第2章植物矿质营养.ppt
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1、1,第二章 植物的矿质营养,【重、难点提示】6学时讲授 必需元素的种类、生理作用; 植物细胞及根系吸收、利用矿质元素的原理、过程与特点; 氮素同化尤其是硝酸盐的还原过程。,矿质代谢过程:吸收、转运、同化,第一节 植物的必需元素及其生理作用,一 、植物体内的元素,1、 元素组成,植物材料,105,水分 955,干物质 595,有机物 90,灰分10%,600,挥发,残留,灰分元素:构成灰分的元素,包括大部分的S,全部的P和所有的金属元素。,3,现知植物体内元素最少有60种 C-45、O-45、H-6.0、N-1.5 、S-0.1 灰分元素含量因不同植物种类、器官、 年龄、环境变化较大,2、 植物
2、体内矿质元素的含量,1、根据含量划分 大量元素( 0.1%干重) C、H、O、N、 K 、CaMg P、S、 Si 微量元素( 0.1%干重) FeCl 、MnB Na、ZnCuMo Ni、,3、 植物体内元素分类,5,必需元素(19种) 非必需元素,2、按必需性划分,6,1 必需元素的确定标准(国际植物营养协会规定) 缺少该元素植物生长发育受阻, 不能完成其生活史 除去该元素,表现为专一的缺乏症,该缺乏症可以预防和恢复。 该元素的作用是直接的,而不是因土壤或培养基的物理、化学、微生物条件的改变而产生的间接效果。,二 必需元素的确定与研究方法,7,主要研究方法:,溶液培养法(Solution
3、Culture Method)/水培法(Water Culture Method):在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。 砂基培养法(砂培法)(Sand Culture Method):用洗净的石英砂或玻璃球等作为固定支持物,加入含有全部或部分营养元素的溶液来栽培植物的方法。,10,高等植物的必需元素,11,必需元素的作用: 是细胞结构物质的组分和代谢产物 是各种生理代谢的调节者,参与酶活动 起电化学作用,即离子浓度的平衡、胶 体的稳定、电荷的平衡等,三、必需元素的生理作用及缺乏症,12,第一组:作为碳水化合物部分的营养 N、S 第二组:能量贮存及结构完整性的营养 P、Si、B 第
4、三组:保留离子状态的营养 K、Ca、Mg、 Mn、Cl 、Na 第四组:参与氧化还原的营养 Fe、Zn、Cu 、Mo 、Ni、,根据必需矿质元素的生理功能分组,1 氮 (占干重12%) (1)吸收形式*: 氨态氮NH4+、硝态氮NO3- 、 有机氮 (2)存在形式:有机态氮 (3)生理功能:是蛋白质、核酸、磷脂、叶绿素、辅酶、激素、维生素等的组分,称生命元素 (4)缺乏症:植株矮小、生长缓慢、叶黄缺绿,茎细,大量元素,15,小麦缺氮,马铃薯缺氮,2 磷 (1)吸收形式:HPO42- , H2PO4-(主要) (2)存在形式:多为有机物, (3)生理功能: 核酸、磷脂、核苷酸及其衍生物(ATP、
5、FMN、FAD、NAD、NADP、COA等)的组分-代谢元素 利于糖运输、细胞分裂、分生组织的增长 (4) 缺乏症:1、影响细胞分裂、蛋白质合成受阻、生长缓慢、植株矮小、叶色暗绿,有时茎紫红(糖运输受阻) 2、开花期和成熟期延迟、产量降低、抗性减弱,17,白菜缺磷,油菜缺磷,18,玉米缺磷,大麦缺磷,19,3 钾 (含量最高金属元素,占1%) (1)吸收形式和存在形式:K+,部分呈吸附状态,存在于生命活动最活跃的部位 (2)生理功能: 1、酶的辅基或活化剂 2、形成细胞膨胀和维持细胞电中性 3、促进糖类的合成和运输 4、影响气孔开放 (3)缺乏症:茎杆易倒伏,叶干枯或叶缘焦枯、坏死,老叶开始。
