[农学]3植物生理学课件讲义_第二章.ppt
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1、第二章,植物的矿质营养,本章重点和难点:,一、必需元素的生理功能; 二、植物细胞吸收矿质元素的机理; 三、合理施肥与农业。,矿质营养(mineral nutrition): 植物对矿物质的吸收、转运和同化. “有收无收在于水, 收多收少在于肥.” 合理施肥, 增加作物产量和改善品质.,第一节 植物必需的矿质元素,一 必需元素(essential element) 是指植物生长发育必不可少的元素。 三条标准: 由于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,且可通过加入该元素的方法预防和恢复. 该元素在植物营养生理上能表现直接的效果,而不是间接效果,共19种: 大
2、量元素(10种): C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S和Si 微量元素(9种): CI、Fe、Mn、B、Zn、 Na、 Cu、Mo和Ni,二 植物必需元素的生理作用及缺乏症状,是细胞结构物质的组成成分 是植物生命活动的调节者,参与酶的活动 起电化学作用, 即离子浓度的平衡、胶体的稳定和电荷的中和等. 研究方法:溶液培养法, 大量元素,1 氮: 利用形式: 无机态氮,即铵态氮和硝态氮 有机态氮,如尿素 生理作用: 是蛋白质、核酸、磷脂和酶的主要成分 是某些植物激素、维生素的成分 还是叶绿素的成分,与光合作用有密切关系 因此,氮在植物的生命活动中占有特殊作用,被称为生命元素 当氮肥充分时,叶大
3、而鲜艳,叶片功能期长,分蘖多,营养健壮,花多,产量高。 当缺氮时,植株矮小,叶小色淡或发黄、红,分蘖少,花少,籽粒不饱满,产量低。 主要的氮肥:尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、人粪尿等,2 磷,利用形式:H2PO4- 或HPO4- 吸收后转变为有机物质 生理作用: 是核酸、核蛋白、磷脂的主要成分 是ATP和许多辅酶如NAD、NADP的成分 还参与了糖、脂肪和氨基酸的代谢 磷在促进分蘖、分枝及根系生长等方面有很大作用 施磷肥可提高作物抗寒性、抗旱性,使植株生长发育良好 缺磷时,影响细胞分裂,使分蘖分枝少,生长缓慢,植株矮小,叶片呈暗绿或紫红色,开花期和成熟期延迟,产量降低。,3 钾,利用形式:
4、K+ 土壤中有KCI、K2SO4等 生理作用: 可作为60多种酶的活化剂 可促进呼吸进程及核酸和蛋白质的形成 影响糖类的合成和运输 还是构成细胞渗透势的重要成分 当钾肥充分时,茎杆坚韧,抗倒伏,种子饱满,增产显著 当缺钾时,茎杆柔弱,易倒伏,抗旱、抗寒性差,叶片失水,蛋白质和叶绿素破坏,叶色变黄而逐渐坏死,N、P、K 是植物需要量最大,且土壤易缺乏的元素,称“肥料三要素”。,4 钙,利用形式: Ca2+ 土壤中有CaCI2、CaSO4等 生理作用: 是细胞壁胞间层中果胶酸钙的成分 是一些酶的活化剂 还存在于生物膜中,维持膜结构的稳定性 对植物抗病有一定的作用 在植物体内具有信使功能 缺钙时,生
5、长受抑制,初期顶芽、幼叶呈淡绿色,继而叶尖出现典型的钩状,随后溃烂坏死。,5 硫,利用形式:SO4- 进入植物体后大部分被还原成S 生理作用: 是蛋白质氨基酸的组成成分,如Met和Cys 具有稳定蛋白质空间结构的作用 还是辅酶A、维生素、硫氧还蛋白、铁硫蛋白的组分 可以调节植物体内的氧化还原反应 缺硫时, 蛋白质含量显著减少, 叶色黄绿或发红, 植株矮小 缺硫情况在农业上遇到较少, 因为土壤中有足够的硫满足植物需要.,微量元素,1 铁 主要以Fe2+的螯合物被吸收 作用:是许多重要氧化还原酶的成分,在电子传递中起作用 是含铁蛋白如铁硫蛋白、铁氧还蛋白的活性组分 是合成叶绿素所必需的,对叶绿体构
