植物生理学第二章

钾不足：叶片出现缺绿斑点，叶缘枯焦。
4、钙Calcium(Ca)
Ca2+，植物体内主要分布在老叶或其它老组织中
①构成细胞壁。 ②钙与可溶性的蛋白质形成钙调素，起“第二信使”的作用。 ③Ca2+参与光合放氧。 ④钙能提高膜稳定性。
缺钙：顶芽、幼叶呈淡绿色,叶尖钩状, 坏死。 首先表现在上部幼茎幼叶和果实等器官上。
缺铁：幼叶脉间失绿黄化，叶脉绿色；严重时整个新
叶黄白色。
2、锰 Manganese (Mn) 主要以Mn2+形式被植物吸收。 光合作用：水的裂解 缺锰：叶绿体结构破坏、解体。
叶片脉间失绿，有坏死斑点。
3、硼 Boron (B) 植物吸收形式：硼酸(H3BO3)
植株中含量以花最高，花中柱头和子房为高。
小麦缺氮
马铃薯缺氮
下部叶片
2、磷 Phosphorus(P)
吸收方式：H2PO4-或HPO42生理作用：①磷脂和核酸的组分；②核苷酸及其衍生
物如ATP、FMN、NAD+、NADP+和CoA等的组成成分； ③在糖类代谢、蛋白质代谢和脂肪代谢中起着重要的 作用。
缺磷：分蘖分枝减少,幼芽、幼叶生长停滞, 植株矮小；
选择性，载体-物质复合物，载体蛋白构象变化
载体蛋白种类：
单向运输载体（uniport carrier） ： Fe2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+
同向运输器（sympoter）：
Cl-、K+、NO3-、NH4+、PO43-、SO42-
反向运输器（antiporter） ： Na+
载体蛋白：
高溶质浓度区 电 化 学 势 梯 度
叶子暗绿色或紫红色
磷过多：易产生缺Zn症
白菜缺磷
下部叶片
玉米缺磷
3、钾 Potassium (K)
吸收方式：K+，植物体内呈离子状态。 生理作用： 1）很多酶的活化剂。2）调节水分代谢。
渗透势调节-气孔开闭。3）促进能量代谢。参与光合磷 酸化、氧化磷酸化。4）提高抗性；参与物质运输；促 进蛋白质和多糖合成。
磷脂双分子层，镶嵌蛋白
Intrinsic protein
Extrinsic protein
二、细胞吸收溶质的方式和机理
通道运输 载体运输 泵运输 胞饮作用
（一）通道运输
通道蛋白（channel proteins）：又称离子通道，细胞膜中 一类内在蛋白构成的孔道，控制离子通过细胞膜顺电化 学势流动。
600 ℃ 灰化
灰分中的元素称灰分元 素(ash element)或矿质元 素。
60余种
灰分(ash)：干物质经 充分燃烧后余下的残 烬称为灰分。 矿质元素:氧化物
灰分
水生植物的灰分含量低，1%； 盐生植物最高，45%以上； 陆生植物约5-15%。 器官间叶片最高。 老年植株高于幼年植株。 木质部灰分含量最低。
一、生物膜 二、细胞吸收溶质的方式和机理
一、生物膜（biomembrane）
细胞中所有膜系统的总称。 占原生质体干重的70-80%。 植物生理活动的中心。
生理功能：
1、使细胞区室化，使各种代谢活动在不同的细胞 起区域内有条不紊地进行。
2、大大增加了膜的作用表面，加速了各种反应和 物质交换进程。
3、具有选择透性。 4、许多内外信号的感受器。 5、分泌和内吞使大分子物质出入细胞。
次级主动运输：次级共运转，以初级主动运输建立 的跨膜电化学势梯度作驱动力运转离子的过程。
ATP酶逆电化学势梯度运送阳离子到膜外去的假设步骤
A.B:ATP酶与细胞内的阳离子结合并被磷酸化；C.磷酸化导致酶的 构象改变，将离子暴露于外侧并释放出去；D.释放Pi恢复原构象
（四）胞饮作用
第三节 植物对矿质元素的吸收
1）完全缺乏某种元素，植物不能正常的生长发育； 2）完全缺乏某种元素，植物出现专一的缺素症状； 3）元素的功能必需是直接的，不是由于改善土壤或
培养基的条件所产生的间接效应。
2、植物必需元素的确定方法
溶液培养法（solution culture method）又称水培法 （water culture method；hydroponics）
元素
Group 1 CHONS
Group 2 P B Si
Group 3 K Na Mg Ca Mn Cl
Group 4 Fe Cu Zn Mo Ni

生理功能
有机物的主要成分， 通过羧化和氧化作用被同化
能量贮存和结构物质， 与有机物的羟基起酯化作用
参与细胞渗透调节和细胞的电平衡，影响 酶蛋白的结构和功能，保留离子状态
