植物生理学第二章-植物的矿质营养.doc

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第二章 植物的矿质营养 
一、名词解释
1. 矿质营养 2. 必需元素  3. 大量元素 
4. 微量元素  5. 水培法  6. 叶片营养
7. 可再利用元素  8. 易化扩散  9. 通道蛋白
10. 载体蛋白     11. 转运蛋白   12. 植物营养最大效率期 
13. 反向运输器   14. 同向运输器    15. 单向运输器 
二、填空题
1．植物细胞中钙主要分布在       中。
2．土壤溶液的pH对于植物根系吸收盐分有显著影响。一般来说，pH增大易于吸收          ；pH降低易于吸收          。
3．生产上所谓肥料三要素是指       、         和         三种营养元素。
4．参与光合作用水光解反应的矿质元素是       、        和            。
5．在植物体内促进糖运输的矿质元素是             、         和          。
6．离子跨膜转移是由膜两侧的        梯度和         梯度共同决定的。
7．促进植物授粉、受精作用的矿质元素是           。
8．驱动离子跨膜主动转运的能量形式是            和                。
9．植物必需元素的确定是通过             法才得以解决的。
10．华北地区果树的小叶病是因为缺         元素的缘故。
11．缺氮的生理病症首先出现在                叶上。
12．缺钙的生理病症首先出现在                叶上。
13．根部吸收的矿质元素主要通过              向上运输的。
14．一般作物的营养最大效率期是                   时期。
15．植物地上部分对矿质元素吸收的主要器官是             。
16． 植物体内可再利用的元素中以           和           最典型；不可再利用的元素中以           最典型。
17．追肥的形态指标有                   和             等；追肥的生理指标有             和            。
18．油菜“花而不实”症是土壤当中缺乏            营养元素引起的。
19. 引起大白菜干心病、菠菜黑心病矿质元素是            。
20. 被称为植物生命元素的是            。
21. 一般作物生育的最适pH是            。
22．诊断作物缺乏矿质元素的方法有         、           和           。
23．影响根部吸收矿质元素的因素有        、           、          和                。
三、选择题
1．在下列元素中不属于矿质元素的是（     ）。
   A．铁         B.钙            C.氮         D.磷
2．植物缺铁时会产生缺绿症，表现为（       ）。
A．叶脉仍绿  B.叶脉失绿     C．全叶失绿    D.全叶不缺绿
3．影响植物根细胞主动吸收无机离子最重要的因素是（       ）。
   A．土壤溶液pH值    B.土壤氧气分压    C.土壤盐含量    D.土壤微生物
4．植物细胞主动吸收矿质元素的主要特点是（       ）。
   A．消耗代谢能量    B.无选择性   C.逆浓度梯度吸收   D.需要转运蛋白参与
5．植物细胞对离子吸收和运输时，膜上起电致质子泵作用的是（        ）。
   A．NADH脱氢酶  　  B.过氧化氢酶 　　　C.ATP酶       D.磷酸酶
6．植物根部吸收的无机离子向地上部运输是通过(          )。
    A.韧皮部     　   B.质外体    　      C.胞间连丝    　　  D.木质部
7．反映植株需肥情况的形态指标中最敏感的是(         )。
   A.株高       　  B.节间长度     　   C.叶色 　     　   D.株型
8．占植物体干重(         )以上的元素称为大量元素。
   A.百分之一  　   B.千分之一         C.万分之一             D.十万分之一
9．除了碳、氢、氧三种元素以外，植物体中含量最高的元素是(           )。
   A. 氮           B. 磷              C. 钾                  D.钙
10．果树的小叶症和丛叶症是由缺乏元素(          )引起的。
A. 硼      　  　B. 铜       　       C. 锰      　          D. 锌
11．被称为肥料三要素的植物必要元素是（     ）。
 A．C、H和O    　 B. Fe、Mg和Cu      C. B、Mo和Zn   　　 D. N、P和K
12．水稻新叶生长过程中，可以从老叶中获得（     ）等元素。
  A. N、P、K、Ca    B. N、K、Mg、Fe      C. N、P、K、Mg      D. N、P、K、Mn
13．为了防止水稻、小麦后期贪青晚熟，在生长后期不能偏施（     ）。
  A. 氮肥　　　　　 B. 磷肥　　　　　   C. 钾肥　　　　　　　D. 微肥
14．下面四种元素中（     ）参与了生长素的生物合成代谢。
　 A. Mg            B. Ca           C. Zn            D.Mn  
15．作为细胞壁结构成分的金属元素是（     ）。
  A.K　　　　　　　 B.Ca         　 C.Mn       　　 　D.Mg
16．与植物体内氧化还原反应密切联系的矿质元素是（      ）。
  A. Fe和Mg      B.Mg和Cu      C.Cu和Fe       D.Mg和Zn
17．光合电子传递体质体蓝素所含的金属元素为（     ）。
  A．Cu           B.K              C.Co          D.Mn
18．在植物体内具有第二信使作用的金属离子是（     ）。
A．Ca2+            B.Mg2+         C.Mn2+          D.Fe3+
四、判断题
1．植物必需元素都是灰分元素。（    ）
2．在植物体内大量积累的元素必定是植物必需元素。（      ）
3．植物必需的矿质元素在植物营养生理上产生的是直接效果。（      ）
4．缺氮时植物幼叶首先变黄；缺硫时植物老叶叶脉间失绿。（      ）
5．氮、磷、钾都是灰分元素。（　　　　）
6．植物细胞内ＡＴＰ酶活性与主动吸收无机离子量呈负相关。（　　　　　）?
