植物营养研究方法 绪论.ppt
南京林业大学植物学01 绪论PPT课件
原生生物界（Kingdom protista） 真菌界（Kingdom fungi） 原核生物界（Kingdom Monera） 魏泰克的五界系统影响较大，流传较广。但是对魏泰克的 四界、五界系统中的原生生物界不少学者存在质疑和反对意见， 因为它所归入的生物比较庞杂、混乱，认为不能作为一个自然
魏泰克的四界、五界系统的优点是纵向显示 了生物进化的三大阶段：原核生物、单细胞真核 生物（原生生物）和多细胞真核生物（植物界、 真菌界、动物界）。
同时，又从横向显示了生物演化的三大方向， 即光合自养的植物，吸收方式的的真菌和摄食方 式的动物。
1.3.4 三原界系统
1978年Whittaker和Margulis根据分子生物学研 究的资料，提出一个新的三原界（Urkingdom）学 说。 古细菌原界（Archaebacteria）：包括产甲烷菌、极 端嗜盐菌和嗜热嗜酸菌； 真细菌原界（Eubacteria）：包括蓝细菌和各种原核 生物（除古细菌外）； 真核生物原界（Eucaryotes）：包括原生生物、真菌、 动物和植物。
三原界系统还吸收了真核起源的“内共生学说”
1.4 中国与世界生物多样性的比较
类群
哺乳动物 鸟类 爬行类 两栖类 鱼类 高等植物 真菌 细菌 病毒 藻类
中国已知种数
499 1 186 376 279 2 840 30 000 8 000 500 400 5 000
世界已知种数
4 181 8 974 6 300 4 010 21 400 285 750 69 000 3 000 5 000 40 000
1959年，魏泰克（Whittaker）提出了四界 分类系统：
植物营养研究方法知识点
绪论作物研究方法概述★试验研究：用人工的办法使欲研究的现象发生在便于研究的条件和环境中，以检验假设能否成立。
﹡生物试验法: 以生物体本身（以作物为主，也包括昆虫、病菌、土壤微生物、杂草等）为研究对象和材料，从生物体本身生育过程的反应作试验指标，研究有关生长发育的规律、某些因素的作用、某些技术的效果等。
●田间试验法●培养试验法(模拟培养试验)﹡理化分析法: 用物理、化学和生物化学等的方法控制试验条件（如示踪技术）及鉴别土壤、植物、气候和农业技术系统内的有关物理、化学、生理和生化现象。
★统计分析: 用数学逻辑研究总体变量的方法。
★调查研究: 就已有的事实进行观察与分析。
★模型研究: 计算机模拟程序(模拟植物)。
第一章试验研究概述第一节试验研究的种类及一般程序一、试验研究的种类★根据试验因素:试验因素：通过科学试验研究作用于事物的诸因素的效应时，必须在固定大多数因素的条件下才能研究一个或几个因素的作用，被固定的因子在全试验中保持一致，组成了相对一致的试验条件；被变动的一个或几个、有待于比较和研究其作用的因素，称为试验因素。
单因素试验复因素试验综合试验★根据对试验条件的控制程度: 培养试验田间试验★根据试验的规模:个体试验：只在一两个点上进行的试验叫个体试验。
群体试验：在统一组织下，按照统一的题目、统一的设计、统一的方法，在许多地点同时进行的试验。
★根据试验期限:（短期、中长期、长期定位）一季试验：在一个地段进行的试验，其期限仅为一季者为一季试验。
（须重复几年；但每年都需在新的地段上设置。
）多年试验：在固定的地段上，连续几茬作物或若干个轮作周期，进行系统研究的试验称为多年定位试验或定位试验。
★根据试验小区的面积:大型小区试验：凡试验小区的大小可以采用大田农业技术措施和管理方式的试验。
（0.5亩以上300；处理、重复少；示范）小区试验：小区的大小不可能完全采用大田管理方式的试验。
（0.1亩左右60—100；处理、重复较多）微型小区试验：小区面积一般为4平方米左右的试验。
植物营养学(全套633页PPT课件)
100
0 1980
1990
2000
2010
世界粮食短缺分布
土地
？ 人口
粮食
肥料的必要性
食 物 链
营养物质
施肥在粮食增产中的贡献 ？
据联合国粮农组织（FAO）统计:
