植物生理学植物矿质元素
矿质元素
大量元素(major element, macroelement)指含量占生物总重量万分之一以上的元素,包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。其中C为最基本元素,C、H、O、N为基本元素,C、H、O、N、P、S这六种元素的含量占到了原生质总量的97%,称为主要元素。
亦称大量养分(macronutrien)、宏量元素。是指水培时的培养液中必须供应的数量较大的元素而言。其中钙、镁、钾、氮、硫和磷等的盐类,每升中的含量分别以0.2—1.0克左右为适宜。相反,很久以来就已经知道铁是不可缺少的元素,其浓度保持在数十万分之一即足。另外,由于药品的精制与水培技术的进步,又相继确定了一些不可缺少的元素,如锌、锰、铜、硼、钼等,其适宜的浓度为数百万分之一左右。铁以下各种元素称为微量元素或微量养分。
有些矿质元素(如钾离子)进入植物体以后,仍然呈离子状态,因此容易转移,能够被植物体再度利用。有些矿质元素(如N、P、Mg)进入植物体以后,形成不够稳定的化合物,这些化合物分解以后,释放出来的矿质元素由可以转移到其他部位,被植物体再度利用。例如,Mg是合成叶绿素所必须的一种矿质元素,当叶绿素被分解掉以后,Mg就可以转移到叶内新的部位,被再度利用来合成叶绿素。有些矿质元素(如Ca、Fe)进入植物体以后,形成难溶解的稳定的化合物(如草酸钙),不能被植物体再度利用。这就是说,有些矿质元素在植物体内可以被再度利用,有些矿质元素则只能利用一次。
矿质元素是指除碳、氢、氧以外,主要由根系从土壤中吸收的元素。矿质元素是植物生长的必须元素,缺少这类元素植物将不能健康生长。
关于植物必需的矿质元素,在新版高中生物教材中写道:“以前科学家确定植物必需的矿质元素有13种,其中N、P、K、S、Ca、Mg属大量元素;Fe(也可称为:半微量元素)、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl属微量元素。”而据最新版《植物生理学》(高等教育出版社)资料,现已证明有16种矿质元素为植物生长所必需,即把Si、Na、Ni也列为植物必需的矿质元素,其中Si为大量元素,Na、Ni为微量元素。
植物生理学第二章 植物的矿质营养新选.
第二章植物的矿质营养一、名词解释1. 矿质营养2. 必需元素3. 大量元素4. 微量元素5. 水培法6. 叶片营养7. 可再利用元素8. 易化扩散9. 通道蛋白10. 载体蛋白11. 转运蛋白12. 植物营养最大效率期13. 反向运输器14. 同向运输器15. 单向运输器二、填空题1.植物细胞中钙主要分布在中。
2.土壤溶液的pH对于植物根系吸收盐分有显著影响。
一般来说,pH增大易于吸收;pH 降低易于吸收。
3.生产上所谓肥料三要素是指、和三种营养元素。
4.参与光合作用水光解反应的矿质元素是、和。
5.在植物体内促进糖运输的矿质元素是、和。
6.离子跨膜转移是由膜两侧的梯度和梯度共同决定的。
7.促进植物授粉、受精作用的矿质元素是。
8.驱动离子跨膜主动转运的能量形式是和。
9.植物必需元素的确定是通过法才得以解决的。
10.华北地区果树的小叶病是因为缺元素的缘故。
11.缺氮的生理病症首先出现在叶上。
12.缺钙的生理病症首先出现在叶上。
13.根部吸收的矿质元素主要通过向上运输的。
14.一般作物的营养最大效率期是时期。
15.植物地上部分对矿质元素吸收的主要器官是。
16.植物体内可再利用的元素中以和最典型;不可再利用的元素中以最典型。
17.追肥的形态指标有和等;追肥的生理指标有和。
18.油菜“花而不实”症是土壤当中缺乏营养元素引起的。
19. 引起大白菜干心病、菠菜黑心病矿质元素是。
20. 被称为植物生命元素的是。
21. 一般作物生育的最适pH是。
22.诊断作物缺乏矿质元素的方法有、和。
23.影响根部吸收矿质元素的因素有、、和。
三、选择题1.在下列元素中不属于矿质元素的是()。
A.铁 B.钙 C.氮 D.磷2.植物缺铁时会产生缺绿症,表现为()。
A.叶脉仍绿 B.叶脉失绿C.全叶失绿 D.全叶不缺绿3.影响植物根细胞主动吸收无机离子最重要的因素是()。
A.土壤溶液pH值 B.土壤氧气分压 C.土壤盐含量 D.土壤微生物4.植物细胞主动吸收矿质元素的主要特点是()。
植物生理学 第二章
(2)钙泵 又叫Ca+-ATP酶,它催化质膜内侧的 ATP水解,释放出能量,驱动细胞内的 钙离子泵出细胞。
细胞外侧 H+泵将H+泵出 A
K+(或其它阳离子) 经通道蛋白进入 B
C
阴离子与H+ 同向运输进入 细胞内侧
图2-5 质子泵作用机理
A 初级主动运输 ; B, C 次级主动运输
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A 外侧
第四节
矿质元素的运输
一、矿质运输形式、途径、速度 1、形式: N:NO3-、NH4+、尿素、氨基酸、酰胺 P:正磷酸、有机磷化合物 S:SO42- 、 蛋氨酸、谷胱甘肽 2、途径:导管(42K 示踪试验) 3、速度:30-100cm/h
木质部 蜡纸 树皮
42K
图2-13 放射性42K向上运输试验