6、,正常玉米叶及缺N、P、K的叶片,22,4 硫(占干重0.2%) (1)吸收形式:SO42- (2)存在形式:多为有机物,少为SO42- (3)生理功能:是含硫氨基酸、COA、硫胺素、生物素、铁硫蛋白、谷胱甘肽的组分。 (4)缺乏症:幼叶先开始发黄,不可再利用元素,缺硫柑桔叶黄化,24,5 钙(占干重0.5%) (1)吸收形式:Ca+ (2)存在形式:Ca+、难溶盐、结合态 (3)生理功能:酶活化剂、细胞壁形成、解毒(与草酸形成草酸钙)、稳定膜结构、延缓衰老、抗病(有助于愈伤组织形成)第二信使作用(钙调素)。 (4)缺乏症:幼叶先皱缩变形、呈钩形、顶芽溃烂坏死,为不可再利用元素。,花椰菜缺钙叶
7、缘干枯,29,6 镁 (1)吸收形式:Mg+ (2)存在形式:Mg+、有机化合物 (3)生理功能:酶的活化剂、叶绿素的组分、与RNA、DNA、蛋白质的合成有关。 (4)缺乏症:老叶先开始缺绿,为可再利用元素。,花椰菜缺镁下位叶失绿,7 硅(禾本科植物必需) (1)吸收、运输形式:硅酸 H4SiO4 (2)存在形式:非结晶水 SiO2.nH2O化合物 (3)生理功能:形成细胞加厚物质,禾本科植物茎叶的表皮细胞内含量高,可增强抗病虫及抗倒伏的能力。适量可促进作物生长、增产。 (4)缺乏症:蒸腾加快,生长受阻、易感病、易倒伏。,褐斑部分为水稻缺硅,8 铁 (1)吸收形式:氧化态铁(Fe+、Fe+)
8、(2)存在形式:固定状态,不易移动 (3)生理功能:酶或辅酶的组分;叶绿素合成所必需;电子传递;与固氮有关(根瘤菌血红蛋白含铁)。 (4)缺乏症:幼叶叶脉间缺绿,华北果树的“黄叶病”(碱性土或石灰质土易缺乏),微量元素,34,9 硼 (1)吸收形式:BO3= (2)存在形式:不溶态存在 (3)生理功能:参与糖运转与代谢,生殖(花粉形成、花粉管萌发及受精密切相关),抑制有毒酚类化合物的合成,促进根系发育(豆科植物根瘤形成)。 (4)缺乏症:受精不良、子粒减少,根粗短、叶皱缩;茎根尖生长点停止生长、腐烂死亡。 湖北甘蓝型油菜“花而不实”,华北棉花“蕾而不花 黑龙江小麦不结实, 甜菜干腐病,花菜褐腐
9、病,马铃薯卷叶病。,缺硼心叶扭曲畸形,36,10 铜 (1)吸收形式:Cu+, Cu+ (2)存在形式:Cu+、Cu+化合物 (3)生理功能:某些氧化的组分、叶绿体中质体青的组分、与固氮酶活性有关。 (4)缺乏症:幼叶先缺绿,干枯、萎焉。,柑桔缺铜果面产生很多褐斑点,38,11 锌 (1)吸收形式:Zn+ (2)存在形式:Zn+化合物 (3)生理功能:某些酶组分,与生长素合成有关,是许多酶活化剂。 (4)缺乏症:华北苹果、桃等果树“小叶症”、“丛枝症”,禾谷类“白苗症”,云南省玉米“花白叶病”。,12 锰 (1)吸收形式:Mn+ (2)存在形式:Mn+化合物 (3)生理功能:许多酶活化剂,参与