• 在1950－1970年的20年中，世界粮食增产近1倍， 其 中因播种面积增加而增加的产量占22％，因单位面积 产量增加所增加的产量占78％。而在各项增产因素中 增施化肥要起30－50％的作用（一般可按40％估计）
粮食总产（亿吨） 粮食总产（亿吨）
化肥用量（千万吨） 农膜用量/农药用量(万吨)
(Shen et al.,Global Food Security,2012)
7
290
粮食需求
10
300
6 270
9
250
8
250
5 230 210
4 190 170
3 150
粮食产量
6000 180 5000
7
6
200
2008
2015 2014
2021 2020
我国农业发展20走过了一条高投入、高资源环境代价的道路 0
资源投入持续增1 加、7 产1量3 徘1徊9 、25效率31下降37 、环43 境问题凸现
我国以占世界的9%的耕地，用去了世界35% (2015) 的化肥，单位 面积用量是世界平均水平的单位面积用量是世界平均水平的3.7倍。
课程主要任务
植物营养学课程构成 植物养分吸收、运输、转化、利用特征 植物营养特性（大量、中微量元素） 植物养分缺乏及初步诊断 肥料的特性、施用方法
第一讲 绪论
主要内容
• 植物营养学的目的与任务 • 植物营养学与农业生产 • 植物营养学科发展概况 • 植物营养学的范畴及其主要研究方法
植物营养学
Nitrogenous Fertilizers Potash Fertilizers
Phosphate Fertilizers Total Fertilizers
年 份
发达国家化肥消费量的变化
消费量 t
90,000,000
80,000,000 70,000,000 60,000,000 50,000,000 40,000,000 30,000,000 20,000,000
二、植物营养学的建立 和李比希(Liebig)的工作
Giessen's university (with more than 21,000 students) has a long and interesting history. It was founded 1607. The official name "Justus-Liebig-University" stems from the famous German "Justus von Liebig", who became Justus von Liebig professor in Giessen at the age 1803-1873 of 21 and who taught in the agricultural chemistry department for 28 years.
二、肥料 (fertilizers)
1. 含义：直接或间接供给植物所需 养分，改善土壤性状，以提高作 物产量和改善产品品质的物质。 2. 肥料生产和消费情况
Chemical fertilizer Consumption in China from 1902 to 2000
Fertilizers (N+P2O5+K2O,Mt) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
琼州学院精品课程《植物生理学》——绪论.ppt
参考书
1. <<植物生理学>> 王忠主编 中国农业出版社 2000年 2. <<现代植物生理学>> 李合生 高等教育出版社 2000年 3. <<植物生理学>> 潘瑞炽 董愚得 主编 高等教育出版社
目前农业急需研究的六个大问题： 碳的增收、水分的增收、营养物质的增 收、植物病虫害的防治、不良环境对植 物的影响及植物发育过程以及当今世界 面临能源、资源、食物、环境和人口五 大危机，所有这些问题的解决在很大程 度上要依靠植物功能的发挥。
四、学习植物生理学的方法
（How to Learn Plant Physiology）
我国植物生理学起步较晚，发展又 缓慢。钱崇澍（1883～1965）是我国植 物生理学的启业人，他于1917年在国际 刊物上公开发表“钡、锶及铈对水绵的 特殊作用”论文。 从20世纪20年代开始，李继侗、罗 宗洛、汤佩松致力于植物生理学的研究 和人才的培养，对我国植物生理学的发 展做出了很大的贡献，是我国植物生理 学的奠基人。
