第四章 植物化学物：营养学II
营养学：植物化学物
肉碱功能：肉碱可以转运活化的长链脂肪酸进入线粒体内膜，促进有氧代谢和无氧代谢类胡萝卜素生理功能：（1）抗氧化作用：类胡萝卜素含有许多双键，具有显著的抗氧化活性，能抑制脂质过氧化，减少自由基对细胞DNA、蛋白质和细胞膜的损伤，预防与氧化损伤相关的多种疾病。
（2）抗肿瘤作用：类胡萝卜素抗癌作用的可能机制与其抗氧化、诱导细胞间隙通讯、调控细胞信号传导、抑制癌细胞增殖、诱导细胞分化及凋亡、抑制致癌物形成、增强免疫功能等有关。
（3）增强免疫功能：类胡萝卜素能增强机体的免疫功能，还能促进某些白细胞介素的产生而发挥免疫调节功能。
（4）保护视觉功能：叶黄素在黄斑区域内高浓度聚集，是视网膜黄斑的主要色素。
由于叶黄素的吸收峰与蓝光吸收光谱相对应，能吸收大量近于紫外线的蓝光，从而保护视网膜免于光损害。
植物固醇生理功能：（1）降低胆固醇作用：降低胆固醇是植物固醇的一个主要作用，植物固醇能将小肠腔内胆酸微团中的胆固醇替换出来，或抑制肠腔内游离胆固醇的酯化，妨碍乳糜微粒的形成，或竞争性抑制肠胆固醇转运蛋白对胆固醇的转运，从而降低胆固醇的吸收。
（2）抗癌作用：人群研究表明植物固醇能降低一些癌症的发病风险。
其抗癌作用的可能机制包括：阻碍细胞周期、影响细胞膜结构与功能、诱导细胞凋亡、阻止肿瘤细胞转移、激素样作用、调节免疫、降低胆酸代谢物的浓度。
（3）调节免疫功能：植物固醇能选择性地促进辅助性TH1的细胞免疫功能，抑制TH2细胞分泌IL—4、IL—6和IL—10，研究表明，植物固醇可通过影响TH1-TH2平衡而对自身免疫性疾病及病毒感染产生作用。
（4）其他作用：植物固醇可将降低体内C-反应蛋白水平，表明其具有一定的抗炎作用。
谷固醇能使脂质过氧化物降低30%。
植物固醇对试验动物可引起雌激素效应，提示其对生殖系统具有潜在的影响。
皂苷生理功能：（1）调节脂质代谢，降低胆固醇：（2）抗微生物作用（3）抗肿瘤作用（4）免疫调节作用（5）抗氧化作用（6）其他：调节神经兴奋与抗疲劳作用芥子油苷生理功能：（1）对肿瘤的预防和抑制作用（2）对氧化应激的双向调节作用（3）抗菌作用（4）其他：ITCs具有机体免疫功能、抗炎多酚类化合物生理功能：（1）抗氧化作用（2）抗肿瘤作用（3）保护心血管（4）抑制炎症作用（5）抗微生物作用（6）其他作用：黄酮类化合物具有抗突变、抗衰老、增强免疫、抗辐射等作用蛋白酶抑制剂生理功能：（1）抗病虫害侵袭（2）免疫调节与抗炎作用（3）抗氧化作用（4）抗癌作用（5）保护心血管作用单萜类生理功能：（1）抗癌作用（2）抗菌、抗炎作用（3）抗氧化作用（4）对神经损伤的保护作用（5）镇痛作用（6）其他：香茅醇能延长睡眠时间，可镇静、安眠；薄荷醇可显著促进透皮吸收效率植物雌激素生理功能：（1）预防骨质疏松（2）改善围绝经期症状（3）抗氧化作用（4）保护心血管系统作用（5）抗肿瘤作用（6）对神经损伤的保护作用（7）植物雌激素的安全性有机硫化物、大蒜生理功能：（1）抗微生物作用（2）抗氧化作用（3）调节脂代谢（4）抗血栓作用（5）调节免疫作用（6）抗癌作用（7）其他作用：大蒜还具有抗突变、保护肝脏、降低血糖、降血压等生物功能植酸生理功能：（1）螯合作用（2）抗氧化作用（3）调节免疫功能（4）抗肿瘤作用辅酶Q生理功能：（1）作为呼吸链组分参与ATP合成（2）抗氧化作用（3）保护心血管作用（4）提高运动能力（5）免疫调节（6）抗炎作用硫辛酸生理功能：（1）抗氧化作用（2）抗炎作用（3）调节糖代谢（4）保护心血管作用（5）对神经损伤的保护作用褪黑素生理功能：（1）调节时间生物学节律（2）抗氧化作用（3）调节免疫作用（4）调节能量代谢作用（5）延缓衰老。
(优选)营养学知识植物化学物
法国悖论
• 法国人同样摄入较 多的动物脂肪，但 是其冠心病的死亡 率只有美国的三分 之一。
植物化学物
•概念：指只存在于 植物中，除传统营 养素以外的低分子 量的生物活性物质， 又称植物中的次级 代谢产物。
植物化学物
植物体内的： “抗氧化物” “色素” “抗生素” “荷尔蒙” “防晒霜” “防御素”~~
大豆皂甙的生物功能作用
1. 免疫调节作用； 2. 预防高血脂； 3. 抗血栓，防治心血管疾病 4. 防治糖尿病； 5. 抗肿瘤； 6. 抗病毒。
蒺藜皂甙
1、使爆发力和耐力得到强化； 2、增长肌肉及肌肉比例； 3、使身体在强运动后迅速获得充分恢复，并提高肌 肉力量； 4、改善神经传导，提高机敏反应能力； 5、振奋精绪，增加自信； 6、提高机体对紧张状态的适应能力，最大限度调度 体能；
正确食用方法
番茄红素是脂溶性维生素，因此经过油脂烹调后 才能自然释放出来。
遇光、热和氧气易分解，故烹调时间不宜过长。 未成熟的西红柿不宜食用。 不宜饭前吃，容易使胃酸增高，产生烧心、腹痛 等不适症状。饭后吃，由于胃酸已与食物混合，胃内 酸度降低，就不会出现上述症状了。 不宜空腹吃的水果：西红柿、柿子、山楂、香蕉、 菠萝等。
四、多酚
• 植物多酚是一类广泛存在于植物体内的具有多个 羟基酚类植物成分的总称。其在植物中的含量仅 次于纤维素、半纤维素和木质素，主要存在于植 物的皮、根、木、叶和果中。
• 包括黄酮类、单宁类、酚酸类以及花色苷类等。
茶多酚功能
防治心血管疾病 杀菌消炎作用 降脂减肥 预防癌症 防辐射 抗氧化
原花青素是抗氧化能力是维生素E的50倍、维生素 C的20倍。
其次是谷物、谷物制品及坚果。
植物营养学
