植物的矿质代谢
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植物生长与营养物质代谢之间的关系植物的生长需要大量的生理代谢活动支持,其中营养物质代谢是最基本的过程之一,和植物生长密不可分。
营养物质代谢指的是植物对外界营养元素的吸收和利用,包括碳水化合物、蛋白质、脂类、矿物质元素等,而这些物质都是植物生命活动的基础,是维持植物生长所必需的。
碳水化合物代谢是植物生理代谢的重要组成部分。
在植物体内,碳水化合物由光合作用产生,其中碳酸酐化作用是最核心的过程,通过该过程,植物可以将二氧化碳和水合成有机物,包括葡萄糖、果糖等。
这些有机物可以被进一步转化为淀粉、纤维素等。
淀粉是储存有机物的主要形式,可以供植物在夜间或雨季等不利条件下进行维持生命所需的代谢活动。
蛋白质代谢是支持植物生长发育不可或缺的过程。
在植物体内,蛋白质可以通过氨基酸,反式难以吃下的是那么,糖类代谢产生,它们是形成植物组织和器官的重要基础。
植物的生长发育过程也与蛋白质代谢有着密切的关系。
例如在种子萌发过程中,胚根尖和胚轴的细胞分裂活跃,通过蛋白质合成,使得新生细胞得以产生。
在植物早期生长阶段,由于嫩芽生长较快,所以需要提供大量的氨基酸,以供支持细胞以及组织的增长,这是保证营养物质代谢正常完成的必要条件。
另一方面,脂类代谢在植物生长中也有着重要作用。
脂类是植物细胞膜重要组成成分之一,对于植物的生长和发育、适应外界环境等起着重要的作用。
在植物体内,脂类可以由碳水化合物所转化而成,是支撑植物生长发育的主要能源。
不过近年来的一些研究也表明,脂类在植物的调控系统中起着重要作用,对植物体内各种代谢活动有着调控作用。
除此之外,矿物质元素是植物营养物质代谢中另一个不可忽视的部分。
作为植物细胞中的基本元素,矿物质元素的参与正常代谢充满急需,如硝酸盐、钾、磷等,则是植物所需要的营养元素之一。
硝酸盐是植物生长过程中最为重要的氮源之一,除此之外,还可以用作植物体内的光合产物的转运。
钾元素则对维持植物体内的渗透压和离子均衡有着关键作用,同时还能促进植物的质量和产量。
植物新陈代谢一水分代谢和矿质代谢[知识结构]一、绿色植物的水分代谢1.水分的吸收(1)植物体吸水的结构根器官——→根尖——→根毛区——→表皮细胞(如根毛)(主要器官)(最活跃区域)(吸水功能单位)吸胀吸水:细胞种类:幼嫩的植物细胞(没有形成大液泡之前)原理:靠亲水性物质纤维素、蛋白质、淀粉等吸水。
思考:1、相同重量的大豆、小麦和花生放在水中,在相同时间内,哪种生物的种子增重最多?为什么?(2)细胞渗透吸水原理(3)渗透吸水原理的验证实验——质壁分离和复原的实验①分析细胞质壁分离及复原的原因②分析说明质壁分离实验的意义说明原生质层确实具有选择透性,相当于一层半透性膜。
思考:2、质壁分离及其复原实验有哪些方面的应用?3、在某些溶液中,细胞发生质壁分离后自动复原的原因是什么?4、给农作物施肥后有时会出现烧苗现象的原因是什么?2.水分的运输和利用(1)水分运输(2)水分利用:约占吸水总量的1%—5%,用于各种代谢活动。
3.水分的散失(1)水分散失形式:以气体蒸腾为主、液态的吐水和伤流为辅(2)水分蒸腾量:约占吸水总量的95%—99%左右(3)气孔蒸腾途径(4)蒸腾的意义①降低叶面温度,防止灼伤②蒸腾拉力是水分吸收和运输的主要动力③蒸腾液流促进无机盐的运输补充资料:影响气孔运动的主要因素1、温度:气孔张开度一般随温度的上升而增大,温度为30℃左右时达到最大;低温时气孔不能很好张开;温度过高由于蒸腾作用过强,保卫细胞失水而导致气孔关闭。
