最新植物生理学课件(矿质营养)
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植物生理学课件(矿质营养)
法国学者J.Boussingault（1802-1899） 证明了植物体内的C、H、O是从空气和 水中得来的，而植物所需的矿质元素和氮 素来自于土壤。
1840年，德国J.Von Liebig（李比西） 提出： 施矿质肥料以补充土壤营养的消 耗。 从而创立了 矿质营养学说 ，为化学 施肥提供了理论依据，成为利用化学肥 料理论的创始人。
第二章 植物的矿质营养
Mineral Nutrition “庄稼一枝花，全靠粪当家”
通常把植物对矿质元素（包括氮） 的吸收、转运和同化称为矿质营养。
人类对植物矿质营养 的研究已有悠久的历史。 最早研究矿质营养的是 荷 兰 的 Van Helmont （ 1629 ） 年 的 柳 树 枝 条 实验。
③该元素的功能必需是直接的，绝对不是因土 壤或培养基的物理、化学、微生物条件的改变 所产生的间接效应。
（二）植物必需元素的确定方法 1 溶液培养法：简称水培法，是在含有全部或 部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。 2 砂基培养法：简称砂培法，是用洗净的石英 砂或玻璃球等，加入含有全部或部分营养元素 的溶液来栽培植物的方法。
ml/L 营养液 1
6、NaFeEDTA 分 别 溶 解 5.57g FeSO4∙7H2O 和 或NaFeDTPA 7.45g Na2EDTA于200ml蒸馏水中，加 热Na2EDTA溶液，加入FeSO4 ∙7H2O 溶液，不断搅拌。冷却后定容到1 L。 或直接称取13.46g NaFeDTPA直 接溶解在1 L蒸馏水中
Van Helmont （1577-1644）
1699年英国John Woodward用雨水、 河水、菜园土浸提水溶液培养薄荷实验。 瑞士科学家N.T.de Saussure（17671845）证明了灰分元素对植物生长的必 需性。
植物生理学经典课件植物的矿质营养
装流动营养液的膜槽内培养的方法。
❖ 溶液培养中的注意事项：
❖
(1) 通气；
❖
(2) 及时更换或补充营养液；
❖
(3) 注意消毒，以免微生物污染；
❖
(4) 研究植物的必需矿质时，必须保
证所用的试剂、容器、介质、水等十分纯
净
❖
轻微的污染都会导致错误的结果。
无土栽培的优点和发展前景
(1) 不受环境条件限制 (2) 提高土地使用效率 (3) 高产、优质 (4) “绿色”无污染 (5) 节约水肥 (6) 工厂化生产
成熟期延迟。然而对叶菜类作物多施一些氮肥，还是
有好处的。
❖
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
马铃薯 缺氮
苹果 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
1804年，瑞士的索苏尔报告：若将种子种在蒸馏水中， 长出来的植物不久即死亡，它的灰分含量也没有增加；若 将植物的灰分和硝酸盐加入蒸馏水中，植物便可正常生长， 这证明了灰分元素对植物生长的必需性。
布森格(J·Boussingault)进一步在石英砂和木炭中 加入无机化学药品培养植物，并对植物周围的气体作 定量分析，证明碳、氢、氧是从空气和水中得来，而 矿质元素是从土壤中得来。
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”。
3.2 植物必需的矿质元素及其生理作用
铜：① 参与氧化还原过程。② 光合电子传递链中
植物生理学课件 02矿质营养
电化学势梯度包括化学势梯度和电势梯度两方面,细胞内外 的离子扩散决定于这两种梯度的大小，而分子的扩散则决定 于化学势梯度或浓度梯度。
