02 第二章 矿质.ppt

第1页：矿质营养引言：水培试验

引言植物靠水构成1804年种子播于蒸馏水中死

第2页：李比希矿质营养学说

•1840李比希（J. von Liebig）创立植物矿质营养(minerral nutrient)学说土壤供给无机营养机体组分调节生命活动只占植物干重的百分之几,但很重要!

第3页：第三章 植物的矿质与氮素营养

第三章植物的矿质与氮素营养矿质营养(mineral nutrition):植物对矿物质的吸收、转运和同化

第4页：矿质营养章节目录

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氮的同化第四节合理施肥的生理基础第三章植物的矿质与氮素营养

第5页：第一节 植物体内的必需元素

第一节植物体内的必需元素一、植物体内的元素植物体中含哪些元素？哪些是必需的？植物材料105℃水（10-95%）干物质（5-90%）600℃有机物质（90-95%）挥发(N)灰分（5-10%）残烬注：N不在灰分中，但也从土壤中吸收

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第7页：必需元素的三条标准

二、植物必需的矿质元素和确定方法(一)必需元素必需元素(essential element)是指植物生长发育必不可少的元素。国际植物营养学会规定植物必需元素的三条标准是:缺乏该元素,植物生长发育受阻,不能完成其生活史;除去该元素,表现为专一的病症,这种缺素病症可用加入该元素的方法预防或恢复正常;该元素物营养生理上能表现直接的效果。

第8页：确定必需元素的方法

(二)确定植物必需矿质元素的方法灰分中大量存在的元素定是植物必需？1.溶液培养法(solution culture method)亦称水培法(water culture method),是在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法.2.砂基培养法(sand culture method)是在洗净的石英砂或玻璃球等基质中加入营养液来培养植物的方法。3.气培法(aeroponics)将根系置于营养液气雾中栽培植物的方法.研究某元素,就在营养液中除去该元素,观察生长发育状况

第9页：图3-1 营养液培养法

图3-1几种营养液培养法A.水培法:使用不透明的容器(或以锡箔包裹容器),以防止光照及避免藻类的繁殖,并经常通气;B.营养膜(nutrientfilm)法:营养液从容器a流进长着植株的浅槽b,未被吸收的营养液流进容器c,并经管d泵回a。营养液pH和成分均可控制。C.气培法：根悬于营养液上方，营养液被搅起成雾状。

第10页：

第11页：植物的19种必需元素

(三)植物必需元素用该方法和标准,现确定19种元素为植物必需:C、H、O（来于空气和水）；N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Cl、Si、Ni、Na后16种为植物必需的矿质元素（含N）Ni和Na、Si

第12页：大量元素与微量元素

按植物对必需元素需要量的大小，可分为大量元素与微量元素两类。

第13页：必需元素的作用分类

必需元素在植物体内的作用可归纳为以下四类。

第14页：本章内容提要

内容提要：了解植物缺乏某一元素的主要症状表现，并能从生理学角度对症状加以合理解释。试验二：植物的缺素培养（演示）

第15页：氮的吸收与生理作用

1、氮NH4+或NO3-吸收方式：尿素、氨基酸。主要生理作用：（生命元素）蛋白质，核酸、磷脂的主要成分。叶绿素的成分。某些植物激素、维生素（B1，2，6）的成分。酶及许多辅酶、辅基成分（NAD+、FAD）

第16页：氮过多与缺氮的症状

症状叶大而深绿，徒长，细胞质丰富而壁薄，机械组织不发达，易倒伏和被病虫危害。植株矮小,叶小色淡或发红，分枝少,花少。充足枝繁叶茂，叶大而鲜绿，叶功能期长，分枝多，花多，产量高缺乏过多叶菜类作物多施一些氮肥移动性大，缺乏先表现在老叶。由下部叶片开始逐渐向上

第17页：小麦与苹果缺氮

小麦缺氮苹果缺氮

第18页：马铃薯与菜豆缺氮

马铃薯缺氮菜豆缺氮

第19页：磷的吸收与生理作用

2、磷吸收方式：H2PO4-（土壤PH＜7）HPO42-（土壤PH＞7）生理作用：磷脂和核酸的组分，参与生物膜、细胞质和细胞核的构成。是核苷酸的组成成分。(如ATP、FMN等)参与能量代谢糖类代谢、蛋白质代谢和脂肪代谢中起着重要的作用