2、叶片的含水量:白天若蒸腾作用过于强烈,保卫细胞失水气孔关闭,阴雨天叶子吸水饱和,表皮细胞含水量高,挤压保卫细胞,故白天气孔也关闭。
4.合理灌溉、节约水资源根据植物的需水规律适时、适量灌溉,以便使植物茁壮生长,并且用最少的水获取最大的收益。
二、绿色植物的矿质代谢1.植物生活的必需元素(1)种类(2)作用:植物体的重要结构物质,或者参与调节生命活动实验设计:如何验证某种元素是植物必需的矿质元素溶液培养法,不要用基质2.吸收特性(1)选择性吸收:和膜上离子载体的种类和数量有关(2)代谢性吸收:需要消耗细胞代谢产生的能量(3)与水分吸收的关系:植物细胞吸收矿质元素和渗透吸水是两个相对独立的过程。
植物吸收矿质元素的主要方式
植物细胞吸收矿质元素的方式有:
1、被动吸收:包括简单扩散、杜南平衡。
不消耗代谢能。
定义:当外界液体浓度大于内在浓度时被动吸收产生,被动吸收是一种无能量运动,可以理解为平衡,自然界一种规律。
被动吸收是通过滤过、渗透、简单扩散和易化扩散(需要载体)等几种形式,将消化了的营养物质吸收进入血液和淋巴系统。
特点:物质由高浓度区向低浓度区扩散(浓度梯度),这是一种单纯的物理扩散作用,这种吸收形式不需要消耗机体能量;一些分子量低的物质,如简单多肽、各种离子、电解质和水等的吸收即为被动吸收。
2、主动吸收:有载体和质子泵参与,需消耗代谢能。
主动吸收(flash)与被动吸收相反,必须通过机体消耗能量,是依靠细胞壁"泵蛋白"来完成的一种逆电化学梯度的物质转运形式;主动运输的例子很多,主要有无机离子、有机离子和一些糖类(乳糖、葡萄糖、麦芽糖或蜜二糖)等。
这种吸收形式是高等动物吸收营养物质的主要方式。
3、胞饮作用:是一种非选择性吸收方式。
胞饮作用是指内吞细胞外液体。
胞饮作用根据其产生的机制不同分为4种:网格蛋白依赖的内吞、陷穴蛋白依赖的内吞、巨胞饮、网格蛋白和陷穴蛋白非依赖的内吞。
植物初级代谢是指植物细胞在生长发育和代谢过程中必需的基础代谢,是维持植物生命的基本能量和物质来源。
植物初级代谢包括以下几个方面:
光合作用:植物通过光合作用将太阳能转化为化学能,合成有机物质(如葡萄糖、淀粉等),并释放氧气。
呼吸作用:植物通过呼吸作用将有机物质转化为能量,以维持细胞代谢活动,同时也释放出二氧化碳。
水分代谢:植物通过吸收土壤中的水分,经过输送和蒸腾等过程,维持细胞内外的水分平衡。
矿质元素代谢:植物通过吸收土壤中的矿质元素,如氮、磷、钾等,合成氨基酸、核苷酸、叶绿素等生命活性物质。
蛋白质合成:植物通过合成蛋白质来维持细胞的生长和代谢过程。
脂质合成:植物通过合成脂质来维持细胞膜的结构和功能,以及储存能量。
碳水化合物代谢:植物通过合成和分解碳水化合物,维持能量的储存和释放,同时也参与细胞壁的构建。
总的来说,植物初级代谢是指植物在生长发育和代谢过程中的基本能量和物质来源,是植物维持生命活动的重要基础。
第三章植物的矿质与氮素营养复习思考题与答案(一)名词解释矿质营养(mineral nutrition)植物对矿质的吸收、转运和同化以及矿质在生命活动中的作用。
灰分元素(ash element)干物质充分燃烧后,剩余下一些不能挥发的灰白色残渣,称为灰分。
构成灰分的元素称为灰分元素。
灰分元素直接或间接来自土壤矿质,所以又称为矿质元素。
必需元素(essential element)植物生长发育中必不可少的元素。
国际植物营养学会规定的植物必需元素的三条标准是:①由于缺乏该元素,植物生长发育受阻,不能完成其生活史;②除去该元素,表现为专一的病症,这种缺素病症可用加入该元素的方法预防或恢复正常;③该元素在植物营养生理上表现直接的效果,不是由于土壤的物理、化学、微生物条件的改善而产生的间接效果。
