矿质营养植物吸收矿质元素的特点
《植物的矿质营养》教案
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植物细胞对矿质元素的吸收
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离子也可以通过离子泵(质子泵和钙泵)跨膜运输。
胞饮作用是细胞将吸附在质膜上的矿物质通过膜的内折而转移到细胞内的过程。胞饮作用是非选择性吸收，大分子物质甚至病毒通过胞饮作用进入细胞内。胞饮作用在植物细胞中不很普遍。
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为：主动吸收、被动吸收和胞饮作用。其中主动吸收是植物细胞吸收矿质元素的主要方式。
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。
(二)根系对矿质元素的吸收
根系对矿质元素的吸收是以细胞吸收为基础的。但根系吸收矿质元素有其自身的特点。首先，根系对盐分和水分相对吸收。由于根系对盐分和水分的吸收机制不同，吸收量不成比例。其次是，根系对矿质元素的吸收有选择性。即对某些离子吸收的多些，而对有些离子吸收少些或根本不吸收。其三是，单盐毒害与离子对抗。一般阳离子的毒害作用明显，阴离子的毒害作用不明显。在单盐溶液中若加入少量含其它价数不同的金属离子的盐类，单盐毒害现象就会减轻或消失。离子间的这种作用叫离子对抗。一般在元素周期表中不同族的金属元素的离子间才会有对抗作用。植物只要处于一定浓度、一定比例的多种盐的混合液中才能正常生长，这种溶液叫平衡溶液。在施肥中应十分注意。
植物生理学-03-矿质营养
0
为膜原有电化学势；
j
aj为离子的电化学活度；Zj为离子的代数化合价 F为法拉第常数，96.5J/mol；E为电势
膜内外离子 j 分布产生的电化学势分别表示为：
µ µ0
=
j外
j + RT ln a j外 + Z j ⋅ F ⋅ E外 (2)
µ µ0
=
j内
j + RT ln a j内 + Z j ⋅ F ⋅ E内 (3)
What was wrong with him?
矿质营养学说与农业化学的建立
李比希（J. Liebig）1840年伦敦有机化学年会上发表 了“化学在农业和生理学上的应用”的论文，否定了 腐殖质营养学说，提出了矿质营养学说。
腐殖质(humus)是有了植物后才出现在地球上的而不是 植物出现以前。因此土壤中矿物质是一切绿色植物的 唯一养料，厩肥及其它有机肥料对于植物所起的作用， 并不是由于其中所含的有机质，而是由于这些有机质 在分解时所形成的矿物质。
平衡溶液：将某种植物所必需的矿质元素按照一定浓度和适当比例 配制成的，并对该植物生长发育具有良好作用而无毒害的混合溶液， 称为该种植物的平衡溶液。
二、植物细胞吸收矿质元素的机理
两种吸收机理：主动吸收和被动吸收
离子过膜的驱动力： 1、化学势梯度(浓度差)：由高到低 2、电势梯度：阳离子被负电荷吸引；阴离子被正电荷 吸引。
植物的必需元素（essential element） 大量元素：C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg、 微量元素：Fe、Mn、Cu、Mo、Zn、B、Cl、Ni、Na
必需的矿质元素：N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn、 Cu、Mo、Zn、B、Cl、Ni、Na
植物的矿质营养
植物的矿质营养1. 引言植物的生长和发育需要多种营养物质，其中矿质营养在植物的生命活动中起着至关重要的作用。
矿质营养是指植物从土壤中吸收的无机物质，包括常见的氮、磷、钾等元素，以及微量元素如锌、铜、锰等。
本文将重点介绍植物的矿质营养的种类、功能以及影响因素等内容。
2. 植物的矿质营养种类植物的矿质营养主要包括宏量元素和微量元素两大类。
2.1 宏量元素宏量元素是植物需要吸收的主要无机元素，它们以百分之几的质量存在于植物体内。
常见的宏量元素有氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）和硫（S）等。