1. 营养：植物体从外界环境中吸取其生长发育所需的养分，并用以维持其生命活动，即称为营养。
2. 营养元素：植物体所需的化学元素称为营养元素。
3. 植物营养学：研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。
4. 必需营养元素：植物生长发育必不可少的元素。
5. 氧自由基（活性氧）：由氧转化而来的氧代谢产物及其衍生的含氧物质，由于它们都含氧，且具有比氧还要活泼的化学特性，所以统称为活性氧。
固氮酶：是豆科作物固氮所必需的，它由两个对氧敏感的非血红蛋白所组成。
一个是含铁和钼的蛋白，也称钼铁蛋白；另一个是铁氧蛋白。
6. 有益元素：在16种必需的营养元素之外还有一些营养元素，它们对某些植物的生长发育具有良好的刺激作用，或为某些植物种类、在某些特定条件下所必需，但不是所有植物所必需，人们称之为“有益元素" （目前主要包括硅、钠、钴、硒、镍、铝等 6 种。
）7. 生物有效养分：指存在于土壤的离子库中，在作物生长期内能够移动到位置紧挨植物根的一些矿质养分。
8. 化学有效养分：指土壤中存在的矿质态养分。
（化学有效养分主要包括可溶性的离子态与简单分子态养分；易分解态和交换吸附态养分以及某些气态养分。
）9. 截获：指根直接从所接触的土壤中获取养分而不通过运输。
10. 质流：植物的蒸腾作用和根系吸水造成根表土壤与原土体之间出现明显的水势差，此种压力差异导致土壤溶液中的养分随着水流向根表迁移，称为质流。
11. 养分的扩散作用：当根系通过截获和质流作用所获得养分不能满足植物需求时，随着根系不断地吸收，根际有效养分的浓度明显降低，并在根表垂直的方向上出现养分浓度的梯度差，从而引起土体养分顺浓度梯度向根表迁移，这种养分的迁移方式叫养分的扩散作用。
12. 根际：指受植物根系活动的影响，在物理、化学和生物学性质上不同于土体的那部分微域土区。
13. 根分泌物：指植物生长过程中，根向生长基质中释放的有机物质的总称。
植物营养学
粮食产量(万吨 万吨) 粮食产量 万吨0,000,000 140,000,000 120,000,000 100,000,000 80,000,000 60,000,000 40,000,000 20,000,000 0
Nitrogenous Fertilizers Potash Fertilizers
营养研究的人(植物吸收养分与吸收水分的过程有关 营养研究的人 植物吸收养分与吸收水分的过程有关) 植物吸收养分与吸收水分的过程有关
2. 海尔蒙特 海尔蒙特(Van Helmont)－－ －－1643年－1648年， 年 年
柳条试验
Van Helmont’s willow tree experiment
11. 创立“植物营养遗传学”：美国的爱泼斯坦 创立“植物营养遗传学” 美国的爱泼斯坦(E. Epstien)在 在 植物的矿质营养》 《植物的矿质营养》( 1972年)一书中详细叙述了植物营养遗传 年 一书中详细叙述了植物营养遗传 性状；我国的严小龙等编著了《植物营养遗传学》 性状；我国的严小龙等编著了《植物营养遗传学》 12. 提出“植物营养生态学”：研究植物－土壤及其环境的相 提出“植物营养生态学” 研究植物 土壤及其环境的相 植物－ 互关系； 互关系；Rorison在《植物矿质营养的生态问题》(1969)一书总 在 植物矿质营养的生态问题》 一书总 结了当时植物营养生态的研究成果； 结了当时植物营养生态的研究成果；近年来环境保护更成为研 究的热点
二、肥料 (fertilizers)
1. 含义：直接或间接供给植物所需 含义： 养分，改善土壤性状， 养分，改善土壤性状，以提高植 物产量和改善产品品质的物质。 物产量和改善产品品质的物质。 2. 肥料生产和消费情况
1975年以来我国肥料施用量与粮食总产量的变化 年以来我国肥料施用量与粮食总产量的变化
植物营养学1-12章
第一章绪论第一节植物营养学的基本概念一、植物营养学1. 含义：植物营养学是研究营养物质对植物的营养作用，研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律，以及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。
2. 植物营养学与农业生产理论指导→合理施肥→良好的营养环境→高产优质3. 主要任务：阐明植物体与外界环境之间营养物质交换和能量交换的具体过程，以及体内营养物质运输、分配和能量转化的规律，并在此基础上通过施肥手段为植物提供充足的养分，创造良好的营养环境，或通过改良植物遗传特性的手段调节植物体的代谢，提高植物营养效率，从而达到明显提高作物产量和改善产品品质的目的。
简单来说，就是以植物营养原理为理论基础，以施肥或改良植物营养遗传特性为手段，达到高产、优质和高效的目的。
二、肥料(fertilizer)1. 含义：直接或间接供给植物所需养分，改善土壤性状，以提高作物产量和改善产品品质的物质。
2. 肥料在农业生产中的作用（1）提高农作物产量；（2）改良土壤，提高土壤肥力（包括土壤结构、土壤养分含量和比例、土壤反应、土壤生化特性等）（3）改善农产品品质：氮——提高谷类籽粒蛋白质和“必需氨基酸”的含量磷——改善糖料作物、淀粉作物、油料作物等的品质钾——对作物产量和品质的影响：钾充足，不但能使作物产量增加，而且可以改善作物品质，通常被称为“品质元素”如：①油料作物的含油量增加；②纤维作物的纤维长度和强度改善；③淀粉作物的淀粉含量增加；④糖料作物的含糖量增加；⑤果树的含糖量、维C和糖酸比提高，果实风味增加；⑥橡胶单株干胶产量增加，乳胶早凝率降低；3. 肥料的来源、分类和种类来源：人类生存环境中的资源；生活和生产的废弃物。