目前的植物生理学研究表现出以 下几个主要的发展趋势： 1、对植物生理学传统领域的深入研究。 2、对植物生命活动的整体性认识。 3、植物的物质与能量代谢及其调节。
4、植物生态生理学研究。
三、植物生理学的应用实践
（Application Practice of Plant Physiology）
生产实践的需要是植物生理学产生 的先决条件，也是植物生理学应用的必 然归宿。随着科学技术的发展和进步， 在植物生理学工作者的努力下，植物生 理学在理论上和应用方面均取得了重大 成就。
植物营养学
植物营养学第一章绪论1.植物营养学：是研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。
2.第一个从事植物营养学的人：尼古拉斯3.采用田间试验方法研究植物营养的创始人：法国的农业化学家布森高4.英国洛桑农业试验站创始人：鲁茨5.植物营养学的奠基人及其三大学说：德国著名化学家李比希，三大学说：矿质营养学说，最小养分律、养分归还学说6.植物营养学的范畴及其主要的研究方法范畴：①植物营养生理学：营养生理学、产量生理学、逆境生理学；②植物根际营养；③植物营养遗传学；④植物营养生态学；⑤植物的土壤营养：土壤养分行为学、土壤肥力学；⑥肥料学及现代施肥技术研究方法：①生物田间试验法；②生物模拟法；③化学分析法；④数理统计法；⑤核素技术法；⑥酶学诊断法第二章大量营养元素1、植物必需营养元素的标准:必要性，专一性，直接性2、17种必须元素，哪些是大量、中量、微量，有益元素的概念及其对应的主要受益植物（1）必须营养元素分类：大量元素（0.1%以上）C、H、O 、N、P、K中量元素Ca、Mg、S微量元素(0.1%以下)Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl、（Ni）（2）“有益元素”，也称“农学必需元素”：某些元素适量存在时能促进植物的生长发育；或者是某些特定的植物、在某些特定条件下所必需的。
（3）Si 水稻、小麦、大麦Na 甜菜Co 豆科固氮植物Al 茶树3、根际的概念及其范围根际：由于植物根系的影响而使其理化生物性质与原土体有显著不同的那部分根区土壤。
根际的范围：1~5mm4、根系对养分的吸收及向根系迁移的方式（1）根系对养分吸收的过程包括：a.养分向根表面的迁移b. 养分进入质外体:指植物体内共质体以外的所有空间，包括细胞壁，细胞间隙和木质部空腔。
C. 养分进入共质体指原生质膜以内的物质和空间，包括原生质体，内膜系统及胞间连丝等。
（2）土壤养分向根部迁移的方式a.截获（Interception）是指根直接从所接触的土壤中获取养分而不通过运输。
植物营养学
植物营养学第一章绪论1、植物营养学：研究植物对营养物质吸收、运输、转化和利用的规律及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。
2、植物营养学的主要任务：①阐明植物与外界环境间营养物质和能量的交换过程；②阐明植物体内营养物质的运输、分配和转化规律；③通过施肥手段，为植物创造良好的营养环境；④通过改良植物营养性状，提高植物的营养效率和对营养胁迫的适应性；⑤提高作物产量和改善农产品品质。
目的：提高作物产量，改善产品品质, 减轻环境污染。
3、植物营养学与农业生产之间的关系：①肥料在农业生产中的作用－增产；②肥料在农业生产中的作用－改善品质。
N：果实大小、色泽，蛋白质和氨基酸含量。
P：促进果实和种子的成熟和含磷物质含量。
K：品质元素, 提高蔗糖、淀粉、脂肪、维生素和矿物质含量、改善果蔬色泽、风味，贮藏和加工性能。
③植物营养与生态环境安全：增加土壤养分、补充土壤有机质，改善土壤理化性状、调节土壤酸碱度、提高土壤生物和生化活性、减少污染，改善生态环境。
4、李比希的三大学说：①矿质营养学说：腐殖质是地球上有了植物之后才形成的。
植物最初的营养物质必然是矿质元素，腐殖质只有通过改良土壤、分解产生矿质元素和CO2来实现其营养作用。
