第二章 植物必需的营养元素及主要生理功能（n、p）.ppt

第二章 植物必需的营养元素 及主要生理功能,Plant Nutrition,第一节 植物组成及必需营养元素的概念,一、必需营养元素的确定方法与定义 二、必需营养元素的分类 三、最小养分律的概念,一、必需营养元素的确定方法与定义,1、基本概念： 植物营养 —— 植物体从外界环境中吸取其生长 发育所需的养分，用以维持其生命活动 营养元素 —— 植物体用于维持正常新陈代谢完成生命周期所需的化学元素,2、必需营养元素的确定方法（逐个排除法）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Si,Mo,Zn,Fe,Mg,Ca,K,P,Cl,Mn,Cu,B,S,O,H,C,P,,F,Na,,Al,,Ni,,,目前，国内外公认的高等植物所必需的营养元素有17种——碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、鉬、氯、镍Mn,B,Fe,S,N,C,O,H,Ca,K,P,Cu,Cl,Zn,Mg,Mo,Ni,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,其他元素,必需营养元素 非必需营养元素有益元素其它元素,植物的物质组成,,3、必需营养元素的定义：,对于植物生长具有必需性、不可替代性和作用直接性的化学元素称为植物必需营养元素。

确定必需营养元素的三条标准（Arnon & Stout, 1939） 必需性：缺少这种元素植物就不能完成其生命周期 不可替代性：缺少这种元素后，植物会出现特有的症状，而其它元素均不能代替其作用，只有补充这种元素后症状才会减轻或消失 直接性：这种元素是直接参与植物的新陈代谢，对植物起直接的营养作用，而不是改善环境的间接作用有益元素： 非必需营养元素中一些特定的元素，对特定植物的生长发育有益，或为某些种类植物所必需例：豆科作物－钴藜科作物－钠硅藻和水稻－硅,4、正常生长植物干物质中必需营养元素的平均含量,元素 符号 mol/克（干重 ） mg/kg %,,Mo 0.001 0.1 -,Cu 0.1 0.6 -,Zn 0.30 20 -,Mn 1.0 50 -,Fe 2.0 100 -,B 2.0 20 -,Cl 3.0 100 -,S 3.0 - 0.1,P 60 - 0.2,Mg 80 - 0.2,Ca 125 - 0.5,K 250 - 1.0,N 1000 - 1.5,O 30000 - 45,C 40000 - 45,H 60000 - 6,钼 铜 锌 锰 铁 硼 氯 硫 磷 镁 钙 钾 氮 氧 碳 氢,,,,分组原则： 根据植物体内含量的多少分为大量营养元素和微量营养元素。

一般以占干物质重量的0.1%为界线大量营养元素含量占干物重的0.1%以上，包括C、H、O、N、 P、K、Ca、Mg、S等9种; 微量营养元素含量一般在0.1%以下，包括 Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl 等7种 来源：碳和氧来自空气中的二氧化碳，氢和氧来自水，其它的必需营养元素几乎全部是来自土壤由此可见，土壤不仅是植物生长的介质，而且也是植物 所需矿质养分的主要供给者二、必需营养元素的分类,K.Mengel 等根据营养功能把植物必需营养元素分为四组： 第一组：C、H、O、N、 S； 第二组： P、B、(Si) ； 第三组：K、(Na)、Ca、Mg、Mn、Cl； 第四组：Fe、Cu、Zn、Mo、(Ni) 十七种营养元素同等重要，具有不可替代性； N、P、K素有“肥料三要素”之称； 有益元素对某些植物种类所必需，或是对某些植物的生长发育有益需要注意的问题——,三、最小养分律的概念,所谓最小养分就是指土壤当中最缺乏的那一种营养元素，物为了生长必须要吸收各种养分，但是决定作物产量的却是土壤中那个相对含量最小的有效植物生长因子，产量在一定限度内随着这个因素的增减而相对变化，因而无视这个限制因素的存在，即使继续增加其它营养成分也难以再提高作物的产量。

第二节 必需营养元素的主要生理功能,一、必需营养元素的一般营养功能 二、碳、氢、氧的主要生理功能 三、氮、磷、硫、硼的主要生理功能 四、钾、钙、镁、锌、氯（锰）的主要生理功能 五、铁、铜、钼的主要生理功能,一、必需营养元素的一般生理功能,第一组： C、H、O、N、 S——植物有机体的主要组分； 第二组： P、B、(Si) ——都以无机阴离子或酸分子的形态被植物吸收，并可与植物体中的羟基化合物进行酯化作用； 第三组：K、(Na)、Ca、Mg、Mn、Cl——有的能构成细胞渗透压，有的活化酶，或成为酶和底物之间的桥接元素； 第四组：Fe、Cu、Zn、Mo、(Ni)——这些元素的大多数可通过原子价的变化传递电子二、碳、氢、氧的主要生理功能,碳、氢、氧是植物有机体的主要组分它们占植物干物重的90%以上，是植物体内含量最多的几种元素 碳、氢、氧的主要生理功能： 1、可形成多种碳水化合物，是细胞壁的重要组分； 2、可构成植物体内各种生活活性物质，为代谢活动所必需；3、是糖、脂肪、酚类化合物的组成份碳水化合物是植物营养的核心物质一）碳,（1）碳的营养功能 ：光合作用必不可少的原料2）补充碳素养分的重要性：在温室和塑料大棚栽培中，增施CO2 肥料是不可忽视的一项增产技术。