大量元素(major element,macroelement)植物生命活动必需的、且需要量较多的一些元素。
它们约占植物体干重的0.01%~10%,有C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S等。
微量元素(minor element,microelement,trace element)植物生命活动必需的、而需要量很少的一类元素。
它们约占植物体干重的10-5%~10-3%,有Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl等。
有益元素(beneficial element)并非植物生命活动必需,但能促进某些植物的生长发育的元素。
如Na、Si、Co、Se、V等。
水培法(water culture method)亦称溶液培养法或无土栽培法,是在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法。
砂培法(sand culture method)全称砂基培养法,在洗净的石英砂或玻璃球等基质中,加入营养液培养植物的方法。
气栽法(aeroponic)将植物根系臵于营养液气雾中栽培植物的方法。
离子的主动吸收(ionic active absorption)细胞利用呼吸释放的能量逆电化学势梯度吸收矿质的过程。
植物必需矿质元素的生理作用一、植物必需矿质元素的一般生理作用每一种必需元素都有其特定的生理功能,但概括起来主要有以下三个方面:(1)作为细胞结构物质和功能物质的组分。
例如,氮、磷、硫等是组成脂类、蛋白质 和核酸等有机物质的组分。
(2)作为生命活动的调节者,参与酶的活动。
许多金属元素或者是酶的组分(酶的辅 基),通过自身化合价的变化传递电子,完成植物体内的氧化还原反应(如铁、铜、锌、锰、 ,或者是酶的激活剂,提高酶的活性,加快生化反应的速度(如镁)。
钼等)(3)起电化学平衡作用。
即维持细胞的渗透势、原生质胶体的稳定性、构成细胞的缓 冲系统、保持细胞电荷平衡等。
例如,钾、镁、钙等元素能维持细胞的渗透势,影响膜的透 性,保持离子浓度的平衡和原生质的稳定,以及电荷的中和等;Ca 2+ 、Mg 2+ 、K + 等和有机 酸,碳酸、磷酸等构成缓冲系统。
细胞液就是很强的缓冲系统,对维持细胞的一定 pH 条件 保证生命活动的正常进行具有重要的作用。
二、各个必需矿质元素的生理作用1.大量元素① 氮(nitrogen)。
在植物体内氮的含量约占干物重的 1%~3%。
植物吸收的氮素以无 机氮为主,即硝态氮(NO3 -,NO2 -)和铵态氮(NH4 + 或 NH3);也可吸收有机氮,如尿素 [CO(NH2)2]、氨基酸等。
氮素在生命活动中具有重要作用,它是磷脂、蛋白质和核酸的组成元素,这些物质又是 生物膜、原生质和细胞核的重要组成部分。
氮也是某些植物激素(IAA,CTK)、维生素(B 1、B2、B6 等)的成分。
氮是叶绿素的成分,故与光合作用关系密切。
由于氮具有上述功 能,所以氮的多寡会明显影响细胞分裂和生长,从而影响作物的生长发育。
当氮肥供应充足时,作物枝叶繁茂,躯体高大,分蘖(分枝)能力强,籽粒中含蛋白质 高。
当氮肥缺乏时,蛋白质、核酸、磷脂等合成受阻,作物枝叶稀少,分蘖(分枝)能力弱, 叶片小而薄,植株矮小,花果少且易脱落。
植物生理学精品讲义第五章植物矿质营养【目的要求】学习本章的目的重点在于了解矿质营养对植物的生命活动及其生长发育的重要作用;植物根系对土壤中矿质营的吸收利用及其体内运输;各种因素对植物吸收利用矿质营的影响。