因此，矿质元素才是植物必需的基本营养物质。
②养分归还学说：由于作物的收获必然要从土壤中带走某些养分物质，土壤养分将越来越少，如果不把这些矿质养分归还土壤，土壤将变得十分贫瘠。
因此必须把作物带走的养分全部归还给土壤。
③最小养分律：作物产量受土壤中相对含量最少的养分因子所控制，产量高低随最小养分补充量的多少而变化，如果这个因子得不到满足，即使增加其他的养分因子，作物产量也不可能提高。
5、李比希的功绩：①李比希的矿质营养学说的创立，标志着植物营养学作为一门学科的真正建立，是植物营养学发展史上的一大里程碑，并促进了化肥工业的兴起；②提出养分归还学说和最小养分律对合理施肥至今仍有深远的指导意义。
③把化学应用于农业，使化学融合于农业科学之中。
《植物生理学》绪论ppt课件
4、产量形成的两大漏洞和植物生理学 的机遇
●光合午休
●产量形成期叶片光合功能的过早衰退
（二）环境恶化与作物抗逆性
在全世界人口持续增长的压力下，日益恶化的环 境成为农业生产甚至人类基本生活条件的巨大威胁。 与世界发达国家相比，我国的环境形势更加严峻。
萨克斯（Sachs,1882）的植物生理学讲义的问世， 费弗尔（Pfeffer）《植物生理学》巨著的出版，才使植 物生理学从植物学与农学中脱颖而出。
JULIUS v. SACHS (1832-1897)
W. Pfeffer
3.第三阶段 发展、分化与壮大阶段
Ø 20世纪科学技术突飞猛进，植物生理学也快速壮 大发展
一是由细胞数目的增加、细胞体积的扩大导致的植 物体积和重量的增加，这就是植物的生长；
二是由于新器官的不断出现带来的一系列肉眼可见 的形态变化，即形态建成（morphogenesis）。
2. 物质和能量代谢
代谢过程是运行于植物体内的一系列生物化学和 生物物理的变化过程。植物的水分代谢、矿质营养、 光合作用、呼吸作用、有机物质的运输与分配等。
绪论
一、植物生理学的定义和研究内容
（一）定义：植物生理学（plant physiology）是研究植 物生命活动规律、揭示植物生命现象本质的科学。
要点： 1. 研究的对象是植物 2. 基本任务是探索植物生命活动的基本规律 生长发育与形态建成
物质与能量代谢
信息传递和信号转导
1. 生长发育
生长发育（growth and development）是植物生 命活动的外在表现，它主要包括了两个方面:
揭开了数十年所不能解决的CO2固定与还原之谜。 v 六十年代左右C3、C4、CAM途径与光呼吸的发现把光合
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10. 根系研究工作进展迅速： ① 海得尔(Hiltner)在1904年提出根际得概念； ② 德国马斯纳(H. Marschner)自20世纪80年代以来，系
土壤肥力学：研究在农业耕作条件下，施肥对土壤 肥力演变的影响；阐明维持和提高土壤肥力的农业 措施与影响条件。
6. 肥料学与现代施肥技术
主要研究各类肥料的理化性状和农艺评价， 在土壤中的行为，对植物的有效性；建立以有机、 无机肥料合理分配为中心的轮作施肥制度以及建 立电子计算机作物施肥决策与咨询系统，推行定 量化配方施肥新技术。
“植物营养遗传学” 和“植物营养生态学” 都是21世纪人类重要的研究课题
Dennis Hoagland University of California
Emanuel Epstein : University of California
Von Thaer
Albrecht Thaer wurde 1752 in Celle (Niedersachsen) geboren. Er studierte in Göttingen Medizin und ließ sich dann in seiner Heimat als Arzt nieder, wo er sehr erfolgreich praktizierte und bald zum königlichen Leibarzt und Stadtphysikus ernannt wurde.