五、植物的缺素症及诊断
◆N 吸收的主要形式 是 NH4+,NO3- 等: ◇ 构成蛋白质的主要 成分(16-18%); 缺N ◇ 核酸、辅酶、磷脂、 叶绿素、细胞色素、植 物激素(CTK)、维生素 等的成分。 故称为 “生命元素” 缺N:矮小、叶小色黄或发红、分枝少、花少、 籽粒不饱满。
生理功能:
缺磷病症:
① 植株瘦小。分枝、分蘖很少,幼芽幼 叶生长停滞,花果脱落,成熟延迟。 ② 叶呈暗绿色或紫红色(花青素)。 ③ 老叶先表现病症(磷是可移动元素)。
◆ 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;(3)增加原生质的 水合程度,提高细胞的保水 能力和抗 旱能力;(4)影 响着细胞的膨压和溶质势, 参与细胞吸水、气孔运动等。 缺K:叶缺绿、生长缓 慢、易倒伏。
三、影响根系吸收矿质营养的因素
植物生理学矿质元素
植物必需的矿质元素及其生理作用所谓必须元素是指植物生长发育必不可缺少的元素。
国际植物营养学会规定的植物必需元素的3条准则是:1。
若缺少该元素,植物生长发育受到限制而不能完成其生活史;2缺少该元素,植物会表现出专一的病症(缺素症),提供该元素可预防或消除此症状;3该元素在植物营养生理中的作用是直接的,而不是因土壤培养液或介质的物理,化学或微生物条件所引起的间接的结果。
根据上述标准,现以确定有17种元素是植物的必须元素,它们是:碳C氢H氧O氮N磷P钾K钙Ca镁Mg硫S铁Fe锰Mo锌Zn铜Cu钼Mo氯Cl镍Ni,出来自于CO2和水中的C。
O。
H为非矿质元素外,其于14种元素均为植物所必须的矿质元素。
植物必需元素通常分成两类:大量元素和微量元素,这种分类是根据植物对必需元素需要量的多少来划分的。
大量元素是指植物需要量较大,其含量通常植物体干重0。
1%以上的元素。
大量元素有9种:即C。
O。
H等3种非矿物质元素和N。
P。
K。
Ca。
Mg。
S等6种矿物质元素。
微量元素是指植物需要量极微其含量通常为植物体干重0。
01%以下的元素。
这类元素再植物体稍多即会发生毒害。
是Fe.Mn.B.Zn.Cu.Mo.Cl.Ni等8种矿质元素。
一、植物必需矿质元素的生理作用及缺素症植物必需的矿质元素都具有独特的生理功能,但概括的讲,植物必需的矿质元素再植物体内有3个方面的生理作用:1是细胞结构物质的组成成分,如N,P,S等。
2作为酶,辅酶的成分成分或激活剂等,如K。
Ca等。
3,起电化学作用,参与渗透调节,胶体的稳定和电荷的中和等,如K,Cl等。
各种必需矿的主要生理作用简述1.氮植物主要吸收无机态氮,即铵态氮和硝态氮,也可以吸收利用有机态氮(尿素)氮主要生理作用:氮是构成蛋白质的主要成分,可占蛋白质含量的16%-18%。
细胞膜,细胞质,细胞核,细胞壁中都含蛋白质,各种酶也都是以蛋白质为主体的。
核酸、核苷酸、辅酶、磷脂、叶绿素。
细胞色素及某些植物激素和维生素中叶含有氮。
矿质和氮素营养植物生理学学习指导
1 .矿质营养( mineral nutrition ) :是指植物对矿质元素的吸收、运输与同化的过程。
2 .灰分元素( ash elemen t ) :也称矿质元素。
将干燥植物材料燃烧后,剩余一些不能挥发的物质,称为灰分元素。
3 .必需元素( essential element ) :是指在植物完成生活史中,起着不可替代的直接生理作用的不可缺少的元素。
4 .大量元素( major elemen t) :在植物体内含量较多,占植物体干重达0 .1 %以上的元素,包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等九种元素。
5 .微量元素( minor elemen t, microelement ) :植物体内含量甚微,占植物体干重达0 .01 %以下,稍多即会发生毒害的元素。
它包括Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Cl、Ni等八种元素。
6 .有利元素( beneficial element ) :也称有益元素。
指对植物生长表现有益作用,并能部分代替某一必需元素的作用,减缓缺素症的元素,如Na、Si、Se等。
7 .水培法( water cult ure met hod ) :也称溶液培养法、无土栽培法,是在含有植物所需的全部或部分营养元素、并具有适宜pH的溶液中培养植物的方法。
8 .砂培法( sand cult ure method) :也称砂基培养法。
在洗净的石英砂或玻璃球等惰性物质的支持中,加入营养液培养植物的方法。
9 .气栽法( aeroponics) :将植物根系置于营养液雾气中培养植物的方法。
10 .营养膜技术( nut rient film technique) :是一种营养液循环的液体栽培系统。
该系统通过让流动的薄层营养液流经栽培槽中的植物根系来栽培植物。
11 .离子的被动吸收( ion passive absorption ) :是指细胞通过扩散作用或其他物理过程而进行的矿物质吸收,也称非代谢吸收。
植物生理学2矿质营养第3-5节
练习题
1.根吸收矿质有哪些特点?
