第三章 植物的矿质与氮素营养(1)
植物矿质和氮素营养
第三章植物的矿质与氮素营养矿质营养：植物对矿物质的吸收、转运和同化，通称为植物的矿质营养。
灰分元素：干物质充分燃烧后，剩余下一些不能挥发的灰白色残渣，称为灰分。
灰分元素直接或简接来自土壤矿质，所以称为矿质元素。
必需元素：指在植物生长发育中必不可少的元素，具有不可缺少性，不可替代性和直接功能性。
大量元素：指植物生命活动所必需的、且需要量较多的一些元素。
有碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫等9种元素。
微量元素：植物生命活动所必须的、而需要量很少的一类元素称为微量元素。
水培法：在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法。
砂培法：在洗净的石英砂或玻璃球等基质中，加入营养液培养植物的方法。
主动吸收：指细胞利用呼吸释放的能量逆化学梯度吸收矿质元素的过程。
被动吸收：指细胞不需要由代谢直接提供能量的顺电化学势梯度吸收矿质元素的过程。
扩散作用：指分子或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象。
协助扩散：指小分子物质经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨膜转运的过程，通常不需要细胞提供能量。
离子通道：指细胞膜中一类由内在蛋白构成的横跨膜两侧的孔道。
孔的大小及孔内表面电荷等性质决定了通道转运离子的选择性。
膜片钳技术：指使用微电极从一小片细胞膜上获取电子信息，可用来研究细胞器间的离子运输、气孔运动、光受体、激素受体以及信号分子等的作用原初主动转运：质膜H+-ATP酶利用ATP水解产生的能量，把细胞质内的H+向膜外泵出，产生质子驱动力的过程称为原初主动运输。
次级主动转运：指以质子动力作为驱动力的离子或分子的转运。
单盐毒害：指植物培养在某一单盐溶液中不久即呈现不正常状态，最后死亡的现象。
单盐毒害无论是营养元素还是非营养元素都可发生，而且在溶液很稀时植物就会受害。
离子拮抗：指离子间相互消除毒害的现象。
平衡溶液：植物必需的矿质元素按一定浓度与比例配制成使植物生长良好的混合溶液称为平衡溶液。
生理酸性盐：植物根系对其阳离子的吸收多于阴离子而使介质变成酸性的盐类称为生理酸性盐。
第三章植物的矿质与氮素营养PowerPointPre
植株缺氮时，植物生长矮小,分枝、分蘖少,叶片小 而薄；叶片发黄发生早衰,且由下部叶片开始逐渐向上。
小麦缺氮
苹果缺氮
马铃薯缺氮
菜豆缺氮
2、磷 生理作用：
①磷脂和核酸的组分，参与生物膜、细胞质和细胞核 的构成。所以磷是细胞质和细胞核的组成成分。
中的电子传递体质体蓝素的组分。禾谷类“白 瘟病”，果树“顶枯病”
钼 钼的生理功能突出表现在氮代谢方面。钼
是硝酸还原酶和固氮酶的成分。
氯 氯在光合作用水裂解过程中起着活化剂的
作用，促进氧的释放。
镍 镍是近年来发现的植物生长所必需的微量
元素。镍是脲酶的金属成分，脲酶的作用是催 化尿素水解。
白菜缺铁
白菜缺锰
(2).气培法(aeroponics) 将根系置于营养液气雾中栽培植 物的方法称为气培法。
图3-1几种营养液培 养法
A.水培法:使用不透 明的容器(或以锡箔 包裹容器),以防止 光照及避免藻类的 繁殖,并经常通气;
B. 营养膜(nutrient film)法:营养液从容 器a流进长着植株的 浅槽b,未被吸收的 营养液流进容器c, 并经管d泵回a。营 养液pH和成分均可 控制。
硼 ①促进糖分在植物体内的运输。②促进花粉萌发和
花粉管生长。 缺硼时, 甘蓝型油菜“花而不实”,甜菜“心腐病”
