植物对矿质元素的吸收利用.ppt

植物细胞对矿物质元素的吸收及利用第二节 植物细胞对矿质元素的吸收一、植物细胞对矿质元素吸收的方式及机理1、通道运输2、载体运输3、泵运输4、胞饮作用植物细胞对矿质元素吸收的方式：被动吸 收、主动吸收和胞饮作用简单扩散1、被动吸收（passive absorption）指由于扩散作用或其它 物理过程而进行的吸收，不需能量，又称为非代谢吸收（1）简单扩散（simple diffusion）脂溶性物质和水分子顺浓度差扩散 （2）杜南平衡（Donna equilibrium）细胞内的可扩散负离子和正离子浓度的乘积等于细胞外 可扩散正、负离子浓度乘积时的平衡，叫杜南（道南）平衡 它不消耗代谢能，属于离子的被动吸收方式 2、主动动吸收（active absorption）：又叫主动动运输输，代谢谢吸收， 指细细胞利用呼吸释释放的能量做功而逆着浓浓度差吸收矿矿物质质的过过程 3、胞饮饮作用（pinocytos ）： 物质质吸附在质质膜上，通过过膜的内 折而转转移到细细胞内的攫取物质质及液体的过过程载体运输2.载体及作用方式 载体（carrier） ：生物膜上存在专门运送物质的大分子蛋白 质（载体R） ，能有选择地与外界物质（分子或离子）结 合，形成载体-物质复合体，透过质膜，在质膜内方脱离 ，把物质释放在细胞内。

载体作用方式： （1）扩散方式：认为载体为透过酶，其在膜内可扩散，在扩散过程中 把外界物质带入细胞内 （2）变构方式：认为载体为变构酶，其在膜内不可移动，它为膜的 一 部分，横跨膜内外，通过变构作用，把膜外分子或离子运 到细胞去质子泵学说细胞对离子的吸收和运输是由于质膜上存在的离子泵和ATP酶引起的， ATP酶催化ATP水解放出能量，离子泵利用该能量驱动离子的转运各种运输途径的证据：通道运输：简单扩散，不消耗能量载体运输：饱和效应、离子竞争 质子泵（主动运输）：逆电化学梯度、需 要能量胞饮作用：物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折 而转移到细胞内的攫取物质及液体的过程一种 非选择性的吸收方式）1.离子被吸附在根系细胞的表面 根部细胞呼吸作用放出CO２和H２O CO２溶于水生成H２CO３,H２CO３能解离出 H+和HCO－３离子,这些离子可作为根系细 胞的交换离子,同土壤溶液和土壤胶粒上吸 附的离子进行离子交换,离子交换有两种方 式：第三节 植物体对矿质元素的吸收一、植物根系对矿质元素的吸收(1)根与土壤溶液的离子交换：CO2-３、H+、HCO－３这些 离子可以和根外土壤溶液中以及土壤胶粒上的一些离子如 K+、Cl-等发生交换,结果土壤溶液中的离子或土壤胶粒上的 离子被转移到根表面。

如此往复,根系便可不断吸收矿质2)接触交换：当根系和土壤胶粒接触时,根系表面的离子可 直接与土壤胶粒表面的离子交换，这就是接触交换因为根 系表面和土壤胶粒表面所吸附的离子,是在一定的吸引力范 围内振荡着的,当两者间离子的振荡面部分重合时,便可相互 交换由于H+和HCO－３分别与周围溶液和土壤胶粒的阳离子和 阴离子迅速地进行交换,因此盐类离子就会被吸附在根表面 2.离子进入根部导管离子从根表面进入根导管的途径有质 外体和共质体两种(1)质外体途径 根部有一个与外界溶液保持扩散平衡、 自由出入的外部区域称为质外体，又称自由空间2)共质体途径 离子通过自由空间到达原生质表面后,可 通过主动吸收或被动吸收的方式进入原生质在细胞内 离子可以通过内质网及胞间连丝从表皮细胞进入木质部 薄壁细胞，然后再从木质部薄壁细胞释放到导管中二、植物吸收矿质元素的特点大量研究证明,植物吸水和吸收盐分的数量会因 植物和环境条件的不同而变化很大植物对水分 和矿质的吸收是既相互关联,又相互独立前者,表 现为盐分一定要溶于水中,才能被根系吸收,并随水 流进入根部的质外体而矿质的吸收，降低了细 胞的渗透势，促进了植物的吸水。

