植物生理学.pptx
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1、 第三章第三章 植物的矿质营养植物的矿质营养u植物必需的矿质元素植物必需的矿质元素u 植物对矿质元素的吸收植物对矿质元素的吸收u 矿质元素在植物体内的长距离运输与分矿质元素在植物体内的长距离运输与分配配u 合理施肥的生理学基础合理施肥的生理学基础植物矿质营养植物矿质营养 是指植物对矿物质的吸收、转运和同化等是指植物对矿物质的吸收、转运和同化等过程以及矿质元素在植物生命活动中的作用。过程以及矿质元素在植物生命活动中的作用。第一节第一节 植物必需的矿质元素植物必需的矿质元素一、植物所处大环境的元素组成一、植物所处大环境的元素组成 植物所处的大环境包括植物所处的大环境包括岩石圈、水圈岩石圈、水圈和和
2、大气大气圈圈,其中岩石圈和水圈中的矿质是植物体内矿质,其中岩石圈和水圈中的矿质是植物体内矿质元素的来源。元素的来源。岩石圈的元素组成包括岩石圈的元素组成包括O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等,其中等,其中O和和Si的含量最丰富,约占岩的含量最丰富,约占岩石圈元素总量的石圈元素总量的75%。二、植物体内的元素二、植物体内的元素 植物体植物体干物质干物质(5-905-90)水分水分(10-95)有机物有机物(90)无机物无机物(10)植物植物 干物质干物质 灰分灰分 构成灰分的元素称为构成灰分的元素称为灰分元素灰分元素(灰分中的元素直灰分中的元素直接或间接地来自土壤矿质,故又称矿质元素)
3、。接或间接地来自土壤矿质,故又称矿质元素)。105 烘干烘干600三、植物的溶液培养三、植物的溶液培养溶液培养法溶液培养法:即用纯化了的化合物配制成水溶液来即用纯化了的化合物配制成水溶液来培养植物以确定植物必需的矿质元素种类和数量培养植物以确定植物必需的矿质元素种类和数量(图(图3-1)。)。图图3-1 植物的溶液培养植物的溶液培养水培法(无土栽培):水培法(无土栽培):植物直接栽培于营养液中。植物直接栽培于营养液中。砂培法:砂培法:支撑物(石英砂、蛭石、珍珠岩)。支撑物(石英砂、蛭石、珍珠岩)。气培法(雾培):气培法(雾培):根系置于营养液气雾中。根系置于营养液气雾中。营养薄膜技术:营养薄膜
4、技术:流动的营养液在根系表面形成一层流动的营养液在根系表面形成一层营养液薄膜。营养液薄膜。溶液培养法的形式:溶液培养法的形式:营养液中必须含有植物必需的矿质养分;营养液中必须含有植物必需的矿质养分;各种养分必须以植物可利用的形态存在;各种养分必须以植物可利用的形态存在;各种养分成一定比例;各种养分成一定比例;营养液的水势不能太低,以防植物脱水;营养液的水势不能太低,以防植物脱水;经常调整营养液经常调整营养液pH,使其与植物的生长相适应;,使其与植物的生长相适应;注意给根系通气以保持适当的根系活力;注意给根系通气以保持适当的根系活力;经常更换营养液(如每星期一次)。经常更换营养液(如每星期一次)
5、。溶液培养法必须注意的事项:溶液培养法必须注意的事项:四、植物必需的元素的确定四、植物必需的元素的确定必需元素必需元素必需元素必需元素是指维持植物正常生理活动所必需的元素。是指维持植物正常生理活动所必需的元素。判断必需矿质元素的原则:判断必需矿质元素的原则:缺乏该元素,植物生长发育发生障碍,不能完成生活史。缺乏该元素,植物生长发育发生障碍,不能完成生活史。缺乏该元素,植物会表现出特殊的症状,只有加入该元素后,缺乏该元素,植物会表现出特殊的症状,只有加入该元素后,缺素症状才能消失。缺素症状才能消失。该元素对植物生长发育的作用是直接的,不是由于土壤的该元素对植物生长发育的作用是直接的,不是由于土壤