NH4HCO3 + H2SO4 CO2,,（1）氢的营养功能：许多重要有机化合物的组分；在许多重要生命物质的结构中氢键占有重要地位；许多重要的生化反应，如光合和呼吸，都需要H+，同时 H+也为保持细胞内离子平衡和稳定pH所必需 （2）H+过多对植物的毒害：不适宜的氢离子浓度，会伤害细胞原生质的组分，影响植物的生长发育二）氢,（1）氧的营养功能,（三）氧,植物体内氧化还原过程中，氧为有氧呼吸所必需，在呼吸链的末端，O2是电子和质子的受体2）活性氧的危害及其消除,氧自由基是生物体自身代谢过程中产生的它是一类活性氧，即超氧化物自由基（O·2-）、羟自由基（ · OH）、过氧化氢（H2O2）、单线态氧（1O2）及脂类过氧化物（RO · , ROO · ） 这类物质是由氧转化而来的氧代谢产物及其衍生的含氧物质 由于它们都含有氧，且具有比氧还要活泼的化学特性，所以统称为活性氧（也称氧自由基） 活性氧具有很强大氧化能力，对生物体有破坏作用植物体内有两大氧自由基清除系统： 酶系统 1、超氧化物歧化酶（SOD）——植物细胞中清除 氧自由基最重要大酶类； 2、过氧化氢酶（CAT）； 3、过氧化物酶（POD或POX）。

抗氧化剂系统 1、维生素E； 2、谷胱甘肽（GSH）； 3、抗坏血酸（ASA）非酶类自由基清除剂还有细胞色素、甘露糖醇、氢醌、胡萝卜素等固氮酶对氧十分敏感，高效率的固氮作用一般是在微氧的条件下进行的某些固氮微生物自身具有防氧保护和对氧进行调控的能力 ——,通过高强度的呼吸作用消耗O2，降低体内氧的浓度； 需氧固氮微生物利用体内的氢化酶，通过羟化反应消耗一定数量的O2 ； 在时间上隔离固氮和光合放氧作用； 多种微生物成群聚居三、氮、磷、硫、硼的主要生理功能,1、氮,(1) 含量和分布：,一般植物含氮量约占植物体干物重的0.3%-5%,而含量的多少与植物种类、器官、发育阶段有关 种类：大豆 >>玉米>>小麦>>水稻 器官：叶片>>子粒>>茎秆>>苞叶 发育：同一作物的不同生育时期，含氮量也不相同注意： 作物体内氮素的含量和分布，明显受施氮水平和施氮时期的影响通常是营养器官的含量变化大，生殖器官则变动小，但生长后期施用氮肥，则表现为生殖器官中的含氮量明显上升氮是植物体内许多重要有机化合物的组分，也是遗传物质的基础 A.蛋白质的重要组分（蛋白质中平均含氮16%-18%）； B.核酸和核蛋白质的成分； C.叶绿素的组分元素； D.许多酶的组分（酶本身就是蛋白质）； E. 氮还是一些维生素的组分，而生物碱和植物激素也都含有氮。

总之，氮对植物生命活动以及作物产量和品质均有极其重要的作用合理施用氮肥是获得作物高产的有效措施植物吸收的氮素主要是铵态氮和硝态氮在旱地农田中，硝态氮是作物的主要氮源由与土壤中的铵态氮通过硝化作用可转变为硝态氮所以，作物吸收的硝态氮多于铵态氮 ①NO3-N的吸收: 逆电化学势梯度的主动吸收；介质H显著影响植物对的吸收pH值升高， NO3-N的吸收减少；进入植物体后，大部分在根系中同化为氨基酸、蛋白质，也可直接通过木质部运往地上部；硝酸根在液泡中积累对离子平衡和渗透调节作用具有重要意义2) 氮的吸收、同化和运输,硝酸还原成氨是由两种独立的酶分别进行催化的硝酸还原酶可使硝酸盐还原成亚硝酸盐，而亚硝酸还原酶可使亚硝酸盐还原成氨②NO3-N的同化,,NO2-,NO3_,NH3,,,,,,,,,③NH4+-N的吸收,NH4+的吸收与H+的释放存在着相当严格的等摩尔关系 (K.Mengel et al, 1978) 水稻幼苗对NH4+的吸收与H+释放的关系,,,158 184 174 145,149 183 166 145,。