在了解植物需肥规律的基础上,力争做到合理施肥,以夺取农业生的丰产丰收。
【重点】1、矿质元素的吸收、运输2、无机养料的同化3、合理施肥的生理学基础【难点】1、矿质元素的吸收、运输2、无机养料的同化第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素植物灰分含量因不同植物、器官及不同环境的影响而异,一般水生植物的灰分含量最低,约占干重的1%;而盐生植物则最高,可达45%以上;大部分中生植物为5%~15%。
不同器官之间,以叶子的灰分含量最高;老年的植株或部位的含量大于幼年的植株或部位。
环境条件对植物灰分含量有很大影响,凡在养分含量较高,质地良好的土壤中栽培的作物其灰分含量都较高。
植物体内的矿质元素种类很多,已发现60种以上的元素存在于不同植物中,其中较普遍的有十余种。
二、植物必需的矿质元素及其确定方法根据人工培养的结果,要确定哪些元素是植物必需的有几条标准:(1)如无该元素则植物生长发育不正常,不能完成其生活史;(2)植物缺乏该元素时呈现出特有的病症,而加入该元素后则逐渐转向正常,且其功能不能用其他元素代替;(3)对植物营养的功能是直接的而非由于改善了土壤或培养基条件所致。
根据植物对必需元素需要量的多少,可将必需元素分为大量元素(氮、磷、钾、钙、镁、硫)及微量元素(铁、硼、锰、锌、铜、钼、氯、钠)两大类。
这两类元素都是植物正常生长发育不可缺少的,只是其需要量不同而已。
用含有一定量植物所需养分的水溶液培养植物的方法称为溶液培养法或水培法;也可在石英砂或蛭石中加入溶液进行培养,这种方法称为砂培法;砂培中的砂只起固定植物的作用,必需养分仍由溶液提供。
三、植物各种必需的矿质元素的生理作用及其缺乏病症(一)大量元素1.氮氮是蛋白质、核酸和磷脂的组成成分,故为各种细胞器及新细胞形成所必需。
植物矿质营养知识点总结植物矿质营养是植物生长发育和生理代谢不可缺少的部分,对于植物的正常生长和健康状态起着非常重要的作用。
矿质元素是构成植物体组织及参与植物体内各种生理代谢的重要成分,对于植物的生长发育、光合作用、细胞分裂和分化以及酶的活性等都具有重要的影响。
下面将从植物对矿质元素的需求、主要的矿质元素及其功能、植物矿质元素缺乏的症状以及植物矿质营养的调理等几个方面进行详细的总结。
一、植物对矿质元素的需求植物对矿质元素的需求是多样的,一般来说植物对矿质元素的需求量是不同的,但是对于每种矿质元素都有其特定的需求。
植物对矿质元素的需求一般可分为两类,一类是大量元素,另一类是微量元素。
大量元素是植物体内含量较多的元素,微量元素是植物体内含量较少的元素。
植物对矿质元素的需求与土壤中各种矿质元素的含量、土壤的pH值、土壤的通透性等都有一定的关系。
在生态环境中,植物对矿质元素的需求是非常复杂的,一般来说,植物对不同矿质元素的需求是不同的,不同的植物对同一种矿质元素的需求也是不同的。
植物对矿质元素的需求主要与以下几个因素有关:植物的种类、植物的生长阶段、土壤中矿质元素的含量、土壤pH值以及土壤的通透性等。
另外,植物对于矿质元素的需求也会受到一些外界因素的影响,如干旱、盐碱、酸碱等环境因素都可能对植物对矿质元素的吸收产生影响,对植物的生长发育产生影响。
二、主要的矿质元素及其功能主要的矿质元素包括:氮、磷、钾、钙、镁、硫等大量元素和铁、锌、锰、铜、钼、镉、锗等微量元素,以下分别从大量元素和微量元素两方面进行介绍。
氮:氮是植物生长发育中极为重要的元素,它是植物体内蛋白质、核酸、叶绿素等重要化合物的组成成分,同时也是植物代谢过程中的重要参与者,对植物的生长发育、抗逆性和产量形成等都具有重要的影响。