后者,表现在两 者的吸收比例不同，吸收机理不同:水分吸收主要 是以蒸腾作用引起的被动吸水为主,而矿质吸收则 是以消耗代谢能的主动吸收为主另外两者的分 配方向不同，水分主要分配到叶片，而矿质主要 分配到当时的生长中心一)根系吸收矿质与吸收水分不成比例(二)根系对离子吸收具有选择性离子的选择吸收是指植物对同一溶液中不同离子或同一盐的 阳离子和阴离子吸收的比例不同的现象例如供给NaNO３,植物 对其阴离子(NO-3)的吸收大于阳离子(Na+)，由于植物细胞内总的 正负电荷数必须保持平衡,因此就必须有OH-或HCO3－排出细胞 植物在选择性吸收NO-３时,环境中会积累Na+，同时也积累了OH- 或HCO-３，从而使介质pH值升高，故称这种盐类为生理碱性盐 ，如多种硝酸盐同理,如供给(NH４)２SO４,植物对其阳离子(NH+４)的吸收大于阴离子(SO２- ４),根细胞会向外释放H+,因此在环境中 积累SO２-４的同时,也大量地积累H+,使介质pH值下降,故称这种盐 类为生理酸性盐，如多种铵盐如供给NH４NO３,则会因为根系 吸收其阴、阳离子的量很相近,而不改变周围介质的pH,所以称其 为生理中性盐。

生理酸性盐和生理碱性盐的概念是根据因植物的 选择吸收引起外界溶液是变酸还是变碱而定义的如果在土壤中 长期施用某一种化学肥料,就可能引起土壤酸碱度的改变,从而破 坏土壤结构，所以施化肥应注意肥料类型的合理搭配三)根系吸收的单盐毒害任何植物,假若培养在某一单盐溶液中,不久即呈现不正 常状态,最后死亡这种现象称单盐毒害单盐毒害无论是 营养元素或非营养元素都可发生,而且在溶液浓度很稀时植 物就会受害例如把海水中生活的植物,放在与海水浓度相 同的NaCl溶液中,植物会很快死亡若在单盐溶液中加入少量其它盐类,这种毒害现象就会 消除这种离子间能够互相消除毒害的现象,称离子颉颃， 也称离子对抗或离子拮抗所以，植物只有在含有适当比 例的多盐溶液中才能良好生长,这种溶液称平衡溶液 (balanced solution)前边所介绍的几种培养液都是平衡 溶液对于海藻来说，海水就是平衡溶液对于陆生植物 而言，土壤溶液一般也是平衡溶液，但并非理想的平衡溶 液，而施肥的目的就是使土壤中各种矿质元素达到平衡， 以利于植物的正常生长发育关于颉颃作用的本质,目前还 没有满意的解释三、根外营养植物除了根系以外,地上部分(茎叶)也能吸收 矿质元素。

生产上常把速效性肥料直接喷施在叶 面上以供植物吸收,这种施肥方法称为根外施肥或 叶面营养溶于水中的营养物质喷施叶面以后,主要通过 气孔，也可通过湿润的角质层进入叶内（角质层 有裂缝,呈细微的孔道,可让溶液通过）1、概念营养物质进入叶片的量与叶片的内外因素有 关嫩叶比老叶的吸收速率和吸收量要大,这是由 于二者的表层结构差异和生理活性不同的缘故由于叶片只能吸收溶解在溶液中的营养物质, 所以溶液在叶面上保留时间越长,被吸收的营养物 质的量就越多凡能影响液体蒸发的外界环境因 素,如光照、风速、气温、大气湿度等都会影响叶 片对营养物质的吸收因此,向叶片喷营养液时应 选择在凉爽、无风、大气湿度高的期间(例如阴天 、傍晚)进行2、根外施肥的影响因素3、根外营养的特点根外施肥具有肥料用量省、肥效快等特点,特别 是在作物生长后期根系活力降低、吸肥能力衰退 时;或因干旱土壤缺少有效水、土壤施肥难以发挥 效益或因某些矿质元素如铁在碱性土壤中有效 性很低;Mo在酸性土壤中强烈被固定等情况下,采 用根外追肥可以收到明显效果常用于叶面喷施 的肥料有尿素、磷酸二氢钾及微量元素谷类作 物生长后期喷施氮肥,可有效地增加种子蛋白质含 量根外施肥的不足之处是对角质层厚的叶片(如 柑橘类)效果较差;喷施浓度稍高,易造成叶片伤害 。

