植物生理学Chapter02 mineral nutrition

C→ CO2 ↑ O →H2O↑ →NOx ↑ H2S 、SO2↑
H、 N S→
灰分（灰分元素： 少量N，多数S ,全 部的金属元素和不 可挥发的非金属元 素共60余种）
• 灰分中的元素称灰分元素或矿质元素。
• 水生植物约占干重1%左右，
• 大部分陆生植物约为5-15%，
• 盐生植物高达45%以上;
系统行使第二信使功能。
Ca
Inactive
enzyme
Active CaM Inactive CaM Ca-CaM活化酶示意图
Active enzyme
Metabolic reaction
Physiological response
•
3) Ca takes part in photosynthesis。
• 砂基培养法(sand culture)
水培法和砂培法
• 注意事项：
• （1）选择合适的培养液；
• （2）定期更换培养液,调节pH；
• （3）通气；
• (4) 根系遮光。
• 应用：功能和吸收机制研究
•
大棚蔬菜、花卉甚至粮食生产。
Special techniques are used in nutritional studies
• Microelement (trace element微量元素)是 指植物需要量较少, 在植物体中含量较低 (<0.01%)的元素, Fe、Mn、B、Zn、Cu、 Mo、Cl、Ni。
Classification of nutrients according to biochemical function (Mengel and
Kirby,2001)
• Group 1 N and S.Nutrients are part of carbon compounds.
• Group 2 P,Si and B.Nutrients that are important in energy storage or structural integrity.
• 2）As an activator of component of enzymes • 转移磷酸基酶类 • 3）For protein synthesis。
• 1.3.1.5.2 Mg deficiency symptoms
• 老叶脉间失绿,网状脉(双子叶植物)和条 状脉(单子叶植物)。叶脉有时呈紫红色; 严重缺镁,形成坏死斑块。
• 1.3.1.4 Calcium(Ca)。离子(Ca2+)形式吸 收。
• 1.3.1.4.1 Ca functions in physiology。 • 1)Ca is a component of cell wall。
• 2)Ca is an activator for some enzymes: • (如ATP酶、琥珀酸脱氢酶等)，Ca-CaM
缺P大麦生长矮小，叶色深绿。
油菜缺P，老叶呈紫红色
大麦缺P，老叶发红
玉米缺P， 茎叶发红
• 1.3.1.3 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。
• 1.3.1.3.1 K functions in physiology
• 1) Regulation to water relationship:渗透势, 气孔,蒸腾作用.
生态水培(Eco-hydroponic Culture)
Interior office plants
Hydroponic tomato
Hydroponic marijuana
Lettuce in hydroponic system
Hydroponic garden
Organic hydroponic culture
大麦缺N：
老叶发黄，新叶色淡， (3)基部发红 （花色苷积累其中）。
玉米缺N：
棉花缺N， 老叶及茎 基部发红
施N
不施N
Coffee in Brazil; left branch normal
• 1.3.1.2.Phosphorus(P)。
• 植物以H2PO4-和HPO42-形式吸收磷素。 • 1.3.1.2.1 P functions in physiology
棉花缺钾老叶呈褐色烧焦状枯死,根发育差。
棉花缺钾老 叶呈“褐色 烧焦状”枯 死,根少。
葡萄缺钾基部叶叶缘开始发黄到呈褐色烧焦 状枯死。
缺K
正常
3）“杯状叶”。大豆缺K“杯状叶”
• 1.3.1.4 Calcium(Ca)。离子(Ca2+)形式吸 收。
• 1.3.1.4.1 Ca functions in physiology。 • 1)Ca is a component of cell wall。
要素。
• 1.3.1.1 Nitrogen(N)。 • 约占干物重的1-3%。 • 吸收硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N);
有机态N：[CO(NH2)2]、氨基酸等。 • 1.3.1.1.1 N functions in physiology ——
Life element
• 1) Components of many essential compounds. 核酸、蛋白质和酶、磷脂、叶绿素、光敏素、 植物激素(如IAA、CTK)、维生素(如B1、B2、
• 5） Participation in synthesis for protein, lipid and starch 。
• 6 ）As a buffer。
• 1.3.1.2. 2 P deficient symptoms：
• (1)生长特别矮小，新叶色深，呈墨绿色； 老叶和茎基部常变红。
• 水稻缺P：新叶色深，呈墨绿色 俗称“一枝香”，“锅刷”
• 1)Components：核酸、磷脂、辅酶、能 量物质等。
• 2）Energy metabolism：直接参与氧化磷 酸 化 和 光 合 磷 酸 化 合 成 ATP(ADP+Pi →ATP)。
• 3)Metabolism and transportation for sugar。
• 4)Regulation to enzymes activities *。（磷 酸化和去磷酸化）
• Three criteria:
• (1) in its absence the plant is unable to complete a normal life cycle.