7．胞饮作用是细胞没有选择性地吸收物质的过程。（   ）
8．植物根部进行离子交换吸附速度很快，是需要消耗代谢能的过程。（    ）
9．在外界溶液浓度较低的情况下，根部对离子的吸收速率与溶液浓度呈正相关。（   ）
10．根部吸收的氮主要是以有机物的形式向地上部分运输的。（      ）
11．叶片吸收的离子是沿木质部向下运输的。（         ）
12．水稻和小麦的营养最大效率期是在拔节期。（       ）
13．施肥增产原因是间接的，施肥通过增强光合作用来增加干物质积累，提高产量。（ ）
14．转运蛋白参与的离子跨膜运输都属于主动运输。（　　）
15．在植物体内必需元素的量越多越有利于植物的生长发育。（       ）
16．由于根外营养具有短时间内既能发挥肥效，而且用量少的优点，所以生产上可用其完全替代土壤施肥。（    ）
17．在需肥临界期作物对于营养元素缺乏特别敏感，此时缺肥将显著影响作物生长及最终产量。（   ）
18．N、Mg、S、Mn的缺乏都会引起缺绿症。（      ）
19．生长在同一培养液中的任何植物，其灰分中各种元素的含量完全相等。（      ）
20．胞饮作用是细胞没有选择性地吸收物质的过程。( )
五、问答题                                                                                                                   
1．  植物必需的矿质元素应具备那些条件？
2．  简述植物必需矿质元素在植物体内的生理作用。
3．  为什么把氮称为生命元素？
4．  植物吸收矿质元素的方式有那些？
5．  简述植物吸收矿质元素的特点。
6．  简述根部吸收矿质元素的过程。
7．外界溶液的pH值对根系吸收矿质元素有何影响？
8．为什么土壤温度过低，植物吸收矿质元素的速率下降？
9．举出5种元素的任一生理作用。
10．为什么土壤通气不良会影响作物对肥料的吸收？
11．试述植物细胞对矿质元素的被动吸收和主动吸收的机理。
12．根外营养有什么优点 ？
13．合理施肥增产的原因是什么？
14. 试述矿质元素在光合作用中的生理作用。
15．试分析植物失绿（发黄）的可能原因。
自 测 题 解 答
一、名词解释
1. 矿质营养：是指植物对矿质元素的吸收、运输与同化的过程。
2. 必需元素：是指在植物完成生活史中，起着不可替代的直接生理作用的、不可缺少的元素。个
3. 大量元素：在植物体内含量较多，占植物体干重达千分之一以上的元素。包括碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁等9种元素。
4. 微量元素：植物体内含量甚微，占植物体干重达万分之一以下，稍多即会发生毒害的元素。包括铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯、镍等8种元素。
5. 水培法：也称溶液培养法、无土栽培法。是在含有植物所需的全部或部分营养元素、并具有适宜pH的溶液中培养植物的方法。
6. 叶片营养：也称根外营养，是指植物地上部分，尤其是叶片对矿质元素的吸收过程。  
7. 可再利用元素: 也称参与循环元素。某些元素进入植物地上部分以后，仍呈离子状态或形成不稳定的化合物，可不断分解，释放出的离子又转移到其他器官中去，可反复被利用，称这些元素为可再利用元素。如：氮、磷、钾。
8. 易化扩散: 又称协助扩散。是小分子物质经膜转运蛋白顺化学势梯度或电化学势梯度跨膜运转过程。膜运转蛋白可分为通道蛋白和载体蛋白。 
9. 通道蛋白：是细胞膜中一类内在蛋白构成的孔道。通道蛋白可由化学方式及电化学方式激活，控制离子通过细胞膜顺电化学势梯度流动。    
