植物生理学课件矿质营养

或NaFeDTPA 7.45g Na2EDTA于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
1 mol/L
1
各矿质元素在营养液中的终浓度
元素
终浓度 μmol/L
（三）必需元素的缺乏症
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。
母液名称和编号 分子量
1、KNO3 2、Ca(NO3)2∙4H2O 3、MgSO4∙7H2O 4、NH4H2PO4
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 4 2 1
母液名称和 编号
1860年，德国的J.Sachs（ 1832-1897）和W.Knop创立了溶液 培养的方法。
植物必需的矿质元素
一、植物体内的元素（灰分分析法） 44p
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。
植物细胞对物质的吸收方式可分为被动吸 收（passive absorption）、主动吸收（active absorption）和胞饮作用（pinocytosis）三种 类型。
植物体可以通过根系和叶片吸收矿质 元素，但是，根系是植物吸收矿质营养的 主要器官。
一、根吸收矿质元素的特点
1、根系吸收离子的区域 根尖的根毛区为植物根部吸收矿质
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。
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
Hoagland营养液配制方法
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。
课件2
3.钾 钾以游离态（K+）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。
MnSO4∙H2O也可用MnCl2∙4H2O； ZnSO4∙7H2O也可用ZnCl2； H2MoO4也可用Na2MoO4。
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. 参与酶活性的调节和电子载体， 如： K、Mg、Zn、Fe等
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”。
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。
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。
元素的主要部位。
2、对水分和盐分的相对吸收 对盐分的吸收主要以消耗代谢能量
的主动吸收为主，有选择性和饱和效应 ，需要载体等。
3、离子的选择吸收
植物根系吸收离子的数量与溶液中离子的数 量不成比例的现象称为离子的选择吸收。表现为 两个方面：
（1）植物对同一溶液中不同离子的吸收不同。 （2）植物对同一种盐的正、负离子的吸收不同。 例如：生理酸性盐 （ NH4）2SO4
（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。
（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；
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。
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้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。
病症：植株矮小，叶小呈淡黄色，尤其老叶 更黄。有时呈红色。
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：
加入营养液中来栽培植物。
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）、营养液膜 法（nutrient film）等。
几种常见的无土栽培技术
植物的溶液培养
（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。
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)
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
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 。
3. 起电化学作用及渗透调节作用，如：K 、Cl、Na、等
（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。
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）。
）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。
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-LiebigUniversity” 。
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。
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。
1840年，德国J.Von Liebig（李比西
母液配方
ml/L 营养液
5、微量元素 MnCl2∙4H2O 0.198g；H3BO3 3.092g； 1
ZnSO4∙7H2O 0.288g；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。
6、NaFeEDTA
分别溶解5.57g FeSO4∙7H2O和 1
最早研究矿质营养 的是荷兰的Van Helmont （1629）年的柳树枝条 环割实验。
Van Helmont （1577-1644）
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。 （生长速度）
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。（蒸馏水和添加灰分）
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。
植物对矿质元素的吸收
参与矿质元素吸收的蛋白主要是：通道蛋白、 载体蛋白和离子泵（ATP酶）。本节将详细讲 述包括矿质元素在内的各种物质的跨膜运输。
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。
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。
植物生理学课件矿质营养
本章为栽培学课程基础，皆为重点 ！
主要内容：
1、植物体内必需元素 2、植物细胞对矿质元素的吸收 3、植物对矿质元素的吸收 4、植物对矿质元素的同化 5、矿质元素在生产实践中的应用
重难点:
1、矿质元素生理 2、缺素症 3、植物营养诊断原理
相关实验研究
1、人类对植物矿质营 养的研究已有悠久的历 史。
N K Ca P S Mg *Si 16000 6000 4000 2000 1003 1000 1000
元素
终浓度 μmol/L
B Cl Mn Zn Cu Mo Fe *Ni 50 2.0 1.0 1.0 0.5 0.5 20 0.5
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。
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。
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。
（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