锰 在光合作用方面，水的裂解需要锰参与。缺锰时，
叶绿体结构会破坏、解体。叶片脉间失绿，有坏死斑 点。
锌 色氨酸合成酶的组分，催化吲哚与丝氨酸成色氨酸。
玉米“花白叶病”，果树“小叶病”。
铜 ①参与氧化还原过程。②光合电子传递链
植物的矿质与氮素营养ppt文档
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生长情况 生长不好 生长不好 生长较好 生长正常
2.离子拮抗 （ion antagonism） 离子间能相互减弱或消除单盐毒害作用的现象。
3.平衡溶液 （balanced solution）
把必需矿质元素配成一定比例和浓度的溶液，可以使植物生 长发育良好，这种对植物生长有良好作用而无毒害的溶液。
NO3-
NO2-的电子传递过程：
2、亚硝酸还原成氨
N 2 － ＋ O 6 e ＋ 8 H ＋ N iN R4 H 2 H 2 O
1. 叶片中还原的部位在叶绿体，根中为前质体。 2.NiR 3.氢供给体是还原态铁氧还蛋白（Fd）。 Fd（叶）来源于光合作用。（根）－呼吸作用
亚硝酸还原酶（nitrie reductase, NiR） 光 其辅基由罗西血红素和一个4Fe—4S簇组成
无关
（1）动力和吸收方式不同：矿质元素的吸收方 式以主动吸收为主。水分吸收主要是被动吸收。
（2）植物吸收养分的量与吸水的量无一致关系。
（二）离子的选择吸收
1、物种间的差异
表示试验结束 时培养液中各 种养分浓度பைடு நூலகம் 开始试验时％
水稻和番茄养分吸收的差异
2、同一植物对溶液中的不同离子
表 玉米根对离子的选择性吸收
1）诱导酶（适应酶）
2）该酶有两个显著特点： a）稳定性差； b）诱导后能迅速合成。
3)是一种钼黄素蛋白，
NR基因表达的调控 硝酸盐
由黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）、细胞色素b557和钼复 合体（Mo—Co）组成，推测它的结构为同型二聚体。
FAD Heme-Fe
MoCo
图 高等植物硝酸还原酶的模型
A)硝酸盐还原酶的结构域结构。一个NR单体有三个主要的结构域，分别与钼辅因子、 血红素和FAD相连。FAD连接区从NAD（P）H接受电子；血红素结构域运送电子到 MoCo连接区，它传递电子给硝酸盐，hⅠ和hⅡ指铰链1和铰链2，分离功能结构域。(B) 硝酸盐还原酶的条带图解。血红素辅基用紫色表示，FAD用蓝色表示，MoCo用黑色表 示，2个单体之间的界面用黄色表示
第三章矿质营养
第三章矿质营养
7. 硅
◇ 吸收形式：单硅酸〔Si （OH）４〕。 ◇ 硅多集中在表皮细胞内，使细胞壁硅质化，增强
了植物对病虫害的抵抗力和抗倒伏的能力。 ◇ Si对生殖器官的形成有促进作用,如对穗数、小穗
◇ 有益元素或有利元素 有些元素并非植物必需的，但能促进某
些植物的生长发育，这些元素称为有益元素或有利元素，常见的有钠、 硅、钴、硒、钒等，如Si对水稻、Al对茶树等。
●稀土元素 指元素周期表中原子序数在57～71的镧系元素及
其化学性质与镧系元素相近的钪和钇。植物体内普遍含有稀土元素，稀 土元素对植物的生长发育有良好的作用，如低浓度稀土元素可以促进种 子萌发和幼苗生长。
第三章矿质营养
●下图：当细胞外的某一离子浓度比细胞内的该离子浓度
高时，质膜上的离子通道被激活，通道门打开，离子将顺
着跨质膜的电化学势梯度进入细胞内。
离 子 通 道 运 输 离 子 的 模 式 图
第三章矿质营养
（二）载体运输
载体运输学说认为，质膜上有各种载体蛋白，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。