第20页：磷过多与缺磷的症状

症状过多缺乏分枝少,幼芽、幼叶生长停滞,茎、根纤细,植株矮小；叶子暗绿色或紫红色。易移动，能重复利用。症状首先在下部老叶出现。叶上出现小焦斑（磷酸钙沉淀），阻碍硅吸收，易使水稻感病；产生缺Zn症。促进碳水化合物合成、转化和运输（种子、块根、块茎）马铃薯、甘薯、禾谷类多施

第21页：磷的缺乏症

P的缺乏症：生长特别矮小，新叶色深，呈墨绿色；老叶和茎基部常变红。

第22页：水稻缺磷“一枝香”

•水稻缺P：新叶色深，呈墨绿色俗称“一枝香”，“锅刷”

第23页：大麦缺磷

缺P大麦生长矮小，叶色深绿。

第24页：油菜缺磷

油菜缺P，老叶呈紫红色

第25页：大麦缺磷老叶发红

大麦缺P，老叶发红

第26页：玉米缺磷

玉米缺P，茎叶发红

第27页：白菜与油菜缺磷

白菜缺磷油菜缺磷

第28页：玉米与大麦缺磷

玉米缺磷大麦缺磷

第29页：钾的吸收与生理作用

3、钾吸收方式：K+形式生理作用：很多酶的活化剂，是40多种酶的辅助因子。调节水分代谢。K+在细胞中是构成渗透势的重要成分。促进蛋白质合成，促进糖类合成和运输

第30页：钾缺乏与充足的表现

叶出现缺绿斑点，逐渐坏死，叶缘枯焦；茎杆偌，易倒伏；抗旱、抗寒差症状缺乏充足糖类合成加强，纤维素和木质素含量增加，茎杆坚硬，抗倒伏促进糖转化和运输，使光合产物运到种子、块根、块茎）马铃薯、甘薯、甜菜、禾谷类多施易移动

第31页：田间大麦缺钾

田间大麦缺K，老叶枯焦

第32页：水稻缺钾

水稻缺钾老叶枯死，呈褐色烧焦状。

第33页：棉花缺钾

棉花缺钾老叶呈褐色烧焦状枯死,根少。

第34页：棉花缺钾褐焦状

棉花缺钾老叶呈“褐色烧焦状”枯死,根少。

第35页：葡萄缺钾

缺K正常葡萄缺钾基部叶叶缘开始发黄到呈褐色烧焦状枯死。

第36页：大豆缺钾杯状叶

大豆缺K“杯状叶

第37页：

第38页：钙的生理作用与缺钙症

4、钙构成细胞壁钙与可溶性的蛋白质形成钙调素(calmodulin，简称CaM)。和Ca2+结合，形成有活性的Ca2+·CaM复合体，起“第二信使”的作用。生理作用：缺素症状首先表现在上部幼茎幼叶和果实等器官顶芽、幼叶呈淡绿色,叶尖出现钩状,随后坏死缺乏

第39页：水稻缺钙

生长点坏死,水稻缺Ca

第40页：大豆缺钙

生长点坏死,大豆缺Ca

第41页：玉米缺钙

生长点坏死幼叶有缺刻状玉米缺Ca

第42页：番茄脐腐病

蕃茄“脐腐病”，

第43页：大白菜干心病

大白菜“干心病”。

第44页：番茄与白菜缺钙

蕃茄缺钙白菜缺钙

第45页：镁的生理作用

5、镁生理作用：叶绿素的组成成分之一。许多酶的活化剂。叶绿素不能合成，叶脉仍绿而叶脉之间变黄缺乏

第46页：缺镁网状脉

缺Mg网状脉

第47页：茄子缺镁

茄子缺Mg

第48页：大麦缺镁串珠状脉

大麦缺Mg条(串珠）状脉

第49页：葡萄缺镁

葡萄缺Mg

第50页：柑橘缺镁

柑桔缺镁果实脐部失绿

第51页：油菜缺镁

油菜缺Mg，脉间失绿、发红。

第52页：硫的生理作用

• 蛋白质含量显著减少，幼叶黄绿，叶片发红，植株矮小。6、硫
• ②硫也是CoA、Fd的成分之一。生理作用：
• ①含硫氨基酸和磷脂的组分，蛋白质、生物膜缺乏农业中少见，土壤中有足够量

