植物生理学：第二章 植物的矿质营养
植物生理学第二章 植物的矿质营养新选.
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（）。
植物生理学 第二章
（2）钙泵 又叫Ca+-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。
细胞外侧 H+泵将H+泵出 A
K+（或其它阳离子） 经通道蛋白进入 B
C
阴离子与H+ 同向运输进入 细胞内侧
图2-5 质子泵作用机理
A 初级主动运输 ； B, C 次级主动运输
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A 外侧
第四节
矿质元素的运输
一、矿质运输形式、途径、速度 1、形式： N：NO3-、NH4+、尿素、氨基酸、酰胺 P：正磷酸、有机磷化合物 S：SO42- 、 蛋氨酸、谷胱甘肽 2、途径：导管（42K 示踪试验） 3、速度：30-100cm/h
木质部 蜡纸 树皮
42K
图2-13 放射性42K向上运输试验
五、植物的缺素症及诊断
◆N 吸收的主要形式 是 NH4+，NO3- 等: ◇ 构成蛋白质的主要 成分(16-18%)； 缺N ◇ 核酸、辅酶、磷脂、 叶绿素、细胞色素、植 物激素(CTK)、维生素 等的成分。 故称为 “生命元素” 缺N：矮小、叶小色黄或发红、分枝少、花少、 籽粒不饱满。
生理功能：
缺磷病症：
① 植株瘦小。分枝、分蘖很少，幼芽幼 叶生长停滞，花果脱落，成熟延迟。 ② 叶呈暗绿色或紫红色（花青素）。 ③ 老叶先表现病症（磷是可移动元素）。
◆ K
以离子状态存在 生理作用（1） 体内60 多种酶的活化剂；（2）促 进蛋白质、糖的合成及糖的 运输；（3）增加原生质的 水合程度，提高细胞的保水 能力和抗 旱能力；（4）影 响着细胞的膨压和溶质势， 参与细胞吸水、气孔运动等。 缺K：叶缺绿、生长缓 慢、易倒伏。
三、影响根系吸收矿质营养的因素
植物生理学题库-02 植物矿质营养作业及答案
第二章植物矿质营养一、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．灰分元素：亦称矿质元素，将干燥植物材料燃烧后，剩余一些不能挥发的物质称为灰分元素。
3．大量元素：在植物体内含量较多，占植物体干重达万分之一以上的元素。
包括钙、镁、硫、氮、磷、钾、碳、氢、氧等9种元素。
4．微量元素：植物体内含量甚微，稍多即会发生毒害的元素包括：铁、锰、硼、锌、铜、钼和氯等7种元素。
5. 单盐毒害和离子拮抗：单盐毒害是指溶液中因只有一种金属离子而对植物之毒害作用的现象；在发生单盐毒害的溶液中加入少量其他金属离子，即能减弱或消除这种单盐毒害，离子间的这种作用称为离子拮抗。
6. 平衡溶液：在含有适当比例的多种盐溶液中，各种离子的毒害作用被消除，植物可以正常生长发育，这种溶液称为平衡溶液。
7. 胞饮作用：物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折而转移到细胞内的攫取物质及液体的过程。
8. 诱导酶：又称适应酶，指植物体内本来不含有，但在特定外来物质的诱导下可以生成的酶。
如硝酸还原酶可为NO3-所诱导。
9. 生物固氮：某些微生物把空气中游离氮固定转化为含氮化合物的过程。
二、填空题1．植物生长发育所必需的元素共有种，其中大量元素有种，微量元素有种。
16、9、7 2．植物必需元素的确定是通过法才得以解决的。
水培3．解释离子主动吸收的有关机理的假说有和。
载体学说质子泵学说4．果树的“小叶病”往往是因为缺元素的缘故。
Zn5. 缺氮的生理病症首先表现在叶上，缺钙的生理病症首先表现在叶上。
老、嫩6．根系从土壤吸收矿质元素的方式有两种：和。
通过土壤溶液得到、直接交换得到7．(NH4)2S04属于生理性盐，KN03属于生理性盐、NH4NO3属于生理性盐。