的物理、化学、微生物条件的改善而产生的间接效果。
即：不可缺少性，不可替代性，直接功能性。
第三章矿质营养
根据上述标准，现已确定植物必需的矿质元素 (包括氮)有14种，它们是：
氮（N） 磷（P） 钾（K） 钙（Ca） 镁（Mg） 硫（S） 铁（Fe） 铜（Cu） 锌（Zn） 锰（Mn） 硼（B） 钼（Mo） 氯（CI） 镍（Ni）
2012版 张继树《植物生理》 课后习题与解答
张继树《植物生理学》各章问题与解答第一章植物细胞的结构与功能1．原核细胞与真核细胞各有何特点？○1.真核细胞核原核细胞最大的特点就是，原核细胞没有细胞核，而只有一条裸露的DNA组成的拟核。
真核细胞有严密的细胞核结构。
○2.真核细胞的DNA较为复杂，DNA除了编码区和非编码区之外，编码区内还存在外显子和内含子。
原核细胞就是编码区和非编码区之分。
○3.原核细胞细胞质中没有什么复杂的细胞器，一般只有核糖体之类。
而真核细胞具有多种细胞器，如：线粒体，高尔基体，内质网等等。
○4.原核细胞中含有一些游离在细胞质中的环状DNA分子（质粒），而真核细胞的细胞质基因存在于线粒体和叶绿体之中。
2．典型的植物细胞与动物细胞在结构上的差异是什么？这些差异对植物生理活动有什么影响？答：典型的植物细胞中存在大液泡和质体，细胞膜外还有细胞壁，这些都是动物细胞所没有的，这些结构特点对植物的生理活动以及适应外界环境具有重要的作用。
例如大液泡的存在使植物细胞与外界环境构成一个渗透系统，调节细胞的吸水机能，维持细胞的挺度，另外液泡也是吸收和积累各种物质的场所。
质体中的叶绿体使植物能进行光合作用；而淀粉体能合成并贮藏淀粉。
细胞壁不仅使植物细胞维持了固有的形态，而且在物质运输、信息传递、抗逆防病等方面起重要作用。
3．原生质的胶体状态与其生理代谢有什么联系？答：原生质胶体有溶胶与凝胶两种状态，当原生质处于溶胶状态时，粘性较小，细胞代谢活跃，分裂与生长旺盛，但抗逆性较弱。
当原生质呈凝胶状态时，细胞生理活性降低，但对低温、干旱等不良环境的抵抗能力提高，有利于植物度过逆境。
在植物进入休眠时，原生质胶体从溶胶状态转变为凝胶状态。
4．高等植物细胞有哪些主要细胞器？这些细胞器的结构特点与生理功能有何联系？答：高等植物细胞内含有叶绿体、线粒体、微管和微丝、内质网、高尔基体、液泡等细胞器。
这些细胞器在结构与功能上有密切的联系。
(1)叶绿体具有双层被膜，其中内膜为选择透性膜，这对控制光合作用的底物与产物输出叶绿体以及维持光合作用的环境起重要作用。
矿质和氮素营养植物生理学学习指导
1 .矿质营养( mineral nutrition ) :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( ash elemen t ) :也称矿质元素。
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 .必需元素( essential element ) :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。
4 .大量元素( major elemen t) :在植物体内含量较多,占植物体干重达0 .1 %以上的元素,包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等九种元素。
5 .微量元素( minor elemen t, microelement ) :植物体内含量甚微,占植物体干重达0 .01 %以下,稍多即会发生毒害的元素。
它包括Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Cl、Ni等八种元素。