• (2)that element can not be substituted for any other element and plant shows a specific deficient symptom in its absence.
• Group 3 K,Ca,Mg,Cl,Mn and Na.Nutrients that remain in ionic form..
• Group 4 Fe,Zn,Cu,Ni and Mo.Nutrients that are involved in redox reactions.
• 1.3 Physiological functions and deficient symptoms of essential elements
• Macroelement (Major element大量元素) 是指植物需要量较大,在植物体内含量较 高（>0.1%)的元素,C、H、O、N、P、K、 Ca、Mg、S。
• Macroelement (Major element大量元素) 是指植物需要量较大,在植物体内含量较 高（>0.1%)的元素,C、H、O、N、P、K、 Ca、Mg、S。
• N过多时导致茎叶 徒长,易受病虫危 害和倒伏,贪青迟 熟。
• 1.3.1.1.2 N main deficiency symptoms：
• 1）生长矮小，根系细长，分枝（蘖）减
少。
老 缺N
CK
叶
发
黄
N
枯
是
死，
叶
新
绿
叶
素
色 淡
的 成 分
CK 油菜缺N的植株
缺N
萝卜缺N的植株老叶发黄
(2)老叶发黄， 新叶色淡
• 2)Activator for enzymes:60多种酶的激活剂, 如丙酮酸激酶、谷胱甘肽合成酶、淀粉合 酶等。
• 3)Increase in resistance:抗倒、抗病虫。
• 4) For sugar transport:K+作为H+的反离子
• 5) For synthesis of proteins and polysaccharose。
• 1.3.1 Physiological functions and deficient symptoms of macroelements
• 大量元素是指植物需要量较大的元素,在植物 体内含量较高,占干重的0.1%以上。它们是C、 H、O、N、P、K、Ca、Mg、S。
• C、H、O来自H2O和CO2。 • N、P、K:需要量较大, 人为地补充, 又称三
• 6)For energy metabolism:促进氧化磷酸化;和光合 磷酸化.
• 1.3.1.3.2 K deficient symptoms。 • 1）植株茎秆柔弱,易倒伏,抗逆性差。
• 2）老叶枯死 有褐色烧焦状 斑点——“焦 边”。
• 叶缘(双子 叶)或叶尖(单 子叶) 从坏死 黄斑→逐渐呈 褐色烧焦状斑 点——“焦 边”。
1）生长点 坏死,大豆 缺Ca
生长点坏死
玉米缺Ca
2、幼叶有缺刻状
蕃茄“脐腐病”，
大白菜“干心病”。
• 1.3.1.5 Magnesium (Mg)。Mg2+形式被植 物吸收。
• 1.3.1.5.1 Mg functions in physiology 。
• 1)For photosynthesis:叶绿素的组分, 促进 光合磷酸化;活化Rubisco.
• Chapter2 Plant mineral nutrition
• “多收少收在于肥” • Section1 Essential elements for plant
• 1.1 Elements in plant
105℃杀青
鲜样
干物质
75℃烘干
灰化 600 ℃
气体 灰分
105℃杀青
பைடு நூலகம்鲜样
干物质
75℃烘干
• 叶片的灰分含量高于其他部位，老年的 植株或部位的含量大于幼年的植株或部 位，木质部灰分含量最低。
• 1.2 Plant essential elements and its identification
• 1.2.1 Criteria for plant essential elements Essential element (必需元素),简单地说就是植物生长发 育必不可少的元素。
O2
evolution
in
• 4) Ca keeps biomembrane stability :
• 提高植物适应干旱与干热的能力。
• 1.3.1.4.2 Ca deficient symptoms。 • 1）生长点坏死 • 2）幼叶有缺刻状。 • 3）蕃茄“脐腐病”，大白菜“干心病”。
1）生长点坏死, 水稻缺Ca
• (3)that elements is part of some essential plant constituent or metabolite。
• 1.2.2 Methods for identifying plant essential elements
• 溶液培养法(简称水培法, Water (solution ) culture or hydroponics)
B6、PP)、生物碱等都含有氮;
• 2)Participation in metabolism of substance and energy in plant。
• 高能三磷酸化合物(ATP、UTP、GTP、CTP、 ADP等)、辅酶(CoA、CoQ、NAD(P)、FAD、 FMN等)和铁卟啉等。
• N充足时枝叶繁茂, 叶色浓绿,生长健 壮,籽粒饱满;
Hydro-Taste U-pick hydroponic farm (Myakka,FL)
• 1.2.3 Kinds of plant essential elements • Essential element (必需元素),简单地说就
是植物生长发育必不可少的元素。
• 17种元素: C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、 Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni。