植物生理学第三章

ATP,ADP,AMP组分------能量代谢(氧化磷酸化、光合磷酸化)
促进碳水化合物的运 输
P + 植酸 + Ca + Mg
许多辅酶的组分
形成糖的磷酸酯 磷的转运器工作
植酸钙镁
液胞内含有磷酸盐（维持细胞渗透势，缓冲PH值） 缺素症：植株矮小、茎叶暗绿色或紫红色；分枝分蘖少，成熟晚，果实、
种子小、不饱满。 过 多：影响其它元素吸收。
缺素症：植株矮小（蛋白质合成受阻），叶片小而黄， 一发脱病落部。 位：幼叶（不易转移）
微量元素
Fe
吸收态： Fe2+ 作 用：酶的组成成分（细胞色素氧化酶）
Fe
合成叶绿素的必要条件（Mg-原卟啉 原叶绿素酸酯）
光合链成员组分（铁氧还蛋白） 生物固氮（固氮酶组分） 硝酸盐还原、磷酸盐同化（铁氧还蛋白）
碳酸苷酶的组分 某些酶的活化剂（羧肽酶、脱氢酶、激酶） 缺 素 症：叶片小，植株生长受阻；阔叶作物脉间失绿。 发病部位：老叶（易转移）
-Zn
CK
-Zn
亚麻
CK
大豆
Cl
吸收态：Cl
-
作 用：光合作用（水的光解）
电位平衡（光合磷酸化） 参与气孔运动（Cl - 、K+）
缺素症：生长缓慢，叶片小，易萎蔫。
A
木质部
S6
处理 II
处理 I
蜡纸
S5
树皮
S4
S3
S2
42K
S1
B
放射性钾（ 42K ）在柳树茎中向上运输的实验
第三节 植物体内氮素同化
一、硝酸盐的同化
+5 NO2-
+2e
+3 NO2 -
+6e
-3
NH 3
硝酸还原酶
亚硝酸还原酶
细胞质
叶（叶绿体）
根
1. 硝酸盐还原为亚硝酸盐
2 . 亚硝酸盐还原为氨
发现： 1970年，Chenng 最先发现是在牛脑中，而后在心脏中得到。
1978年Anderson等首先证实植物细胞中存在钙调蛋白。
钙调蛋白的存在部位：细胞质和细胞器
作用机理：
胞外信号
质膜
Ca通道打开 Ca进入
4 Ca + + CaM
Ca
Ca +
+ CaM
Ca
Ca +
+
+
E
生理效应
Ca
Ca +
+ CaM
植物生理学第三章
2. 大量元素的作用
N 吸收态：硝态氮和铵态氮；有机氮（尿素） 作 用：生命元素. 核酸(DNA,RNA) ,细胞核的结构物质; 结构物质成分 蛋白质(酶),是原生质的主要组成成分;
磷脂,是生物膜的主要组成成分; 叶绿素、光敏素,维生素(B1,B2,B6,PP等) 调节生命活动 激素(IAA,CTK),生物碱等;
类型： 受膜电势调控 受外部因素调控：光照、激素等
胞饮作用:
被吸收的物质吸附于质膜上，质膜下陷将物质包 裹于细胞内。
矿质元素在细胞内的运转
表皮 皮层
内皮层
导管
木薄壁细胞
外
界
V
溶
液
ER
C
V
V
ER
凯氏带
二、植物根系对矿质元素的吸收
1. 根系吸收矿质元素的特点
（1）根系吸盐的区域性 （2）吸盐与吸水的相对性 （3）吸盐的选择性
缺 素 症：幼叶浅黄绿色
发病部位：幼叶（不易转移）
玉米
CK
-Fe -Fe
-Fe
大豆
-Fe
CK
-Mn
CK
亚麻
-B
CK
大豆
Mn
吸收态：Mn2+ 作 用：酶的活化剂
参与光合作用（水的光解） 维持叶绿体结构
缺素症：脉间失绿，有坏死斑点。 根系不发达，结实少。
发病部位：幼叶（不易转移）
B 吸收态：H3 BO 3 作 用：影响生殖（促进花粉萌发、花粉管伸长）
参与能量代谢 ADP,ATP,NAD,CoA等.