四、影响根系吸收矿质元素的因素植物对矿质元素的吸收受环境条件的影响以温度、氧气 、土壤酸碱度和土壤溶液浓度的影响最为显著 (一)温度土温能通过影响根系呼吸而影响根对矿质元素 的主动吸收原生质胶体状况也能影响根系对矿质元素的吸 收, 在适宜温度下原生质粘性降低,透性增加,对离 子的吸收加快高温(40℃以上) 使酶钝化,从而影响根部代谢; 高温还导致根尖木栓化加快,减少吸收面积;高温还 能引起原生质透性增加,使被吸收的矿质元素渗漏 到环境中去二)通气状况土壤通气状况直接影响到根系的呼吸作用 ，通气良好时根系吸收矿质元素速度快 因此,增施有机肥料,改善土壤结构,加强中耕 松土等改善土壤通气状况的措施能增强植 物根系对矿质元素的吸收土壤通气除增 加氧气外,还有减少CO２的作用三)土壤溶液浓度当土壤溶液浓度很低时,根系吸收矿质元 素的速度,随着浓度的增加而增加,但达到某 一浓度时,再增加离子浓度,根系对离子的吸 收速度不再增加这一现象可用离子载体 的饱和效应来说明浓度过高,会引起水分 的反渗透,导致“烧苗”所以，向土壤中施 用化肥过度,或叶面喷施化肥及农药的浓度 过大,都会引起植物死亡,应当注意避免。

四)土壤pH值土壤pH值对矿质元素吸收的影响,因离子性质不 同而异，一般阳离子的吸收速率随pH值升高而加 速;而阴离子的吸收速率则随pH值增高而下降pH值对阴阳离子影响不同的原因,认为与组成 细胞质的蛋白质为两性电解质有关一般认为土壤溶液pH值对植物营养的间接影 响比直接影响大得多例如引起元素沉淀和淋失 、引起植物中毒一般植物最适生长的pH值在6 ～7之间,但有些植物喜稍酸环境,如茶、马铃薯、 烟草等,还有一些植物喜偏碱环境,如甘蔗和甜菜等(三)矿质元素的利用矿质元素运到生长部位后,大部分与体内的同化物合成 复杂的有机物质未形成有机化合物的矿质元素,有的作为 酶的活化剂,如Mg、Mn、Zn等;有的作为渗透物质,调节植 物水分的吸收已参加到生命活动中去的矿质元素,经过一个时期后也 可分解并运到其它部位去,被重复利用必需元素被重复利 用的情况不同,N、P、K、Mg易重复利用，其中氮、磷可 多次参与重复利用;有的从衰老器官转到幼嫩器官、有的从 衰老叶片转入休眠芽或根茎中,待来年再利用、有的从叶、 茎、根转入种子中等等 Cu、Zn有一定程度的重复利用,S 、Mn、Mo较难重复利用,Ca、Fe不能重复利用,它们的病 症首先出现于幼嫩的茎尖和幼叶。

四）、生物固氮通过还原为氨盐或氧化为硝酸盐的作用，使惰性的 N2转化为可被植物吸收利用的氮素形态，这种转化称 为氮的固定作用大气中含氮79%，属惰性，全球生 物固氮约（137~170）× 106 6吨氮/年，是化学氮肥产量 的2~3倍，占自然固氮的90%植物固氮主要是通过其寄生或共生的固氮微生物 来完成的农业系统中，结瘤的豆科植物与根瘤菌形 成的固氮体系最为重要，而在森林生态系统中放线菌 与结瘤非豆科作物间形成的固氮体系最为重要一、名词解释1、 矿质元素 2、 必需元素 3、 有益元素 4、 离子 的被动吸收 5、 离子的主动吸收 6、 单盐毒害 7、 离子颉颃 8、 平衡溶液 9、 生理酸性盐 、 生理碱 性盐 、 生理中性盐 10、 养分临界期 11、 诱导酶 本章复习题二、问答题1、 植物必需的矿质元素要具备哪些条件? 2、硝态氮进入植物体之后是怎样运输的?如何还原成氨的? 3、合理施肥增产的原因是什么? 4、植物细胞吸收矿质元素的方式有哪些？thank you ~。