第二章 矿质代谢

Cu缺素症 叶片生长缓慢,呈现暗绿色,幼叶缺绿，树 皮、果皮粗糙,而后裂开,引起树胶外流； 蚕豆缺铜,花瓣上黑色“豆眼”褪色。
蚕豆缺Cu “豆眼”褪色；
柑橘缺Cu流胶
柑桔缺Cu裂果
6．钼
吸收形式：MoO42生理功能：
在氮代谢中起重要作用： 1. 钼是硝酸还原酶的组成成分； 2. 钼是固氮酶成分，为豆科植物的根瘤 菌固氮所必需。
第二章
植物的矿质营养
人和自然的关系问题不是一个为人 类表演的舞台提供一个装饰的背景，或 者甚至为了改善一下肮脏的城市，而是 需要把自然作为生命的源泉，社会的环 境，诲人的老师，神圣的场所来维护， 尤其是需要不断的再发现自然界其本身 的还未被我们掌握的规律，寻根求源. —伊恩"L·麦克哈格《设计结合自然》 （蜗牛和蚕等）兼收并蓄、蓄势待发
溶液培养法(solution culture method) 和砂基培养法(sand culture)
气栽法（aeroponics）
营养液 气雾室 营养液
封 盖 搅 拌 器
营 养 膜 (nutrient film)法
在进行溶液培养或砂基培养时，要注意以下几个 方面的问题：
1.注意通气；如营养膜法，气培法
Mg缺素症
缺镁最明显的病症是缺绿病：老叶脉间失 绿,形成网状脉(双子叶植物)和条状脉(单 子叶植物)；严重缺镁,形成坏死斑块。 老叶先发病。
网状脉、玉米缺Mg条状脉、葡萄缺镁、柑桔缺镁 果实脐部失绿
6．硫
吸收形式：SO42生理功能： 1. 蛋白质的成分：含S氨基酸（胱氨酸、半 胱氨酸、蛋氨酸）； 2. CoA、硫胺素（VB1）、生物素（一种辅 酶）的成分，参与多种生化反应； 3. 构成体内氧化还原体系：谷胱甘肽、谷 胱甘肽-SH。
植物缺素症状与该元素在体内存在的状态、分布 以及生理功能有关。 移动性强的元素缺素症状多出现在老叶上， 如N、K、Mg等；（可移动元素） 移动性差的元素缺素症状多出现在幼叶上，如Ca、 Fe等（非移动元素）
与叶绿素合成有关的元素。其缺素症常常是失绿。 另外，如P、K、B与物质运输有关，常常影响糖类 物质的积累等。
营养诊断顺口溜
营养诊断有特点，功能症状是关键 N 长枝叶K长根， 开花结实用P喷 幼叶黄化缺Fe素，苦痘水心Ca病因 花而不实是缺B， 叶小簇生要补Zn Fe B Ca Mn难运转，始显症状组织新 老叶先病好诊断，主要N P K Mg Zn P K B存在糖好运，缺之茎叶紫红韵
植物缺少元素什么原因造成的？（主要是人为因素） 我们已经知道植物在何处获得某一种元素，问题是它 为什么是这个样子获得？还有其它的途径吗？如CO2 通过叶片进入，有可能通过根系吗？ N、 P、K呢？ 其他元素呢？在人工培养的条件下，缺素症经常发生 并造成损失，如盐碱地缺铁，酸性土壤缺磷. 将各个必须元素、有益元素、有害元素的具体生理作 用找出来并进行归纳。 思考题：1基因缺失、错位造成的病症，2缺素症，3 致病菌、害虫和病毒危害造成的症状，4环境因素危害 如水分、温度、光照、盐分、污染、农药等。对于生 长的植物，这4种非正常状态有什么区别？
吸收形式：K+ 生理功能：钾不是细胞的组成成分，主要是以离 子态存在于细胞内
1. 酶的活化剂，60多种酶。
2. 促进蛋白质合成、糖类的合成及运输。 3. 降低原生质体黏性，提高细胞保水力，增强 抗旱性。 4. 参与控制细胞吸水、气孔运动等生理过程。
K缺素症
缺钾时，叶片缺绿，边缘焦枯；生长缓慢，易倒 伏，根生长不良。
域的跨膜转移；
协助扩散（易化扩散）: 离子或小分子物质借
助于膜转运蛋白顺电化学势梯度的跨膜转运过 程，速度快。
膜转运蛋白
主要有两类：通道蛋白（channel protein） 和载体蛋白（carrier protein） 1.通道蛋白/离子通道/通道 其构象改变时，形成允许离子通过的孔， 孔内有表面电荷并充有水，通常一种通道只 允许某一种离子通过。（图2.3） 通道进行的转运是被动的；离子的转运速率： 106个/s～108个/s。
S缺素症
后期生长受抑制，新叶均一失绿发白，开花结 实延迟。
新叶首先出现病症。
