第三章植物的矿质与氮素营养-宁夏大学农学院
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第三章植物的矿质与氮素营养矿质营养:植物对矿物质的吸收、转运和同化,通称为植物的矿质营养。
灰分元素: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。
灰分元素直接或简接来自土壤矿质,所以称为矿质元素。
必需元素:指在植物生长发育中必不可少的元素,具有不可缺少性,不可替代性和直接功能性。
大量元素:指植物生命活动所必需的、且需要量较多的一些元素。
有碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫等9种元素。
微量元素:植物生命活动所必须的、而需要量很少的一类元素称为微量元素。
水培法: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: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。
主动吸收:指细胞利用呼吸释放的能量逆化学梯度吸收矿质元素的过程。
被动吸收:指细胞不需要由代谢直接提供能量的顺电化学势梯度吸收矿质元素的过程。
扩散作用:指分子或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象。
协助扩散:指小分子物质经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨膜转运的过程,通常不需要细胞提供能量。
离子通道:指细胞膜中一类由内在蛋白构成的横跨膜两侧的孔道。
孔的大小及孔内表面电荷等性质决定了通道转运离子的选择性。
膜片钳技术:指使用微电极从一小片细胞膜上获取电子信息,可用来研究细胞器间的离子运输、气孔运动、光受体、激素受体以及信号分子等的作用原初主动转运:质膜H+-ATP酶利用ATP水解产生的能量,把细胞质内的H+向膜外泵出,产生质子驱动力的过程称为原初主动运输。
次级主动转运:指以质子动力作为驱动力的离子或分子的转运。
单盐毒害:指植物培养在某一单盐溶液中不久即呈现不正常状态,最后死亡的现象。
单盐毒害无论是营养元素还是非营养元素都可发生,而且在溶液很稀时植物就会受害。
离子拮抗:指离子间相互消除毒害的现象。
平衡溶液:植物必需的矿质元素按一定浓度与比例配制成使植物生长良好的混合溶液称为平衡溶液。
生理酸性盐:植物根系对其阳离子的吸收多于阴离子而使介质变成酸性的盐类称为生理酸性盐。
第三章植物的矿质与氮素营养第二节植物细胞对溶质的吸收植物细胞可以从环境中吸收溶质,这个环境可以是植物生存的外部环境,如土壤,也可以是植物本身的内部环境,即一个细胞的周围组织。
当植物根内部的溶质浓度较低,从外部溶液吸收溶质时,首先有一个溶质迅速进入根的阶段,称为第一阶段,然后溶质吸收速度变慢且较平稳,这称为第二阶段(图3-2)。
在第一阶段溶质通过扩散作用进入质外体,而在第二阶段溶质又进入原生质及液泡。
如果将实验材料从溶液中取出再转入水中,则进入组织的溶质只有很小一部分会很快地泄漏出来,这就是原来进入质外体的部分。
如果处于无O2、低温或用抑制剂来抑制呼吸作用,则第一阶段的吸收基本上不受影响,而第二阶段的吸收会被抑制(图3-2)。
这些事实表明,溶质进入质外体与其跨膜进入细胞质和液泡的机制是不同的。
前者是由于扩散作用而进行吸收,这种不需要代谢来提供能量的顺电化学势梯度吸收矿质的过程称为被动吸收(passive absorption)。
后者要利用呼吸释放的能量才能逆电化学势梯度吸收矿质,这种过程称为主动吸收(active absorption)。
图3-2 植物组织对溶质的吸收植物细胞吸收矿质元素的方式主要有二种类型:被动吸收和主动吸收。
一、被动吸收(一)扩散作用扩散作用是指分子或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象。
电化学势梯度包括化学势梯度和电势梯度两方面,细胞内外的离子扩散决定于这两种梯度的大小,而分子的扩散则决定于化学势梯度或浓度梯度。
设细胞内的离子浓度为a i,膜电势为E i,电化学势为μi;细胞外的离子浓度为a0,膜电势为E o,电化学势为μo。
根据电化学势差的表达式(2-10),细胞内外的电化学势差为(3-4)式就是著名的楞斯特(Nernst)方程式,表示了膜电势差和膜内外离子活度(浓度)间的关系,也就是说膜电势差与膜内外离子活度比的对数成正比。
如仅研究分子扩散,(3-1)式中电势梯度项可视为0,图3-3测定细胞膜电势差的示意图微电极插入细胞内,而面积大的参比电极安放在细胞外,二极间的电势差由静电计测量,电势差经放大器放大后由记录仪记录典型的植物细胞,在细胞膜的内侧具有较高的负电荷,而在细胞膜的外侧具有较高的正电荷。
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。