2.试述根系吸收矿质元素的过程 。
3.光照如何影响根系对矿质的吸收?
4.何为根外营养?它有何优越性? 5.试述矿物质在植物体内运输的形式与途径, 可用什么方法证明?
6.硝酸盐还原的过程、部位、酶?
一、作物的需肥规律
(一)不同作物或同一作物的不同品种需肥不同
(二)不同作物需肥形态不同
(三)不同生育期需肥不同
需肥临界期:
植物对矿质养分缺乏最敏感的时期; 并不是需要肥料多,而是指对肥料缺少最敏感的时期, 植物的需肥临界期一般在生长初期。
(四)不同生育期,施肥作用不同 植物营养最大效率期(最高生产效率期) 施肥营养效果最好的时期,称为最高生产效率 期,又称植物营养最大效率期。 作物的营养最大效率期一般是生殖生长时期 。
二、合理施肥的指标
(一)土壤营养丰缺指标 (二)施肥的形态指标 包括植株的长相、长势、颜色 如叶色可反映氮的供应状况
(三)施肥的生理指标
1、组织中营养元素含量
营养临界浓度( critical concentration ): 获得最高产量的最低养分浓度。
2、测土配方施肥
图 组织营养元素浓度与产量关系的图解
三、施肥增产的原因
(一)施肥可增强光合性能 (1)扩大光合面积:叶面积--N
(2)提高光合能力:叶绿素—N,Mg
(3)延长光合时间:叶寿命
(二) 调节代谢,控制生长发育
(1)不同的元素可调节植物营养生长与生殖生长的关系。
(2)改善光合产物的分配和利用。
(三)施肥的生态效应
(1)施用石灰,草木灰,石膏等可改变土壤pH。
( 2 )以 32P 研 究大麦根尖对 P的积累与运 输,发现根毛 区运输最快。
《植物生理学》名词解释
植物的矿质营养及其吸收、运输、同化1.灰分:将在105摄氏度下烘干的植物材料在600摄氏度下高温烘烤,剩余的不能挥发的灰白色残渣称为植物的灰分。
2.灰分元素/矿质元素:构成植物灰分的元素称为植物的灰分元素,由于它们直接或间接地来自土壤矿质,故又称为矿质元素。
3.必需元素:是指植物正常生长发育必不可少的元素。
4.大量元素:包括C H O N P K Ga Mg S 9种,此类元素分别占植物体干重的0.01%-10%。
5.微量元素:包括Fe Cu B Zn Mn Mo Ni Cl 8种,此类元素分别占植物体干重的0.00001%-0.01%。
6.溶液培养法/水培法:是在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法。
7.砂基培养法:是在洗净的石英砂等基质中加入营养液、利用砂基作为固定植物根系的支持物来培养植物的方法,与溶液培养法并无实质性的不同。
8.有氧溶液培养法/气培法/雾培法:是将植物根系臵于营养液气雾中培养植物的方法,植物根系并不直接浸入营养液。
9.有益元素:有些元素并非是植物的必需元素,但这些元素对植物的生长发育,或对植物生长发育过程中的某些环节有积极影响,这些元素被称为植物的有益元素。
10.有害元素:有些元素少量或过量存在时均对植物有不同程度的毒害作用,将这些元素称为有害元素。
11.质外体/自由空间:植物组织中细胞质膜外部的细胞壁部分在组织内构成一连续的结构空间被称为质外体。
土壤溶液中的各种矿质元素可顺着电化学势梯度自由扩散进入质外体空间,固有时又将质外体称为自由空间。
12.相对自由空间(RFS):活组织自由空间的体积大小可通过某种离子的扩散平衡实验来估算,这个估算值称为相对自由空间。
13.共质体运输:溶质通过跨膜运转进入原生质,并通过活细胞间的胞间连丝或连续不断的跨膜运转而从一个活细胞运输至另一个活细胞的过程称为共质体运输。
14.生理碱性盐:将这类由于植物对离子的选择性吸收而使环境PH升高的盐类称为生理碱性盐,硝酸盐类(硝酸铵例外)一般均属于生理碱性盐。
植物生理学第02章 植物的矿质养分
第二章植物的矿质营养本章内容提要植物对矿质元素的吸收、转运和利用(同化)是植物矿质营养的基本内容。
通过溶液培养法,现已确定碳、氧、氢、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、硼、锌、铜、钼、氯、镍17种元素为植物的必需元素。
除碳、氧、氢外,其余14种元素均为植物所必需的矿质元素。
这些元素又可分为大量元素(≥0.1%DW)和微量元素(≤0.01%DW)。
植物所必需的元素的标准有3个。
除必需元素外,还有一些元素为有益元素和稀土元素。
植物必需的矿质元素在植物体内有三方面的生理作用:(1)是细胞结构物质的组成成分;(2)参与调节酶的活动;(3)起电化学作用和渗透调节作用。
必需矿质元素功能各异,相互间一般不能代替,当缺乏某种必需元素时,植物会表现出特定的缺素症。
植物细胞对矿质元素的吸收有三种方式:被动吸收、主动吸收和胞饮作用。