+
+
+
+ inner
扩散作用: 被动运输
简单扩散、协助扩散
协助扩散（facilitated diffusion ） 小分子物质经转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨
膜的转运。
被动运输: 不需要代谢能量，因扩散作用或其它物理化学过程
而引起的矿质元素的吸收。
（二）、载体运输
载体蛋白（carrier proteins）：又称通透酶或透过 酶，也是一类内在蛋白。
元素
植
大量元素 H
C
物
O N
必
K Ca
Mg
需
P
S
元
微量元素 Cl
B
素
Fe
Mn
Zn
Cu
Ni
Mo
吸 收形 式
H2O CO2 O2, CO2 NO3-, NH4+ K+ Ca2+ Mg2+ HPO4-, HPO42SO42-
ClBO33Fe2+, Fe3+ Mn2+ Zn2+ Cu2+ Ni2+ Mo42-
临界浓度：生长速率低于最大生长速率10％时 养分的浓度。
全营养
-P
-Ca
-Fe
-N
番茄的缺素症
缺素症
❖ 病症从老叶开始 N P Mg K Zn
❖ 病症从新叶开始 Ca B Cu Mn Fe S
❖ 表现出失绿症 Fe Mg Mn S N
第二节 植物细胞对矿质元素的吸收
Section2 Absorption of mineral elements by plant cell
❖ 植物矿质元素的含量与植物种类及生存的土壤环 境条件相关
禾本科高硅、十字花科高硫、豆科高钙 盐生植物高钠、海藻高碘、矿区植物高金属
二、植物必需元素及其确定方法
Plant essential elements And identifying methods
植物生长发育必不可少的元素。
1、植物必需元素的标准
砂培法（sand culture method）：石英砂、蛭石、珍 珠岩、细玻璃球
气培法(aeroponics): 将根系置于营养液气雾中栽培 植物
几种营养液培养法
A.水培法:使用不透 明的容器(或以锡箔 包裹容器),以防止 光照及避免藻类的 繁殖,并经常通气;
B. 营养膜法 (nutrient film) :营养 液从容器a流进长着 植株的浅槽b,未被 吸收的营养液流进 容器c,并经管d泵回 a。营养液pH和成 分均可控制。
促进糖分的运输。 促进花粉萌发和花粉管生长。
缺硼： 甘蓝型油菜“花而不实”，甜菜“心腐病”
4、锌 Zinc (Zn) 植物吸收形式： Zn2+ 色氨酸合成酶的组分，碳酸酐酶的成分。 缺锌：玉米“花白叶病”，果树“小叶病”。
5、铜 Copper (Cu) 吸收形式：Cu2+、Cu+ 禾谷类“白瘟病”，果树“顶枯病”
硅(Si)、钠（Na）、铝(Al)、钴(Co)、 钛(Ti)、钒(V)、锂(Li)、铬(Cr)、硒 (Se)、碘(I)等。
❖ 钠：盐生与C4植物，参与丙酮酸的运输； ❖ 硅：禾本科植物，主要累积于表皮细胞的壁中； ❖ 钴：豆科植物，固氮作用； ❖ 硒：一些黄芪属植物能积累Se；对多数植物有毒； ❖ 铝：茶树
化学组成：
蛋白质30-40%； 脂质40-60%； 糖类10-20%
外在蛋白，内在蛋白； 糖脂，磷脂（极性，非极性） 糖脂，糖蛋白（识别标记）
结构：
单位膜模型（unit membrane model）
蛋白 磷 脂
蛋白
4-4.5nm 7-9nm
Singer、Nicolson：1972年
流动镶嵌模型（flow mosaic model）
主要作为酶的辅基，参与氧化还原反应， 传递电子
N、P、K：
需要量较大，需人为地补充，又称肥料三要素。
1、氮 Nitrogen(N)
吸收方式：NH4+或NO3- ；尿素、氨基酸 生理作用：蛋白质、磷脂、核酸、酶、辅酶、辅基、
叶绿素、某些植物激素、维生素等，
称生命元素 氮肥过多：徒长，抗性下降，易倒伏，成熟期延迟 缺氮：矮小，分枝、分蘖少，叶小而薄，发黄早衰
1、通道具有离子选择性，转运速率高： 通道大小、电荷密度
2、离子通道是门控的：闸门结构
膜片钳技术
107-108个/秒 K+/15um2
---
+
+ + +
离子通道示意图
+
感应蛋白
outer
整合蛋白
K+
K+ K+ K+
整合蛋白
-
-
质膜
-
-
K+ K+
SO4-
K+ SO4-
K K+ K+
+
+ SO4-
K+ K+ SO4-