植物生理学(矿质营养)ppt课件

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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（1767-1845）证明了灰分元素对植物生长的必需性。
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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。
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。
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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
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（三）必需元素的缺乏症
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1.氮 植物主要吸收无机态氮，即铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3-），也可以吸收利用有机 态氮（如尿素等）。氮的主要生理作用有：①氮是构成蛋白质的主要成分
②核酸、核苷酸、辅酶、磷脂、叶绿素、细胞色素及某些植物激素（如吲哚乙酸、细胞分 裂素）和维生素（如B1、B2、B6等）中也都含有氮。
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母液名称和 编号
5、微量元素
母液配方
ml/L 营养液
MnCl2∙4H2O 0.198g；H3BO3 3.092g；ZnSO4∙7H2O 0.288g； 1 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。
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植物缺乏必需矿质元素的病症检索表 A 较老的器官或组织先出现病症
B 病症常遍布全株，长期缺乏则茎短而细 C 基部叶片先缺绿，发黄，变干时呈浅褐色 ………………………………… 氮 C 叶常呈红或紫色，基部叶发黄，变干时呈暗绿色 ………………………… 磷
B 病症常限于局部，基部叶不干焦但杂色或缺绿 C 叶脉间或叶缘有坏死斑点，或叶呈卷皱状 ………………………………… 钾 C 叶脉间坏死斑点大并蔓延至叶脉，叶厚，茎短 …………………………… 锌 C 叶脉间缺绿（叶脉仍绿） D 有坏死斑点 …………………………………………… 镁
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。
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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。
Van Helmont （1577-1644）
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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。
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几种常见的无土栽培技术
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植物的溶液培养
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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。
6、Ca：细胞壁的重要组成成分是果胶钙，缺钙会引起番茄“蒂腐病”，白菜“干芯病”，菠 菜“黑心病”等
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7、Mg：镁是叶绿素的重要组成成分，是很多酶的辅基。轻度却镁，叶脉仍绿，而脉间变黄； 重度缺镁会形成褐斑坏死。
8、Cu：铜既是某些氧化酶的组成成分，又是光合作用中质体蓝素的组分。缺铜植物的嫩叶 易萎蔫，叶暗绿色，有坏死斑点。
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（二）有益元素和稀土元素
1.有益元素
常见的有益元素有钠（Na）、硅（Si）、钴（Co）、硒（Se）、钒（V）、镓（Ga） 等。
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2. 稀土元素
在元素周期表中，原子序数为57至71的一系列元素为镧系元素，共15种。及与镧系元素 化 学 性 质 相 近 的 钪 （ Sc,kang ） 和 钇 （ Y ） 共 17 种 元 素 被 统 称 为 稀 土 元 素 （ rare earth element）。
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（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
（5）日常浇灌可用稀释1倍的营养液浇灌。 （6）NH4H2PO4可用代替KH2PO4；
由此可见，氮在植物生命活动中占有重要地位。因此氮又被称为生命元素。
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弗里兹-哈伯
Fritz Haber (1868-1934)
氨合成的发明者
弗里兹-哈伯（Fritz Haber），德国化学家，因发明直接用氮气和氢气合成氨的固氮法 而于1918年获得诺贝尔化学奖。哈伯的这项发明使含氮化学肥料及其他含氮化合物得以批 量生产，从而使农作物产量大幅提高。
9、Mn：锰的主要生理作用有：①锰是植物细胞内许多酶的活化剂。②锰直接参与光合作用 ③锰是Mn-超氧化物歧化酶的组成成分。缺锰会造成叶片淡黄色或白色，叶片上有坏死斑点。
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10、B：硼对植物生殖过程有影响，在植物各器官中花中硼含量最高，缺硼会引起花药和花 丝萎缩，花粉发育不良，导致败育。
湖北、江苏等省常见的油菜的“花而不实”就是植株缺硼的缘故。
母液名称和编号
1、KNO3 2、Ca(NO3)2∙4H2O 3、MgSO4∙7H2O 4、NH4H2PO4
Hoagland营养液配制方法
分子量
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、NaFeEDTA 或NaFeDTPA
分 别 溶 解 5.57g FeSO4∙7H2O 和 7.45g Na2EDTA 于
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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