细胞的膜上有两种类型的传递蛋白:通道蛋白和载体蛋白。
通道蛋白可协助离子的扩散。
由载体进行的转运可以是被动的,也可以是主动的。
饱和效应与离子竞争性抑制是载体参与离子转运的证据。
载体又可分成单向传递体、同向传递体、反向传递体等类型。
根系是植物体吸收矿质元素的主要器官。
根尖的根毛区是吸收离子最活跃的部位。
根系对矿质元素吸收的特点是:对矿物质和水分的相对吸收;离子的选择性吸收;单盐毒害和离子对抗。
植物地上部分吸收矿质的作用,即根外营养/叶面营养。
根系对矿质元素的吸收受土壤条件(温度、通气状况等)等的影响。
矿质元素运输的途径是木质部。
根据矿质元素在植物体内的循环情况将其分为可再利用元素(如氮、磷等)和不可再利用元素(如钙、铁、锰等)。
可再利用元素的缺素症首先出现在幼嫩器官上,而不可再利用元素的缺素症则首先出现在较老器官上。
不同作物的需肥量不同,且需肥特点也有差异。
合理施肥就是根据作物的需肥规律适时、适量地供肥。
但矿质占植物干物质的量一般不超过10%,因此,合理施肥增产的效果是间接的,是通过改善光合性能而实现的。
《植物生理学》名词解释
植物的矿质营养及其吸收、运输、同化1.灰分:将在105摄氏度下烘干的植物材料在600摄氏度下高温烘烤,剩余的不能挥发的灰白色残渣称为植物的灰分。
2.灰分元素/矿质元素:构成植物灰分的元素称为植物的灰分元素,由于它们直接或间接地来自土壤矿质,故又称为矿质元素。
3.必需元素:是指植物正常生长发育必不可少的元素。
4.大量元素:包括C H O N P K Ga Mg S 9种,此类元素分别占植物体干重的0.01%-10%。
5.微量元素:包括Fe Cu B Zn Mn Mo Ni Cl 8种,此类元素分别占植物体干重的0.00001%-0.01%。
6.溶液培养法/水培法:是在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法。
7.砂基培养法:是在洗净的石英砂等基质中加入营养液、利用砂基作为固定植物根系的支持物来培养植物的方法,与溶液培养法并无实质性的不同。
8.有氧溶液培养法/气培法/雾培法:是将植物根系置于营养液气雾中培养植物的方法,植物根系并不直接浸入营养液。
9.有益元素:有些元素并非是植物的必需元素,但这些元素对植物的生长发育,或对植物生长发育过程中的某些环节有积极影响,这些元素被称为植物的有益元素。
10.有害元素:有些元素少量或过量存在时均对植物有不同程度的毒害作用,将这些元素称为有害元素。
11.质外体/自由空间:植物组织中细胞质膜外部的细胞壁部分在组织内构成一连续的结构空间被称为质外体。
土壤溶液中的各种矿质元素可顺着电化学势梯度自由扩散进入质外体空间,固有时又将质外体称为自由空间。
12.相对自由空间(RFS):活组织自由空间的体积大小可通过某种离子的扩散平衡实验来估算,这个估算值称为相对自由空间。
13.共质体运输:溶质通过跨膜运转进入原生质,并通过活细胞间的胞间连丝或连续不断的跨膜运转而从一个活细胞运输至另一个活细胞的过程称为共质体运输。
14.生理碱性盐:将这类由于植物对离子的选择性吸收而使环境PH升高的盐类称为生理碱性盐,硝酸盐类(硝酸铵例外)一般均属于生理碱性盐。
植物生理学精品讲义——第五章植物矿质营养——考研必备
植物生理学精品讲义第五章植物矿质营养【目的要求】学习本章的目的重点在于了解矿质营养对植物的生命活动及其生长发育的重要作用;植物根系对土壤中矿质营的吸收利用及其体内运输;各种因素对植物吸收利用矿质营的影响。
在了解植物需肥规律的基础上,力争做到合理施肥,以夺取农业生的丰产丰收。
【重点】1、矿质元素的吸收、运输2、无机养料的同化3、合理施肥的生理学基础【难点】1、矿质元素的吸收、运输2、无机养料的同化第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素植物灰分含量因不同植物、器官及不同环境的影响而异,一般水生植物的灰分含量最低,约占干重的1%;而盐生植物则最高,可达45%以上;大部分中生植物为5%~15%。
不同器官之间,以叶子的灰分含量最高;老年的植株或部位的含量大于幼年的植株或部位。
环境条件对植物灰分含量有很大影响,凡在养分含量较高,质地良好的土壤中栽培的作物其灰分含量都较高。
植物体内的矿质元素种类很多,已发现60种以上的元素存在于不同植物中,其中较普遍的有十余种。
二、植物必需的矿质元素及其确定方法根据人工培养的结果,要确定哪些元素是植物必需的有几条标准:(1)如无该元素则植物生长发育不正常,不能完成其生活史;(2)植物缺乏该元素时呈现出特有的病症,而加入该元素后则逐渐转向正常,且其功能不能用其他元素代替;(3)对植物营养的功能是直接的而非由于改善了土壤或培养基条件所致。