酸、碱、中8．硝酸盐还原成亚硝酸盐的过程由酶催化，亚硝酸盐还原成氨过程是叶绿体中的酶催化的。
硝酸还原酶、亚硝酸还原酶9．影响根部吸收矿物质的条件有、、和。
温度、通气状况、溶液浓度、氢离子浓度、离子间的相互作用10．植物地上部分对矿质元素吸收的主要器官是，营养物质可从运入叶内。
植物生理学复习思考题答案
一、名词解释第一章植物的水分代谢1.水势：每偏摩尔体积的水的化学势称为水势。
2.渗透作用：溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象。
对于水溶液而言，是指水分子从水势高处通过半透膜向水势低处扩散的现象。
3.蒸腾作用：植物体内的水分以气态从植物体表散失到大气中去的过程。
4.蒸腾速率：又称蒸腾强度或蒸腾率，指植物在单位时间内、单位叶面积上通过蒸腾作用散失的水量。
第二章植物的矿质营养1.溶液培养：在含有全部或部分营养元素溶液中培养植物的方法2.载体运输学说：质膜上的载体蛋白属于内在蛋白，它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，通过载体蛋白构象的变化，透过质膜，把分子或离子释放到质膜的另一侧。
第三章植物的光合作用5.光合作用：通常是指绿色细胞吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。
从广义上讲，光合作用是光养生物利用光能把二氧化碳合成有机物的过程。
6.双光增益效应或爱默生增益效应：在用远红光照射时补红光(例如650nm的光)，则量子产额大增，比用这两种波长的光单独照射时的总和还要高。
这种在长波红光之外再加上较短波长的光促进光合效率的现象被称为双光增益效应，因这一现象最初由爱默生(Emerson)发现的，故又叫爱默生效应。
7.光合磷酸化：光下在叶绿体把ADP与无机磷合成ATP，并形成高能磷酸键的过程。
8.光补偿点：同一叶片在同一时间内，光合过程中吸收的CO2和呼吸过程释放的CO2等量时的光照强度。
9.光呼吸：植物的绿色细胞在光照下吸收氧气释放CO2的过程，由于这种反应仅在光下发生，需叶绿体参与，并与光合作用同时发生，故称作为光呼吸。
因为光呼吸的底物乙醇酸和其氧化产物乙醛酸，以及后者经转氨作用形成的甘氨酸皆为C2化合物，因此光呼吸途径又称为C2循环。
第四章植物的呼吸作用1.呼吸商：简称RQ，指植物在一定时间内，呼吸作用所释放的CO2的量与吸收的O2的量的比值。
2.温度系数：是指在生理温度范围内，温度每升高10 ℃所引起呼吸速率增加的倍数。
植物生理学第2章
间接影响: 影响养分的溶解和沉淀
N
P K Ca Mg S Fe Mn B Cu Zn Mo
pH
图2-9 pH对植物养分可用性的影响
缺K
缺钾病症：
①抗性下降。植株茎杆柔弱，易倒伏。 ②叶色变黄，叶缘焦枯。叶片失水，叶绿 素破坏；叶子会形成杯状（叶中部生长较 快）。 ③老叶先表现病症（钾是可移动元素）。
◆S：SO42含S氨基酸(Cys,Met)几乎是所的蛋白 质的构成成分; Cys-Cys系统能影响细胞中 的氧化还原过程；是CoA、硫胺素、生物素 的成分，与体内三大类有机物的代谢密切 相关。
缺钙病症：
①顶芽死亡，嫩叶初呈钩状，后从叶尖或叶缘向 内死亡。 ②嫩叶先表现病症。
◆Mg：叶绿素的成分；光合作用和呼吸作 用中一些酶的活化剂；蛋白质合成时氨基 酸的活化需要， 能使核糖体结合成稳定的 结构；DNA和RNA合成酶的活化剂；染色体 的组成成分，在细胞分裂中起作用。
缺镁病症：
①叶脉仍绿而叶脉之间变黄，有时呈红紫色。 ②有坏死褐斑。 ③老叶先表现病症。
高 细胞外侧
电化学 势梯度
低
简单扩散（被动运输） 细胞内侧
图2-2 离子通道运输离子模式图
2、载体运输