协助扩散(facilitated diffusion)是小分子物质经膜转运蛋白 顺浓度梯度或电化学梯度跨膜的转运。
膜转运蛋白可分为两类: 一类是通道(channel)蛋白,另一类 是载体(carrier)蛋白。
2）非矿质元素：燃烧时以气态形式散失到空气中 的元素，如C、H、O、N、S等）。
1.2 必需元素与必需的矿物质元素
1） 必需元素的判别准则
A）完成植物整个周期不可缺少。缺乏该元素植物
生长发育发生障碍不能完成生活史；
B）在植物体内的功能是不能被其他元素代替。除
去该元素则表现专一的缺乏症，而且这种缺乏症 是可以预防和恢复的；
• （一）化学分析诊断法 • 待测株与正常植株比较 • （二）病症诊断法 • 注意元素间的相互作用和元素之间的位置竞争 • （三）加入诊断法 • 大量元素可以土壤施肥作追肥；微量元素可以用根外
追肥或浸渗法。
第二节 植物细胞对矿质元素的吸收
1 生物膜的结构与特性
2 离子的跨膜运输
植物细胞吸收矿质元素的方式有两种：被动吸收和主动 吸收。
第二章 植物的矿质营养
有收无收在于水
? 收多收少在于肥
第二章 植物的矿质营养
教学目标
★ 了解植物必需的矿质元素及其主要生理生化作用； ★ 掌握植物细胞和根系对矿质元素吸收特点及影响因素； ★ 了解植物氮代谢的过程及硝酸盐还原过程的特点； ★ 了解矿物质在植物体内运输特点； ★ 弄清作物合理施肥的生理基础。
硫不足时，蛋白质含量显著减少，叶色黄 绿，植株矮小。
缺硫植株中上部叶色淡
协助扩散(facilitated diffusion)是小分子物质经膜转运蛋白 顺浓度梯度或电化学梯度跨膜的转运。
膜转运蛋白可分为两类: 一类是通道(channel)蛋白,另一类 是载体(carrier)蛋白。
2）非矿质元素：燃烧时以气态形式散失到空气中 的元素，如C、H、O、N、S等）。
1.2 必需元素与必需的矿物质元素
1） 必需元素的判别准则
A）完成植物整个周期不可缺少。缺乏该元素植物
生长发育发生障碍不能完成生活史；
B）在植物体内的功能是不能被其他元素代替。除
去该元素则表现专一的缺乏症，而且这种缺乏症 是可以预防和恢复的；
• （一）化学分析诊断法 • 待测株与正常植株比较 • （二）病症诊断法 • 注意元素间的相互作用和元素之间的位置竞争 • （三）加入诊断法 • 大量元素可以土壤施肥作追肥；微量元素可以用根外
追肥或浸渗法。
第二节 植物细胞对矿质元素的吸收
1 生物膜的结构与特性
2 离子的跨膜运输
植物细胞吸收矿质元素的方式有两种：被动吸收和主动 吸收。
第二章 植物的矿质营养
有收无收在于水
? 收多收少在于肥
第二章 植物的矿质营养
教学目标
★ 了解植物必需的矿质元素及其主要生理生化作用； ★ 掌握植物细胞和根系对矿质元素吸收特点及影响因素； ★ 了解植物氮代谢的过程及硝酸盐还原过程的特点； ★ 了解矿物质在植物体内运输特点； ★ 弄清作物合理施肥的生理基础。
硫不足时，蛋白质含量显著减少，叶色黄 绿，植株矮小。
缺硫植株中上部叶色淡
《矿质营养》PPT课件
第九页，共40页。
三、植物(zhíwù)必需元素的生理作用及缺素症
生理(shēnglǐ)作用有三个方面：
（1）细胞结构物质(wùzhì)的组成成分； （2）是植物生命活动的调节者，参与酶的活动；
（3）起电化学作用，即平衡离子浓度、稳定胶 体和中和电荷等。
第十页，共40页。
第十一页，共40页。
草 莓 叶 片
§3.3植物根系对矿质元素的吸收 §3.4矿物质在植物体内的运输和分配(fēnpèi)（自
学）
第二页，共40页。Fra bibliotek第三页，共40页。
二、植物必需的矿质元素和确定(quèdìng)方法
（一）植物必需(bìxū)的矿质元素