生产中不多见，各种土壤中有充足的S供 植物生长。
大豆缺硫植株矮小,新叶均一失绿发白；玉米缺 硫,新叶均一失绿发白；缺S油菜开花结实延迟；
微量元素
1．铁
吸收形式：Fe2+，Fe３+ 生理功能： 1.是酶的辅基：cyt氧化酶、过氧化氢酶、 等，参与电子传递； 2.固氮酶成分，参与生物固氮； 3.参与叶绿素的合成。
二、植物必需的矿质元素
1、植物必需元素的标准
必需元素是指植物生长发育必不可少的元素。
不可缺少性：如无该元素则植物生长发育不正常，
不能完成其生活史；
不可替代性：植物缺乏该元素，表现出专一的缺
素症，只有加入该元素才可预防和恢复，不能被 其他元素替代；
直接功能性：对植物营养的功能是直接的，而非
2.经常更换或补充营养液：调节适宜的pH值
3.容器不宜透光 4.容器、介质等纯净 5.种子内部营养物的影响等。
水培法和砂培法已经逐步成为一种切实可行的农业生产 手段，即无土栽培技术，目前这一技术已经广泛的应用于 蔬菜和花卉等方面。
培养液：Hoagland培养液（大量元素）和Arnon培养液（微 量元素）等。组织培养也是溶液培养的基础上发展起来的。
2.植物生命活动的调节者：参与酶的活动 3.电化学作用： K+、Cl-。
（二）各种必需元素的主要生理作用及缺素症
大量元素
1．氮
吸收形式：NH4+，NO3-，尿素CO(NH2) 生理功能：
1. 蛋白质、核酸、磷脂的成分
2. 酶的成分
3. 三素（激素IAA CTK、维生素、叶绿素）的 成分。
N缺素症
需要植物代谢供应 能量，是逆电化学 势梯度吸收的
胞饮作用属于非选择吸收方式，不是 植物细胞吸收矿质元素的主要方式。
一、被动吸收
扩散: 是指物质从电化学势较高的区域向电化学 势较低的区域转移即顺电化学势梯度转移的现 象，扩散的最终结果是达到电化学势平衡。
单纯扩散: 溶质从浓度较高区域向浓度较低区
植物必需的矿质元素
植物必需元素的标准
植物必需元素的确定方法—溶液培养法 植物必需的元素 植物必需元素的生理作用及其缺素症
一、植物体内的元素
灰分分析
水分 植物材料 105℃ （10%—95%） 挥发
C.H.O. N
有机物 600℃ 干物质 （5%—90%） 灰分
C.H.O.N.S
（90%—95%）
（5%—10%） 残留
1）植株茎秆柔弱,易倒伏, 抗逆性差 2）菜豆缺K，边缘焦枯
棉花缺钾老叶呈“褐色烧焦状”枯死,根 少
4．钙
吸收形式：Ca2+ 生理功能：
1. 细胞壁胞间层的成分； 2. 参与细胞分裂； 3. 稳定膜的作用：磷脂与蛋白质之间的桥梁； 4. 结合有害的有机酸，起到解毒作用； 5. 酶的活化剂；
6. 具有信使功能：Ca－CaM蛋白复合体；
3、植物必需的元素
已经证明17种元素是植物正常生活所必需的， 根据植物对必需元素需要量的多少，可将必需 元素分为两大类：
大量元素 碳 氢 氧 氮 磷 钾 钙 镁 硫 微量元素
铁 硼 锰 锌 铜 钼 氯 镍
三、必需元素的生理作用及其缺素症
（一）必需元素的生理作用
1. 细胞结构物质的组成成分：N、P、S；
由于土壤、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。
2、植物必需元素的确定方法
溶液培养法/水培法（Solution culture method）：是在含有矿质元素的营养液中培养 植物的方法。 砂基培养法（Sand culture method）（简称 砂培法）：是用洗净的石英砂、珍珠岩、蛭石 等作支持物，加入营养液来栽培植物的方法。 气栽法、营养膜法等
P缺素症(果实)
缺磷时，植物代谢过程受抑制，植株瘦小，茎 叶紫红色或暗绿色，分枝或分蘖少；延迟成熟， 果实、种子少且不饱满。 症状表现：老叶先发病，逐渐向幼叶扩展
P过多：叶片产生小焦斑；引起植株缺锌
水稻缺P：新叶色深，呈墨绿色
缺P大麦生长矮小，叶色深绿
萝卜缺P，老叶呈紫红色
玉米缺P，茎叶发红
3．钾（茎、根）
(四)无土栽培的优点
连栋大棚
1.不受土地条件的限制 2.改善作物品质 3.节省水、肥 4.便于工厂化生产
国兰育苗.