质膜上的载体蛋白属于内在蛋白，它 有选择的与膜一侧的分子或离子结合，形 成载体-物质复合物，通过载体蛋白构象的 变化，透过质膜，把分子或离子释放到质 膜的另一侧。 载体运输既可以顺着电化学梯度（被 动运输），也可以逆着电化学梯度进行 （主动运输）。
图2-7 胞饮过程
A、膜被消化，物质留在胞质内 B、透过液泡膜，物质进入液泡
第三节 根系对矿质元素的吸收
• 根系吸收矿质元素的特点 • 根系对矿质元素的吸收过程 • 影响根系吸收矿质营养的因素
植物生理学2矿质营养第3-5节
练习题
1.根吸收矿质有哪些特点？
2.试述根系吸收矿质元素的过程 。
3.光照如何影响根系对矿质的吸收？
4.何为根外营养？它有何优越性？ 5.试述矿物质在植物体内运输的形式与途径， 可用什么方法证明？
6.硝酸盐还原的过程、部位、酶？
一、作物的需肥规律
（一）不同作物或同一作物的不同品种需肥不同
（二）不同作物需肥形态不同
（三）不同生育期需肥不同
需肥临界期：
植物对矿质养分缺乏最敏感的时期； 并不是需要肥料多，而是指对肥料缺少最敏感的时期， 植物的需肥临界期一般在生长初期。
（四）不同生育期，施肥作用不同 植物营养最大效率期（最高生产效率期） 施肥营养效果最好的时期，称为最高生产效率 期，又称植物营养最大效率期。 作物的营养最大效率期一般是生殖生长时期 。
二、合理施肥的指标
（一）土壤营养丰缺指标 （二）施肥的形态指标 包括植株的长相、长势、颜色 如叶色可反映氮的供应状况
（三）施肥的生理指标
1、组织中营养元素含量
营养临界浓度（ critical concentration ）： 获得最高产量的最低养分浓度。
2、测土配方施肥
图 组织营养元素浓度与产量关系的图解
三、施肥增产的原因
（一）施肥可增强光合性能 （1）扩大光合面积：叶面积--N
（2）提高光合能力：叶绿素—N,Mg
（3）延长光合时间：叶寿命
（二） 调节代谢，控制生长发育
（1）不同的元素可调节植物营养生长与生殖生长的关系。
（2）改善光合产物的分配和利用。
（三）施肥的生态效应
（1）施用石灰，草木灰，石膏等可改变土壤pH。
（ 2 ）以 32P 研 究大麦根尖对 P的积累与运 输，发现根毛 区运输最快。
植物生理学-大纲
第一节植物对水分的需要第二节植物细胞对水分的吸收第二章植物的矿质营养第二节植物细胞对矿质元素的吸收第三节植物体对矿质元素的吸收第四节无机养料的同化第五节矿质元素在植物体内的运输第六节合理施肥的生理基础第三章植物的光合作用第一节光合作用的重要性第二节叶绿体及叶绿体色素第三节光合作用的机理第四节光呼吸第五节光合作用的进化第六节影响光合作用的因素第七节植物对光能的利用第四章植物的呼吸作用第一节呼吸作用的概念及其生理意义第二节植物的呼吸代谢途径第三节生物氧化第四节呼吸过程中能量的贮存和利用第五节呼吸作用的调节和控制第六节影响呼吸作用的因素第七节呼吸作用与农业生产第五章植物体内有机物质的运输第一节植物体内的信息传递第二节高等植物的运输第三节有机物运输的机理第四节同化物的分配及影响因素第六章植物生长物质第一节生长素类第二节赤霉素类第三节细胞分裂素类第四节脱落酸第五节乙烯第六节油菜素内酯第七节生长抑制物质第八节多胺和钙调素第七章光形态建成第一节光敏色素的发现和分布第二节光敏色素的化学性质及光化学转换第三节光敏色素的生理作用第四节光敏色素的作用机理第五节蓝光反应第八章植物的生长生理第一节种子的萌发第二节细胞的生长和分化（略讲）第三节植物的生长第四节植物的运动第九章植物的生殖生理第一节幼年期第二节春化作用第三节光周期第四节花器官形成的生理第五节受精生理第十章植物的成熟和衰老生理第一节种子成熟时的生理生化变化第二节果实成熟时的生理生化变化第三节种子和延存器官的休眠第四节植物的衰老第五节植物器官的脱落。
《植物生理学》名词解释
植物的矿质营养及其吸收、运输、同化1.灰分：将在105摄氏度下烘干的植物材料在600摄氏度下高温烘烤，剩余的不能挥发的灰白色残渣称为植物的灰分。
2.灰分元素/矿质元素：构成植物灰分的元素称为植物的灰分元素，由于它们直接或间接地来自土壤矿质，故又称为矿质元素。
