrition),五. 矿质元素在体内的运输和 利用,（一）、 矿质元素运输的形式,（二）、矿质元素运输的途径,（三）、矿质元素的利用,(一)、矿质元素运输的形式,（二）、矿质元素运输的途径,（三）、矿质元素的利用,参与循环的元素,不参与循环的元素,一种元素在植物体内进行一次或多次再分配再利用。这些元素在植物体内可反复多次的被利用，叫可再利用元素。如：N、P、K、Mg、Cl。,另一些元素（Fe、S、Ca、Mn、B等）在植物体内形成稳定的化合物，不易移动，不易被循环利用，叫

8、不可再利用元素。,第三节 植物对氮、硫、磷的同化,一、氮的同化 二、硫的同化 三、磷的同化,一、氮的同化,（一）、植物的氮源,自然界中N素循环,（二）、硝酸盐的还原,1.硝酸还原酶,2.亚硝酸还原酶 3.硝酸盐的还原部位和途径,1.硝酸还原酶,硝酸还原酶,亚硝酸还原酶,硝酸还原酶,钼黄素蛋白：FAD+钼复合蛋白,多数情况下的供氢体：NADH 非绿色组织的供氢体：NADH 或 NADPH,NR基因表达的调控,硝酸还原酶是一种底物诱导酶,2.亚硝酸还原酶,铺基：血红素+4Fe-4S簇,电子供体：铁氧还蛋白,3.硝酸盐的还原部位和途径,在叶中的硝酸还原,在根中的硝酸还原,（三）、氨的同化-谷氨酸合成酶循环,主要由谷氨酰胺合成酶（叶绿体和胞质中）和谷氨酸合酶（质体、叶绿体中）催化将氨转移到氨基酸上。 也有谷氨酸脱氢酶（线粒体中）参与，但不是主要的。,氨的同化,转氨作用,（四）、生物固氮,生物固氮作用是指在生物体内将大气中的N2转变为NH3或NH+4的过程。 能固氮的生物都是原核微生物，分为共生的和非共生的二大类. 固氮微生物体内含有固氮酶：由铁蛋白和钼铁蛋白构成的复合体,豌豆的根瘤,固氮酶催化

9、的反应,二、硫酸盐的同化,由APS还原生成的S2-(游离态或结合态) 主要是进入半胱氨酸和甲硫氨酸。 少量半胱氨酸被结合进CoA，微量的甲硫氨酸形成S-腺苷甲硫氨酸。 S-腺苷甲硫氨酸是木质素、果胶、类黄酮、叶绿素等生物合成中的甲基供体，也是植物激素乙烯的前体。,三、磷酸盐的同化,植物以磷酸盐的形式从土壤中吸收磷。少量磷酸盐以游离状态存在于体内，大部分同化为有机物。,磷酸盐进入同化途径最主要的起点是形成ATP（氧化磷酸化，光合磷酸化及底物水平的磷酸化）。 形成ATP后，磷酸可以通过各种代谢过程转移到糖的酸酯、磷脂和核苷酸等含磷有机物中。,第四节 合理施肥的生理基础,1. 促进光合作用，增加有机营养， 扩大光合面积，提高光合能力， 延长光合时间。,一、施肥增产的生理基础,2. 调节代谢，控制生长发育,3. 改善土壤条件，满足植物生长需要。,二、作物的需肥规律 1. 不同作物所需要的肥料不同 2. 同一作物不同生育期对肥料的吸 收不均衡。 3. 不同生育期，施肥作用不同 需肥临界期 植物营养最大效率期,三、施肥指标 1. 土壤营养指标 2. 作物形态指标 3. 生理生化指标 体内养分状况 叶绿素含量 酰胺和淀粉含量 酶活性,四、发挥和提高肥效的措施 肥水适当配合，以水控肥， 以肥济水 2. 适当深耕，改善土壤条件 3. 改善光照条件，充分发挥肥水 的增产作用 4. 改善施肥方式,养分释放与植物需求基本一致,日本在水稻上应用控释肥面积占 20 %,五、无土栽培 Soilless culture,一、实验证明植物根系吸收矿质元素具有选择性。 植物对组成同一盐类的阴离子或阳离子的 吸收量不同时，就会改变溶液的pH值。,二、举例根系对离子的主动吸收。 主动吸收是需要能量逆电化学势 吸收离子的过程。 利用32P和呼吸抑制剂就能测量使 用呼吸抑制剂后32P的吸收量就减少。,三、实验观察K+对气孔开度的影响。,材料：蚕豆叶下表皮 三种溶液：0.5%KNO3、0.5%NaNO3、dH2O 处理：光照30min 结果： 0.5%KNO3表皮气孔开度最大。,K+促进气孔开放。,

《植物的矿质营养及对氮、磷、硫的同化》由会员F****n分享，可在线阅读，更多相关《植物的矿质营养及对氮、磷、硫的同化》请在金锄头文库上搜索。