缺 乏 症： 植株矮小，叶小，色淡或发红. 发病部位： 老叶(易转移)
N 过 多: 徒长,叶片大，茎柔软,易倒伏,成熟晚,抗性差,易受病虫害.
-N
-N
ห้องสมุดไป่ตู้N
-N
CK
P 吸收态: H2PO4 - , H2PO42 作用: 核酸 磷脂的组成成分,-------生物膜、原生质、细胞膜
促进糖的运输：[ B—糖复合物 ] 影响蛋白质的合成（B U合成 RNA 蛋白质 ） 影响激素合成 （缺B，CTK合成受阻；IAA积累） 抑制酚酸（咖啡酸、绿原酸等）形成，保护根尖、茎 尖不受伤害。 缺素症：花而不实；生长点坏死。 发病部位：幼嫩器官（不易转移）
-Mn
CK
大豆
Zn
吸收态：Zn2+ 作 用：IAA生物合成（色氨酸合成酶的组分）
3 . 氨基酸的生物合成
(1) 还原氨基化过程： (2) 谷酰胺合成酶 —— 谷氨酸合成酶途径：
ATP
ADP
谷氨酸 + NH 3
谷酰胺
谷酰胺合成酶
谷酰胺 + a — 酮戊二酸
NADPH + H +
铁氧还蛋白（H） 2 谷氨酸 谷氨酸合成酶
第四节 作物合理施肥的生理基础
一 、 作物的需肥规律
二 、合理施肥的指标
玉米
Cu -Mo
Ni
吸收态： Ni 2+ 作 用：维持脲酶结构和功能所必须
提高呼吸酶活性: （过氧化物酶、多酚氧化酶、
抗坏血酸酶）
增加叶绿素和类胡罗卜素含量。
利于萌芽种子吸氧
中毒症：叶片失绿, 脉间出现褐色坏死。
CK
-N
-P
-K
-Ca
小麦
CK
-N
-P
-Ca
大豆
作业
1. 参与光合作用的元素有那些 2. 引起叶片失绿的元素 3. 参与循环及不参与循环的元素 4. 参与N代谢的元素 5. 参与有机物运输的元素
Mo
吸收态：Mo+ 作 用：固氮酶组分
参与氮代谢 硝酸还原酶成分 缺素症：脉间失绿，叶片小 发病部位：幼叶（不易转移）
Cu
吸收态：Cu + 作 用： 某些酶的成分（抗坏血酸氧化酶、多酚氧化
酶）
光合电子传递体系成员（质体兰素）
超氧化物歧化酶（SOD）的组分： （消除超氧自由基的伤害）
缺素症：脉间失绿， 叶片 坏死 发病部位：幼叶（不转移）
发病部位：老叶（易转移）
-P
K
吸收态：K+
作 用：
酶的活化剂 影响物质运输 调节水分代谢（促进气孔张开，控制蒸腾） 提高抗性（增加原生质水合度，提高保水力） 能量代谢（参与光合磷酸化和氧化磷酸化）
缺素症：叶片缺绿，茎柔弱易倒伏，抗逆性差 过 多： 果实出现灼伤病、苦陷病 发病部位：老叶（易转移）
溶液培养法(solution culture method)和 砂基培养法(sand culture)
气 栽 （aeroponics）法
营养液 气雾室
营养液
封盖
搅 拌 器
营 养 膜 (nutrient film)法
第二节 植物对矿质元素的吸收与运转
一、植 物 细 胞 对 矿 质 元 素 的 吸 收
Ca + E Ca +
CaM 对光敏素作用图解：
Pr 光
Pf
<10-6
r
M[Ca] 10-6 M
Ca M
Ca
M
E [CaM E]
- Ca
-N
CK
Mg 吸收态：Mg +
作 用： 与光合作用有关
（叶绿素组成、促光合磷酸化、RUBP羧化酶）
某些酶的活化剂，或组分
E Pr
N
（转移磷酸基的酶类，如ATP酶）
生理酸性盐 生理碱性盐 生理中性盐
（4）单盐毒害与离子拮抗
平衡溶液
2、根系吸收矿质元素的过程