氮的缺乏会导致植物生长缓慢、叶片黄化、叶片变小、生殖生长受阻等。
磷:磷是植物体内DNA、RNA、ATP等核酸和蛋白质的组成成分,是植物能量转移和储存的重要物质,对于植物的生长发育、抗病性和产量形成等都具有重要的影响。
矿质营养学说,也称为矿物质营养学说,是一个关于植物生长发育与矿物质关系的重要理论。
这个学说主要阐述了植物在生长发育过程中,需要从土壤中吸收各种矿物质,以维持其正常的生长、发育和代谢。
这个学说的主要观点包括以下几点:
1.植物的生长发育需要各种矿物质,这些矿物质在植物体内具有不可替代的作用。
例如,氮、磷、钾等元素是植物生长最基本的养分,而其他一些微量元素,如铁、锌、铜等,也是植物所必需的,但需要量很小。
2.这些矿物质主要来自土壤,土壤的矿物质含量和有效性直接影响到植物的吸收和利用。
例如,土壤的酸碱度、有机质含量、水分状况等都会影响植物对矿物质的吸收和利用。
3.植物对矿物质的吸收和利用是一个主动的过程。
植物通过根系吸收土壤中的矿物质,并运送到茎、叶等部位,以满足其生长发育的需要。
4.不同植物对矿物质的需求不同。
不同植物在生长发育过程中所需的主要矿物质种类和数量都有所不同,这种差异主要取决于植物的种类、生长环境、生长阶段等因素。
总的来说,矿质营养学说揭示了植物生长发育与矿物质之间的重要关系。
这为农业生产提供了重要的理论依据,指
导人们通过合理施肥来提高作物的产量和质量。
同时,也促进了人们对植物生理学、生态学等领域的研究。
胖肥市应本阳光实验学校理解<植物对水分和矿质营养的吸收和利用>“五大关系〞1. 理解吸胀吸水和渗透吸水的区别吸胀吸水是指细胞在形成液泡之前的主要吸水方式,其原理是吸胀作用。
当大分子的淀粉粒和蛋白质处于凝状态时,这些大分子之间有大大小小的缝隙。
水分子会迅速地以扩散作用或毛细管作用形式进入凝内部,具有极性的水分子与亲水凝结合起来,使其膨胀,这种现象叫吸胀作用。
原生质凝吸胀作用的大小与该物质的亲水性大小有关,蛋白质、淀粉、纤维素的亲水性依次递减。
因此大豆种子〔含蛋白质多〕比玉米种子〔含蛋白质相对少〕的吸胀作用要大。
枯燥的种子吸胀作用的力量相当大,人们用大豆种子填入岩石裂缝中,灌水以后,大豆的吸胀力可使岩石崩裂;将大豆从枕骨大孔装入颅腔内,加水后利用大豆的吸胀作用可将头骨分开。
植物细胞形成液泡以后主要靠渗透作用吸水,这是因为成熟的植物细胞是一个渗透系统:①细胞膜和液泡膜〔原生质层〕是选择透过性膜;②细胞液和外界的土壤溶液有浓度差,细胞液就通过细胞膜和液泡膜与土壤溶液构成渗透系统,因而成熟的植物细胞主要靠渗透吸水。
这两种吸水方式及其变化是考点之一。
提示:种子在萌发初期吸收水分的方式为吸胀吸水,当长出幼根,形成液泡后,主要靠渗透吸水2.理解扩散与渗透的区别物质从高浓度到低浓度的运动叫扩散。
如气体从浓度高的地方向浓度低的地方扩散,溶质分子在溶剂中的运动〔如蔗糖放入清水后的运动〕。
例如:下列图甲、乙两个容器内都盛有清水,假设把蔗糖〔溶质分子〕从甲图的A侧放入,过一段时间后,整个溶液成为一浓度的蔗糖水溶液,这就是蔗糖在水中的扩散作用。
乙装置中,在C处加一半透膜,再从A处放入蔗糖,那么由于半透膜不允许蔗糖分子通过,使A—C侧溶液的浓度高,C—B侧溶液的浓度低,产生渗透压,由于水分子可以自由通过半透膜,水分子从C—B侧向A—C侧扩散得多,故一段时间后,A—C侧的液面上升〔丙图〕,C—B侧的液面下降。
水及其他溶剂分子通过半透膜的扩散叫渗透。
第二章植物的矿质营养矿质营养:植物对矿物质的吸收、转运同化的过程。