必需元素:是指正常(zhèngcháng)生长发育必不可少 的营养元素。
• 大量元素（大量营养）：共9种：即C、H、O
等三种非矿质元素和N、P、K、Ca、Mg、S等6
种矿质元素。
微量元素（微量营养）：元素在植物体内稍多 即可对植物产生毒害。共8种：即Fe、Mn、B
、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni等矿质元素。
第四页，共40页。
(二) 判断(pànduàn)必需元素的标准
1.不可(bùkě)缺少性
2.不可(bùkě)替代性 3.直接功能性
由带正电荷的氨基 酸构成(gòuchéng)“门控 结构，门控结构在 膜电位的调控下控 制通道蛋白的构象 通道主体结构 变化使通道打开或 关闭。
第十九页，共40页。
“门控结构”
胞外
电
化
学
势
梯
度
胞内
选择性过滤结构
调节亚基
微 电 极
原生质体（细胞器）
使用微电极从一小片细胞膜上获得电子信息的技术，将 跨膜电压保持恒定，测量通过膜的离子(lízǐ)电流的大小。
三、植物(zhíwù)必需元素的生理作用及缺素症
生理(shēnglǐ)作用有三个方面：
（1）细胞结构物质(wùzhì)的组成成分； （2）是植物生命活动的调节者，参与酶的活动；
（3）起电化学作用，即平衡离子浓度、稳定胶 体和中和电荷等。
第十页，共40页。
第十一页，共40页。
草 莓 叶 片
§3.3植物根系对矿质元素的吸收 §3.4矿物质在植物体内的运输和分配(fēnpèi)（自
学）
第二页，共40页。Fra bibliotek第三页，共40页。
二、植物必需的矿质元素和确定(quèdìng)方法
（一）植物必需(bìxū)的矿质元素
必需元素:是指正常(zhèngcháng)生长发育必不可少 的营养元素。
• 大量元素（大量营养）：共9种：即C、H、O
等三种非矿质元素和N、P、K、Ca、Mg、S等6
种矿质元素。
微量元素（微量营养）：元素在植物体内稍多 即可对植物产生毒害。共8种：即Fe、Mn、B
、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni等矿质元素。
第四页，共40页。
(二) 判断(pànduàn)必需元素的标准
1.不可(bùkě)缺少性
2.不可(bùkě)替代性 3.直接功能性
由带正电荷的氨基 酸构成(gòuchéng)“门控 结构，门控结构在 膜电位的调控下控 制通道蛋白的构象 通道主体结构 变化使通道打开或 关闭。
第十九页，共40页。
“门控结构”
胞外
电
化
学
势
梯
度
胞内
选择性过滤结构
调节亚基
微 电 极
原生质体（细胞器）
使用微电极从一小片细胞膜上获得电子信息的技术，将 跨膜电压保持恒定，测量通过膜的离子(lízǐ)电流的大小。
植物生理学第二章：矿质营养
叶片吸收：上行和下行都主 要通过韧皮部，也存在横 向运输。
运输速度：30～100cm/h。
3.矿物质在植物体内的利用（掌握） 是否可再利用： 1）参与循环的元素：呈离子状态、形成不
稳定化合物，可以转移到其他需要的器 官。 如： N 、K、P等，是可再利用元素。
2）不能参与循环的元素：在细胞中呈难溶 的稳定化合物，不能转移。
马铃薯 (缺镁)
（5）钙(Ca) A.吸收形式： B.存在形式： C.作用 D.供应 a.充足 b.不足：幼叶
马铃薯 (缺钙)
微量元素 （1）铁(Fe) A.吸收形式： B.存在形式： C.作用 D.供应 a.充足 b.不足
华北果树的“黄叶病”
（2）硼(B) A.作用:生殖生长 B.供应 a.充足 b.不足 花药、花粉发育不良 酚类，顶芽坏死
3.生物固氮 空气中的氮气：79％ 植物利用的限制：硝酸盐和铵盐