6、的物理、化学、微生物条件的改善而产生的间接效果。物理、化学、微生物条件的改善而产生的间接效果。大量元素大量元素大量元素大量元素:C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Si共共10种。植物需要量大,占植物体干重的种。植物需要量大,占植物体干重的0.110。微量元微量元微量元微量元:Fe、B、Cu、Zn、Mn、Cl、Mo、Na、Ni共共9种。植物需要量小,占植物体干重的种。植物需要量小,占植物体干重的0.010.00001。五、必需矿质元素的生理功能及缺素症五、必需矿质元素的生理功能及缺素症(一)必需矿质元素的生理功能(一)必需矿质元素的生理功能是细胞结构物质的组成成分;是细胞结构物质的组成成分
7、;调节植物的生命活动;调节植物的生命活动;起电化学作用。起电化学作用。(二)植物缺素症及中毒症(二)植物缺素症及中毒症1、氮(生命元素、氮(生命元素、N)被吸收的形式被吸收的形式被吸收的形式被吸收的形式:NO3-、NH4+、尿素。、尿素。作用作用作用作用:氮是蛋白质、核酸、磷脂、酶、激素、维生素氮是蛋白质、核酸、磷脂、酶、激素、维生素 和叶绿素的组成成分。和叶绿素的组成成分。缺素症缺素症缺素症缺素症:生长缓慢、植株矮小,叶小色淡(图生长缓慢、植株矮小,叶小色淡(图3-2)。)。移动性大,缺乏时,症状首先在老叶出现(图移动性大,缺乏时,症状首先在老叶出现(图3-3)。)。供应充足,植物生长健壮,
8、叶大色浓;供应过多,植物供应充足,植物生长健壮,叶大色浓;供应过多,植物贪青徒长。贪青徒长。图图3-2 3-2 萝卜缺氮的老叶变黄萝卜缺氮的老叶变黄 图图3-3 3-3 缺缺N N老叶发黄枯死,新叶色淡老叶发黄枯死,新叶色淡,生长矮小,根生长矮小,根系细长,分枝(蘖)减少。系细长,分枝(蘖)减少。2、硫(、硫(S)S的移动性小,缺乏时,症状首先在嫩叶出现(图的移动性小,缺乏时,症状首先在嫩叶出现(图3-4)。)。吸收形式吸收形式:SO42-。作用作用:是蛋白质的成分。是蛋白质的成分。CoA中的硫氢基中的硫氢基(-SH)具有固定能量的作用,参与氨具有固定能量的作用,参与氨基酸、脂肪和糖类的合成。
9、基酸、脂肪和糖类的合成。缺素症缺素症:叶片黄绿色叶片黄绿色(与与N相似相似)。图图3-4 缺硫植株中上部叶色淡缺硫植株中上部叶色淡3、磷(、磷(P)的移动性大,缺乏时,症状首先在老叶出现(图的移动性大,缺乏时,症状首先在老叶出现(图3-5)。)。吸收形式吸收形式:H H2 2POPO4 4-。作用作用:磷是核酸、磷脂、辅酶和磷是核酸、磷脂、辅酶和ATP的组成成分;的组成成分;磷在碳水化合物代谢中起着重要作用;磷在碳水化合物代谢中起着重要作用;磷对氮代谢也有影响。磷对氮代谢也有影响。缺素症缺素症:缺素症与相似,生长缓慢,植株矮小,:缺素症与相似,生长缓慢,植株矮小,叶片暗绿,有些植物呈紫色或红色
10、。叶片暗绿,有些植物呈紫色或红色。图图3-5 植株缺磷症状植株缺磷症状4、钾(、钾(K)的移动性大,缺乏时,症状在老叶出现。的移动性大,缺乏时,症状在老叶出现。吸收形式吸收形式:K K+。作用作用:是酶的活化剂。是酶的活化剂。促进碳水化合物的合成和运输。促进碳水化合物的合成和运输。增加原生质的水合程度,提高细胞的保水能力,增强增加原生质的水合程度,提高细胞的保水能力,增强抗旱性。抗旱性。缺素症缺素症:叶色缺绿变黄,逐渐坏死。茎秆柔弱叶色缺绿变黄,逐渐坏死。茎秆柔弱 易倒伏(图易倒伏(图3-6、3-7)。)。图图3-6 番茄缺钾初期叶缘失绿番茄缺钾初期叶缘失绿图图3-7 植株缺钾症状植株缺钾症状