分类和种类：按组分分：有机肥和无机肥（矿质肥）按来源分：农家肥和商品肥按主要作用分：直接肥和间接肥按肥效快慢分：速效肥和迟效肥4. 肥料施用与环境和人的关系例子：氮素在环境中的行为第二节植物营养学的发展概况一、植物营养研究的早期探索1. 尼古拉斯(Nicholas)——15世纪，首位从事植物营养研究的人2. 海尔蒙特(Van Helmont)——1640年，柳条试验，“水的营养学说”3. 渥特沃(John Woodward)——土和盐都有营养作用4. 格鲁伯(J. R. Glauber)——硝有营养作用5. 泰伊尔(Von Thaer)——19世纪初期，“腐殖质营养学说”二、植物营养学的建立和李比希的工作（一）植物矿物质营养学说(1840年)要点：土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料，厩肥及其它有机肥料对于植物生长所起的作用，并不是由于其中所含的有机质，而是由于这些有机质在分解时所形成的矿物质。
植物化学物
其与周围环境(包括紫外光)相互作用的生物
活性分子。除维生素外均是非营养素膳食
成分，统称为植物化学物
(phytochemicals)，也有将其称为食物中
非营养因子的。
迄今为止，天然存在的植物化学物的
总数量还不清楚，但估计数值为60000种～
100000种。
㈦ 单帖类（monoterpenes）
㈧ 植物雌激素（phyto-oestrogens）
㈨ 硫化物（sulphides）
㈩ 植物凝血素（lectins）：
(一)类胡萝卜素
• 类胡萝卜素是
水果和蔬菜中广
泛存在的植物次
级代谢产物，通
常分成无氧和含
氧两种类型。
二、植物化学物的生物学作用
•
•
•
•
•
物和多种维生素、微量元素等。
• 矿物质主要包括镁、钠、铁、磷、锌、铜、硒等。
• 大蒜中几乎含有人体需要的所有必需氨基酸，其
中半胱氨酸、组氨酸、赖氨酸的含量较高。
• 维生素主要是VA、VB和VC.
• 大蒜中还含有前列腺素A、B和C,含硫成分多达
30余种。
大蒜的生物学作用
•
•
•
•
(一)抗突变作用
• 异硫氰酸盐以前体芥子油的形式存在与十字花科
蔬菜中 。
• 据统计，在3000多种十字花科蔬菜中。只是扫存
在120多种GS。GS为一类β-硫葡萄糖N-羌硫酸盐
化合物，β-D硫代葡萄糖基、硫化和侧基链组合。
• 在十字花科蔬菜的细胞中存在一种能使GS水解的
酶，称为黑芥子酶或葡萄糖苷酶。在完整的植物
植物化学物质
(六) 蛋白酶抑制剂
存在于所有植物中，特别是豆类、谷类等种 籽中含量更高。 哺乳动物肠道中的蛋白酶抑制剂主要阻碍内 源性蛋白酶(如胰蛋白酶)的活性，导致机体 加强消化酶的合成反应。 蛋白酶是使一些癌症具有侵袭能力的重要因 子，蛋白酶抑制剂与蛋白酶形成复合物，从 而抑制蛋白酶。
人体平均每日摄入的胰蛋白酶抑制剂约为 295mg，素食者摄入的蛋白酶抑制剂更多。 所吸收的蛋白酶抑制剂能以生物活性形式 在各组织中被检测出来，主要具有抑制肿 瘤和抗氧化的作用。
加州大学戴维斯分校医学中心开展研究，纳入 72名成年人作为研究对象。实验中，36名成年 人服用普通橙汁，其余则服用植物固醇强化橙 汁。两周后强化组的低密度脂蛋白水平下降了 12.4%。
虽然植物固醇在许多谷物、蔬菜、水果、豆 类、坚果和种子中都存在，但含量比较低， 一般在5~40毫克，而且在烹饪和提炼过程中 也很容易被破坏，因此人们在日常饮食中很 难获得足量植物固醇。 欧美已经开始把植物固醇添加至食物中，包 括人造黄油、橙汁、早餐谷物和饼干棒。 美国心脏病协会指出，该类食品适合胆固醇 偏高的人群。
3、叶黄素和玉米黄素
自然界中叶黄素与玉米黄素共同存在，是构成蔬 菜植物色素的主要组分。存在于多种蔬菜中，以 绿叶菜中含量为高，如菠菜、西兰花等。 是一种性能优异的抗氧化剂，可抵御氧自由基在 人体内造成细胞与器官损伤，预防机体衰老引发 的心血管硬化、冠心病等症状。
最重要的是叶黄素是唯一可以存在眼睛晶体的类 胡萝卜素成分，是视网膜黄斑的主要色素和抗氧 化成分，许多眼科疾病都与叶黄素的缺乏有很大 关系，可见叶黄素对于眼睛起着重要保护作用。
番茄红素在自然界中分布很窄，主要存在于番 茄、西瓜、葡萄柚、木瓜等食物中。其中番茄 含量最高，约为14mg/100g，人体摄入的番茄红 素至少有 85% 来自番茄或番茄制品。 生吃1个西红柿只能吸收0.05毫克的番茄红素， 所以西红柿最好煮过或用开水烫一下，其中的 番茄红素才能发挥出它最大的作用。
植物营养学
植物营养学第一章绪论1.植物营养学：是研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。