6、造的影响更大 铁不易转移,缺铁的明显症状是幼芽、幼叶缺绿发黄甚至黄白,而下部叶片仍为绿色。 土壤中含铁较多,一般情况下植物不会缺铁。,2 硼,以H3BO3的形式被植物吸收,作用: 与花粉形成、花粉管萌发和受精有密切关系 影响糖的合成与运输,使糖易通过质膜 促进根系发育,特别对根瘤形成影响较大 缺硼时,根尖、茎尖的生长点停止生长,侧根侧芽大量发生,受精不良,籽粒减少。 如小麦和甘蓝型油菜的“花而不实 ”及棉花上的“蕾而不花 ”等现象都是因缺硼而引起的。,3 铜,以Cu2+或Cu+的形式被吸收 作用: 是多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、漆酶的成分,在呼吸的氧化还原中起重要作用。 是叶绿体质体蓝素的成分
7、,参与光合电子传递。 缺铜时,幼叶失绿,叶生长缓慢,随之出现枯斑。,三 作物缺乏矿质元素的诊断, 化学分析诊断法 以叶片为材料, 分析病株的化学成分, 与正常株比较 若某元素在病株内显著减少, 它可能就是致病原因. 病症诊断法 参考植物缺乏矿质元素的病症检索表 应充分调查, 综合考虑, 深入分析, 具体试验. 加入诊断法 根据上述方法初步确定所缺乏的元素后, 补充加入该元素, 经一段时间后, 若症状消失, 就能确定致病的原因,第二节 植物细胞对矿质元素的吸收,植物细胞吸收矿质元素的方式有三种类型: 一 、被动吸收 二 、主动吸收 三 、胞饮作用,一 、被动吸收(passive absorpti
8、on):,是指由于扩散作用或其它物理过程而进行的吸收, 不需能量。括简单扩散、杜南平衡、离子通道、载体等。 简单扩散(simple diffusion): 当外界溶液的浓度大于细胞内部的溶液浓度时,外界溶液的溶质便扩散进入细胞内,直至内外浓度平衡为止。 浓度差 是决定被动吸收的主要因素。, 杜南平衡(Donnan equilibrium),是指细胞内的可扩散负离子和正离子浓度的乘积,等于细胞外正负离子浓度的乘积时的平衡。 不需要能量 是一种说明离子积累现象的特殊平衡。,Na+ R- Ci Ci,Na+ R- Ci Ci,Na+,CI -,C0,C0,Na+ R- CI- Ci+X Ci+X,N
9、a+,CI -,C0-X,C0-X,A,B,C,杜南平衡, 离子通道(ion channel),是细胞膜中一类内在蛋白构成的孔道结构,横跨膜的两侧,可被化学或电学方式激活,控制离子顺着浓度梯度和膜电位差即电化学势梯度被动吸收。已知:K+、Cl-、Ca2+、NO3-,二 、主动吸收 (active absorption):,指细胞利用呼吸释放的能量而逆着浓度差吸收矿物质的过程。 包括载体、离子泵运输等。 离子泵(ion pump) 植物细胞质膜上的离子泵主要有质子泵和钙泵。,1 、质子泵(proton pump) 亦称为H+- ATP酶 细胞质膜上存在着ATP酶,催化ATP水解,释放能量,驱动质
10、子的转运,在质膜两侧产生电化学势梯度,从而使其它离子经过膜通道进入细胞内。,2 、钙泵(calcium pump),亦称为Ca2+-ATP酶,它催化质膜内侧的ATP 水解,释放出能量,驱动细胞内的钙离子泵出细胞。 由于其活性依赖于ATP与Mg2+的结合,所以又称为(Ca2+, Mg2+)-ATP酶。, 载体(carrier),载体是质膜上的一类内部蛋白,它有选择性的与质膜一侧的分子或离子结合,形成载体-物质复合体,通过载体蛋白构象的变化,将该物质透过质膜转运到质膜的另一侧。,这种转运可以是被动/主动的(顺/逆电化学势梯度),载体有三种类型:,单向运输载体: 如Fe2+、Mn2+、Zn2 + 、
11、Cu 2+等载体 同向运输载体: H+与CI-、NO3-、PO43-等 反向运输载体: H+与其它分子或离子(如Na+),三 、胞饮作用(pinocytosis):,指物质吸附在质膜上,通过膜的内折而转移到细胞内的攫取物质的过程。 是非选择性吸收,第三节 植物对矿素的吸收,植物对矿素的吸收主要是通过根部, 也可通过叶片. 一 、植物吸收矿素的特点 与吸水有关, 又有其独立性, 还有选择性. 1 对水分和盐分吸收的相对性 有关, 表现在盐分一定要溶解于水中才能被根部吸收 无关, 表现在两者的吸收机理不同 根部吸水是因蒸腾而引起的被动过程; 吸盐则是以消耗能量的主动吸收为主, 两者的速度不同. 总
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