根据植物对必需元素需要量的多少,可将必需元素分为大量元素(氮、磷、钾、钙、镁、硫)及微量元素(铁、硼、锰、锌、铜、钼、氯、钠)两大类。
这两类元素都是植物正常生长发育不可缺少的,只是其需要量不同而已。
用含有一定量植物所需养分的水溶液培养植物的方法称为溶液培养法或水培法;也可在石英砂或蛭石中加入溶液进行培养,这种方法称为砂培法;砂培中的砂只起固定植物的作用,必需养分仍由溶液提供。
三、植物各种必需的矿质元素的生理作用及其缺乏病症(一)大量元素1.氮氮是蛋白质、核酸和磷脂的组成成分,故为各种细胞器及新细胞形成所必需。
植物生理学2 矿质营养
植物对矿质元素的吸收、转运和同化,称为植 物的矿质营养(mineral nutrition)。
矿质元素(mineral element):植物燃烧后以氧化物形态 存在于灰分中的元素,又称灰分元素。 氮不是矿质元素,但由于也是植物从土壤中吸收的所以也归 入矿质元素来讨论。 植物体内各种矿质元素的含量因植物种类、器官、年龄、 生境条件而有很大差异。 老龄植株和细胞比幼龄的灰分含量高。 干燥、通气、盐分含量高的土壤中长的植物灰分含量高。 植物种类:禾本科植物:硅较多;十字花科:硫较多;豆 科:钙和硫较多;马铃薯:钾多;海藻:碘和溴多。
逆着浓 度梯度
②载体蛋白(carrier protein)
又称为载体(carrier)、传递体(transport)、透过酶 (permease,penetrase)、运输酶(transport enzyme)。载体蛋白通过构象变化,将被运物质转至膜的 另一侧.
载体被动传递模型 离子通道模型
如何区分溶质是经离子通道还是经
一、生物膜(biomembrane)
或叫细胞膜(cell membrane) : 指由脂类和 蛋白质组成的具有一定结构 和生理功能的胞内所有被膜 的总称。 质膜(plasma membrane): 原生质的外膜 内膜(endomembrane):细 胞器的膜。 (一) 膜的特性和化学成分 选择性透过膜。对水的透 性最大,可以自由通过;越 易溶解于脂质的物质,透性 越大。所以膜一定是由亲水 性物质和脂类物质组成。
子层和镶嵌的蛋白质组成,磷脂分子的亲水性头部 位于膜的表面,疏水性尾部在膜的内部。
内在蛋白 细胞骨架的单纤维
外在蛋白
膜蛋白包括两种: 膜外在蛋白(extrinsic protein):与膜的外表 面相连的蛋白质,称为亦 称周围蛋白(peripheral protein); 膜内在蛋白(intrinsic protein):镶嵌在磷脂 之间,甚至穿透膜的内在 表面,也称螯合蛋白 (integral protein)。
植物生理学 矿质元素
植物矿质营养
mineral nutrition 植物对矿质元素的吸收、转运和同化, 统称为矿质营养 早期研究 Van Helmont(1577-1644)柳树枝条盆栽实验
5年后,柳树增加76.74kg,土壤减少0.06Kg
1699年 John Woodward 采用雨水、河水、泉水、菜园 土浸提水培养薄荷实验 1860年,J.Sachs和W. Knop (德) 无土栽培实验 植物的根本特点————自养型(无机营养型)
海藻
:海水
二、根系吸收矿物元素的过程 1.土壤中的矿质向根表面的移动 (1)集体流动——主要方式 (2)扩散 2.根生长与矿质吸收 扩大吸收面积;改变吸收土壤区域; 菌根——扩大吸收面积
3.根对吸附态离子和难溶性盐类的利用 吸附态离子 交换吸附
(1)通过土壤溶液交换 (2)接触交换
H+ K+
•溶质借助膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学势梯度的跨膜 转运 –转运蛋白有两种: •通道(channel)蛋白:或离子通道 •载体(carrier)蛋白:或离子载体 •电化学势梯度=电势梯度+化学势梯度 •不带电的分子:浓度(化学势)梯 度 •带电的离子:电化学势梯度
离子通道
•多肽链中若干疏水区段在 膜的脂双层结构中形成的 跨膜孔道结构。具有专一 性(K+,Cl-,Ca2+ ),被 动运输速率106个/S。 可根据运送的离子种类、 运送离子方向、通道开、 关的机制将离子通道分为 多种类型。如:响应跨膜 电化学梯度变化和响应外 界刺激(光照、激素、Ca) 直接通过孔道结构进行跨 膜运输。
•植物对同一溶液中的不同离子的吸收不同: 水稻:吸收Si多,Ca、Mg少 番茄:吸收Ca、Mg多,几乎不吸收Si •植物对同一种盐的正、负离子的吸收不同:(交换吸收) –a.生理酸性盐:阳离子吸收>阴离子。如(NH4)2SO4。 –b.生理碱性盐:阴离子吸收>阳离子。如NaNO3。 –c.生理中性盐:阴、阳离子的吸收量接近。如NH4NO3