第一节植物体内的必需矿质元素一.植物体内的元素植物体组成:水75%----95%干物质5---25%干物质:有机物CO2、H2O、N2、H2S、SO2等无机物(灰分)60种植物体内灰分的含量,因植物种类、器官、年龄和生态环境不同而有较大差异。
水生﹤陆生单细胞植物﹤多细胞植物地下部位﹤地上部位幼年部位﹤老年部位非盐生植物﹤盐生植物二.植物必需矿质元素(一)植物必需元素的标准和研究方法必需元素:指植物正常生长发育所不可缺少的元素。
标准:(1)由于缺少某种营养元素,植物生长发育受阻,不能完成生活史。
(2)缺乏某种营养元素,则会表现出专一的缺素症,只有加入该元素,才可恢复正常,其功能不能为其它元素所代替。
(3)该元素在植物营养生理功能上是直接参与植物代谢作用,而不是间接的。
研究方法:1.溶液培养法(水培法)在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。
完全溶液:适宜于植物正常生长发育的培养液。
完全液含有植物所必需的所有矿质元素,且各元素可利用形态的浓度和元素间的比例以及溶液pH都适当。
注意事项:①水培试验时,培养液的成分和状态特别重要,所以要经常调节溶液的pH和定期更换培养液。
②水溶液的通气较差,每天要给溶液通气。
2.砂培法(培养植株固定的问题)用洁净的石英砂、小玻璃球或蛭石等作为固定基质,加入含有全部或部分营养元素的溶液来栽培植物的方法。
3.气栽法是将根系悬于培养箱中,定时用营养液向根部喷淋。
用电脑控制广泛用于蔬菜与花卉的工厂化生产。
(二)植物必需元素的种类根据植物对各必需元素的需要量及其在植物体内的含量将其分为大量元素和微量元素两大类。
1.大量元素9种指植物需要量相对较大,在植物体内含量占干重的0.1% 以上。
C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Si2.微量元素9种指植物需要量甚微,含量非常低的元素,占干重的0.01% 以下。
Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、CL、Ni、Na第二节植物必需元素的生理功能及缺素症一、必需元素的一般生理作用1.细胞结构物质的组成成分;2.植物生命活动调节者,如酶和植物生长物质的组成,或是酶的激活剂;3.起电化学作用,能维持细胞的渗透势和原生质的稳定以及电荷的中和等;4.参与能量转换和促进有机物运输。
二、大量元素的生理功能及缺素症缺素症:当植物缺乏某种必需元素时,就会出现特有的病症,称为缺素症。
1.C、H、O吸收CO2、H2O、CO2、、H2O、O2。
干物质中90%是有机物,其中C45%,O45%,占6%。
C原子是组成有机物的骨架,并与O、N、H等其它元素以各种各样的方式相结合,决定了有机物的多样性。
2.N可吸收小分子有机物,如尿素。
吸收方式:NO3-、、NH+4,生理作用:①是许多重要化合物的组成成分;②组成细胞的结构物质;③各种酶和很多辅酶,通过酶而间接影响植物细胞的各种代谢过程;④是叶绿素的重要组分,直接参与光合作用;⑤也是ATP的成分,参与能量代谢;⑥促进细胞的伸长和分裂。
充足:叶大枝多,生长健壮,花多,籽粒饱满。
过多:导致枝茎徒长,延迟成熟,易倒伏,易感染病害。
过少:N在体内可以移动,较老的叶子首先褪绿变黄,严重时脱落,植株矮小。
玉米叶片变红,是由于糖类变为花色素积累于叶泡所致。
3.P吸收形式:HPO24—、H2PO4—生理作用:①是细胞质、细胞核和生物膜的主要成分;②参与糖类、脂类、蛋白质的合成与分解;③参与能量代谢;④参与糖类运输;⑤维持液泡渗透势,缓冲PH作用;⑥与Ca、Mg一起形成植酸钙镁,存在于种子中。