•氮素（N）：植物体内氨基酸、DNA、RNA等生物大分子的组成成分，是植物生长发育的基础元素。
•磷素（P）：是ATP（三磷酸腺苷）等能量转化过程中的重要组成元素，同时也是细胞质膜、DNA和RNA等的构成成分。
•钾素（K）：促进植物的光合作用、调控植物的水分平衡和营养转运，对提高植物的抗病性和抗逆性具有重要作用。
•钙素（Ca）：调节细胞的渗透平衡，影响细胞的生长分裂和细胞壁的合成，同时也参与信号传导。
•镁素（Mg）：是叶绿素的组成部分，对光合作用和能量转化过程具有重要影响。
•硫素（S）：是蛋白质、蛋白质酶、维生素B1和维生素B6等的组成成分，参与植物的生命活动。
2.2 微量元素微量元素是植物体内含量较低的无机元素，但对植物的生长发育同样至关重要。
常见的微量元素有铁（Fe）、锌（Zn）、锰（Mn）、铜（Cu）、钼（Mo）和镍（Ni）等。
•铁（Fe）：是光合作用和呼吸作用中的重要催化剂，参与植物体内的电子转运和能量转化过程。
•锌（Zn）：是植物体内多种酶的重要成分，参与DNA和蛋白质的合成过程。
•锰（Mn）：是植物体内氧气释放过程的关键酶的组成成分。
•铜（Cu）：参与咖啡因合成、植物生长和光合作用等多种重要生理过程。
•钼（Mo）：是植物体内硝化细菌和固氮细菌的酶的辅助因子，参与氮代谢过程。
•镍（Ni）：催化植物体内亚硝酸盐的还原过程。
植物的矿质营养
（三）离子的选择吸收与积累性
首先表现在物种间的差异，如番茄吸收Ca、Mg多， 而水稻吸收Si多。
其次，对同一种盐的不同离子吸收的差异上。 例如，供给植物 (NH4)2SO4时，根系吸收NH4＋多于SO42－， 溶液中存留许多SO42－，造成土壤酸性提高，此种盐类称为 生理酸性盐； 当供给植物NaNO3或Ca(NO3)2时，根系吸收NO3－多，溶液中 留存很多Na+或Ca2+，使碱性升高；此种盐属于生理碱性盐。 而当供给植物KNO3时，植物对阴、阳离子几乎以同等速率 被根系吸收，土壤溶液的pH不发生明显变化，这类盐属 生理中性盐。
（五）离子间的相互作用
竞争作用和协助作用。
1.离子竞争作用 即一种离子的存在抑制植物对另一种离子的吸收。竞争 易发生在具有相同理化性质（如化合价和离子半径）的离子 之间，可能与竞争同种离子载体有关。如 NH4＋对K＋，Mn2＋、 Ca2＋对Mg2+、K＋，Rb+对136Cs+，Cl－对NO3－，SO42－对SeO42－ 等都有抑制效应。 2.离子协助作用 即一种离子的存在能促进植物对另一种离子的吸收。这 种作用经常发生在阴、阳离子间。
四、硝酸还原酶与作物的氮素利用
NR活力与作物的氮素利用效率关系密切。 根据植物对氮素水平的适应性和氮素利用效率 的差异，人们提出了耐肥性和耐瘠性的概念。 所谓耐瘠性是指在低水平供肥（N）条件下能够 充分利用有限氮源，较好地生长，获得较高产 量的特性； 耐肥性是指在高水平供肥（N）条件下的增产特 性，即随供肥（N）水平的提高，产量继续增加。
一、作物的需肥规律
（一）不同作物需肥不同
小麦、棉花除需较多的氮外，P、K肥的需要量也较多；
烟草、马铃薯需K较多； 豆科、茄科需钙较多； 水稻需硅较多； 油料作物需镁较多；
第三节植物对矿质元素的吸收
质外体和共质体
根部表面 进入根内部
3.离子进入导管
根毛区吸收的离子经共质体和质外体到达输导组织
离子在根内径向运输图解 C．细胞质 V．液泡 ER. 内质网
(二)根部对被土粒吸附着的矿质元素的吸收
土粒表面带负电荷 , 吸附着矿质阳离子 ( 如 NH 4 + ,K + ), 不 易被水冲走 , 它们通过阳离子交换 (cation exchange) 与土 壤溶液中阳离子交换。 矿质阴离子 ( 如 NO3-,CI-) 被土粒表面负电荷排斥 , 溶解 在土壤溶液中,易流失。 但 PO43- 则被含铝和铁土粒束缚住 , 因 Fe2+,Fe3+ 和 Al3+ 等带有OH-,OH- 和PO43- 交换 , 于是 PO43- 被吸附在土粒上 , 不 易流失。 根呼吸: C0 2 + H20 → H2C03 H+ + HCO3分布在根表面，土粒表面营养矿质阳、阴离子分别与根表 面的 H+，HCO3- 交换 , 进入根部。
A. NaCl+ KCl+ CaCl2；B. NaCl+CaCl2 C. CaCl2； D. NaCl