6 .有利元素( beneficial element ) :也称有益元素。
指对植物生长表现有益作用,并能部分代替某一必需元素的作用,减缓缺素症的元素,如Na、Si、Se等。
7 .水培法( water cult ure met hod ) :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。
8 .砂培法( sand cult ure method) :也称砂基培养法。
在洗净的石英砂或玻璃球等惰性物质的支持中,加入营养液培养植物的方法。
9 .气栽法( aeroponics) :将植物根系置于营养液雾气中培养植物的方法。
10 .营养膜技术( nut rient film technique) :是一种营养液循环的液体栽培系统。
该系统通过让流动的薄层营养液流经栽培槽中的植物根系来栽培植物。
11 .离子的被动吸收( ion passive absorption ) :是指细胞通过扩散作用或其他物理过程而进行的矿物质吸收,也称非代谢吸收。
植物的矿质与氮素营养优质获奖课件
第四节 氮旳同化
一、植物旳氮源
1.氮气 空气中具有79%旳氮气 ,但植物无法直接利用 这些分子态氮。只有某些微生物才干利用 2.有机氮 土壤中旳有机含氮化合物主要起源于动物、植 物和微生物躯体旳腐烂分解, 大多是不溶性旳,一般 不能直接为植物所利用，植物只能够吸收其中旳氨 基酸、酰胺和尿素等水溶性旳有机氮化物。 3.无机氮 植物旳氮源主要是无机氮化物中旳铵盐和硝酸 盐,它们约占土壤含氮量旳1%-2%。
➢ 黄花苜蓿及紫云英吸收磷旳能力弱,以施用水溶性旳过磷酸 钙为宜;毛苕、荞麦吸收磷旳能力强,施用难溶解旳磷矿粉和 钙镁磷肥也能被利用。
➢ 甜菜是喜钠作物，氮肥以硝酸钠为好。
(三) 同一作物在不同生育期需肥不同
1)养分临界期 ➢ 在植物生命周期中，对养分缺乏最敏感、最易受 害旳时期。 ➢ 如水稻旳三叶期，“一叶一心早施断奶肥”; ➢ 如禾本科作物旳幼穗分化期;油菜、大豆旳开花期; 棉花旳盛花期等。
L－谷氨酸+ATP+NH３GS Mg2+ L－谷氨酰胺+ADP+Pi
➢GS存在于多种植物组织中，对氨有很高旳亲和
力,Km为10-５～10-4mol·L -1 ,所以能预防氨累积而造
成旳毒害。
②谷氨酸合酶（GOGAT) 催化如下反应:
L-谷氨酰胺+α-酮戊二酸+〔NAD(P)H或Fdred〕
GOGAT
➢ GDH在谷氨酸旳降解中起了较大作用, 在异养真核生物
中(如真菌)旳氨旳同化过程中起主要作用。
➢ 三种酶在细胞中旳定位：
绿色组织中GOGAT存在于叶绿体内；
GS在叶绿体和细胞质中都有存在，
➢ GDH主要存在于线粒体中。
➢ 在非绿色组织，尤其是根中,GS和GOGAT定位于质体， GDH定位在线粒体中，而GS是否存在于细胞质中还有争 论。
版 张继树《植物生理》 课后习题与解答
张继树《植物生理学》各章问题与解答第一章植物细胞的结构与功能1．原核细胞与真核细胞各有何特点？○1.真核细胞核原核细胞最大的特点就是，原核细胞没有细胞核，而只有一条裸露的DNA组成的拟核。
真核细胞有严密的细胞核结构。
○2.真核细胞的DNA较为复杂，DNA除了编码区和非编码区之外，编码区内还存在外显子和内含子。
原核细胞就是编码区和非编码区之分。
○3.原核细胞细胞质中没有什么复杂的细胞器，一般只有核糖体之类。
而真核细胞具有多种细胞器，如：线粒体，高尔基体，内质网等等。
○4.原核细胞中含有一些游离在细胞质中的环状DNA分子（质粒），而真核细胞的细胞质基因存在于线粒体和叶绿体之中。