10、光合作用水光解、叶绿素合成。 (4)缺乏症:先幼叶缺绿,过多毒害细胞。,梨缺锰叶黄绿脉仍绿,42,13 钼 (1)吸收形式:MoO4= (2)存在形式:Mo+5 、 Mo+6相互转化 (3)生理功能:与固氮、硝酸还原有关。 (4)缺乏症:类似缺氮症状,44,14 氯 (1)吸收、存在形式:Cl- (2)生理功能:与水光解、细胞分裂有关,参与细胞渗透势组成、维持各种生理平衡 (3)缺乏症:叶小、叶尖干枯、根尖棒状,46,15 镍 (1)生理功能:是脲酶、固氮菌脱氢酶组分 (2)缺乏症:叶尖坏死 16 钠 生理功能:催化C4 植物、CAM植物PEP再生,对C3植物有益,可部分替代K+作用,提高细胞
11、液渗透势。,47,(1)吸收形式:金属元素以离子形式(K+ ),非金属元素以酸根形式( BO33-、 SO42-) (2)存在形式:有机物、无机物、结合态 (3)生理功能:细胞结构物质组成成分,酶的组分或活化剂,与某一代谢有关。,总 结,48,49,化学分析诊断法 病症诊断法 体内不可移动元素:Ca, B, Cu, S, Fe, Mn 缺乏症从幼叶开始 体内可移动元素:N, P, K, Mg, Zn 缺乏症从老叶开始 缺乏时缺绿:Fe(叶绿素合成), Mg(组分), Mn(合成), Cu(质体蓝素组分),S、N(蛋白质合成叶绿素) 加入诊断法,四 作物缺乏矿质元素的诊断,50,一、生物膜 选择
12、透性(Selective Permeability) 成分 流动镶嵌模型(Fluid Mosaic Model) 外在蛋白(Extrinsic Protein) 内在蛋白(Intrinsic Protein),第二节植物细胞对矿质元素的吸收,51,流动镶嵌模型,53,二、细胞对溶质的吸收,5种类型: 简单扩散:被动 离子通道:被动 载体运输:被动、主动 离子泵:主动 胞饮作用,协助扩散,54,(一)简单扩散:,溶质从浓度高的区域跨膜移动到浓度低的邻近区域(被动运输),55,离子通道(Ion Channel):是一类内在蛋白,横跨膜两侧,由化学方式及电化学方式激活,顺着电化学势梯度单向被动地跨质
13、膜运输离子。 协助扩散(被动运输)、速度快 K+、Cl-、Ca2+、NO3-离子通道,(二)离子通道:,56,协助扩散,57,载体运输(Carrier Transport):质膜上的载体蛋白(内在蛋白)有选择地与质膜一侧的分子或离子结合,形成载体-物质复合物,通过载体蛋白构象变化,透过质膜,把分子或离子释放到质膜的另一侧。,(三)载体运输,58,1、单向运输载体: 催化分子或离子单方向跨膜运输,顺电化学势差进行。 质膜上有Fe2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+等单向载体。 顺电化学势梯度跨膜转运,不需要细胞提供能量。,载体蛋白三种类型,59,2、 同向运输载体 载体蛋白与H+结合同时又与另一分
14、子或离子(如:Cl-、NO3-、NH4+、PO43-、SO42-、氨基酸、肽、蔗糖、己糖)结合,向同一方向运输 3、反向运输载体 载体蛋白与H+结合同时又与其它分子或离子(如:Na+)结合,两者向相反方向运输,61,是一种协助扩散,62,63,(1)有被动运输(顺电化学势差,单向载体)、主动运输(逆电化学势差,同向和反向载体) (2)载体运输速度:104105个/S,载体运输的特点:,64,质膜上存在ATP酶,它催化ATP水解释放能量,驱动离子的转运。 1 质子泵:质膜上H+ -ATP酶水解ATP作功,将膜内侧H+泵向膜外侧,膜外H+升高,产生电化学势差,它是离子或分子进出细胞的原动力,又称生
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