氮素营养

• 2. 氮是核酸和核蛋白质的成分
核酸也是植物生长发育和生命活动的基础物质， 核酸也是植物生长发育和生命活动的基础物质，RNA， 也是植物生长发育和生命活动的基础物质 ， DNA，核酸中含氮 －16％，核酸态氮占植株全氮的 ％，核酸态氮占植株全氮的 ，核酸中含氮15－ ％，核酸态氮占植株全氮的10 ％左右。 左右。
• 酶本身就是蛋白质，是植物体内生化作用和代谢过 酶本身就是蛋白质， 程中的生物催化剂。 程中的生物催化剂。
• 5. 氮是多种维生素、植物激素、 • 生物碱的等的成分 • （维生素B1、B2、B6、IAA、CK ）
供氮对马铃薯伤流液中细胞分裂素含量的影响
细胞分裂素含量（µmol） 天 连续供氮 0 3 6 196 420 561 连续不供氮 196 26 17
NO3-N的吸收
• 逆电化学势梯度的主动吸收； • 介质pH显著影响植物对的吸收。 pH值升高的吸收减少； • 进入植物体后，大部分在根系中同化为氨基酸、蛋白 质，也可直接通过木质部运往地上部； • 硝酸根在液泡中积累对离子平衡和渗透调节作用具有 重要意义。
NO3-N的同化 的同化
_ NO3
硝酸还原成氨是由两种独立 的酶分别进行催化的。 的酶分别进行催化的。硝酸还原 酶可使硝酸盐还原成亚硝酸盐 硝酸盐还原成亚硝酸盐， 酶可使硝酸盐还原成亚硝酸盐， 而亚硝酸还原酶可使亚硝酸盐还 原成氨 原成氨。
糖 蛋白质 糖类 氨基酸 韧皮部
NO3-
NH4+
氨基酸 根系
蛋白质
NO3- NH4+ 氨基酸 自由空间和土壤溶液中
五.NO3--N和 NH4+-N营养作用的比较
NO3--N是阴离子，为氧化态的氮源， NH4+-N是阳离子，为还原态的氮源。 不能简单的评判哪 种形态好或是不好，因 为肥效高低与各种影响 吸收和利用的因素有关。
大多数植物的根和地上部都能进行NO3-N的还 原作用，但各部分还原的比例取决于不同的因素： 4、植物的苗龄 在根中还原的比例随苗龄的 增加而提高; 5、陪伴离子 K+能促进NO3-向地上部转移， 所以钾充足时，在根中还原的比例下降；而Ca2+ 和Na+为陪伴离子时则相反; 6、光照 在绿色叶片中，光合强度与NO3-还 原之间存在着密切的相关性。
3.植物对铵态氮的吸收与同化
吸收 机理： ①被动渗透
(Epstein,1972)
膜外 NH4+ ATPase H+ 膜 膜内
②接触脱质子
(Mengel,1982)
NH4+ H+
NH3
外界溶液
细胞质
NH4+
质 膜
NH3
H+
质膜上NH4+脱质子作用的示意图
氨 酮戊二酸
还原性胺化作用
酮酸 谷氨酸 各 种 新 的 氨 基 酸
2. 氨基态氮：可直接吸收，效果因种类而异
②非脲酶途径：直接同化 尿素 氨甲酰磷酸 瓜氨酸 精氨酸
尿素的毒害：当介质中尿素浓度过高时，植 物会出现受害症状
2. 氨基态氮：可直接吸收，效果因种类而异
高等植物中氮的输送： 四.高等植物中氮的输送： 高等植物中氮的输送
叶子
氨基酸 氨基酸
CO2＋H2O NO3- NH4+ NO3NH4+ 木质部
叶绿体
叶细胞中硝酸盐同化步骤的示意图
在缺钼的植物，植物的硝酸还原能力 会显著下降。
大多数植物的根和地上部都能进行NO3-N的还 原作用，但各部分还原的比例取决于不同的因素： 1、硝酸盐供应水平 当硝酸盐数量少时，主要 在根中还原; 2、植物种类 木本植物还原能力>一年生草本 一年生草本植物因种类不同而有差异，其还原 强度顺序为： 油菜>大麦>向日葵>玉米>苍耳 3、温度 温度升高，酶的活性也高，所以也可 提高根中还原NO3 -N 的比例。
西
长江
东
增加
南
增加
二、土壤中氮的形态
水溶性 速效氮源 <全氮的5% 1. 有机氮 (>98%) 水解性 缓效氮源 难利用 占30～50% 离子态 土壤溶液中 2. 无机氮 吸附态 土壤胶体吸附
矿化作用 固定作用
占50～70%
(1～2％) 固定态 2：1型粘土矿物固定
有机氮
无机氮
三、土壤中氮的转化
结论：只要在环境中为铵态氮和硝态氮创造
出各自所需要的最适条件，它们在生理上 是具有同等价值。