充足:植物的生长发育良好,并提高植物的抗旱性与抗旱性,促进早熟。
过少:植物的代谢过程受阻,植株瘦小,茎叶暗绿渐变紫红色,分枝或分蘖减少,延迟成熟,果实与种子小且不饱满,病症常从基部老叶开始,逐渐向幼叶扩展。
过多:阻碍其它元素的吸收,会增强呼吸作用,消耗大量碳水化合物。
阻碍Zn、Si的吸收,水稻易得稻瘟病。
4.K吸收形式:K+生理作用:①调节水分代谢;②酶的激活剂。
如谷胱甘肽合成酶、淀粉合成酶。
③能量代谢——氧化磷酸化和光合磷酸化④提高抗性——在K+原生质的水合度增加,细胞保水力增强。
⑤钙物质代谢。
过少:最初生长速率下降,K+在植物体内是易于移动的元素,以后老叶出现缺绿症,叶尖和叶缘先枯黄,继而整个叶片枯黄,但叶主脉附近仍为绿色,严重时以致整个叶片变为棕色甚至干枯。
抗逆性降低,易倒伏。
——赤枯病过多:果实出现灼伤病,苦陷病,贮藏过程中易腐烂。
5.硫吸收形式:SO42-生理作用:(1)组成氨基酸的成分。
(2)组成重要化合物的成分。
(3)参与能量代谢。
缺乏:似氮,从成熟叶和嫩叶开始。
6.钙吸收形式:Ca2+生理作用:(1)形成钙调蛋白,起“第二信使”的作用。
(2)维持膜结构的稳定性。
(3)组成细胞壁的成分。
缺乏时生长受抑制,严重时幼嫩器官溃烂坏死。
7.镁吸收形式:Mg2+生理作用:(1)参与光合和呼吸作用。
(2)活化DNA和RNA的合成过程。
(3)叶绿素的组成成分。
缺乏时缺绿,老叶叶脉仍绿而叶脉之间变黄,有时呈红紫色。
严重时形成褐斑坏死。
8.硅吸收形式:单硅酸(H4SiO4)生理作用:(1)参与细胞壁的形成。
缺乏时,蒸腾加快,生长受阻,易受真菌感染和易倒伏。
二.微量元素的生理功能及缺素症1.硼吸收形式:可能以硼酸(H3BO3)形式吸收。
生理作用:(1)参与细胞伸长、核酸代谢。
(2)与生殖有关。
(3)抑制有毒酚类化合物形成。
缺乏:花药和花丝萎缩,绒毡层组织破坏,花粉发育不良;植株中酚类化合物含量过高,嫩芽和顶芽坏死,丧失顶端优势,分枝多。
2.氯吸收形式:Cl—生理作用:(1)参与水光解。
(2)参与根和叶的细胞分裂。
缺乏时植株叶小,叶尖干枯、黄化,最终坏死;根生长慢,根尖粗。
3.锰吸收形式:Mn2+生理作用:(1)是细胞中许多酶的活化剂。
参与糖的分解。
(2)参与水光解。
缺乏时叶脉间缺绿,伴随小坏死点的产生。
缺绿会在嫩叶或老叶出现。
4.钠吸收形式:Na+生理作用:(1)在C4和CAM植物中催化PEP的再生。
(2)代替钾提高细胞液的渗透势。
缺乏时植物曾呈现黄化和坏死现象,甚至不能开花。
5.铁吸收形式:Fe2+生理作用:(1)是细胞色素和非血红素铁蛋白的组成成分。
缺铁时从嫩叶开始,叶脉也缺绿,与缺镁症状相反。
6.锌吸收形式:Zn2+生理作用:(1)乙醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶和碳酸酐酶的组成成分。
(2)是合成生长素的成分。
缺乏时从老叶发病,植株茎部节间短,莲丛状,叶小且变形,叶缺绿。
7.铜吸收形式:单硅酸(H4SiO4)生理作用:(1)某些氧化酶的成分。
(2)是质体蓝素的成分。
缺乏时,叶黑绿,其中有坏死点,先从嫩叶叶尖起,后沿叶缘扩展到叶基部,叶也会卷皱或畸形。
严重时叶脱落。
8.镍吸收形式:Ni2+生理作用:(1)脲酶的金属成分。
(2)氢化酶的成分。
缺乏时,叶尖积累较多的脲,出现坏死现象。
9.钼吸收形式:MoO42—生理作用:(1)硝酸还原酶的成分。
(2)固氮酶中钼铁蛋白的成分。