2.离子对抗（ion antagonism）
在发生单盐毒害的溶液中，如再加入少量 其他矿质盐，即能减弱或消除这种单盐毒害。
离子间能相互减弱或消除单盐毒害作用的现 象叫做离子对抗。
3.平衡溶液（balanced solution）
（六）土壤有害物质状况
土壤中一些过量有害物质会不同程度地 伤害根部，降低植物吸收矿质元素的能力。
如 H2S、 某些有机酸、 过多Fe2＋、 重金属元素。
四、植物地上部对矿质元素的吸收
02-植物吸收矿质元素机理
（二）杜南平衡
当细胞内某些离子的浓度已经超过外界溶液该离子的浓度时，外界的 离子仍然向细胞移动的现象。
杜南平衡是科学家杜南（F.G.Donnan）提出的一种说明离子积累现象 的特殊平衡。其基本观点是：
3.5 植物吸收矿质元素的机理
植物细胞吸收矿质元素的方式有三种：主动吸收、被动 吸收和胞饮作用。其中以前两种方式较为普遍。
主动吸收：
需要利用代谢提供的能量, 逆电化学势梯度吸收物质的 过 程。故又称代谢性吸收。
被动吸收：
不需要代谢提供能量，顺电化学势梯度吸收物质的过程 。 故又被称为非代谢性吸收。
上述学说是高度假定的，但它概括了研究离子吸收的主要实验事实、 含义和结论：
1.能量驱动的离子吸收是有选择性的； 2.能量可能成ATP形式； 3.离子运输可以逆浓度梯度发生； 4.离子吸收与酶促过程有关；
其实验证据：
遇到的困饱和动力学 2. 离子竞争现象 3. 解偶联剂抑制离子的吸收 4. 人工模拟及现代膜结构理论
活化载体
离子 载体-离子
复合物
P AC
磷酸 激酶
IC CIC P
ATP
ADP
线 粒 体
复合体运转至膜内侧，在磷酸 酯酶作用下释放出的磷酸基， 未活化载体
磷酸
酯酶 Pi
使载体失去对离子的亲和力，
从而将离子释放到膜内。
外
内
膜
扩散方式
A
i
i
i
C
i
能量
B
i
i
能量
D
i
i
第7讲 植物对矿质元素的吸收和利用
• （二）元素在体内的分布
• 1.参与循环的元素大多分布在生长点和嫩叶等代谢旺盛 的部分； • 2.不参与代谢的元素分布在老叶。 • 因而缺素时能参与循环的元素表现在老叶，缺不参与
循环的元素，病症表现在嫩叶。
• 3.可移动元素在体内可重新分布，同时可以被排除体外， 参与生态循环。
• 植株被雨淋时洗出的主要物质是钾、氮、糖、有机酸
• 2.间接影响：
• • 土壤溶液反应改变，可以引起溶液中养分的
溶解或沉淀。
一般植物最适生长的pH在6-7之间。
• （五）离子间的相互作用
• 一种离子的存在会影响对另一种离子的吸收。
•
•
竞争结合位点——阻碍；
激活结合位点——促进。
四、叶对矿质元素的吸收
• 根外施肥，主要指叶面施肥。 • 1.要保证吸收，必须保证溶液能很好地被吸附在叶片 上。 措施：用表面活性剂、喷雾液滴要细 • 2.达到细胞质的途径： • （1）气孔进入
1矿质元素2必需元素的三个条件温故而知新3大量元素和微量元素4老组织先出现症状的缺乏元素5新组织先出现症状的缺乏元素第二节植物对矿质元素的吸收与运输一植物吸收矿质元素的特点与方式吸收部位
温故而知新
1、矿质元素
2、必需元素的三个条件 3、大量元素和微量元素 4、老组织先出现症状的缺乏元素 5、新组织先出现症状的缺乏元素
生直接交换。
三、影响根系吸收矿质元素的条件
根系对矿物质的吸收主要有主动吸收和交换吸附， 凡能影响这两个方面任何一方面的条件均可影响。 （一）温度
一定范围内根部吸收矿质的速率随土温的升高而加快。
1.温度过低： 代谢弱，主动吸收慢； 细胞质粘性增大，离子进入困难。 2.温度过高不利吸收： 酶钝化，速率下降； 细胞透性增加，原生质外流。
3矿质营养
缺绿发黄,甚至变为黄白色,而下部叶片仍为绿色。
第一节 植物必须的矿质元素
2.锰 （1）生理作用：锰是光合放氧复合体的主要成员，锰为形成叶绿
• 大麦缺P，老叶发红
•玉 米 缺 P， 茎 叶 发 红
P的缺乏症： 生长特别矮小，新叶色深，呈墨绿色；老叶和茎基部常
变红。
第一节 植物必须的矿质元素
3) Potassium(K)。 钾离子进入根部，只以离子形式存在植物体内,主要集
中于代谢旺盛部位。 A)调节水分代谢:渗透势, 气孔,蒸腾作用. B)酶的激活剂:60多种酶的激活剂,如丙酮酸激酶、谷胱
缺磷时，分蘖分枝减少,幼芽、幼叶生长停滞,茎、根纤细,植株矮小； 叶子呈现不正常的暗绿色或紫红色。症状首先在下部老叶出现, 并逐渐向上发展。
磷过多，易产生缺Zn症。
• 水稻缺P：新叶色深，呈墨绿色, 俗称“一枝 香”，“锅刷”
•缺 P 大 麦 生 长 矮 小 ， 叶 色 深 绿 。
• 油菜缺P，老叶呈紫红色
“喝豆浆的铁观音”和“喝牛奶的草莓”成了近来的新鲜事 物，据说这样的茶叶和草莓口感更好，营养更丰富。
用牛奶浇灌的植物会生长更好吗？
牛奶变质后，加水用来浇花，有益于花儿的生长。但对 水要多些，使之比较稀释才好。
未发酵的牛奶不宜浇花，因其发酵时产生大量的热量， 会“烧”根（烂根）
有机肥料（manure） 天然有机质经微生物分解或发酵而成 的一类肥料。中国又称农家肥。其特点有：原料来源广，数 量大；养分全，含量低；肥效迟而长，须经微生物分解转化 后才能为植物所吸收；
第五节：植物的矿质营养
植物的矿质营养【教学目的】1、知道植物必需的矿质元素及种类；2、记住植物对矿质元素吸收和利用的特点；3、知道合理施肥的基础知识。
【重点难点】1、重点：植物必需的矿质元素及种类；植物对矿质元素吸收过程。
2、难点：根对矿质元素吸收和对水分的吸收是两个相对独立的过程。
【教学过程】一、矿质元素的概念：除C、H、O 以外，主要由根系从土壤中吸收的元素二、矿质元素的分类：1、植物必需的矿质元素：2、植物非必需的矿质元素：3、鉴别方法——溶液培养法：（1）完全培养液培养——生长发育正常（2）去除某种矿质元素培养——生长发育正常——非植物必需的矿质元素（3）去除某种矿质元素培养——生长发育不正常——该元素补充后生长发育恢复正常——植物必需的矿质元素。
4、目前科学家确定的植物必需矿质元素——共14种（1）大量元素：——N、P、K、S、Ca、Mg六种（2）微量元素：——Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni八种三、根对矿质元素的吸收1、植物体吸收矿质元素的部位根的根尖的成熟区表皮细胞和叶片2、矿质元素被吸收的形式离子3、矿质元素被吸收的方式主动运输4、矿质元素被吸收的特点：（1）需要消耗细胞呼吸释放的能量— ATP —吸收的动力—抑制细胞呼吸，吸收受抑制（2）需要载体蛋白质协助——载体的种类和数量决定吸收的矿质元素的种类和数量（3）吸收量与矿质元素的浓度不成正比，与吸水量也不成正比（4）根对矿质元素吸收和对水分的吸收是两个相对独立的过程四、矿质元素的利用和运输1、运输：矿质元素在植物体内的导管中随着水分的运输而运输，运输的动力是蒸腾作用产生的拉力。
五、合理施肥1、概念：根据植物的需肥规律，适时、适量地施肥，以便使植物茁壮生长，并且获得少肥高效的结果。
2、生理基础：（1）不同植物对各种必需的矿质元素的需要量不同，（2）同一种植物在不同的生长发育时期，对各种必需矿质元素的需要量也不同。
3 意义：使植物茁壮生长，并且获得少肥高效的结果。
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植物生理
矿质营养
植物吸收矿质元素的特点
学习目标
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掌握植物吸收矿质元素的特点。
理解离子选择性吸收对农业生产的影响
及应用。
理解单盐毒害和离子颉颃对农业生产的影响及应用。
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Click to add title in here 一、对矿质元素和水分的相对吸收
1.相互联系
1）矿质元素须溶于水才能被吸收,并随水流进入根部的质外体。
2）矿质元素吸收，降低细胞渗透势，促进植物吸水。
2.相互独立
1）水分吸收以被动吸水为主，主要分配方向为蒸腾强度大的叶片等器官。
2）矿质吸收以消耗代谢能的主动吸收为主，主要分配方向为合成代谢旺盛的生长中心。
实验处理水分消耗Ca 2+
K +
Mg 2+
NO 3-PO 43-SO 42-光照1090ml 135271751043
187黑暗