2.第一个从事植物营养学的人：尼古拉斯3.采用田间试验方法研究植物营养的创始人：法国的农业化学家布森高4.英国洛桑农业试验站创始人：鲁茨5.植物营养学的奠基人及其三大学说：德国著名化学家李比希，三大学说：矿质营养学说，最小养分律、养分归还学说6.植物营养学的范畴及其主要的研究方法范畴：①植物营养生理学：营养生理学、产量生理学、逆境生理学；②植物根际营养；③植物营养遗传学；④植物营养生态学；⑤植物的土壤营养：土壤养分行为学、土壤肥力学；⑥肥料学及现代施肥技术研究方法：①生物田间试验法；②生物模拟法；③化学分析法；④数理统计法；⑤核素技术法；⑥酶学诊断法第二章大量营养元素1、植物必需营养元素的标准:必要性，专一性，直接性2、17种必须元素，哪些是大量、中量、微量，有益元素的概念及其对应的主要受益植物（1）必须营养元素分类：大量元素（0.1%以上）C、H、O 、N、P、K中量元素Ca、Mg、S微量元素(0.1%以下)Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl、（Ni）（2）“有益元素”，也称“农学必需元素”：某些元素适量存在时能促进植物的生长发育；或者是某些特定的植物、在某些特定条件下所必需的。
（3）Si 水稻、小麦、大麦Na 甜菜Co 豆科固氮植物Al 茶树3、根际的概念及其范围根际：由于植物根系的影响而使其理化生物性质与原土体有显著不同的那部分根区土壤。
根际的范围：1~5mm4、根系对养分的吸收及向根系迁移的方式（1）根系对养分吸收的过程包括：a.养分向根表面的迁移b. 养分进入质外体:指植物体内共质体以外的所有空间，包括细胞壁，细胞间隙和木质部空腔。
C. 养分进入共质体指原生质膜以内的物质和空间，包括原生质体，内膜系统及胞间连丝等。
（2）土壤养分向根部迁移的方式a.截获（Interception）是指根直接从所接触的土壤中获取养分而不通过运输。
植物营养学
植物营养学第一章绪论1、植物营养学：研究植物对营养物质吸收、运输、转化和利用的规律及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。
2、植物营养学的主要任务：①阐明植物与外界环境间营养物质和能量的交换过程；②阐明植物体内营养物质的运输、分配和转化规律；③通过施肥手段，为植物创造良好的营养环境；④通过改良植物营养性状，提高植物的营养效率和对营养胁迫的适应性；⑤提高作物产量和改善农产品品质。
目的：提高作物产量，改善产品品质, 减轻环境污染。
3、植物营养学与农业生产之间的关系：①肥料在农业生产中的作用－增产；②肥料在农业生产中的作用－改善品质。
N：果实大小、色泽，蛋白质和氨基酸含量。
P：促进果实和种子的成熟和含磷物质含量。
K：品质元素, 提高蔗糖、淀粉、脂肪、维生素和矿物质含量、改善果蔬色泽、风味，贮藏和加工性能。
③植物营养与生态环境安全：增加土壤养分、补充土壤有机质，改善土壤理化性状、调节土壤酸碱度、提高土壤生物和生化活性、减少污染，改善生态环境。
4、李比希的三大学说：①矿质营养学说：腐殖质是地球上有了植物之后才形成的。
植物最初的营养物质必然是矿质元素，腐殖质只有通过改良土壤、分解产生矿质元素和CO2来实现其营养作用。
因此，矿质元素才是植物必需的基本营养物质。
②养分归还学说：由于作物的收获必然要从土壤中带走某些养分物质，土壤养分将越来越少，如果不把这些矿质养分归还土壤，土壤将变得十分贫瘠。
因此必须把作物带走的养分全部归还给土壤。
③最小养分律：作物产量受土壤中相对含量最少的养分因子所控制，产量高低随最小养分补充量的多少而变化，如果这个因子得不到满足，即使增加其他的养分因子，作物产量也不可能提高。
5、李比希的功绩：①李比希的矿质营养学说的创立，标志着植物营养学作为一门学科的真正建立，是植物营养学发展史上的一大里程碑，并促进了化肥工业的兴起；②提出养分归还学说和最小养分律对合理施肥至今仍有深远的指导意义。
③把化学应用于农业，使化学融合于农业科学之中。
植物营养学完整版
肥料：能向植物提供其生长发育所必需的化学物质的任何物料。
（理解：施肥是为了补充环境养分供应的不足；施肥并非简单地满足作物对养分的自然需求（还有特定经济目的）。
）施肥的正面影响：提高农作物产量；改善农产品品质；改良土壤，提高土壤肥力（增加有机质增加、平衡养分、矫正pH）；人体健康（人体必需元素(54种)最终来自土壤）。
氮肥对环境的污染：氮素引起农产品，尤其是食品中硝酸盐的富集，硝酸盐通过食物链引起人畜的硝酸盐中毒（高铁血脘症、消化道癌变）；氮素的淋失对地表水和地下水造成水体的污染（三氮：NH3-N、NO2-N、NO3-N）；氨的挥发和反硝化脱氮对大气环境造成污染。
影响硝酸盐积累的因素：氮肥用量；氮肥品种；钾肥的施用。
磷肥对环境的污染：磷素随地表径流可能引起地表水体的富营养化；磷素生产过程中引起的大气氟污染；施用时候可能带来重金属土壤重金属的可能污染。
有机肥对环境的影响：氮、磷的污染；病原菌的污染；重金属的可能污染。
大量元素：氮（0.04-0.3%）、有机质（1-2.5%）、磷（大多在0.05-0.15%之间）、钾（K2O 0.5-2.8%，地壳中为3.1%）。
中量元素：钙、镁、硫。
微量元素：铁、锰、铜、锌、钼、硼。
我国土壤普遍缺氮，大部分缺磷，半数缺钾，局部缺少中、微量元素。
肥料分类：有机肥料、化学肥料、微生物肥料。
有机肥料基本特性：养分完全，但含量低；养分释放速度慢，但肥效稳长；改良土壤，提高地力；改善土壤的有机营养；改善作物的碳素营养。
化学肥料基本特性：养分含量高，但种类单纯；养分释放速度快，但后效短；部分化肥长期施用可影响土质；长期大量施用化肥可引起环境问题（地下水污染，表层水富营养化等）。
微生物肥料基本特性：通过微生物生命活动的产物改善植物营养；直接提供的养分量十分有限；辅助性肥料，不能代替有机肥及化肥的作用。