1）化肥生产： 条件：T:400~500℃,P:20MPa(200个大气压) 原料：氮、氢 年产量：2500万吨
2）生物固氮 年产量：9000万吨 定义：某些微生物将空气中的游离氮固定
转化为含氮化合物的过程。 （Biological nitrogen fixation）
1）简单扩散：高浓度至低浓度，跨膜 2）协助扩散：蛋白 参与，不耗能，也 称协助扩散 通道蛋白和载体蛋白
离子通道（ion channel ）
质膜上蛋白质构成的圆形孔道； 可由化学方式或电化学方式激活；选择性
已知的离子通道有：K+,Cl-,Ca2+,NO3运输速度：107～108个/sec 密度：1个/15㎛2,
Models of K+ channel
载体 (carrier)与载体运输
运输速度：30～100cm/h。
3.矿物质在植物体内的利用（掌握） 是否可再利用： 1）参与循环的元素：呈离子状态、形成不
稳定化合物，可以转移到其他需要的器 官。 如： N 、K、P等，是可再利用元素。
2）不能参与循环的元素：在细胞中呈难溶 的稳定化合物，不能转移。
马铃薯 (缺镁)
（5）钙(Ca) A.吸收形式： B.存在形式： C.作用 D.供应 a.充足 b.不足：幼叶
马铃薯 (缺钙)
微量元素 （1）铁(Fe) A.吸收形式： B.存在形式： C.作用 D.供应 a.充足 b.不足
华北果树的“黄叶病”
（2）硼(B) A.作用:生殖生长 B.供应 a.充足 b.不足 花药、花粉发育不良 酚类，顶芽坏死
3.生物固氮 空气中的氮气：79％ 植物利用的限制：硝酸盐和铵盐
1）化肥生产： 条件：T:400~500℃,P:20MPa(200个大气压) 原料：氮、氢 年产量：2500万吨
2）生物固氮 年产量：9000万吨 定义：某些微生物将空气中的游离氮固定
转化为含氮化合物的过程。 （Biological nitrogen fixation）
1）简单扩散：高浓度至低浓度，跨膜 2）协助扩散：蛋白 参与，不耗能，也 称协助扩散 通道蛋白和载体蛋白
离子通道（ion channel ）
质膜上蛋白质构成的圆形孔道； 可由化学方式或电化学方式激活；选择性
已知的离子通道有：K+,Cl-,Ca2+,NO3运输速度：107～108个/sec 密度：1个/15㎛2,
Models of K+ channel
载体 (carrier)与载体运输
植物生理学课件矿质营养
Chapter2 植物的矿质营养
Chapter 2 植物的矿质营养
第二章 植物的矿质营养
第一节 植物必需的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收 第三节 植物对矿质元素的吸收 第四节 矿物质在植物体内的运输与
分配
第五节 植物对氮、硫、磷的同化
第六节 合理施肥的生理基础
History of mineral research
随着技术的提高，会有更多元素成为矿质元素。
大量元素
符号
植物的利 用形式
取自水分和二氧化碳
碳
C
CO2
氧
O
O2、H2O、CO2
氢
H
H2O
取自土壤的大量元素
氮
N
NO3- 、NH4+
钾
K
K+
钙
Ca
Ca2+
镁
Mg
Mg2+
磷
P
H2PO4-、HPO42-
硫
S
SO42-
硅
Si
Si（OH）4
微量 元素
符号
植物的利用 形式
④ 参与糖、蛋白质、 ⑤ 参与糖的运输。
缺P：分枝少、矮小、叶色暗（深）绿或紫红。症状 首先在下部老叶出现。
白菜缺磷
油菜缺磷
玉米缺磷
大麦缺磷
wheat
Sorghum P deficiency
maize
3、 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；
取自土壤的微量元素
氯
Cl
Cl-
铁
Fe Fe3+、Fe2+
Chapter 2 植物的矿质营养