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（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）。
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。
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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)
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（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。
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。
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。
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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。
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2.磷 磷通常以H2PO4-或HPO42-的形式被植物根系吸收。磷的主要生理作用有： ①磷是细胞质、细胞膜和细胞核的组成成分。 ②磷在植物的代谢中起重要作用。 ③植物细胞液中含有一定的磷酸盐，这可构成缓冲体系。
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课件2
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）吸收并存在于植物体内，不参加重要有机物的组成。钾的主要生理作 用有：①作为酶的活化剂参与植物体内重要的代谢。②钾能促进蛋白质、糖类的合成，也能 促进糖类的运输； ③钾可增加原生质体的水合程度，降低其粘性，从而使细胞保水力增强， 抗旱性提高；④钾在植物体内的含量较高，能有效地影响细胞的溶质势和膨压，可参与控制 细胞吸水、气孔运动等生理过程。
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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-Liebig-University” 。
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1860年，德国的J.Sachs（1832-1897）和W.Knop创立了溶液培养的方法。
11、Ni：镍是近年来发现的植物生长所必需的微量元素。镍是脲酶、氢酶的金属辅基，催化 尿素水解成CO2和NH4+，缺镍时，叶尖处积累较多的脲，叶尖首先出现坏死现象。
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12、钼：植物以钼酸盐（MoO42-）的形式吸收钼。钼是硝酸还原酶的必需成分，也是固氮酶 中钼铁蛋白的组分。因此，钼在植物氮代谢中有重要作用。具有固氮能力的豆科植物多施钼 肥可以增产。
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由于植物对氮、磷、钾的需要量较大，且土壤中通常缺乏这三种元素，所以在农业生 产中，需要经常补充这三种元素。因此，氮、磷、钾被称为“肥料三要素”。
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4、Fe：铁影响叶绿体的形成，缺铁叶片发黄，但叶脉仍绿。华北果树的“黄叶病”就是缺铁 造成的。
5、Zn：生长素吲哚乙酸的前体色氨酸的合成需要锌，锌也是叶绿素合成必需的，吉林常见的 玉米“花白叶病”和华北地区果树“小叶病”就是缺锌的缘故。
13、氯：植物以Cl-形式吸收氯。在光合作用中水的光解需要Cl-，叶和根中的细胞分裂也需要 Cl-。Cl-在调节细胞溶质势和维持电荷平衡方面起重要作用。缺氯幼叶有坏死斑点，呈青铜色。
14、硫：缺硫时，幼叶无坏死斑点，但叶片和叶脉都失绿发黄。
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（四）作物缺乏矿质元素的诊断 1、化学分析诊断法 2、病症诊断法 3、加入诊断法
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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）
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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。
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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 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。
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哈伯是一位最具争议的化学奖，他发明生产氨的固氮法除了用于生产化学肥料以外，还 用于生产炸药和化学武器。
哈伯本人因参加一战而受到世界科学家的谴责，二战期间，哈伯已从第一次世界大战时 期自己的行为中吸取了教训，成为了一位正直的科学家。
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病症：植株矮小，叶小呈淡黄色，尤其老叶更黄。有时呈红色。
MnSO4∙H2O也可用MnCl2∙4H2O； ZnSO4∙7H2O也可用ZnCl2； H2MoO4也可用Na2MoO4。
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三、植物必需元素的生理作用及缺乏症 （一）植物必需元素的生理作用 1. 细胞结构物质的组成成分，如 ：C、H、O、N、P、Ca、Mg、S等 2. 生命活动的调节者，参与酶活性的调节， 如：K、Mg、Zn、Fe等 3. 起电化学作用及渗透调节作用，如：K、Cl、Na等
1 mol/L
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各矿质元素在营养液中的终浓度
元素 终浓度μmol/L
N 16000
K 6000
Ca 4000
P 2000
S 1003
Mg 1000
*Si 1000
元素
B
Cl
Mn
Zn
Cu
Mo
Fe
*Ni
终浓度μmol/L 50
2.0
1.0
1.0
0.5
0.5
20
0.5
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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。