5. 罗宗洛－－20世纪20～30年代，在氮素营养及微量元素 方面做了大量工作
6. 阿农(Arnon)和斯道特(Stout)－－1939年，提出高等植物 必需营养元素的三条标准
鲁茨(Lawes) 英国洛桑试验站
7. 植物必需微量元素的发现和确定：1860，1922～1938，1954
8. 霍格兰(Hoagland)和阿农(Arnon)－－ 20世纪20～30年代， 研究营养液中营养元素的比例和浓度，发表了许多标准的营养 液配方，沿用至今
2. 植物根际营养 主要研究根－土界
面微域中养分、水分及 其它物质的转化规律和 生物效应；植物－土壤 －微生物及环境因素之 间物质循环、转化的机 制及调控措施。
3. 植物营养遗传学
主要研究不同植物种类及品种的矿质营养 效率基因型差异的生理生化特征、生态变异和 遗传控制机理，以便筛选和培育出高效营养基 因型植物新品种。
所得结果往往带有 一定局限性，需要进一步 在田间试验中验证，然后 再应用于生产。
3. 化学分析法
研究植物、土壤和肥料体系内营养物质 含量、形态、分布与动态变化的必要手段， 是进行植物营养诊断所不可少的方法。
在大多数情况下，此法 应与其它方法结合运用，但 手续繁多，工作量大。近十 几年来，有各种自动化测试 仪器相继问世，从而克服了 这一缺点。
二、传统与现代研究方法及评价
(一)传统研究方法 1. 生物田间试验法 2. 生物模拟法：
盆栽试验：土培法、砂培法和水培法 培养试验：分根培养、流动培养和灭菌培养 3. 化学分析法 4. 数理统计法 5. 核素技术法 6. 酶学诊断法
1. 生物田间试验法
在田间自然条件下进行，是植物 营养学科中最基本的研究方法；
营养元素生理学：研究养分元素的营养生理功能与养分的再循 环、再利用，养分的吸收、养分在植物体内的长距离与短距离 运输、养分的分配等； 产量生理学：研究主要农作物产量的形成、养分的分配和调节 过程、库-源关系及其在产量形成过程中的作用；研究利用各 种内外源激素或调节剂对产量形成过程的调控和机理； 逆境生理学：研究植物在旱、涝、盐碱、高温、寒冷、病虫害、 通气不良、营养不足或失调等逆境条件下的生理变异及适应性 变化规律，通过营养调节挖掘植物抗逆性的基因型潜力。
试验条件最接近农业生产要求， 能较客观地反映生产实际，所得结果对 生产有直接的指导意义；
田间自然条件有时很难控制，不适合 进行单因素试验。此法应与其它方法结合 起来运用。
2. 生物模拟试验法
运用特殊装置，给予特殊条件便于调控 水、肥、气、热和光照等因素，有利于开展 单因子的研究，多用于田间条件下难以进行 的探索性试验。
一、主要的研究范畴
1. 植物营养生理学主要研究：(1) 营养生理学 (2)产量生理学 (3) 逆境生理学
2. 植物根际营养 3. 植物营养遗传学 4. 植物营养生态学 5. 植物的土壤营养主要研究： (1) 土壤养分行为学
(2) 土壤肥力学 6. 肥料学及现代施肥技术
1. 植物营养生理学
统地开展了植物根际营养的研究； 11. 创立“植物营养遗传学”：美国的爱泼斯坦(E. Epstien)在 《植物的矿质营养》( 1972年)一书中详细叙述了植物营养遗传 性状；我国的严小龙等编著了《植物营养遗传学》，我校植物 营养遗传方面的研究在国内外处于领先地位
12. 提出“植物营养生态学”：研究植物－土壤及其环境的相 互关系；Rorison在《植物矿质营养的生态问题》(1969)一书总 结了当时植物营养生态的研究成果；近年来环境保护更成为研 究的热点绪论来自为什么学习植物营养研究法
引入新课程 学习植物营养研究法的目的 学习植物营养研究法的意义
农化研究法与植物营养研究法的关系
前期叫农业化学 后期叫植物营养 侧重点不同还是其它原因？ 请大家思考