第53页：大豆缺硫

大豆缺硫植株矮小,新叶均一失绿发白

第54页：玉米缺硫

玉米缺硫,新叶均一失绿发白。

第55页：油菜缺硫

缺S油菜开花结实延迟

第56页：豇豆缺硫

豇豆缺S

第57页：铁的生理作用

7.铁生理作用：叶绿素合成所必需。Fd的组分。因此，参与光合作用缺乏由幼叶脉间失绿黄化，但叶脉仍为绿色；严重时整个新叶变为黄白色。

第58页：苹果缺铁

苹果缺Fe，新叶脉间失绿

第59页：茄子缺铁

茄子缺Fe

第60页：柑橘缺铁

柑桔缺Fe，新叶脉间失绿到全叶发黄。

第61页：水稻缺铁

水稻缺Fe，新叶脉间失绿到全叶发黄

第62页：大豆缺铁

大豆缺Fe，新叶脉间失绿到全叶发白

第63页：硼的生理作用

8.硼生理作用：促进糖分在植物体内的运输促进花粉萌发和花粉管生长缺乏甘蓝型油菜“花而不实”,甜菜“心腐病”

第64页：油菜缺硼花而不实

油菜缺B“花而不实”缺B正常

第65页：小麦缺硼亮穗

小麦缺B“亮穗”-BNormal

第66页：玉米缺硼

玉米缺B结实不良Normal-B

第67页：棉花缺硼

缺B棉叶有褐褐色坏死斑，叶柄有绿白相间的环纹。Normal-B

第68页：甜菜缺硼心腐病

缺B甜菜“心腐病”

第69页：黄瓜缺硼

缺B黄瓜开裂

第70页：玉米缺硼叶片

缺B玉米叶条状透明易碎

第71页：柑橘缺硼

缺B柑桔果实失水、褐心

第72页：锰的生理作用

9.锰生理作用：光合作用，水的裂解需要锰参与(放氧复合体成员)叶绿素形成和维持叶绿体正常结构必需叶绿体结构会破坏、解体。叶片脉间失绿，有坏死斑点缺乏

第73页：大麦缺锰

大麦缺Mn，新叶有褐色小斑点

第74页：葡萄缺锰

葡萄缺Mn,脉间失绿，果实成熟不一致Normal

第75页：锌的生理作用

10.锌色氨酸合成酶的组分，催化吲哚与丝氨酸成色氨酸(生长素前体)。缺乏玉米“花白叶病”，果树“小叶病”

第76页：铜与钼的生理作用

11.铜参与氧化还原过程光合电子传递链中的电子传递体质体蓝素的组分生理作用：缺乏禾谷类“白瘟病”，果树“顶枯病”12.钼钼的生理功能突出表现在氮代谢方面。钼是硝酸还原酶和固氮酶的成分。

第77页：镍与氯的生理作用

镍是近年来发现的植物生长所必需的微量元素。镍是脲酶的金属成分，脲酶的作用是催化尿素水解。13.氯氯在光合作用水裂解过程中起着活化剂的作用，促进氧的释放14.镍

第78页：白菜缺铁与缺锰

白菜缺铁白菜缺锰

第79页：番茄缺硼与小麦缺铜

蕃茄缺硼小麦缺铜

第80页：草莓叶片缺素症状

草莓叶片的缺素症状

第81页：多种缺素症状对照

缺N缺P缺K完全缺Ca缺B缺Mg缺Fe

第82页：缺素症的病症诊断

出现失绿症状时，可据症状出现的部位归类分析可能缺乏的元素。

注：诊断时还需先分清生理病害、病虫危害与环境不适，并结合土壤与施肥情况分析。

第83页：化学分析诊断

2、化学分析诊断常用叶片刚成熟的叶，代谢活跃，养分供应变化明显叶中矿质含量高，易测取材方便

第84页：

第85页：细胞吸收矿质的方式

第二节植物对矿质元素的吸收与运转一、植物细胞对矿质元素的吸收1、被动吸收不需要代谢能量的因扩散作用或其它物理过程而吸收矿质元素的方式。被动吸收主要扩散、协助扩散两种方式。被动吸收主动吸收饱饮作用