第二章 植物的矿质营养
第一节 植物必需的矿质营养 第二节 植物细胞对矿质元素的吸收 第三节 植物对矿质元素的吸收 第四节 矿物质在植物体内的运输与
分配
第五节 植物对氮、硫、磷的同化
第六节 合理施肥的生理基础
History of mineral research
随着技术的提高，会有更多元素成为矿质元素。
大量元素
符号
植物的利 用形式
取自水分和二氧化碳
碳
C
CO2
氧
O
O2、H2O、CO2
氢
H
H2O
取自土壤的大量元素
氮
N
NO3- 、NH4+
钾
K
K+
钙
Ca
Ca2+
镁
Mg
Mg2+
磷
P
H2PO4-、HPO42-
硫
S
SO42-
硅
Si
Si（OH）4
微量 元素
符号
植物的利用 形式
④ 参与糖、蛋白质、 ⑤ 参与糖的运输。
缺P：分枝少、矮小、叶色暗（深）绿或紫红。症状 首先在下部老叶出现。
白菜缺磷
油菜缺磷
玉米缺磷
大麦缺磷
wheat
Sorghum P deficiency
maize
3、 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；
取自土壤的微量元素
氯
Cl
Cl-
铁
Fe Fe3+、Fe2+
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1 mol/L
1
各矿质元素在营养液中的终浓度
元素
终浓度 μmol/L
N K Ca P S Mg *Si 16000 6000 4000 2000 1003 1000 1000
元素
终浓度 μmol/L
B Cl Mn Zn Cu Mo Fe *Ni 50 2.0 1.0 1.0 0.5 0.5 20 0.5
第一节 植物必需的矿质元素
一、植物体内的元素（灰分分析法）
植物体内有机物完全氧化后，所剩的 不能挥发的灰白色残烬即为灰分。构成灰 分的元素（C、H、O除外）被称为灰分 元素。
这些元素直接或间接来自土壤矿质， 故灰分元素亦称为矿质元素。
二、植物必需元素及其确定方法
（一）确定植物必需元素的三条标准
植物生理学课件(矿质营养)
1699年英国John Woodward用雨水、 河水、菜园土浸提水溶液培养薄荷实验。
瑞士科学家N.T.de Saussure（17671845）证明了灰分元素对植物生长的必 需性。
德国的C.S.Sprengel（1787-1859）提 出，土壤若缺少一种对植物生长必需的元 素，都会影响植物生长。
法 国 学 者 J.Boussingault （ 1802-1899 ） 证明了植物体内的C、H、O是从空气和 水中得来的，而植物所需的矿质元素和氮 素来自于土壤。
1840年，德国J.Von Liebig（李比西）
提出：施矿质肥料以补充土壤营养的消 耗。从而创立了矿质营养学说，为化学
施肥提供了理论依据，成为利用化学肥 料理论的创始人。
在上述元素中，除来自于CO2和水中的C、 O、H为非矿质元素外，其余14种元素均为植 物所必需的矿质元素。
大量元素(major element)
植物需要量较大的元素称为大量元素，其在 植物体内含量占干重 0.1 % 以上。它们是C、H、 O、N、P、K、Ca、Mg、S ，共9种。
微量元素(trace element)
①完全缺乏该元素，植物生长发育发生障碍， 不能完成生活史；
②完全缺乏该元素，则表现专一的缺素症，不 能被其它元素替代，只有加入该元素才可预防 或恢复；
③该元素的功能必需是直接的，绝对不是因土 壤或培养基的物理、化学、微生物条件的改变 所产生的间接效应。
（二）植物必需元素的确定方法
1 溶液培养法：简称水培法，是在含有全部或 部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。