• 根对溶液中矿质元素的吸收 • 根对吸附在土壤胶体上离子的吸收 • 根对难溶于水的矿质元素的吸收
3、土壤状况对根系吸收矿质元素的影响
（1）土壤温度状况
（2）土壤通气状况
（3）土壤PH状况
（4）土壤离子相互作用
追肥的形态指标：相貌、 叶色
追肥的生理指标： 叶绿素
酶类活性
营养元素含量
三 、合理施肥增产的原因
酰胺含量 淀粉含量
植物根部通过土壤溶液和土粒 进行离子交换
H2O 根
CO2
H+ + HCO3 -
K+ K 土粒
K+ + HCO3 -
接触交换
根 H+
K+
土粒
根 K+
H+
土粒
谢谢大家！
② 因代谢使某些离子被同化或利用，C—A平衡被破坏， 同时某些羧酸量变化，建立新的C——A平衡。
例如，NO3-的还原。通过MAL的合成、分解、 运输，控制 K+ 和NO3-的吸收与迁移。
离子通道学说
由多亚基组合的蛋白，即通道蛋白，可通过构象变 化产生跨膜通道。通道的孔径大小制约进出离子的种类 于速度，使离子有选择性地作跨膜运转，并且呈现饱和 效应。运转离子所需能量来自质子泵ATP—酶，产生 Pmf。所以离子通道学说和离子载体学说共同用于解释 离子跨膜运转的主动吸收机理。
（5）土壤溶液浓度状况 （6）土壤有毒物质
三、植物叶片对矿质元素的吸收
• 根外营养 • 根外追肥的优点
• 根外追肥 • 根外追肥应注意
四、矿质元素在植物体内的分配
• 矿质元素的运输形式(离子、小分子有机物) • 矿质元素的运输途径 • 矿质元素在植物体内的分配与再分配
• 再利用元素：N、P、K、Mg • 非再利用元素：Cu、Fe、Mn、Ca
-K
Ca 吸收态： Ca +
作 用： 解毒 细胞结构组分
某些酶的活化
剂 P + 植酸 + Ca + Mg
植酸钙镁
Ca + + 钙调蛋白（CaM） Ca + —CaM 参与氧化磷酸化（作为H+的对应离子） 提高植物适应干旱和干热的能力（降低原生质的水合
度）
CaM ：是一种热稳定的小分子蛋白质。由148个氨基酸构成单链，不含 半胱氨酸和脯氨酸，所以空间结构有较大的灵活性。因为其有四个部位能束 缚钙，所以叫钙调蛋白（CaM ）。
被动吸收
简单扩散 杜南平衡
主动吸收
载体学说 离子泵学说 正负离子平衡学说
胞饮作用
离子通道学说
载体学说：
磷酸激酶
Pi
ATP ADP
M 外
M
Pi
M
磷酸酯酶
Pi
细胞质
膜
内
证明载体存在的依据：饱和效应；离子竞争
缬氨霉素（环状多肽）—— 人工合成的载离子体
片钳技术示意图
电极尖 原生质体
吸
吸管液
拉
膜片
离子泵学说：
¨
Mg
植酸钙镁
OH
OO
缺 素 症：脉间缺绿
腺苷 O P O ~ P - O ~ P - OH
发病部位：老叶（易转移）
O
O
O
— Mg
— Mg
S
吸收态：SO42作 用： 含硫氨基酸成分（参与蛋白质与生物膜的组成）
参与生化反应（CoA的成分） 参与光合作用（光合链成员的组分） 参与氮代谢（铁氧还蛋白，固氮酶） 影响其它元素的吸收
胞外
△PH
Pmf △ ø
K+
H+
质膜
ATP—E
胞内
K+
ATP
ADP - + Pi
OH -
阴离 子
ADP- + H2O
阴离子载体
阴离 子
ADP + OH-
正负离子平衡学说
① 植物体内阴阳离子的总量存在平衡，即C—A平衡 C—— K+、Na+、 Mg+、Ca2+ 等（总量） A——Cl-、 NO 3 -、 H2PO4 -、 SO4 2- 等（总量)