10. 载体蛋白：又称传递体、透过酶、运输酶。是一种跨膜物质运输蛋白。载体蛋白属膜整合蛋白，它有选择性地在膜一侧与分子或离子结合，形成载体－物质复合物，通过载体蛋白构象变化，透过膜把物质释放到膜的另一侧。    
11. 转运蛋白：具有物质转运功能的膜内在蛋白的统称。包括通道蛋白和 载体蛋白。  
12. 植物营养最大效率期: 又称最高生产效率期。在作物生育期当中施肥的营养效果最佳时期叫营养最大效率期。    
13. 反向运输器: 将H+  转移到膜的一侧的同时，将物质转移到另一侧而进行跨膜物质转运的载体蛋白叫反向运输器。  
14. 同向运输器: 膜的一侧与 H+ 结合的同时又与另一种分子或离子结合并将二者横跨膜，释放到膜的另一侧而进行跨膜物质转运的载体蛋白叫同向运输器。
15. 单向运输器：载体蛋白在膜的一侧与物质有特异性结合并通过载体蛋白的构象变化顺着电化学势梯度将物质转移到膜的另一侧。载体蛋白构象变化依靠膜电位的过极化或ATP分解产生的能量。 
二、填空题
1. 细胞壁  2. 阳离子；阴离子 3. N；P；K
4. Mn；Cl；Ca     5. K；P；B 6. 化学势；电势
7. B 8. ATP；ΔμH+（H+电化学梯度） 9. 溶液培养
10. Zn 11. 老 12. 嫩
13. 木质部 14. 生殖生长 15. 叶片
16. 氮；磷；钙 17. 叶色；长相；酰胺含量；酶活性 18. 硼
19. 钙 20.氮 21. 6～7
22. 化学分析诊断法；加入诊断法；病症诊断法
23. 土壤温度；土壤通气状况；土壤溶液浓度；土壤溶液pH
三、选择题（包括单选与多选）    
1.C    2. A    3.B 4.A,C,D 5.C    
6.D    7.C    8.B    9.A  10.D   
11.D      12.C     13.A        14.C     15.B   
16.C    17.A   18.A   　
四、判断题
××√××  ×√×√×
××√×× ×√√×√
五、问答题
1．  植物必需的矿质元素应具备那些条件？
（1）缺乏该元素植物生育发生障碍不能完成生活史。
（2）除去该元素则表现专一的缺乏症，而且这种缺乏症是可以预防和恢复的。
（3）该元素在植物营养生理上应表现直接的效果而不是间接的。
2．  简述植物必需矿质元素在植物体内的生理作用。
（1）是细胞结构物质的组成部分。
（2）是植物生命活动的调节者，参与酶的活动。
（3）起电化学作用，即离子浓度的平衡、胶体的稳定和电荷中和等。有些大量元素同时具备上述二、三个作用，大多数微量元素只具有酶促功能。
3．  为什么把氮称为生命元素？
氮在植物生命活动中占据重要地位，它是植物体内许多重要化合物的成分，如核酸（DNA、RNA）、蛋白质（包括酶）、磷脂、叶绿素、光敏色素、维生素B、IAA、CTK、生物碱等都含有氮。同时，氮也是参与物质代谢和能量代谢的ADP、ATP、CoA、CoQ、FAD、FMN、NAD+、NADP+、铁卟啉等物质的组分。上述物质有些是生物膜、细胞质、细胞核的结构物质，有些是调节生命活动的生理活性物质。因此，氮是建造植物体的结构物质，也是植物体进行能量代谢、物质代谢及各种生理活动所必需的重要元素。
4．  植物吸收矿质元素的方式有哪些？
（1）被动吸收：包括简单扩散、易化扩散。不消耗代谢能量。   
（2）主动吸收：有载体和质子泵参与。需要消耗代谢能量。
（3）胞饮作用：是一种非选择性物质吸收。
5． 根外营养有什么优点 ？
（1）可以大大节约肥料。少量肥料施在土壤里，往往被土壤吸附固定，作物不能吸收利用。如果喷在植株上，特别是用微量元素作追肥，起的作用则大的多。
（2）追肥及时方便。如果发现某作物缺乏某营养元素时，用喷肥的方法，可以很快补救。特别在作物生长后期，作物群体高大，在土壤内施肥不便时，根外喷肥就方便多了。
（3）对于那些盐渍土、冷土、板结土中的植物根系，生理机能常受到抑制而衰退，吸收能力很差，根外喷肥在一定程度上可以改善其营养不良的状态。