《植物生理学》第二章植物的矿质及氮素营养复习题及答案
《植物生理学》第二章植物的矿质及氮素营养复习题及答案一、名词解释1.矿质营养(mineral nutrition):植物对矿质的吸收、转运和同化以及矿质在生命活动中的作用。
2.灰分元素(ash element):干物质充分燃烧后,剩余下一些不能挥发的灰白色残渣,称为灰分。
构成灰分的元素称为灰分元素。
灰分元素直接或间接来自土壤矿质,所以又称为矿质元素。
3.大量元素(major element,macroelement):植物生命活动必需的、且需要量较多的一些元素。
它们约占植物体干重的0.01%~10%,有C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S等。
4.微量元素(minor element,microelement,trace element):植物生命活动必需的、而需要量很少的一类元素。
它们约占植物体干重的10-5%~10-3%,有Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl等。
5.必需元素(essential element):植物生长发育中必不可少的元素。
国际植物营养学会规定的植物必需元素的三条标准是:①由于缺乏该元素,植物生长发育受阻,不能完成其生活史;②除去该元素,表现为专一的病症,这种缺素病症可用加入该元素的方法预防或恢复正常;③该元素在植物营养生理上表现直接的效果,不是由于土壤的物理、化学、微生物条件的改善而产生的间接效果。
6.有益元素(beneficial element):并非植物生命活动必需,但能促进某些植物的生长发育的元素。
如Na、Si、Co、Se、V等。
7.水培法(water culture method):亦称溶液培养法或无土栽培法,是在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法。
8.砂培法(sand culture method):全称砂基培养法,在洗净的石英砂或玻璃球等基质中,加入营养液培养植物的方法。
9.生理酸性盐(physiologically acid salt):植物根系从溶液中有选择地吸收离子后使溶液酸度增加的盐类。
植物生理学第二章:矿质营养
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
植物生理学第二章植物的矿质营养
第二章植物的矿质营养一、 名词解释1. 矿质营养 4•微量元素 7. 可再利用元素 10.载体蛋白 13.反向运输器二、 填空题2. 必需元素5.水培法 8. 易化扩散 11.转运蛋白 14.同向运输器1 .植物细胞中钙主要分布在 ______ 中。
2 .土壤溶液的pH 对于植物根系吸收盐分有显著影响。
一般来说,降低易于吸收 ______ 。
3 .生产上所谓肥料三要素是指 _____ 、 ____ 和 _____ 三种营养兀素。
4 .参与光合作用水光解反应的矿质元素是—、—和 _____________5. _____________________________________ 在植物体内促进糖运输的矿质元素是 、 和 6 .离子跨膜转移是由膜两侧的 _____ 梯度和 _____ 梯度共同决定的。
7 .促进植物授粉、受精作用的矿质兀素是 ________ 。
8.驱动离子跨膜主动转运的能量形式是 __________ 和 _________ 。
9 .植物必需元素的确定是通过 ________ 法才得以解决的。
10. _______________________________ 华北地区果树的小叶病是因为缺 元素的缘故。
11. _______________________________ 缺氮的生理病症首先出现在 叶上。
12. _______________________________ 缺钙的生理病症首先出现在 叶上。
13. _______________________________ 根部吸收的矿质元素主要通过 向上运输的。
14. __________________________________ 一般作物的营养最大效率期是 时期。
15 .植物地上部分对矿质元素吸收的主要器官是 __________16. _______________________________ 植物体内可再利用的元素中以 ________________ 和 最典型;不可再利用的元素中以 ______________ 最典型。
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(二)、合理施肥的指标