435ml
105
35
113
77
54
115
大麦在光照和黑暗条件下蒸腾失水和矿质吸收的关系
注：表中各离子下的数据以在溶液中原始浓度的百分比表示。
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二、离子选择性吸收1.概念
离子选择性吸收，即植物根系吸收离子的数量与溶液中离子的数量不成比例。
2.表现
①植物对同一溶液中的不同离子的吸收不同；
②植物对同一种盐的正负离子的吸收不同。
3.三类盐
类型离子吸收情况离子积累PH 值生理酸性盐阳离子＞阴离子H +
变小生理碱性盐阴离子＞阳离子OH -或HCO 3－
变大生理中性盐
阴离子＝阳离子
不积累
不变
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二、离子选择性吸收4.注意及应用
①生理酸性盐、生理碱性盐和生理中性盐，是植物根系对离子选择吸收的结果，与相应盐本身的酸碱性是两个概念，不能混为一谈。
②如果在土壤中长期施用某一种化学肥料，就可能引起土壤酸碱度的改变，从而破坏土壤结构，所以施化肥应注意肥料类型的合理搭配。
③对于水培法栽培的植物，也必须经常更换培养液。
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三、单盐毒害和离子颉颃1. 单盐毒害1）概念
植物在单盐溶液中不
能正常生长甚至死亡的现象，
称为单盐毒害。
2）特点
①主要是阳离子的毒害，阴离子毒害不明显；
②与单盐溶液中盐分是否为植物所必需无关。
小麦根在单盐溶液和盐类混合液中的生长状况
A. NaCl+KCl+CaCl
B. NaCl+ CaCl 2
C. CaCl 2
D. NaCl
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三、单盐毒害和离子颉颃2. 离子颉颃1）概念
离子间能够相互消除毒害的现象，称为离子颉颃，
又称离子对抗。
2）特点
①不同族的金属离子之间一般存在对抗作用；
②同价离子之间一般不对抗。
小麦根在单盐溶液和盐类混合液中的生长状况
A. NaCl+KCl+CaCl
B. NaCl+ CaCl 2
C. CaCl2
D. NaCl
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三、单盐毒害和离子颉颃3. 平衡溶液1）概念
由多种盐份组成，既能满足植物矿质营养需求，又对植物
生长无毒害作用的溶液，称为平衡溶液。
2）常用平衡溶液
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一.选择题
1.植物吸收矿质元素和水分之间的关系是（C ）。
A.正相关
B.负相关
C.既相关又相互独立
D.无相关性
2.番茄吸收钙和镁的速率比吸水快，从而使培养液中的钙和镁浓度（B ）。
A.升高
B.下降
C.不变
D.先升后降3.水稻培养液中的钙、镁浓度会逐渐升高，这说明水稻吸收钙、镁的速率比吸水（A ）。
A. 慢 B. 快 C. 相当 D. 快或慢
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一.选择题
4.在下列盐类中属于生理酸性盐的是（B ）。
A. NH 4NO 3
B. （NH 4）2SO 4
C. NaNO 3
D. Ca （NO3）25.多年大量放入NaNO 3会使土壤（B ）。
A.变酸
B.变碱
C.保持原来PH 值
D.变酸或变碱
练习测试
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二.问答题
植物吸收矿质元素有何特点？
参考答案：
植物吸收矿质元素有三大特点：一是对矿质元
素和水分的相对吸收；二是离子选择性吸收；三是单盐毒害和离子颉颃。
实践活动
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调查：植物吸收矿质元素特点在农业生产上的体现与应用。
植物生理
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