第86页：扩散与协助扩散

• （1）扩散作用溶液中的分子从浓度高的场所向浓度低的场所移动的现象，叫扩散（diffusion）
• （2）协助扩散（facilitated diffusion）易化扩散,小分子物质经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度进行的跨膜转运。膜转运蛋白通道蛋白载体蛋白离子泵

第87页：通道蛋白

通道蛋白（channel proteins）又称离子通道是细胞膜(质膜或液泡膜)上的一类内在蛋白构成的孔道有选择性,由孔的大小及孔内表面电荷性质等决定一般,一种通道只允许一种离子通过.

第88页：离子通道的特点

• 1、通道具有离子选择性，转运速率高。
• 2、离子通道是门控的。

第89页：离子通道的假想模型

离子通道的假想模型

第90页：载体蛋白

也是一类内在蛋白。载体蛋白（carrier proteins）：又称通透酶或透过酶被转运物质+载体活性部位复合物方式可顺电化学势梯度可逆电化学势梯度被动主动类型单向运输载体共向运输载体反向运输载体携同分子或离子顺电化学势梯度被动的单方向的跨膜运输载体与质膜外侧的H+结合的同时,又与另一分子或离子结合,同一方向运输载体与质膜外侧的H+结合的同时,又与质膜内侧的分子或离子结合,朝相反方向运输

第91页：载体蛋白图

载体蛋白

第92页：通道与载体的动力学区别

经离子通道与经载体转运在动力学上存在明显区别。

第93页：主动吸收

2、主动吸收（active absorption）•主动吸收：指植物细胞利用呼吸作用释放的能量作功而逆浓度梯度吸收矿质元素的过程，又称代谢性吸收。质膜上存在ATP酶,催化ATP水解放能,驱动离子转运,也称电致泵质子泵离子泵

第94页：H+—ATP酶

（1）H+—ATP酶（又称质子泵学说）

第95页：

第96页：钙泵

(2)钙泵Ca2+-ATPase催化质膜内侧ATP水解放能,驱动细胞内的Ca2+泵出细胞

第97页：图3-8 ATP酶转运阳离子

图3-8 ATP酶逆电化学势梯度运送阳离子到膜外去的假设步骤A.B.ATP酶与细胞内的阳离子M+结合并被磷酸化；C.磷酸化导致酶的构象改变，将离子暴露于外侧并释放出去；D.释放Pi恢复原构象

第98页：胞饮作用

3、胞饮作用通过膜的内折从外界直接摄取物质的的过程，称为胞饮作用(pinocytosis)。非选择

第99页：根系吸收的区域性

二、植物根系对矿质元素的吸收1、根系吸收矿质元素的特点图3-12大麦根尖不同区域３２P的积累和运出（1）区域性根毛区吸收离子最活跃。

第100页：生理酸性盐与碱性盐

根系对盐类阴阳离子吸收速率不同，会使环境pH发生变化，据此分为三类盐。

第101页：单盐毒害与离子对抗

（4）单盐毒害和离子对抗溶液中只有一种金属离子对植物起有害作用的现象称为单盐毒害(toxicity of single salt)。在发生单盐毒害的溶液中，如加入少量其他金属离子，即能减弱或消除这种单盐毒害，离子之间这种作用称为离子拮抗作用(ion antagonism)。

第102页：根系吸收矿质的过程

• 2、根系吸收矿质元素的过程
• (1)离子被吸附在根系细胞的表面
• (2)离子进入根部导管质外体途径共质体途径

第103页：图3-13 阳离子交换

由于土壤颗粒的表面带有负电荷，阳离子被土壤颗粒吸附于表面。外部阳离子如钾离子可取代土壤颗粒表面吸附的另一个阳离子如钙离子，使得钙离子被根系吸收利用。图3-13土壤颗粒表面阳离子交换法则