国外化肥发展四代：单质低浓度化肥（如硝酸钙）→单质高浓度化肥（如尿素）→化成复合肥料（如磷酸铵）→混成复合肥料肥料发展的趋势：高效化：不断提高肥料中养分的浓度；复合化：提高复合肥料在化肥中的比例；液体化：发展液体肥料；缓效化：延缓肥料施用后养分释放的速度。
植物营养学实验指导（实验二）
植物营养学实验指导（实验二）植物营养学实验指导（实验二）(实验二不同养分水平的溶液培养与植株中养分含量的速测)实验二不同养分水平的溶液培养与植株中养分含量的速测（综合性实验）一．原理绿色植物在整个生活周期中，除了通过叶片的光合作用外，只要满足正常生长发育所需的各种矿质元素和其他条件，植物不一定非在土壤中生长不可。
因此，在用蒸馏水及必需的几种元素配成的溶液中，植物同样可以正常生长发育，这种培养方法称为溶液培养（又称水培）。
由于溶液培养其元素的种类和数量可以控制，因此要了解某种元素的数量对植物生长发育的影响时，可有意识地配制不同水平某种元素的培养液，根据植物的生长发育情况及症状，了解其影响。
收获后，通过测定植株中的养分含量，了解养分在植物体中的累积情况。
二．材料、仪器及药品1、材料准备玉米或白菜幼苗于实验前15天左右砂培育苗。
2、仪器气泵、天平、pH计、分光光度计、火焰光度计10ml刻度吸管、1000ml量筒、培养箱及泡沫板、移液器、棉花、试剂瓶、容量瓶、白瓷板、标准滴唧、比色管3、药品(1)Ca(NO3)2?4H2O, (2)KNO3, (3 )KH2PO4, (4) K2SO4, (5) CaCl2, (6) NaH2PO4, (7) NH4NO3, (8) KCl (9) FeSO4?7H2O, (10) EDTA-Na2, (11) H3BO3, (12) CuSO4?5H2O, (13) MnSO4?4H2O, (14) ZnSO4?7H2O, (15)(NH4)6Mo7O24?4H2O。
（16）MgSO4?7H2O4、试剂（1）浸提剂：称取化学纯氯化钠58.5克放入烧杯中，加入约500毫升蒸馏水溶解，用小量筒准确量取2.1毫升浓盐酸倒入烧杯中，搅匀，移入量筒中，用蒸馏水稀释至1000毫升。
（2）混合标准原液用分析天平准确称取分析纯的下列试剂于小烧杯中：磷酸二氢钾0.2194克，硝酸钾1.806克，硫酸钾3.873克，用少量蒸馏水溶解，然后转移至500毫升容量瓶中，用少量蒸馏水洗烧杯几次，都无损地移入量瓶中，最后用蒸馏水稀至刻度，摇匀，即得含磷100mg?L-1，含硝态氮500mg?L-1，含钾5000mg?L-1的混合标准原液。
(完整版)植物营养学
第一章绪论1．什么是植物营养？什么是植物营养学？答：植物营养：植物体从外界环境中吸取其生长发育所需的化学物质，并用以维持其生命活动的过程。
植物营养学：研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。
2．李比希提出的植物营养“三大学说”各自的含义是什么？答：矿质营养学说：驳斥了当时流行的“腐殖质营养学说”，认为植物最初的营养物质是矿物质，而非腐殖质。
养分归还学说：作物的每次收获必然要从土壤中取走大量养分；若不及时归还被带走的养分，土壤地力将逐渐下降；要想恢复地力就必须归还从土壤中取走的全部养分。
最小养分律：植物的生长量或产量受环境中最缺少的养分的限制，并随之增减而增减。
环境中最缺少的养分称为最小养分。
3．试述植物营养学的研究范畴与研究方法。
答：研究范畴：植物营养生理学（营养元素生理学、产量生理学、逆境生理学）；植物根际营养（根-土界面、植物-土壤-微生物及环境因素）；植物营养遗传学；植物营养生态学；植物的土壤营养（土壤养分行为学、土壤肥力学）；肥料学与现代施肥技术。
研究方法：生物田间试验法（在田间自然条件下进行，是植物营养学科中最基本的研究方法）；生物模拟试验法（运用特殊装置，给予特殊条件便于调控水、肥、气、热和光照等因素）；化学分析法；数理统计法；核素分析法（同位素标记）；酶学诊断法第二章植物的元素营养1．什么是植物的必需元素？其判别标准是什么？答：植物必需元素：对植物生长具有必需性、不可替代性和直接营养作用的化学元素。
其判别标准是：①必要性：这种元素对所有高等植物的生长发育是不可缺少的；如果缺少该元素，植物就不能完成其生活史。
②专一性：这种元素的功能不能由其它元素所代替；缺乏这种元素时，植物会表现出特有的症状，只有补充这种元素后症状才能减轻或消失。
③直接性：这种元素必须直接参与植物的代谢作用，对植物起直接的营养作用，而不是改善环境的间接作用。
2．高等植物的必需元素有哪些？大量元素与微量元素是如何划分的？为什么将N、P、K称为“肥料三要素”？答：高等植物必需营养元素目前有16（17）种：碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、钼、氯、（镍）。
植物营养学
名词解释1植物营养：植物体从外界环境中吸取其生长发育所需的养分，用以维持其生命活动。
2营养元素：植物体用于维持正常新陈代谢完成生命周期所需的化学元素。
3肥料：直接或间接供给植物所需养分，改善土壤性状，以提高作物产量和改善产品品质的物质。
4有益元素：某些元素适量存在时能促进植物的生长发育；或者是某些特定的植物、在某些特定条件下所必需的，这些类型的元素称为“有益元素”，也称“农学必需元素”。
5重金属：原子密度大于5.0g·cm-3 约45种元素；现在，“重金属”一般泛指能够引起环境污染的金属元素，如Al，原子密度只有1.5g·cm-3。