3.必需元素：是指植物正常生长发育必不可少的元素。
4.大量元素：包括C H O N P K Ga Mg S 9种，此类元素分别占植物体干重的0.01%-10%。
5.微量元素：包括Fe Cu B Zn Mn Mo Ni Cl 8种，此类元素分别占植物体干重的0.00001%-0.01%。
6.溶液培养法/水培法：是在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法。
7.砂基培养法：是在洗净的石英砂等基质中加入营养液、利用砂基作为固定植物根系的支持物来培养植物的方法，与溶液培养法并无实质性的不同。
8.有氧溶液培养法/气培法/雾培法：是将植物根系臵于营养液气雾中培养植物的方法，植物根系并不直接浸入营养液。
9.有益元素：有些元素并非是植物的必需元素，但这些元素对植物的生长发育，或对植物生长发育过程中的某些环节有积极影响，这些元素被称为植物的有益元素。
10.有害元素：有些元素少量或过量存在时均对植物有不同程度的毒害作用，将这些元素称为有害元素。
11.质外体/自由空间：植物组织中细胞质膜外部的细胞壁部分在组织内构成一连续的结构空间被称为质外体。
土壤溶液中的各种矿质元素可顺着电化学势梯度自由扩散进入质外体空间，固有时又将质外体称为自由空间。
12.相对自由空间（RFS）：活组织自由空间的体积大小可通过某种离子的扩散平衡实验来估算，这个估算值称为相对自由空间。
13.共质体运输：溶质通过跨膜运转进入原生质，并通过活细胞间的胞间连丝或连续不断的跨膜运转而从一个活细胞运输至另一个活细胞的过程称为共质体运输。
14.生理碱性盐：将这类由于植物对离子的选择性吸收而使环境PH升高的盐类称为生理碱性盐，硝酸盐类（硝酸铵例外）一般均属于生理碱性盐。
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- but requires higher levels of nutrients than hydroponic culture to sustain growth
• Hoagland营养液 • Arnon营养液 • B5营养液
营养液配方以外的与乙二胺四乙酸的螯合物(chelate)
• 不能直接以FeSO4或Fe（NO3）2等无机盐的形式 提供铁，∵很容易形成不溶性的Fe（OH）3或铁 的磷酸盐，它们不能被植物吸收。
溶液培养中应注意的问题
• 根系通气 • 经常更换及补充营养液 • 铁离子以螯合形式供应 • 试剂、水、容器十分纯净 • 研究某些微量元素（钼、镍、锌等），常需连
续两代将植株培养于缺乏该元素的溶液中
2 植物必需元素所具备的条件（判断标准）
• 缺乏该元素，植物不能完成生活史
• 缺乏该元素，植物表现出专一的缺乏症，恢复 供应该元素时，可预防或纠正 此缺乏症，且这 种作用不能被其他元素所替代
- provides easy manipulation of the gaseous environment around the root
- but requires higher levels of nutrients than hydroponic culture to sustain plant growth
• 矿质元素分析：灰分经过盐酸或硝酸溶解，经原子吸收分光光度 计（Atomic Absorption Spectrometry，AAS）或电感耦合等离子 体发射光谱仪（Inductively-Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer，ICP-AES）进行分析测定。
用人工配制含已知矿质 元素成分的营养液培养 植物 优点：通过添加或减少 某种元素，从植物生长 状况判断该元素是否为 植物所必需
• 溶液培养法的 典型实验装置