（4） 根外营养，也是诊断作物缺素症的重要方法。植物的缺素症，除可用叶子汁液进行化学速测诊断外，还可以用根外喷肥方法诊断。
6．简述根部吸收矿质元素的过程。
（1）通过离子吸附交换，把离子吸附在根部细胞表面。这一过程不需消耗代谢能，吸附速度很快。
（2）离子进入根内部。离子由根部表面进入根内部可通过质外体，也可通过共质体。质外体运输只限与根的内皮层以外；离子和水分只有转入共质体才可进入维管束。共质体运输是离子通过膜系统（内质网等）和胞间连丝，从根表皮细胞经过内皮层进入木质部。
（3）离子进入导管。可能是主动地、有选择性地从导管周围薄壁细胞向导管排入，也可能是离子被动地随水分的流动而进入导管。
7．外界溶液的pH值对根系吸收矿质元素有何影响？
（1）直接影响。由于组成细胞质的蛋白质是两性电解质，在弱酸性环境中，氨基酸带正电荷，易于吸附外界溶液中阴离子。在弱减性环境中，氨基酸带负电荷，易于吸附外界溶液中的阳离子。
（2）间接影响。在土壤溶液碱性的反应加强时Fe、Ca、Mg、Zn呈不溶解状态，能被植物利用的量极少。在酸性环境中P、K、Ca、Mg等溶解，但植物来不及吸收易被雨水冲掉，易缺乏。而Fe、Al、Mn的溶解度加大，植物会受害。在酸性环境中，根瘤菌会死亡，固氮菌失去固氮能力。
8．为什么土壤温度过低，植物吸收矿质元素的速率下降？
    温度低时，代谢弱，能量不足，主动吸收慢；细胞质粘性增大，离子进入困难。其中，对钾和硅酸的吸收影响最大。
9．举出5种元素的任一生理作用。
1)         N：叶绿素、细胞色素、膜结构的组成部分。
2)        P：CoⅡ、 ATP及光合作用中间产物中含磷。
3)        K；气孔开闭受K+泵的调节，K+也是多种酶的激活剂。
4)        Mg：叶绿素的组成部分，酶激活剂。
5)         Fe：细胞色素、铁硫蛋白等的组成部分。
6)         Ca：细胞壁果胶质的组成成分。
7)        Mn：参与光合放氧反应。
8)        B：促进光合产物的运用。
10．为什么土壤通气不良会影响作物对肥料的吸收？
根系吸收肥料是一种生理活动，它需要能量的供应。能量来自呼吸作用中产生的ATP（三磷酸腺苷）。没有氧气，根系呼吸作用不能进行，能量也就不能产生，必然影响到肥料的吸收。另外，当土壤通气不良时，由于厌氧微生物的活动，有机物质被分解并放出二氧化碳，这时二氧化碳不能从土壤中扩散出去，大量积累在土壤中，当超过一定量时，也将抑制根系的呼吸。在冷水田和低洼烂泥田中，由于地下水位高，土壤通气不良，还产生硫化氢（H2S）等还原性物质，这些物质可危害根的生长，甚至引起烂根和死根。因此，加强旱地中耕松土和水田落干晒田是增加土壤通气，促进根系发育和吸收肥料的重要措施。
11．试述植物细胞对矿质元素的被动吸收和主动吸收的机理。
被动吸收是指细胞不消耗代谢能量，而通过扩散作用或其它物理过程而进行的吸收过程。O2、CO2、NH3 等气体分子可以穿过膜的脂质双分子层，以简单扩散方式进入细胞，扩散动力是膜两侧的这些物质的化学势差。而带电荷的离被动吸收是顺着电化学势梯度进行的，不消耗代谢能量，而通过扩散作用或其它子不能穿过膜的脂质双分子层，其扩散需要转运蛋白质的协助，所以叫协助扩散或易化扩散，扩散动力是这些离子在膜两侧的电化学势差。离子通道运输就是离子顺着电化学势梯度，通过质膜上由通道蛋白构成的圆形孔道，以易化扩散的方式，被动地和单方向地跨膜运输。单向运输载体也可以催化离子顺着电化学势梯度跨膜运输。