环境污染方面所指的重金属：主要是生物毒性显著的Hg、Cd、Pb、Cr以及类金属As(五毒），还包括具有毒性的重金属Zn、Cu、Co、Ni、V等污染物6根际：由于植物根系的影响而使其理化生物性质与原土体有显著不同的那部分根区土壤。
7根际效应：在根际中，植物根系不仅影响介质土壤中的无机养分的溶解度，也影响土壤生物的活性，从而构成一个“根际效应”。
“根际效应”反过来又强烈地影响着植物对养分的吸收。
8截获：是指植物根系在生长过程中直接接触养分而使养分转移至根表的过程。
9质流：是指由于水分吸收形成的水流而引起养分离子向根表迁移的过程。
10扩散：是指由于植物根系对养分离子的吸收，导致根表离子浓度下降，从而形成土体－根表之间的浓度梯度，使养分离子从浓度高的土体向浓度低的根表迁移的过程。
11质外体：指细胞原生质膜以外的空间，包括细胞壁、细胞间隙和木质部导管。
12共质体：指原生质膜以内的物质和空间，包括原生质体、内膜系统及胞间连丝等。
13胞间连丝：相邻细胞之间的原生质丝，是细胞之间物质运输的主要通道。
14被动吸收：膜外养分顺浓度梯度（分子）或电化学势梯度（离子）、不需消耗代谢能量而自发地（即没有选择性地）进入原生质膜的过程。
15主动吸收：膜外养分逆浓度梯度或电化学势梯度、需要消耗代谢能量、有选择性地进入原生质膜内的过程。
植物化学物
（二）植物固醇(phytosterols)
主要存在于植物的种籽及其油料中，如β-谷固
醇(β-sitosterol)、豆固醇(stigmasterol)和菜
如马铃薯中的龙葵素)对机体都是无害的，而且许多过 去认为对健康不利的植物化学物都可能存在各种促进健
康的作用，如对各种卷心菜中存在的蛋白酶抑制剂
它们有明显的抗氧化和抑制肿瘤的作用。
二、植物化学物的分类
表1
植物化学物
类胡萝卜素 植物固醇 皂甙 芥子油甙 多酚 蛋白酶抑制剂 单萜类
主要是黄酮类
黄酮类：主要存在于水果和蔬菜的外层(黄酮醇)及整粒的 谷物中(木聚素lignans)。 新鲜蔬菜中的多酚可高达0.1%，例如莴苣外面的绿叶 中多酚的含量就特别高。 绿叶蔬菜中类黄酮的含量随着蔬菜的成熟而增高。户外 大地蔬菜中类黄酮的含量明显高于大棚蔬菜中的含量。
最常见的类黄酮是槲皮素(quercetin)，其每日摄入量 大约为23mg，最近的研究表明这个剂量的类黄酮(如槲皮素) 对人体健康有益。 黄酮类具有抗氧化、抗肿瘤、保护心血管等作用。
目前在动物模型中已经发现柠檬油精具有一定的抗癌 活性，临床上对乳腺癌患者的试食试验正在进行中。
（八）植物雌激素(phyto-oestrogens)
属多酚类存在于植物中，可结合到哺乳动物体内雌激 素受体上并能发挥类似于内源性雌激素作用的成分。 异黄酮（isoflavones）和木聚素从化学结构上讲均是 多酚类物质，但也属于植物雌激素。 异黄酮几乎全部存在于大豆和大豆制品中，木聚素在 亚麻(flax)种籽和粮食制品中含量较高。
植物化学物营养学作业
植物化学物的生物学功能一、植物化学物的概述（一）植物化学物的概念1．植物化学物由种类繁多的化学物质组成，根据其代谢产物的产生过程将代谢产物分为初级代谢产物和次级代谢产物。
（1）初级代谢产物是指在植物生命过程中，获得能量的代谢过程所产生的最基本的、共有的一些成分，这些成分一般是植物的营养物质，主要包括蛋白质、脂肪、碳水化合物，其主要作用是参与植物细胞的能量代谢和结构重建；（2）次级代谢产物是植物代谢产生的多种低分子量的末端产物，通过降解或合成产生不再对代谢过程起作用的化合物。
这些产物除个别是维生素的前体物（如β-胡萝卜素）外均为非营养素成分，现已将它们统称为植物化学物。
从广义上讲，植物化学物是生物进化过程中植物维持其与周围环境（包括紫外线）相互作用的生物活性分子。
当我们吃植物性食品时，就会摄取到各种各样的植物次级代谢产物。
植物次级代谢产物对植物本身而言具有多种功能，如保护其不受杂草、昆虫及微生物侵害，作为植物生长调节剂或形成植物色素，维系植物与其生长环境之间的相互作用等。
从化学结构上讲，这些次级代谢产物种类众多；从数量上讲，与初级代谢产物相比又微乎其微。
早在20世纪50年代Winter等人就提出植物次级代谢产物对人类有药理学作用，然而直到近年来营养科学工作者才开始系统地研究植物中这些生物活性物质对机体健康的促进作用。
2．植物次级代谢产物对健康具有有益和有害的双重作用。
在正常摄食条件下，几乎所有天然成分对机体都是无害的（除少数例外，如马铃薯中的龙葵素），而且许多过去认为对健康不利的植物化学物也可能存在各种促进健康的作用。
大量的流行病学调查结果证明，在蔬菜和水果中含有一些生物活性物质，它们具有保护人体和预防诸如心血管病和癌症等慢性疾病的作用。
迄今为止，天然存在的植物化学物的总数量还不清楚，但估计有60000～100000种。
就混合膳食而言，每天摄入的植物化学物约为1.5g，而对素食者来讲可能会更高一些。
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第一节 植物化学物概述