11、5、钙(、钙(Ca)Ca的移动性小,缺乏时,症状首先在嫩叶出现(图的移动性小,缺乏时,症状首先在嫩叶出现(图3-8、3-9)。)。吸收形式吸收形式:Ca2+。作用作用:构成细胞壁的胞间层。构成细胞壁的胞间层。维持染色体和膜结构的稳定性。维持染色体和膜结构的稳定性。是酶的活化剂。是酶的活化剂。具有第二信使的功能。具有第二信使的功能。缺素症缺素症:幼嫩器官溃烂坏死,嫩叶尖或叶缘变黄,幼嫩器官溃烂坏死,嫩叶尖或叶缘变黄,逐渐向内坏死。逐渐向内坏死。图图3-8 苗期缺钙心叶叶缘枯死苗期缺钙心叶叶缘枯死图图3-9 缺钙幼叶叶尖变褐枯死缺钙幼叶叶尖变褐枯死6、镁(、镁(Mg)缺素症缺素症:缺绿病,严重时形
12、成褐斑坏死。缺绿病,严重时形成褐斑坏死。Mg的移动性大,缺乏时,症状首先的移动性大,缺乏时,症状首先 在老叶出现(图在老叶出现(图3-10)。)。吸收形式吸收形式:MgMg2+2+。作用作用:是叶绿素的组成成分。是叶绿素的组成成分。是酶的活化剂。是酶的活化剂。图图3-10 植植株株缺缺镁镁症症状状7、铁、铁(Fe)作用作用:是酶的辅助因子。是酶的辅助因子。是叶绿素合成过程所必需的。是叶绿素合成过程所必需的。缺素症缺素症:缺绿病(黄叶病),幼叶呈白色。缺绿病(黄叶病),幼叶呈白色。Fe的移动性小,缺乏时,症状首先在嫩叶出现的移动性小,缺乏时,症状首先在嫩叶出现(图(图3-11)。)。图图3-11
13、 缺铁新叶鲜黄色缺铁新叶鲜黄色8、锰、锰(Mn)作用作用:能稳定叶绿体的结构,参与光合作用水的裂解。能稳定叶绿体的结构,参与光合作用水的裂解。是酶的活化剂。是酶的活化剂。缺素症缺素症:缺绿病,黄叶出现坏死斑点。缺绿病,黄叶出现坏死斑点。Mn的移动性小,缺乏时,症状首先在嫩叶的移动性小,缺乏时,症状首先在嫩叶出现(图出现(图3-12、3-13)。)。图图3-12 缺锰植株中位叶失绿缺锰植株中位叶失绿图图3 3-1 13 3 植植株株缺缺锰锰幼幼叶叶失失绿绿9、锌(、锌(Zn)作用作用:是是IAA的生物合成所必需的。的生物合成所必需的。参与叶绿素的形成。参与叶绿素的形成。缺素症缺素症:缺绿病。植株
14、矮化,节间变短,叶片缺绿病。植株矮化,节间变短,叶片 变小(图变小(图3-14、3-15)。)。Zn的移动性大,缺乏时,症状首先在的移动性大,缺乏时,症状首先在 老叶出现。老叶出现。图图3-14 缺锌节间短叶小(右)缺锌节间短叶小(右)图图3-15 缺锌叶变黄外卷缺锌叶变黄外卷10、铜(、铜(Cu)作用作用:是某些氧化酶的成分;是某些氧化酶的成分;在光合作用中起作用。在光合作用中起作用。缺素症缺素症:嫩叶扭卷(图嫩叶扭卷(图3-16、3-17)。)。Cu的移动性小,缺乏时,症状首先的移动性小,缺乏时,症状首先在嫩叶出现。在嫩叶出现。图图4-15 缺铜顶叶呈罩盖状上卷缺铜顶叶呈罩盖状上卷图图4-
15、16 缺铜顶叶上卷呈杯状缺铜顶叶上卷呈杯状11、钼(、钼(Mo)作用作用:是固氮酶、硝酸还原酶的成分,在固氮代谢是固氮酶、硝酸还原酶的成分,在固氮代谢 方方面起作用。面起作用。缺素症缺素症:叶片缺绿并出现斑点,叶缘卷曲。叶片缺绿并出现斑点,叶缘卷曲。Mo的移动性大,缺乏时,症状首先在老叶出现。的移动性大,缺乏时,症状首先在老叶出现。12、硼(、硼(B)作用作用:促进碳水化合物的运输。促进碳水化合物的运输。促进花粉萌发和花粉管伸长,有利于受精。促进花粉萌发和花粉管伸长,有利于受精。缺素症:缺素症:花丝、花药萎缩,花粉发育不良(花而花丝、花药萎缩,花粉发育不良(花而 不实)。不实)。B的移动性小,