主动吸收是指细胞利用代谢能量逆着浓度梯度吸收矿质元素的过程。主动吸收需要转运蛋白的参与。转运蛋白有通道蛋白和载体蛋白之分。载体蛋白又分为单向运输载体、同向运输载体和反向运输载体。单向运输载体催化分子或离子单向跨膜运输。可以是主动的，也可以是被动的。质膜上已知的单向运输载体有Fe2+ 、Zn2+ 、Mn2+ 、Cu2+ 等载体。同向运输载体在与H+结合的同时，又与另一个分子或离子（如：Cl- 、NO3- 、NH4+ 、H2PO4- 、SO42- 、氨基酸、肽、蔗糖、己糖等）结合，同一方向运输。反向运输载体是与H+ 结合的同时与其它分子或离子（如：Na+）结合，两者朝相反方向运输。这两种跨膜运输是逆着电化学势梯度进行的主动运输过程。在这种主动运输的过程中能量来自于跨膜H+ 电化学势梯度，即质子动力（△μH+）。而H+ 电化学势梯度是质子泵利用ATP的能量跨膜转运H+ 而建立的，这过程叫初级主动运输，也叫初级共运转。利用已经建立的质子动力载体将矿物质跨膜运输的过程叫次级主动运输或叫次级共运转。离子也可以通过离子泵(质子泵和钙泵)跨膜运输
12．合理施肥增产的原因是什么？
肥料是作物的粮食。合理的施肥，能使作物生长发育正常，产量增加。从植物生理方面分析，施肥增产的原因有如下几方面：
（1）扩大作物的光合面积。合理增施氮、磷肥料，可以迅速扩大光合作用面积。
（2）提高作物的光合能力。在叶面积相同的情况下，光合能力强的作物，产量也相应增加。为了尽可能地提高作物的光合能力，应注意氮（N）、磷（P）、钾（K）三要素的配合施用，同时还要注意适当施用一些微量元素。
（3）延长光合作用时间。叶片寿命长时，进行光合作用的时间也长，积累的干物质也多，单位面积产量必然增加。如果缺乏肥料，特别是氮肥不足，叶片容易早衰凋落，缩短了光合作用时间。
（4）促进物质的运输和分配。合理施用水肥，可以调节光合产物向生殖器官运输分配，使作物穗大粒多，花、果脱落率降低，经济产量增加。
（5）改良作物的生活环境。利用秸秆还田、或增施有机肥，可以改良土壤结构、防止土壤板结，增进土壤微生物活动。有了良好的土壤环境，作物才能生长得更健壮。
13. 试述矿质元素在光合作用中的生理作用。
矿质营养在光合作用中的功能极为广泛，归纳起来有以下几方面：
（1）叶绿体结构的组成成分。如N、P、S、Mg是叶绿体机构中构成叶绿素、蛋白质以及光合膜不可缺少的元素。
（2）电子传递体的重要成分。如PC（质体兰素）中含Cu，Fe—S中心、Cytb、Cytf和Fd中都含有Fe，因而缺Fe会影响光合电子传递速率。
（3）磷酸基团在光、暗反应中具有突出地位。如，构成同化力的ATP和NADPH。光合碳还原循环中所有的中间产物，合成淀粉的前体ADPG，合成蔗糖的前体UDPG等，这些化合物中都含有磷酸基团。
（4）光合作用所必须的辅酶或调节因子。如Rubisco，FBPase的活化需要Mg+；放氧复合体不可缺少Mn2+和CI— ，而K+、Ca2+调节气孔开闭。另外，Fe3+影响叶绿素的合成；K+促进光合作用的转化与运输等。
14．试分析植物失绿（发黄）的可能原因。
植物呈现绿色是因其细胞内含有叶绿体，而叶绿体中含有绿色的叶绿素的缘故。因而凡是影响叶绿素代谢的因素都会引起植物失绿。可能的原因有：
（1）营养元素：氮和镁都是叶绿素的组成成分，铁、锰、铜、锌等则在叶绿素的生物合成过程中有催化功能或其它间接作用。因此，缺少这些元素时都会引起缺绿症，其中尤以氮的影响最大， 因此叶色的深浅可作为衡量植株体内氮素水平高低的标志。
（2）光：光是影响叶绿素形成的主要条件。从原叶绿素酸酯转变为叶绿素酸酯需要光，而光过强，叶绿素反而会受光氧化而破坏。
（3）温度：叶绿素的生物合成是一系列酶促反应，受温度影响很大。叶绿素形成的最低温度约为2℃，最适温度约30℃，最高温度约40℃。高温和低温都会使叶片失绿。高温下叶绿素分解加快，褪色更快。
（4）氧：缺氧能引起Mg-原卟啉或Ⅸ或Mg-原卟啉甲酯的积累，影响叶绿素的合成。
（5）水：缺水不但影响叶绿素的生物合成，而且还促使原有叶绿素加快分解。此外，叶绿素的形成还受遗传因素控制，如水稻、玉米的白化苗以及花卉中的斑叶不能合成叶绿素。
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