1、施肥的形态指标
a.相貌 b.养元素 营养临界浓度(critical concentration):获得最高产量的最低 养分浓度。 b.酰胺 c.酶活性
组织营养元素浓度与产量关系的图解
三、施肥增产的原因
施肥增产的原因是间接的,施肥通过有机营养(光合作 用)来增加干物质积累,提高产量。
植物细胞吸收矿质元素的方式
被动吸收:不需要代谢提供能量,顺电化学势梯度吸收物质的过程。
主动吸收:需要利用代谢提供的能量,逆电化学势梯度吸收物质的过程。 吸收矿质元素的主要方式。
胞饮作用(pinocytosis) :通过细胞膜的内折将吸附在膜上的物质转 移到细胞内的过程。该过程是非选择性吸收。
六.植物根系对矿物质的吸收
离子交换有两种方式:
根与土壤溶液的离子交换
(1)间接交换
(2)接触交换
2.离子进入根部导管
两条途径 质外体
共质体
1)质外体途径 外界溶液中的离子可顺着电化学势梯 度扩散进入根部质外体,故质外体又 称自由空间。
根部吸矿质的共质体途径和质外体途径
2)共质体途径
离子通过自由空间到达原生质表面后,可通过主动吸收或 被动吸收的方式进入原生质。 在细胞内离子可以通过内质网及胞间连丝从表皮细胞进 入木质部薄壁细胞,然后再从木质部薄壁细胞释放到导管中。
扩散作用的分类
扩
单纯扩散 (simplediffusion)
溶质由从浓度高的 区域跨膜移向浓度 低的区域的过程, 可双向进行。
散
易化扩散 (facilitated diffusion)
小分子物质和离子经细 胞膜上的离子载体顺浓 度梯度或电化学梯度的 跨膜转运过程。与简单 扩散一样,可以双向进 行。
3.电致泵
(二)、氨态氮的同化
形成的谷氨酰胺和谷 氨酸可进一步通过转氨 作用、氨基交换作用等 一系列反应形成其它各 种氨基酸。
图2-15谷氨酸合成酶循环
(三)、生物固氮
是指在生物体内将大气中的N2转变为NH3或NH+4的过程。能 固氮的生物都是原核微生物。
非共生:固N菌,梭菌,兰藻 微生物
共生:豆科的根瘤菌,
单盐毒害与离子对抗
1.单盐毒害
溶液中只有一种矿质盐对植物起毒害作用的现象称为单盐毒害 (toxicity of single salt)。
2.离子对抗
在发生单盐毒害的溶液中,如再加入少量其他矿质盐,即能 减弱或消除这种单盐毒害。离子间能相互减弱或消除单盐毒害作 用的现象叫做离子对抗(ion antagonism)。
5.土壤含水量 6.土壤微生物
7.离子间的相互作用
竞争作用 即一种离子的存在抑制植物对另一种离子的吸收。竞争 易发生在具有相同理化性质(如化合价和离子半径)的离子 之间,可能与竞争同种离子载体有关。如 NH4+对K+,Mn2+、 Ca2+对Mg2+、K+对136Cs+,Cl-对NO3 -等都有抑制效应。 离子协助作用 即一种离子的存在能促进植物对另一种离子的吸收。 这种作用经常发生在阴、阳离子间。
- NO3 +NADH H + - + NO2 +NAD +H 2O NR
NADH来源于呼吸作用。 关于硝酸还原酶(nitrate reductase, NR): 硝酸还原酶是一种诱导酶,受底物NO3- 诱导。是一种钼 黄素蛋白,含有钼和黄素辅酶FAD,Mo在酶促反应中起着电 子传递体的作用。受光的促进。
2、不同生育期需肥情况不同
1)养分临界期 在植物生命周期中,对养分缺乏最敏感、最易受害的时期。 如水稻的三叶期,“一叶一心早施断奶肥”; 如禾本科作物的幼穗分化期;油菜、大豆的开花期;棉花的 盛花期.
营养最大效率期:
施肥营养效果最好的时期,称为最高生产效率期,又 称植物营养最大效率期。作物的营养最大效率期一般是生 殖生长时期 。
七.植物地上部对矿质元素的吸收
植物地上部分也可以吸收矿质元素,这被称为根外营养。主 要是叶片,所以亦称为叶片营养(foliar nutrition)。
途径: 气孔、角质层 表皮细胞的质膜 根外施肥的特点: 外连丝(ectodesmata) 叶脉韧皮部
1.当幼苗根系不发达,而代谢旺盛、生长快、需肥量大时; 2.作物生育后期根部吸肥能力衰退; 3.营养临界期需肥量大,应用根外追肥可以补充营养; 4.某些肥料(如磷肥)易被土壤固定,而根外喷施无此弊端, 且用量少,节省肥料; 5.补充植物所缺乏的微量元素,用量少,效果快;
(一)硝酸盐还原为氨基本上可分为两个阶段:
一是在硝酸还原酶作用下,由硝酸盐还原为亚硝酸盐; 二是在亚硝酸还原酶作用下,将亚硝酸盐还原为氨。
(+5〕 (+3) (-3) +2e 6e - - NO3 NO2 NH 3 硝酸还原酶 亚硝酸还原酶
1、硝酸盐还原为亚硝酸盐
在细胞质中进行,由硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)催化的。