六.植物氮素营养失调症状及其丰缺指标 1. 氮缺乏：首先在下部老叶出现症状
植株矮小，瘦弱，分蘖或分枝少 叶片转为淡绿色、浅黄色、乃至黄色； 茎叶基部或呈紫红色 早衰，产品品质差
－N
＋N
大麦 燕麦
玉米
禾本科作物 缺氮的症状
二、氮的生理功能
• 1. 氮是蛋白质的重要成分
蛋白态氮通常可占植株全氮的 － ％。 ％。蛋白质中平 蛋白态氮通常可占植株全氮的80－85％。蛋白质中平 态氮通常可占植株全氮的 均含氮16－ ％， ％，体内细胞的增长和新细胞的形成都必须 均含氮 －18％，体内细胞的增长和新细胞的形成都必须 有蛋白质，否则受到抑制，生长发育缓慢或停滞。 有蛋白质，否则受到抑制，生长发育缓慢或停滞。氮是一 切有机体不可缺少的元素，所以它被称为“ 生命元素” 切有机体不可缺少的元素，所以它被称为“ 生命元素”。
（二）
土壤中氮素
李晓林材料
一、土壤中氮素的来源及其质量分数 来源
1. 施入土壤中的化学氮肥和有机肥料 2.动植物残体的归还 3. 生物固氮 4. 雷电降雨带来的NH4＋－N和NO3－－N NH N NO N 5、尘埃为0.1 ～0.2公斤/公顷年 6、灌水
含量
我国耕地土壤全氮含量为0.04～0.35％ 之间，与土壤有机质含量呈正相关 我国土壤含氮量的地域性规律： 北 增加
转氨基作用
氨
酰胺
2.NH4-N的同化
酰胺形成的意义（谷氨酰胺、天门冬酰胺） ①贮存氨基 ②解除氨毒
4.植物对有机氮的吸收与同化
1. 尿素（酰胺态氮） 吸收：根、叶均能直接吸收 同化：①脲酶途径：尿素
脲酶
NH3
氨基酸
②非脲酶途径：直接同化 尿素 氨甲酰磷酸 瓜氨酸 精氨酸
尿素的毒害：当介质中尿素浓度过高时，植 物会出现受害症状
三.植物对氮的吸收与同化
•
吸收的形态 无机态（主要）：NH4+－N、NO3-－N 有机态（少量） ：NH2 －N、氨基酸、 核酸等
1.各种形态氮素的吸收利用
a. 穿过液泡膜储存在液泡中。 b. 从木质部被运输到地上部。 c. 在根系中或地上部被硝酸还原酶还原。
2.植物对硝态氮的吸收与同化
• 吸收：植物主动吸收NO3-－N • 吸收的形态：植物主动吸收NO3-－N
铵态氮和硝态氮的营养特点
铵态氮和硝态氮的营养特点
喜铵植物： 水稻、甘薯、马铃薯
兼性喜硝植物：小麦、玉米、棉花等 喜硝植物： 大部分蔬菜，如黄瓜、 番茄、莴苣等 专性喜硝植物：甜菜
原因
1. 植物的遗传特性 2. 环境因素
介质反应：酸性：有利于硝的吸收 中性至微碱性：有利于铵的吸收 陪伴离子、介质通气状况、土壤水分状况
_ NO2
NH3
硝酸还原酶
NAD(P)H+H+ 2e-
亚硝酸还原酶
光合系统 e铁氧还蛋白
I
NO3
_
FADH2 FAD
CytFeII CytFeIII
MoIV MoVI
NO2
-
（还原性）
类红 色素
NADP
NAD(P)+
2 H+
H2O
NADPH2
NH3
铁氧还蛋白 （氧化性）
H2O+OH-介质pH升高
细胞质
一、植物体内氮的分布
• 幼嫩组织>成熟组织>衰老组织， • 生长点>非生长点
分布
1）、不同作物种类含量不同 ）、不同作物种类含量不同 ）、 豆科植物含有丰富的蛋白质，含氮量也高。 豆科植物含有丰富的蛋白质，含氮量也高。 按干重计，大豆含氮2.25%，紫云英含氮 按干重计，大豆含氮 ，紫云英含氮2.25%； ； 氮量较低，大多在1%左右 左右。 禾本科作物一般含氮量较低，大多在 左右。 2）、作物不同器官含量不同 ）、作物不同器官含量不同 ）、 幼嫩器官和种子中含氮量较高，茎杆含量较低。 幼嫩器官和种子中含氮量较高，茎杆含量较低。 如小麦子粒含氮量为2.0%-2.5%，茎杆仅为 如小麦子粒含氮量为 ，茎杆仅为0.5% 豆科作物子粒含氮量为4.5%-5%，茎杆仅为 豆科作物子粒含氮量为 ，茎杆仅为1.4%
氨基酸
氨化微生物 水解、氧化、还原、转位
NH4＋－N＋有机酸
3. 发生条件：各种条件下均可发生
最适条件：温度为20～30oC， 土壤湿度为田间持水量的60％， 土壤pH＝7，C/N≤25:1