2．典型的植物细胞与动物细胞在结构上的差异是什么？这些差异对植物生理活动有什么影响？答：典型的植物细胞中存在大液泡和质体，细胞膜外还有细胞壁，这些都是动物细胞所没有的，这些结构特点对植物的生理活动以及适应外界环境具有重要的作用。
例如大液泡的存在使植物细胞与外界环境构成一个渗透系统，调节细胞的吸水机能，维持细胞的挺度，另外液泡也是吸收和积累各种物质的场所。
质体中的叶绿体使植物能进行光合作用；而淀粉体能合成并贮藏淀粉。
细胞壁不仅使植物细胞维持了固有的形态，而且在物质运输、信息传递、抗逆防病等方面起重要作用。
3．原生质的胶体状态与其生理代谢有什么联系？ 答：原生质胶体有溶胶与凝胶两种状态，当原生质处于溶胶状态时，粘性较小，细胞代谢活跃，分裂与生长旺盛，但抗逆性较弱。
当原生质呈凝胶状态时，细胞生理活性降低，但对低温、干旱等不良环境的抵抗能力提高，有利于植物度过逆境。
在植物进入休眠时，原生质胶体从溶胶状态转变为凝胶状态。
4．高等植物细胞有哪些主要细胞器？这些细胞器的结构特点与生理功能有何联系？ 答：高等植物细胞内含有叶绿体、线粒体、微管和微丝、内质网、高尔基体、液泡等细胞器。
这些细胞器在结构与功能上有密切的联系。
(1)叶绿体具有双层被膜，其中内膜为选择透性膜，这对控制光合作用的底物与产物输出叶绿体以及维持光合作用的环境起重要作用。
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1)茎杆柔弱
2)叶色变黄而逐渐坏死 叶缘(双 子叶)或叶尖(单子叶) 先失绿焦枯， 有坏死斑点，形成杯状弯曲或皱 缩。病症首先出现在下部老叶。
烟草缺K
豌豆缺钾
缺K ➢小麦茎秆柔弱,易倒伏 ➢大麦从坏死黄斑→逐渐呈褐色烧焦状斑点－“焦边”。 ➢棉花缺钾老叶呈褐色烧焦状枯死,根少
(四)钙Calcium(Ca)
1、生理作用
1)细胞壁等的组分 2)提高膜稳定性 3)提高植物抗病性 4)一些酶的活化剂 5)具有信使功能
Ca2+—CaM复合体, 行使第二信使功能， 钙在植物体内主要分布在老叶或其它老组织中。
2、缺钙症状
1）幼叶淡绿色
继而叶尖出现典型 的钩状,随后坏死。
2）生长点坏死
钙是难移动，不易 被重复利用的元 素,故缺素症状首 先表现在幼茎幼 叶上，如大白菜 缺钙时心叶呈褐 色“干心病” ， 蕃茄“脐腐病”。
3)参与核酸和蛋白质代谢 参与DNA和RNA的合成以及蛋白 质合成中氨基酸的活化过程；是稳定合成蛋白质的核糖体结 构防止核糖体解体所必需的。
➢ 不同植物体矿质占干重含量: 水生植物约 1%, 中生植物 5% ～ 10%, 盐生植物有时达 45% 以上。
➢ 不同器官的矿质占干重含量: 木质部约为 1%, 种子约为 3%, 草本植物的茎和根为4%～5%,叶为10%～15%
二、植物必需的矿质元素和确定方法
(一) 植物必需的矿质元素
➢ 必需元素是指植物生长发育必不可少的元素 ➢ 已确定植物必需的矿质(含氮)元素有13种，
⒉缺磷症状
1)生长受抑 植株瘦小,成熟延迟； 2)叶片暗绿色或紫红色 糖运输
受阻, 有利于花青素的形成。
缺P
➢大麦生长矮小，叶色深 绿老叶发红
➢油菜老叶呈紫红色 ➢玉米植株矮小茎叶发红
(三)钾Potassium (K)
1、生理功能
1)酶的活化剂 2)促进蛋白质的合成 3)促进糖类的合成与运输 4)调节水分代谢
CK 小麦缺 N
油菜缺 N CK
玉米缺 N ： 老叶发黄， 新叶色淡， 基部发红 （花色苷 积累其中）
大麦缺 N ： 老叶发黄， 新叶色淡
萝卜缺 N 老叶 发黄
棉花缺 N 老叶 及茎基部发红 甜菜左侧缺氮, 右侧氮充足
(二) 磷 Phosphorus
⒈生理作用
1)细胞中许多重要化合物的组成成分 核酸、核蛋白和磷脂的主要成分。 2)物质代谢和能量转化中起重要作用 AMP、ADP、ATP、UTP、 GTP等能量 物质的成分，也是多种辅酶和辅基 如NAD+、NADP+等的组成成分。 磷参与各种代谢。