16、缺乏时,症状首先在的移动性小,缺乏时,症状首先在 嫩叶出现。嫩叶出现。13、氯(、氯(Cl)作用作用:在光合作用水的光解过程中起活化剂作用。在光合作用水的光解过程中起活化剂作用。缺素症缺素症:叶片缺绿,萎蔫坏死。叶片缺绿,萎蔫坏死。14、镍(、镍(Ni)作用作用:Ni是脲酶的金属成分,而脲酶催化尿素水解是脲酶的金属成分,而脲酶催化尿素水解成成CO2和和NH4+。缺素症缺素症:缺缺Ni时由于叶尖处积累过量脲而出现黄化时由于叶尖处积累过量脲而出现黄化坏死现象,有些植物在缺坏死现象,有些植物在缺Ni条件下产生的种子不能条件下产生的种子不能萌发。萌发。第二节第二节 植物对矿质元素的吸收植物对矿质元素的
17、吸收一、植物吸收矿质元素的特点一、植物吸收矿质元素的特点1.对盐分和水分的相对吸收对盐分和水分的相对吸收相互依赖:相互依赖:矿质须在溶液状态才被吸收,矿质随水分一矿质须在溶液状态才被吸收,矿质随水分一起进入根部的质外体中;根系对矿质的主动吸收使根部的水起进入根部的质外体中;根系对矿质的主动吸收使根部的水势降低,有利于水分进入根部。势降低,有利于水分进入根部。相互独立:相互独立:吸收矿质和水分的机理不同;吸收矿质以耗吸收矿质和水分的机理不同;吸收矿质以耗能的主动吸收为主;而水分则按水势高低进行被动的运输。能的主动吸收为主;而水分则按水势高低进行被动的运输。2.选择性选择性 离子的选择吸收是指植物
18、对同一溶液中不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。不同的现象。3.单盐毒害和离子对抗单盐毒害和离子对抗 单盐毒害单盐毒害是指是指培养液中只有一种金属离子而对植培养液中只有一种金属离子而对植物起毒害作用,即使这种元素是植物所必需的物起毒害作用,即使这种元素是植物所必需的。在单盐培养液中加入少量的含其他金属离子的盐,在单盐培养液中加入少量的含其他金属离子的盐,就能减弱或消除单盐毒害,这种离子间相互消除单盐就能减弱或消除单盐毒害,这种离子间相互消除单盐毒害的现象毒害的现象,称称离子对抗离子对抗。4.积累作用积
19、累作用 在液泡中,几种离子的浓度比外液中的高,这在液泡中,几种离子的浓度比外液中的高,这说明在离子吸收过程中发生了逆浓度梯度的积累。说明在离子吸收过程中发生了逆浓度梯度的积累。5.吸收过程需要能量吸收过程需要能量 植物能逆浓度梯度积累矿质元素,说明这植物能逆浓度梯度积累矿质元素,说明这不是一个自发过程,而是一个需能过程。不是一个自发过程,而是一个需能过程。6.存在基因型差异存在基因型差异 在不同植物种间,甚至同种植物的不同品种间,在不同植物种间,甚至同种植物的不同品种间,植物在吸收的矿质种类和吸收速率以及利用效率等植物在吸收的矿质种类和吸收速率以及利用效率等方面都有明显的差异。方面都有明显的差
20、异。二、细胞吸收矿质元素的机理二、细胞吸收矿质元素的机理 植物细胞吸收矿质元素的方式有两种:植物细胞吸收矿质元素的方式有两种:被动吸被动吸收和主动吸收。收和主动吸收。被动吸收被动吸收是不需要代谢供应能量的吸收作用,故又是不需要代谢供应能量的吸收作用,故又称称非代谢吸收非代谢吸收;主动吸收主动吸收是细胞利用代谢提供的能量,逆着电化学是细胞利用代谢提供的能量,逆着电化学势梯度吸收物质的过程。势梯度吸收物质的过程。(一)主动吸收(一)主动吸收 目前关于主动吸收的机理比较受重视的学说:目前关于主动吸收的机理比较受重视的学说:载体学说载体学说和和离子泵学说离子泵学说。载体是一类内在蛋白,有选择地与被转运
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