植物含有多种低分子量的次级代谢产物 metabolites)。从广义上讲， (secondary metabolites)。从广义上讲，这些次级代 谢产物是生物进化过程中植物维持其与周围环境( 谢产物是生物进化过程中植物维持其与周围环境(包括 紫外线)相互作用的生物活性分子。当吃植物性食品时， 紫外线)相互作用的生物活性分子。当吃植物性食品时， 就会摄取到各种各样的植物次级代谢产物。 就会摄取到各种各样的植物次级代谢产物。过去认为 并一直强调在植物性食品中它们是天然毒物并对人体 健康有害， 健康有害，例如马铃薯和西红柿中存在的配糖碱 (glycoalkaloids)、树薯中存在的氰化甙(cyanogenic (glycoalkaloids)、树薯中存在的氰化甙(cyanogenic glycosides)等 在过去的二十几年中， glycosides)等。在过去的二十几年中，人们对多吃富 含蔬菜和水果的膳食有益于健康的认识逐渐加深。 含蔬菜和水果的膳食有益于健康的认识逐渐加深。
(六)蛋白酶抑制剂(protease inhibitors) 蛋白酶抑制剂(protease 植物蛋白酶抑制剂存在于所有植物中， 植物蛋白酶抑制剂存在于所有植物中，特别是豆 谷类等种籽中含量更高。 类、谷类等种籽中含量更高。哺乳动物肠道中的蛋白 酶抑制剂主要阻碍内源性蛋白酶(如胰蛋自酶)的活性， 酶抑制剂主要阻碍内源性蛋白酶(如胰蛋自酶)的活性， 导致机体加强消化酶的合成反应。 导致机体加强消化酶的合成反应。人类能合成一种特 殊形式的胰蛋白酶。 殊形式的胰蛋白酶。蛋白酶抑制剂与蛋白酶形成复合 阻断酶的催化位点，从而竞争性抑制蛋白酶。 物，阻断酶的催化位点，从而竞争性抑制蛋白酶。蛋 白酶是使一些癌症具有侵袭能力的重要因子。 白酶是使一些癌症具有侵袭能力的重要因子。人体平 均每日摄入的胰蛋白酶抑制剂约为295mg 295mg。 均每日摄入的胰蛋白酶抑制剂约为295mg。
(八)植物雌激素(phyto-oestrogens) 植物雌激素(phyto(phyto 存在于植物中， 存在于植物中，可结合到哺乳动物体内雌激素受体 上并能发挥类似于内源性雌激素作用的成分。 上并能发挥类似于内源性雌激素作用的成分。异黄酮 (isoflavones)和木聚素从化学结构上讲均是多酚类物 (isoflavones)和木聚素从化学结构上讲均是多酚类物 但也属于植物雌激素。 质，但也属于植物雌激素。虽然植物雌激素所显示出的 作用只占人体雌激素作用的0.1％，但在尿中植物雌激 0.1％， 作用只占人体雌激素作用的0.1％，但在尿中植物雌激 素的含量可比内源性雌激素高10 1000倍 10～ 素的含量可比内源性雌激素高10～1000倍。依照机体内 源性雌激素数量和含量的不同， 源性雌激素数量和含量的不同，植物雌激素可发挥雌激 素和抗雌激素两种作用。 素和抗雌激素两种作用。
(二)植物固醇(phytosterols) 植物固醇(phytosterols) 主要存在于植物的种籽及其油料中， 主要存在于植物的种籽及其油料中，如β-谷固醇 (β-sitosteroI)、豆固醇(stigmasterol) (stigmasterol)和菜油固醇 (β-sitosteroI)、豆固醇(stigmasterol)和菜油固醇 (campesterol)。 (campesterol)。从化学结构来看植物固醇与胆固醇的 区别是前者增加了一个侧链。 区别是前者增加了一个侧链。人每日从膳食中摄入的 植物固醇为150 400mg，但人体能吸收的只占5 左右。 150〜 植物固醇为150〜400mg，但人体能吸收的只占5％左右。 人们已知道植物固醇有降低胆固醇的作用， 人们已知道植物固醇有降低胆固醇的作用，其作用机 制主要是抑制胆固醇的吸收。 制主要是抑制胆固醇的吸收。
caraway：香菜，葛缕子 香菜， 香菜 一种伞形科的两年生欧亚 大陆草本植物(葛缕子）， 大陆草本植物(葛缕子）， 有微细全裂的叶子和白色 或粉色小花花簇。 或粉色小花花簇。 葛缕子籽的籽状果实， 葛缕子籽的籽状果实，广 泛地用作各种食物的香料 和调味品。 和调味品。 Also called:In this sense, also called caraway seed
植物次级代谢产物对健康具有有益和有害的双重 作用。以前只是了解它们具有的毒性作用， 作用。以前只是了解它们具有的毒性作用，其中一些 还因限制营养素的利用或者增加肠壁的渗透性而被认 为是“抗营养” 有毒”的代谢物。 为是“抗营养”或“有毒”的代谢物。对植物化学物 有益作用的认识始于对农场动物的观察， 有益作用的认识始于对农场动物的观察，这些家畜常 常是连续几个月只喂饲单一的植物草料，然而却能正 常是连续几个月只喂饲单一的植物草料， 常生长和发育， 常生长和发育，这种情况与发达国家人群的膳食营养 状况是无法相比的。 状况是无法相比的。
第四章
植物化学物
Phytochemicals
第一节 植物化学物概述 第二节 多酚类化合物 第三节 含硫化合物 第四节 皂甙类化合物
⑴Phytochemicals: nonnutrient compounds in plant-derived foods that have biological activity in the body(p 8 in Nutrition concepts and conroversies). ⑵Phytochemicals: biologically active, naturally existing substances in plants that act as natural defense systems in plants and show potential for reducing risk for cancer and cardiovascular disease(p 303 in Food, Nutrition, &Diet Therapy).