乳纹椒草育苗
蝴蝶兰育苗
彩叶树穴盘育苗
温室番茄无土栽培
苗盘
连栋大棚无土栽培番茄
荷兰 水果 黄瓜 蛋茄
无土栽培甜瓜
网纹 甜瓜
岩棉生产生菜
轻基质 无土栽 培屋顶 绿化工 程
无土立体栽培
Mo缺素症
大豆缺Mo根瘤发育不良
叶较小，叶脉间失绿,有坏 死斑点,且叶边缘焦枯,向内 卷曲。
番茄
白菜
7．氯
一般植物对Cl-的需要量很微，每升仅几毫克； 盐生植物较高，为70～100mg/L。
Cl-在调节细胞溶质势和维持电荷平衡方面起 重要作用。 缺氯时，生长缓慢，叶小，易萎蔫
8．镍
脲酶的金属辅基，对氮代谢中起重要作 用． 缺镍，体内尿素积累过多，叶尖坏死， 产生毒害．
4．锌
吸收形式：Zn2+ 生理功能：
1.锌是一些酶的成分和活化剂：色氨酸 合成酶、碳酸酐酶的组分或辅基； 2.参与合成IAA（前体是色氨酸）。
Zn缺素症：
缺锌时不能合成IAA而使植物生长 受阻。果树小叶病、丛叶病是缺锌 的典型症状。
苹果缺Zn顶端叶小簇生
5．铜
吸收形式：Cu2+，Cu+ 生理功能： 1)铜是一些酶的成分： cyt氧化酶、SOD； 2)铜是叶绿体中质体蓝素(PC)的组分。
萝卜缺N的植株老叶发黄
2．磷
吸收形式：H2PO4-，HPO42生理功能： 1. 核酸、核蛋白、磷脂的成分，参与细胞质、 膜、核的组成。 2. ATP腺嘌呤核苷三磷酸、辅酶NAD烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、 NADP、FAD黄素单核苷酸、FMN黄素腺嘌呤二核苷酸等的成分， 参与一切代谢，还能促进糖的运输。 3. 细胞液中含有磷酸盐，构成缓冲体系，维 持细胞渗透势。
植物的矿质营养包括：
矿 质 的 吸 收 矿 质 的 运 输 矿 质 的 同 化
第二章
矿质代谢
§1.植物必需的矿质元素
§2.植物细胞对矿质元素的吸收
§3.植物体对矿质元素的吸收 §4.矿质元素在植物体内的运输和分 配 §5.植物对无机养料的同化
§6.合理施肥的生理基础
§1.植物必需的矿质元素
植物体内的元素
B缺素症：
油菜“花而不实”；大麦、小麦“穗而不实” （亮穗）；棉花“蕾而不花”。
油菜缺B“花而不实”；小麦缺B“亮穗”；玉米缺 B结实不良
3．锰
吸收形式：Mn2+ 生理功能： 1. 锰参与光合放氧； 2. 酶的活化剂。
Mn缺素症：
缺锰的症状是,叶片脉间缺绿, 有坏死斑点。 新叶先发病。
小麦缺Mn
Fe缺素症
铁不仅参与光合作用，它还参与叶绿素生 物合成形成原叶绿素酸酯，缺乏时由于原 叶绿素酸酯不能形成而影响叶绿素合成， 导致幼芽幼叶缺绿发黄,甚至变为黄白色,而 下部叶片仍为绿色。
苹果缺铁
玉米缺Fe，新叶发黄变白
2．硼
吸收形式：H3BO3 生理功能： 1.促进花粉管的萌发和伸长； 2.与糖结合，B－糖有极性，促进糖的运输； 3.细胞壁的成分。
思考
参与光合作用的元素有哪些？
引起叶片失绿的元素？
参与循环及不参与循环的元素？
参与N代谢的元素？
参与有机物运输的元素？
下面：植物必需的矿质元素是
如何被细胞吸收利用的？有何 特点？如何调节？
பைடு நூலகம்
§2.植物细胞对矿质元素的吸收
细胞对矿质元素的吸收有三种方式：
被动吸收 主动吸收 胞饮作用
不需要植物代谢供给能量，溶 质顺电化学势梯度进入细胞
缺氮时，有机物质合成受阻，生长发育停 滞，植株矮小，分枝少；叶片发黄，早衰； 根系细长，根量较少。
症状表现: 老叶先发病，逐渐向幼叶扩展。 N过多：引起徒长，叶大而薄，茎秆柔嫩， 抗逆性减弱
1）生长矮小，根系细长， 分枝（蘖）减少。 老叶 发黄枯死，新叶色淡
CK油菜：缺N的植株
2)老叶发黄， 新叶色淡 大麦缺N
7. 抗病作用：有助形成愈伤组织。
Ca缺素症
生长点坏死，嫩叶变形或坏死。缺素症状首先表现在上部 幼茎幼叶和果实等器官上。
大生 豆长 缺点 坏 死 Ca
幼玉 叶米 有生 缺长 刻点 状坏 死
,
,
”
大 白 菜 “ 干 心 病
蕃 茄 “ 脐 腐 病 ”
苹果苦痘病
苹果水心病
5．镁
吸收形式：Mg2+
生理功能： 1. 参与光合作用：叶绿素的成分，活化 Rubisco(核酮糖二磷酸羧化/加氧酶）；参 与呼吸作用：活化乙酰辅酶A； 2. 酶的活化剂； 3. 有利于蛋白质的合成。