第104页：

第105页：温度对吸收的影响

3、影响根系吸收矿质元素的因素（1）温度在一定范围内随土壤温度的增高而加快高温使酶钝化;细胞透性增大吸收减少低温代谢弱，主动吸收慢；细胞质粘性也增大图3-15温度对小麦幼苗吸收钾影响

第106页：影响根系吸收的因素

• （2）通气状况
• （3）土壤溶液浓度
• （4）土壤PH值一般阳离子的吸收速率随PH值升高而加速，阴离子的吸收速率随PH增高而下降。

第107页：图3-16 土壤pH与养分利用

图3-16土壤PH值对有机土壤中营养元素利用的影响

第108页：叶片对矿质的吸收

• 三、植物叶片对矿质元素的吸收叶面喷肥的优点
• 1、及时补充养料
• 2、节省肥料
• 3、见效快

第109页：矿质元素的运转与分配

四、矿质元素在植物体内的运转与分配放射性42K向上运输的试验(一)矿质元素运输形式金属、非金属(二)矿质元素运输途径

第110页：矿质元素运输途径

•根内径向；•纵向；•叶片吸收

第111页：自然界氮素循环

自然界中N素循环第三节植物体内氮的同化

第112页：硝酸盐的还原

1、硝酸盐还原为亚硝酸盐这一过程是在细胞质中进行的，催化这一反应的硝酸还原酶为钼黄素蛋白，含有FAD、Cytb和Mo，还原力为NADH+H+，一.硝酸盐还原

第113页：亚硝酸盐的还原

•硝酸还原酶是一种诱导酶，亦叫适应酶。所谓诱导酶或适应酶是指植物本来不含某种酶，但在特定的外来物质(如底物)的影响下，可以生成这种酶。2、亚硝酸盐还原为氨•NO3-还原为NO2-后，NO2-被迅速运进质体即根中的前质体或叶中的叶绿体，并进一步被亚硝酸还原酶（NiR）还原为NH3或NH4+。

第114页：图3-20 叶中的硝酸还原

图3-20在叶中的硝酸还原DT.双羧酸运转器；FNR.FdNADP还原酶；MDH:苹果酸脱氢酶；FRS.Fd还原系统

第115页：图3-21 根中的硝酸还原

图3-21在根中的硝酸还原NT.硝酸运转器

第116页：氨的同化

• 二、氨的同化
• ①谷氨酰胺合酶；
• ②谷氨酸合酶；
• ③天冬酰胺合酶；
• ④转氨酶；
• ⑤PEP羧化酶

第117页：酰胺的生理功能

三、酰胺的生理功能•谷酰胺和天冬酰胺是植物体内两种重要的酰胺。谷酰胺的存在是植物健康的标志，天冬酰胺的存在是植物不健康的象征。•两种酰胺的主要功能是氮素运输、氨的解毒与贮藏，以及含氮物质合成进行氮素供应。天冬酰胺常常与蛋白质分解代谢反应有关，而谷酰胺则常常与合成代谢和生长有关。

第118页：作物的需肥特点

• 第四节合理施肥的生理基础一、作物的需肥特点
• 1、不同作物需肥不同禾谷类----需氮较多，同时给足够的P、K，以使籽粒饱满；豆科能固空气中的N，需P、K多，叶菜类多施N。
• 2、同一作物不同生育时期需肥不同

第119页：合理施肥的指标

• 二、合理施肥的指标
• 1、形态指标叶色、长相
• 2、生理指标叶绿素、酶类活性、营养元素含量三、合理施肥增产的原因

第120页：载体学说

（2）载体学说注意：载体蛋白与载体学说中的载体的区别。载体蛋白是膜内的内在蛋白，载体在膜内是可移动的。载体需与ATP结合，对离子有专一性的结合部位，具有很强的识别能力。在膜外侧能与相应的离子结合，到达膜内侧又能释放离子。支持载体学说的两个事实：饱和效应和离子之间的竟争现象。

第121页：载体学说示意图

磷酸脂酶磷酸激酶活化载体线粒体ATP离子载体离子复合物载体细胞质载体学说示意图