4. 结果：生成NH4＋－N（有效化）
（二）土壤粘土矿物对NH4＋的固定 1. 定义
吸附固定：由于土壤粘土矿物表面所带负电荷 而引起的对NH4＋的吸附作用 晶格固定：NH4＋进入2：1型膨胀性粘土矿物的 晶层间而被固定的作用
缺氮
2.氮素过多的危害
作物贪青晚熟，生长期延长。 细胞壁薄，植株柔软，易受机械损伤（倒伏） 和病害侵袭（大麦褐锈病、小麦赤霉病、水稻褐 斑病）。 大量施用氮肥会降低果蔬品质和耐贮 存性； 棉花蕾铃稀少易脱落； 甜菜块根产糖率下降； 纤维作物产量减少，纤维品质降低。 蔬菜硝酸盐超标
氮过量
Slight symptoms of N toxicity in cucumber
Cucumber growth with normal N Nutrition
七.诊断 诊断
• 作物形态诊断 • 作物化学诊断 • 土壤养分诊断
李晓林材料
3.作物的形态诊断：作物营养的失调症状 作物的形态诊断： 作物的形态诊断
老N 组P 织K 先 Mg 出 Zn 现 斑 点 出 现 情 况 不 易 出 现 易 出 现 易 枯 死 不 易 枯 死 N P K Mg Zn B Ca S Mn Cu Fe Mo
氮素营养 Nitrogen Nutrition
• • • • • •
（一） 氮在植物体内分布 氮在植物体内生理功能 植物对氮的吸收与同化 高等植物中氮的输送 植物氮素营养失调症状及其丰缺指标 诊断 （二）
• 土壤中氮素的来源及其质量分数 • 土壤中氮的形态
• 土壤中氮的转化 （三） 目前研究热点
－N ＋N 小麦
苗期缺氮
绿色V字症
老叶缺氮
不同时期和部位的缺氮症状
Cucumber with N deficiency
-N +N
Celery leaves with N deficiency
缺氮
供氮
Strawberry with N deficiency on right
+N -N
N deficiency in vine growth
3）作物不同生育时期含量不同 ） 在营养生长阶段，氮素大多集中在茎叶等幼嫩器官， 在营养生长阶段，氮素大多集中在茎叶等幼嫩器官， 当转入生殖生长时，茎叶中的氮素向子粒、果实、 当转入生殖生长时，茎叶中的氮素向子粒、果实、块 根或块茎等储藏器官转移；成熟时，大约有70%的氮 根或块茎等储藏器官转移；成熟时，大约有 的氮 素已转入种子、果实、块根或块茎等储藏器官。 素已转入种子、果实、块根或块茎等储藏器官。 4）作物体内氮素的含量和分布，明显受施氮水平 ）作物体内氮素的含量和分布， 和施氮时期的影响 随施氮量增加， 随施氮量增加，作物各器官中氮的含量均有明显提 通常是营养器官的含量变化大， 高。通常是营养器官的含量变化大，生殖器官则变 动小，但生长后期施用氮肥， 动小，但生长后期施用氮肥，则表现为生殖器官中 的含氮量明显上升。 的含氮量明显上升。
NH3 N2、NO、N2O
生 物 挥发损失 反硝化作用 硝化作用 硝酸还原作用
Leabharlann Baidu
有 机
氨化作用 生物固定
有
固 定
机 氮
铵态氮
吸附固定 损失
硝态氮
态铵 固定态铵
硝态氮
（一）有机态氮的矿化作用（氨化作用） 1. 定义：在微生物作用下，土壤中的含氮
有机质分解形成氨的过程。
2. 过程：
有机氮
水解酶
异养微生物
症 状 出 现 的 部 位
B 新 Ca 组 Fe 织 S 先 Mn 出 Mo 现 Cu
生 长 点 是 否 易 枯 死
作物的化学诊断
• 养分潜在缺乏的诊断 • 植物组织的化学测定（诊断） 植物组织的化学测定（诊断） 氮磷钾三要素的定量分析 微量元素的定量分析
土壤养分诊断
• 土壤有效养分的提取和指标 • 土壤养分状况诊断
• 3. 氮是叶绿素的成分
绿色植物赖于叶绿素进行光合作用，据测定， 绿色植物赖于叶绿素进行光合作用，据测定，叶 赖于叶绿素进行光合作用 绿体约占叶片干重的20－ ％， ％，而叶绿体中约含蛋白 绿体约占叶片干重的 －30％，而叶绿体中约含蛋白 45－60％。 质45－60％。
• 4. 氮是酶的成分（酶本身是蛋白质）