玉米生长点 坏死 幼叶 有缺刻状
水稻缺Ca，新 叶发黄，生长 点坏死
大豆-Ca
大白菜“干心 病”
番茄“脐腐病”辣椒果实腐 烂
油菜-Ca
(五) 镁Magnesium (Mg)
1、生理功能
1)参与光合作用 叶绿素的成分，RuBP羧化酶、5-磷酸核酮 糖激酶等酶的活化剂。
2)酶的激活剂或组分 葡萄糖激酶、果糖激酶、丙酮酸激酶、 乙酰CoA合成酶等多种酶的活化剂。
第三章植物质和氮素的吸收、转运和同化以及它们 在生命活动中的作用称为植物的矿质和氮素营养。
➢ 人们对植物的矿质与氮素营养的认识，经过了漫 长的实践探索,到 19 世纪中叶才被基本确定。
➢ 1699 年,英国的伍德沃德 在土壤浸提液中薄荷生 长最好,他得出结论:构成植物体的不仅是水,还有 土壤中的一些特殊物质。。
⒉缺氮症状：
1)生长受抑 植株矮小,分枝少, 叶小而薄,花果少易脱落；
2)黄化失绿 枝叶变黄,叶片 早衰甚至干枯，老叶先发黄
⒊氮过多：
1)植株徒长 叶大浓绿,柔软披 散，茎柄长，茎高节间疏；
2)机械组织不发达 植株体内 含糖量相对不足,机械组织不 发达,易倒伏和被病虫害侵害。
3)贪青迟熟，生育期延迟。
(二) 确定植物必需矿质 元素的方法
1.溶液培养法(水培法) 将植物的根系浸没在含有全部或部分营 养元素的溶液中培养植物的方法。
2.砂基培养法(砂培法) 在洗净的石英砂或玻璃球等基质中加入 营养液来培养植物的方法。
⒊气培法(气栽法) 将根系置于营养液气雾中栽培植 物的方法.
⒋营养膜法 一种营养液循环的液体
栽培系统。 营养液 pH 和成分均 可控制。
➢在培养液中，除去 某一元素，植物生长 不良，并出现特有的 病症，加入该元素后， 症状消失,说明该元 素为植物的必需元素。
三、必需元素的生理功能及缺乏病症
必需元素在植物体内的生理功能概括起来有三个方面:
➢一是细胞结构物质的组 成成分;
➢二是生命活动的调节者, 如酶的成分和酶的活化 剂;
➢ 1840 年德国的李比希(J.Liebig)建立了矿质营养 学说,并确立了土壤供给植物无机营养的观点.
第一节 植物体内的必需元素
一、植物体内的元素
➢ 灰分中的物质为各种矿质的氧化物和盐类,构成灰 分的元素称为灰分元素,它们直接或间接地来自土 壤矿质,故又称为矿质元素。
➢ 氮不存在于灰分中, 也不是土壤的矿质成分，所以氮 不是矿质元素。 但氮和灰分元素都是从土壤中吸收的,所以也归并于 矿质元素一起讨论。
B６、PP)、光敏素、生物碱的成分, 对生命活动起重要的 调节作用。 ③叶绿素的成分,与光合作用有密切关系。
2)在物质代谢和能量转化中起重要作用 高能磷酸化合物(ATP、UTP、GTP、CTP、ADP等)、 辅酶和辅基(CoA、CoQ、 NAD+、 NADP+ 、FAD、FMN等)和 铁卟啉等的构成也都有氮参与。
➢三是起电化学作用，如 渗透调节、胶体稳定和 电荷中和等
以下介绍氮素和各 必需矿质元素的生理功 能和缺素病症。
(一) 氮 Nitrogen(N)
⒈生理功能：
1) 细胞中许多重要化合物的组成成分
①蛋白质和酶、核酸、磷脂的主要成分, “生命的元素”。 ②某些植物激素(生长素和细胞分裂素)、维生素(B１、B２、
加上碳、氢、氧共16种。 1.大量元素(major element，macroelement) 9种
氮、磷、钾、钙、镁、硫、碳、氢、氧 约占植物体干重的 0.01%～10%，
2.微量元素(minor element, trace element) 7种 铁、铜、硼、锌、锰、钼、氯 约占植物体干重的10-5%～ 10-3%。