一、植物化学物的分类 植物化学物可按照它们的化学结构或者功能特点 进行分类。 进行分类。 (一)类胡萝卜素 是水果和蔬菜中广泛存在的植物次级代谢产物。 是水果和蔬菜中广泛存在的植物次级代谢产物。 通常将类胡萝卜素分成无氧(oxygen free)和含氧 (oxygen通常将类胡萝卜素分成无氧(oxygen-free)和含氧 (oxygen-containing，如叶黄素)两种类型。 (oxygen-containing，如叶黄素)两种类型。对人体营 养有意义的大约在40 50种 根据个人膳食特点， 40～ 养有意义的大约在40～50种。根据个人膳食特点，人 类血清中含有不同比例的类胡萝卜素， 类血清中含有不同比例的类胡萝卜素，主要以无氧型 类胡萝卜素的形式存在， 类胡萝卜素的形式存在，如α-和β-胡萝卜素和番茄 红素。 红素。
过去一直认为各种卷心菜中存在的蛋白酶抑制剂和 芥子油甙是有害于健康的， 芥子油甙是有害于健康的，然而现在却发现它们有明 显的抗氧化和抑制肿瘤的作用。 显的抗氧化和抑制肿瘤的作用。天然存在的植物化学 物的总数量还不清楚，但估计有60,000 100,000种 60,000～ 物的总数量还不清楚，但估计有60,000～100,000种。
(七)单萜类 调料类植物中所存在的植物化学物主要是典型的 食物单萜类(monoterpenes)物质，如薄荷(peppermint) (monoterpenes)物质 食物单萜类(monoterpenes)物质，如薄荷(peppermint) 中的薄荷醇(menthol) 葛缕子种籽(caraway (menthol)、 中的薄荷醇(menthol)、葛缕子种籽(caraway seeds) 中的香芹酮(carvone) 柑桔油(citrus oil)中的柠檬 (carvone)、 中的香芹酮(carvone)、柑桔油(citrus oil)中的柠檬 油精(limonene) (limonene)。 油精(limonene)。单萜类物质的每日摄入量大约为 150mg。 150mg。
(三)皂甙(saponins) 皂甙(saponins) 是一类具有苦味的化合物，可与蛋白质和脂类( 是一类具有苦味的化合物，可与蛋白质和脂类(如 胆固醇)形成复合物，在豆科植物中皂甙特别丰富。 胆固醇)形成复合物，在豆科植物中皂甙特别丰富。根 据膳食习惯和特点， 据膳食习惯和特点，平均每日膳食摄入的皂甙约为 10mg,最高可达到200mg以上 最高可达到200mg以上。 10mg,最高可达到200mg以上。由于皂甙具有溶血的特 一直被认为是对健康有害的， 性，一直被认为是对健康有害的，而人群试验却未能 证实其危害。 证实其危害。目前一些国家已批准将某些种类的皂甙 作为食品添加剂用于饮料， 作为食品添加剂用于饮料，如美国和加拿大将其作为 泡沫稳定剂用在啤酒中，英国用在无酒精饮料(soft 泡沫稳定剂用在啤酒中，英国用在无酒精饮料(soft drinks)中。 drinks)中
(五)多酚(polyphenols) 多酚(polyphenols) 是所有酚类衍生物的总称，主要为酚酸( 是所有酚类衍生物的总称，主要为酚酸(包括羟基 肉桂酸)和类黄酮， 肉桂酸)和类黄酮，后者主要存在于水果和蔬菜的外层 黄酮醇)及整粒的谷物中(木聚素lignans) lignans)。 (黄酮醇)及整粒的谷物中(木聚素lignans)。新鲜蔬菜 中的多酚可高达0.1％，如莴苣外面的绿叶中多酚的含 0.1％， 中的多酚可高达0.1％，如莴苣外面的绿叶中多酚的含 量就特别高。 量就特别高。绿叶蔬菜中类黄酮的含量随着蔬菜的成 熟而增高。 熟而增高。户外大地蔬菜中类黄酮的含量明显高于大 棚蔬菜中的含量。 棚蔬菜中的含量。最常见的类黄酮是槲皮素 (quercetin)，其每日摄入量大约为23mg 23mg， (quercetin)，其每日摄入量大约为23mg，最近的研究 表明这个剂量的类黄酮，如槲皮素对人体健康有益。 表明这个剂量的类黄酮，如槲皮素对人体健olates) 芥子油甙(glucosinolates) 存在于所有十字花科植物中， 存在于所有十字花科植物中，它们的降解产物具 有典型的芥末、辣根和花椰菜的味道。 有典型的芥末、辣根和花椰菜的味道。借助于植物中 一种特殊的酶，即葡糖硫苷酶(myrosinase)的作用， (myrosinase)的作用 一种特殊的酶，即葡糖硫苷酶(myrosinase)的作用， 植物组织的机械性损伤可将芥子油甙转变为有实际活 性的物质，即异硫氰酸盐(isothiocyanates) (isothiocyanates)、 性的物质，即异硫氰酸盐(isothiocyanates)、硫氰酸 (thiocyanates)和吲哚(indole)。当白菜加热时， 和吲哚(indole) (thiocyanates)和吲哚(indole)。当白菜加热时，其 中的芥子油甙含量可减少30％～60％。人体每日从膳 30％～60％。 中的芥子油甙含量可减少30％～60％。人体每日从膳 食中摄入芥子油甙的量大致为10 50mg， 10～ 食中摄入芥子油甙的量大致为10～50mg，素食者每日 摄入量可高达110mg 芥子油甙的代谢产物， 110mg。 摄入量可高达110mg。芥子油甙的代谢产物，如硫氰酸 盐可在小肠完全吸收。 盐可在小肠完全吸收。