Liebig（1803-1873），德国农业化学家，21岁 成为德国Giessen‘s university（始建于1607） 教授，因李比西的贡献更名为“Justus-LiebigUniversity” 。
1860 年 ， 德 国 的 J.Sachs （1832-1897）和W.Knop创立了溶 液培养的方法。
2 砂基培养法：简称砂培法，是用洗净的石英 砂或玻璃球等，加入含有全部或部分营养元素 的溶液来栽培植物的方法。
也 可 用 珍 珠 岩 （ perlite ） 或 蛭 石 （vermiculite）作为支持物或介质加入营养液 中来栽培植物。
除了以上两种培养方法外，在科
研与生产实践中，溶液培养法还衍生 出气栽法（aeroponics）、营养膜法 （nutrient film）等。
几种常见的无土栽培技术
植物的溶液培养
用植物的溶液培养法研究植物的必需元 素，应重点注意以下几个方面： ①要保证营养液通气良好。 ②盛放溶液的容器不宜透光。 ③必须保证所用的试剂、容器、介质、水等 十分纯净。 ④应经常更换或补充营养液。 ⑤对于种子较大的植物，应注意种子内部原 有营养物的影响，最好去除种子。 ⑥种子必须严格消毒，以免微生物污染。
植物需要量较少的元素称为微量元素，其在 植物体内含量占干重的 0.01%以下。它们是 Mo、 Cu、 Zn、 Mn、 Fe、 B、Cl 、Ni 共8种。
Hoaglang根据植物 必需的矿质元素的需要 量，总结出了完全营养 液配方，广泛应用与科 研和农业生产。
Dennis Hoagland
Hoagland营养液配制方法
（5）日常浇灌可用稀释1倍的营养液浇灌。 （6）NH4H2PO4可用代替KH2PO4；
注意事项：
（1）*号的两种母液可选择性加入。其他化合 物中常混杂有Ni，所以可以不加NiSO4。 （2）上述母液最好用蒸馏水溶解，也可用凉 开水溶解。
（3）上述母液保存在阴暗处备用，不可见光。 否则会生绿藻和铁细菌。
（4）母液的稀释用自来水即可。营养液要用 HCl调pH值，因为大部分作物的最适生长pH 值是酸性，1L营养液中加入0.3ml浓盐酸后的 pH大约为6，适用于大部分作物。加盐酸还可 防止营养元素沉淀，补充氯元素
母液配方
ml/L 营养液
5、微量元素 MnCl2∙4H2O 0.198g；H3BO3 3.092g； 1 ZnSO4∙7H2O 0.288g；CuSO4∙5H2O 0.125g ； H2MoO4∙H2O 0.081g ； *NiSO4∙6H2O 0.132g上述药品溶解 在1L的蒸馏水中。
6、NaFeEDTA
分 别 溶 解 5.57g FeSO4∙7H2O 和 1
或NaFeDTPA 7.45g Na2EDTA于200ml蒸馏水中，加
热Na2EDTA溶液，加入FeSO4 ∙7H2O
溶液，不断搅拌。冷却后定容到1 L。
或直接称取13.46g NaFeDTPA直
接溶解在1 L蒸馏水中
7、*Na2SiO3∙6H2O
（三）植物的必需元素
根据上述标准，并通过溶液培养法等分 析手段，现已确定有17种元素是植物的必需元 素，它们是：碳（C）、氧（O）、氢（H）、 氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、 镁（Mg）、硫（S）、铁（Fe）、锰（Mn）、 硼（B）、锌（Zn）、铜（Cu）、钼（Mo）、 氯（Cl）、镍（Ni）。
母液名称和编号 分子量
1、KNO3 2、Ca(NO3)2∙4H2O 3、MgSO4∙7H2O 4、NH4H2PO4
101.10 236.16 246.48 115.08
母液配方
1 mol/L 1 mol/L 1 mol/L 1 mol/L
每升营养液中母 液的用量(ml) 6 4 2 1
母液名称和 编号