第一节 植物营养研究法的发展概况
我国农业生产的历史悠久，在施用肥 料促进植物生长方面积累了丰富的经验， 但对植物营养科学理论的探索，最早是从 西欧开始的。当时，科学家研究植物营养 主要是围绕着植物生长发育究竟需要什么 物质，所需的物质是矿物质养分还是有机 物质养分等间题进行的 。
4. 植物营养生态学
主要研究不同生态类型中各种营养元素在土壤 圈、水圈、大气圈、生物圈中的转化和迁移规律；各 种养分和环境生态系统的关系，其中包括重金属和污 染物在食物链中的富集、迁移规律和调控措施。
不同生态系统地下“透视”
热带雨林 落叶阔叶 针 叶 林 荒 漠 草 地
5. 植物的土壤营养
土壤养分行为学：土壤中各种养分的形态、含量、 吸附固定等转化和迁移的规律；有效养分的形态、 形成过程及影响因素；各种养分的生物有效性以及 土壤肥力水平与植物营养的关系；
6. 酶学诊断法
通过酶活性的变化了解植物体内养分的丰缺状 况，反应灵敏，能及时提供信息
专一性较差，需累积经验。
(二)现代研究方法
近十几年来，研究植物营养的方法和技术有了 很大的发展，如示踪技术、X光衍射、电子探针、 电镜观察以及各种精密仪器，如电超滤(EUF)仪、 等离子发射光谱仪(ICP)、色谱仪、流动分析仪等 的问世，使植物营养研究工作的手段有了明显的 提高和改善，这无疑能加速植物营养学学科向纵 深发展。
4. 数理统计法
指导试验设计，检验试验数据； 帮助试验者评定试验结果的可靠性；作出 正确的科学结论。
计算机技术的应 用，可进行大量数据 处理，可进行数学模 拟，建立数学模型等。
5. 核素技术法（同位素示踪技术法）
利用放射性和稳定性同位素的示踪特性，揭 示养分运动的规律；
缩短试验进程，解决其它试验方法难以深入 的问题。
一、植物营养研究方法的早期建立
1. 布森高(Boussingault)－－1834年，开创了田间试验
2. 鲁茨(Lawes)－－1843年创立英国洛桑试验站
3. 萨克斯(Sachs)和克诺普(Knop)－－1860年和1861年，水 培试验研究的先躯
4. 普良尼施尼柯夫－－20世纪初，主张把植物－土壤－肥 料联系起来研究，提出“肥肥土，土肥苗”的观点，形成 了“生理学路线的农业化学派”
最小养分律示意图
三 植物营养研究法科近年来的发展趋势
100多年来，植物营养学从零散的经验和 现象描述到揭示机理，最后建立起完整的学科 体系，它经历了植物营养研究的古典时期(19世 纪)、新古典发展时期(20世纪前半叶)和现代植 物营养发展时期(20世纪50年代以后)。在现代植 物营养发展时期，植物营养学科逐渐与其他学 科相互渗透，形成许多新的研究领域并获得大 量成果。经过长期积累并不断充实，植物营养 学已逐渐发展形成一门体系更为完整，内容更 加丰富，并具有现代科技特点的一门学科。
第三节 植物营养研究法的课程要求
学好植物营养学，紧跟植物营养研究的前 沿
坚持理论联系实际 做到勤于查阅文献，了解植物营养研究的
最新方法
第二节 植物营养学主要研究方法
植物营养学是农业生物学中的一个重 要分支。它是一门与多种学科相互联系、相 互交叉和相互渗透的学科。研究植物营养学 的最终目的在于以植物营养特性为依据，在 土壤供肥的基础上，通过施肥措施，为植物 提供良好的营养环境，在其他农业技术措施 的配合下，达到高产、优质、高效的综合效 果，并对环境质量和土壤培肥做出应有的贡 献。
二、李比希对植物营养研究法的贡献
杰出学者，光辉著作
－－纪念农业化学奠基者 尤·李比希逝世110周年
(金善宝，1983)
Justus von Liebig 1803-1873
最小养分律（1843年）
作物产量的高低 受土壤中相对含 量最低的养分所 制约。也就是说， 决定作物产量的 是土壤中相对含 量最少的养分。