(3)参与氮代谢。
缺乏时,老叶叶脉间缺绿,坏死。
需要说明的是,植物缺素时的症状会随植物种类、发育阶段及缺素程度的不同而有不同的表现。
此外,同时缺乏数种元素会使病症复杂化。
其他环境因素(如各种逆境、土壤PH等等)也都可能引起植物产生与营养缺乏类似的症状。
因此,在判断植物缺乏哪种矿质元素时,应综合诊断。
除通过病症诊断法诊断外,还应考虑环境因素。
在此基础上,通过对植物组织及土壤成分进行化学测定并比较分析(即化学分析诊断法),或通过喷施、浸透等方法给植物补充加入某种元素,经过一段时间后看其症状是否消除的办法(即加入诊断法)即可判定植物所缺乏的元素。
第三节植物细胞对矿质元素的吸收一.植物细胞对矿质元素的吸收有四种方式:通道运输、载体运输、泵运输、胞饮作用(一)通道运输(被动运输)通道运输理论认为,细胞质膜上有内在蛋白构成的通道,横跨膜的两侧。
通道的大小和孔内电荷密度等使得通道对离子运输有选择性,即一种通道只允许某一种离子通过。
通道蛋白的开和关决定于外界信号。
通道运输是一种被动运输。
(二)载体运输载体:在细胞膜中存在着能携带离子通过膜的活性物质。
载体可能是膜上的蛋白质、磷脂分子或ATP酶等。
载体蛋白有3种类型:单向运输载体、同向运输器、反向运输器。
载体特征:①对一定的离子有专一的结合部位,具有很强的识别离子的能力。
②具疏水性,在膜内能够移动。
③在膜外侧能与相应的离子结合,到达膜内侧又能释放离子。
④对相应的离子的亲和力需ATP活化。
载体学说要点:①活化膜内侧未活化的载体(IC)在磷酸激酶作用下磷酸化形成活化载体(AC),并运转到膜外侧。
②识别结合已活化的载体在膜外侧通过识别作用(专一性)与相应离子结合,形成载体—离子复合物(CIC)。
③释放该复合物运转至膜内侧时,在膜内侧的磷酸酯酶作用下解离出磷酸基团(Pi),使载体失去对离子的亲和力,将离子释放到膜内。
④再活化无亲和力的载体重新被ATP活化,再次运转相应的离子。
实验证明:饱和效应,在一定的浓度的范围内,细胞吸收离子的速率随外液离子浓度的升高而增加;当溶液离子浓度超过一定范围,细胞吸收离子的速率就不再增加了,这可能是因为膜中的载体树木是有限的,当其完全与离子结合达到饱和时离子再增多,主动吸收的速度也不会再增加。
离子竞争:细胞中一种离子浓度的增加能抑制另一种离子的吸收。
说明载体分子与两种离子(同价的)的结合位点相同,即两种离子存在竞争抑制。
(三)质子泵运输该理论认为:质膜上的ATP酶起着离子泵的作用,ATP→ADP-+H++H3PO4+能量(ATP酶)产生的能量将H+从膜内侧泵到膜外侧,膜内侧的PH变低,产生跨膜电化学梯度,H+用于和膜外侧正离子(K+)进行交换。
膜外侧阳离子K+、Na+可顺着质子动力势自由释放进入膜内侧。
ATP水解形成的 ADP-+H2O←→ADP+OH—OH-活化阴离子载体,沿PH梯度向膜外侧转移,而其它有选择的阴离子(NO3-)由膜上的阴离子载体携载从外侧运转至内侧,需要消耗能量。
(四)胞饮作用(非选择性吸收)细胞通过膜的内折从外界直接摄取物质进入细胞的过程。
过程:①吸附当胞外的食物被吸附在质膜上。
②凹陷感受外界物质刺激的部分质膜会向内凹陷,逐渐将液体和物质包围形成囊泡。
③转移形成的囊泡向内部转移,一种在移动过程中,囊泡逐渐溶解消失,把物质留在细胞质内;另一种是囊泡一直向内转移,直至液泡,并与其融合,将摄取的物质和溶液释放到液泡内。
二、植物体对矿质元素的吸收(一)根系吸收矿质元素的特点1.根系吸盐的区域性——根尖的根毛区2.根系吸收矿质元素与吸收水分即既有相对独立性吸水以蒸腾引起的被动过程;吸盐是以耗能的主动吸收过程为主。