溶液培养法的形式 1 水培法（无土栽培〕：植物直接栽培于营养液中 2 砂培法：支撑物（石英砂、蛭石、珍珠岩） 3 气培法：根系置于营养液气雾中
植株
↓
70-80℃，1-3 days
↓
┌―――――――――┐
↓
↓
水(10-95%)
干物质(5-90%)
↓
充分燃烧
↓
┌―――――――――┐
↓
↓
有机物(90%)
无机物(10%)
(Gas)
(Ash)
• 灰分元素(矿质元素)：组成灰分的元素，为各种金属的氧化物， 磷酸盐、硫酸盐、氯化物等
• N不存在于灰分元素中，但由土壤吸收，特列为矿质元素
补充： 植物的有益元素(Beneficial elements)
满足一些特定植物的特殊营养需求的元素
• 钠：盐生与C4植物，参与维管束鞘细胞和叶肉细胞间
的丙酮酸的运输；
• 硅：禾本科植物，主要累积于表皮细胞的壁中，防真
菌侵染及抗倒伏；
• 该元素的营养作用是直接的，而不是因改变土 壤（或培养液）的微生物、物理及化学条件所 引起的间接作用
元素
3
大量元素
植
H C
物
O N
必
K
需
Ca Mg
元
P
素S 微量元素
Cl
B
Fe
Mn
Zn
Cu
Ni
Mo
吸 收形 式
H2O CO2 O2, CO2 NO3-, NH4+ K+ Ca2+ Mg2+ HPO4-, HPO42SO42-
• 1840，Liebig（德）建立矿质营养学说：植物以无机 形式从土壤中获得营养物质；
• 1860，J. Sachs & W. Knop用含已知成分的无机盐溶液 培养成功植物。揭示：植物营养为自养型（无机营养 型）
• 矿质营养：植物对矿质营养元素的吸收、转运和同化
第一节 植物必需元素
一、构成植物体的元素
• 植物矿质元素的含量与植物种类及生存的土壤环境条件相关 1 同一土壤条件的不同植物，所含矿质元素不同 : 禾本科高
硅、十字花科高硫、豆科高钙 2 植物体内 矿质成分是植物所处生活环境的反映: 盐生植物
高钠、海藻高碘、矿区植物高金属
二、植物的必需元素
1 研究方法
• 土培法 （×） • 溶液培养法（√）
• 利用水培法进行植物 生产 管道：略倾斜 水泵：循环营养液
Special techniques are used in nutritional studies
- plants are grown with their roots suspended in air while being sprayed continuously with a nutrient solution
第二章 植物的矿质营养
Plant nutrition is of unique importance in the realm of life on earth and in the affairs of man
土壤（肥料）以何种形式给植物提供营养物质？
• 19世纪中期以前，以Thaer为代表：植物以有机形态 （土壤腐殖质）从土壤中获得养料；
ClBO33Fe2+, Fe3+ Mn2+ Zn2+ Cu2+ Ni2+ Mo42-
干物质中的浓度(mmol/Kg)
60,000 40,000 30,000 1,000
250 125 80 60 30
3.0 2.0 2.0 1.0 0.3 0.1 0.05 0.001
植物必需元素（ 17种）
• 大量元素 (Macroelements）:占植物体干重0.1% 以上的元素。C, H, O, N, P, K, S, Ca, Mg等9种元 素
• 微量元素(Microelements）：占植物体干重0.01% 以下的元素。 Cl、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo和 Ni等8种
• 除去C、H、O等非矿质元素，有14种为植物必需 的矿质元素
重要培养液配方 及其应用
• 溶液培养法生产植物
• 用溶液培养法研究植 物的营养及各种环境 因素的调控
• 植物组织培养