3.平衡溶液
把必需矿质元素按一定比例和浓度混合,使植物生长发育良 好,这种对植物生长有良好作用而无毒害的溶液,称为平衡溶液 (balanced solution)。
A.NaCl+ KCl+ CaCl2; B. NaCl+CaCl2 C. CaCl2; D. NaCl
小麦根在盐类溶液中的生长情况
溶液 NaCl
浓度/膜外)
mmol/L
0.14
mmol/L
160
1142
Na+
NO3SO42-
0.51
0.13 0.61
0.6
38 14
1.18
292 23
其次,对同一种盐的不同离子吸收的差异上。
生理酸性盐:根系吸收阳离子多于阴离子,如果供给 (NH4)2SO4,大量的SO42-残留于溶液中,酸性提高, 这类盐叫生理酸性盐。 生理碱性盐:根系吸收阴离子多于阳离子,如果供给 NaNO3,大量的Na+残留于溶液中,碱性提高,这类盐 叫生理碱性盐。 生理中性盐:根系吸收阴离子与阳离子的速率几乎相等, 如果供给NH4NO3,PH值未发生变化,这类盐叫生理中 性盐。
主要区域在根毛区。
(一)吸收特点
根系吸收矿质与吸收水分的相互关系:
1)相互关联:盐分一定要溶于水中,才能被根系吸收,并随水 2)相互独立:
①两者的吸收不成比例; ②吸收机理不同:水分吸收主要是以蒸腾作用引起的被动吸水 为主,而矿质吸收则是主动吸收为主。 ③分配方向不同:水分主要分配到叶片,而矿质主要分配到 当时的生长中心。
胞间连丝如何连接相邻细胞中的 细胞质的示意图
(三)影响根系吸收矿质元素的外界条件
1.土壤温度状况 2.土壤通气状况 影响主动吸收。 排水,增进土壤通气。
3.土壤溶液浓度 有饱和效应,太高造成“烧苗”。 4.土壤pH状况 直接影响
H R C NH2 (p H>6 ) COO R H C COO R H C NH+ 3 (p H<5 ) COOH
2、亚硝酸还原成氨
由叶绿体中的亚硝酸还原酶(nitrie reductase, NiR)催化。
- NO2 +6e+ H + NH 4 2H 2O 8 NiR
亚硝酸盐还原的电子供给体是绿叶中的铁氧还蛋白(Fd)。 Fd来源于光合作用。 根部进行的亚硝酸盐还原,其还原力来源于呼吸作用。 还原产生的NH4+或植物从土壤中吸收的NH4+,主要通过氨 基化作用、氨基转换作用等合成氨基酸;另一方面,也可形成 酰胺作为贮存、运输形式,或解毒作用。
施肥既可以改善植物的光合性能(生理效应),又可以通 过改善生态环境(生态效应),达到增产的效果。
(一)施肥的生理效益
具体表现在:施肥增大光合面积(如氮肥使叶面积 加大),可提高光合能力(氮是叶绿素的组成成分, 磷是光合进程中许多环节必需的),可延长光合时间 (氮肥延长叶片寿命),有利光合产物分配利用(如 磷、钾促进光合产物的运输)等。
根的总长度(mm) 59
生长情况 生长不好
CaCl2
NaCl+CaCl2 NaCl+CaCl2+KCl
70
254 324
生长不好
生长较好 生长正常
(二)、根系吸收矿质元素的过程
1.离子被吸附在根系细胞表面
根部细胞呼吸作用放出CO2和H2O。CO2溶于水生成H2CO3, H2CO3能解离出H+和HCO3-离子,这些离子同土壤溶液和土壤胶粒 上吸附的离子交换,如K+、Cl-等进行交换,使土壤中的离子被 吸附到根表面。 离子交换按“同荷等价”的原理进行,即阳离子只同阳离子交 换,阴离子只能同阴离子交换,而且价数必须相等。 根系还可分泌出一些柠檬酸、苹果酸等有机酸来溶解一些难 溶性盐类,并进一步加以吸收。岩石缝中生长的树木、岩石 表面的地衣等植物就是通过这种方式来获取矿质营养的。
(二)施肥的生态效应
例如,施用石灰、石膏、草木灰等能促进有机质 分解,也能提高土温。在酸性土壤上施用石灰,可以 中和土壤的酸性。如果施用有机肥料,更为优越,它 不只是养分较全面,肥效较长,而且还能改良土壤的 物理结构,提高土温等。
矿质元素在植物体内的分配与再分配
矿质元素在地上部各处的分配与再分配,因离子在植 物体内是否参与循环而异。
参与循环的元素:
有的元素进入地上部后仍呈离子状态(如钾) ;有的元 素形成不稳定的化合物,不断分解,释放出的离子又转移到 其它需要的器官中去(如氮、磷、镁) 。 参与循环的元素都能再利用。缺素症状发生在老叶上。
八.矿质元素在植物体内的运输与分配
(一)矿质元素运输的形式 N——主要以有机氮的形式运输(氨基酸、酰胺,少量NO3-) P——正磷酸和少量磷酰胆碱、甘油磷酰胆碱。 S——硫酸根离子,少量蛋氨酸及谷胱甘肽。 金属离子——离子。 (二)矿质元素运输的途径 根系吸收的无机离子主要通过木质部向上运输,同时可从 木质部活跃地横向运输到韧皮部。 叶片的下行运输是以韧皮部为主。也可以从韧皮部横向运输到 木质部。