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植物生理学课件(矿质营养)

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植物生理学-03-矿质营养

植物生理学-03-矿质营养

0
为膜原有电化学势；
j
aj为离子的电化学活度；Zj为离子的代数化合价 F为法拉第常数，96.5J/mol；E为电势
膜内外离子 j 分布产生的电化学势分别表示为：
µ µ0
=
j外
j + RT ln a j外 + Z j ⋅ F ⋅ E外 (2)
µ µ0
=
j内
j + RT ln a j内 + Z j ⋅ F ⋅ E内 (3)
What was wrong with him?
矿质营养学说与农业化学的建立
李比希（J. Liebig）1840年伦敦有机化学年会上发表 了“化学在农业和生理学上的应用”的论文，否定了 腐殖质营养学说，提出了矿质营养学说。
腐殖质(humus)是有了植物后才出现在地球上的而不是 植物出现以前。因此土壤中矿物质是一切绿色植物的 唯一养料，厩肥及其它有机肥料对于植物所起的作用， 并不是由于其中所含的有机质，而是由于这些有机质 在分解时所形成的矿物质。
平衡溶液：将某种植物所必需的矿质元素按照一定浓度和适当比例 配制成的，并对该植物生长发育具有良好作用而无毒害的混合溶液， 称为该种植物的平衡溶液。
二、植物细胞吸收矿质元素的机理
两种吸收机理：主动吸收和被动吸收
离子过膜的驱动力： 1、化学势梯度(浓度差)：由高到低 2、电势梯度：阳离子被负电荷吸引；阴离子被正电荷 吸引。
植物的必需元素（essential element） 大量元素：C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg、 微量元素：Fe、Mn、Cu、Mo、Zn、B、Cl、Ni、Na
必需的矿质元素：N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn、 Cu、Mo、Zn、B、Cl、Ni、Na

植物生理学(矿质营养)ppt课件

植物生理学(矿质营养)ppt课件

;.
2
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。 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。
;.
3
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。
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。
;.
17
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
;.
18
;.
26
（三）必需元素的缺乏症
;.
27
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。
6 4 2 1
;.
19
母液名称和 编号
5、微量元素
母液配方
ml/L 营养液
MnCl2∙4H2O 0.198g；H3BO3 3.092g；ZnSO4∙7H2O 0.288g； 1 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。
;.
44
植物缺乏必需矿质元素的病症检索表 A 较老的器官或组织先出现病症

植物生理学2矿质营养第3-5节

植物生理学2矿质营养第3-5节

练习题
1.根吸收矿质有哪些特点？
2.试述根系吸收矿质元素的过程 。
3.光照如何影响根系对矿质的吸收？
4.何为根外营养？它有何优越性？ 5.试述矿物质在植物体内运输的形式与途径， 可用什么方法证明？
6.硝酸盐还原的过程、部位、酶？
一、作物的需肥规律
（一）不同作物或同一作物的不同品种需肥不同
（二）不同作物需肥形态不同
（三）不同生育期需肥不同
需肥临界期：
植物对矿质养分缺乏最敏感的时期； 并不是需要肥料多，而是指对肥料缺少最敏感的时期， 植物的需肥临界期一般在生长初期。
（四）不同生育期，施肥作用不同 植物营养最大效率期（最高生产效率期） 施肥营养效果最好的时期，称为最高生产效率 期，又称植物营养最大效率期。 作物的营养最大效率期一般是生殖生长时期 。
二、合理施肥的指标
（一）土壤营养丰缺指标 （二）施肥的形态指标 包括植株的长相、长势、颜色 如叶色可反映氮的供应状况
（三）施肥的生理指标
1、组织中营养元素含量
营养临界浓度（ critical concentration ）： 获得最高产量的最低养分浓度。
2、测土配方施肥
图 组织营养元素浓度与产量关系的图解
三、施肥增产的原因
（一）施肥可增强光合性能 （1）扩大光合面积：叶面积--N
（2）提高光合能力：叶绿素—N,Mg
（3）延长光合时间：叶寿命
（二） 调节代谢，控制生长发育
（1）不同的元素可调节植物营养生长与生殖生长的关系。
（2）改善光合产物的分配和利用。
（三）施肥的生态效应
（1）施用石灰，草木灰，石膏等可改变土壤pH。
（ 2 ）以 32P 研 究大麦根尖对 P的积累与运 输，发现根毛 区运输最快。

植物生理学03矿质营养

植物生理学03矿质营养

图3-5 植株缺磷症状
4、钾（K）
吸收形式：K+。 作用：
是酶的活化剂。 促进碳水化合物的合成和运输。
增加原生质的水合程度，提高细胞的保水能力，增强 抗旱性。 缺素症：叶色缺绿变黄，逐渐坏死。茎秆柔弱
易倒伏（图3-6、3-7）。 Ｋ的移动性大，缺乏时，症状在老叶出现。
图3-6 番茄缺钾初期叶缘失绿
图3-4 缺硫植株中上部叶色淡
3、磷（P）
吸收形式：H2PO4-。 作用:
磷是核酸、磷脂、辅酶和ATP的组成成分； 磷在碳水化合物代谢中起着重要作用； 磷对氮代谢也有影响。 缺素症：缺素症与Ｎ相似，生长缓慢，植株矮小， 叶片暗绿，有些植物呈紫色或红色。 Ｐ的移动性大，缺乏时，症状首先在老叶出现（图35）。
图3-9 缺钙幼叶叶尖变褐枯死
6、镁（Mg）
吸收形式：Mg2+。 作用：
是叶绿素的组成成分。 是酶的活化剂。
缺素症：缺绿病，严重时形成褐斑坏死。 Mg的移动性大，缺乏时，症状首先 在老叶出现（图3-10）。
图3-10 植株缺镁症状
7、铁（Fe）
作用： 是酶的辅助因子。 是叶绿素合成过程所必需的。
岩石圈的元素组成包括O、Si、Al、Fe、Ca、 Na、K、Mg等，其中O和Si的含量最丰富，约占岩 石圈元素总量的75%。
二、植物体内的元素
植物体
干物质(5-90％) 有机物(90％)
水分(10-95％) 无机物(10％)
105℃ 烘干
植物
干物质
600℃ 灰分
构成灰分的元素称为灰分元素(灰分中的元素直 接或间接地来自土壤矿质，故又称矿质元素）。
必需元素是指维持植物正常生理活动所必需的元素。
判断必需矿质元素的原则：

植物生理学03矿质营养

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植物生理学03矿质营养
•二、植物体内的元素
• 植物体
•干物质(5-90％) •有机物(90％)
•水分(10-95％) •无机物(10％)
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植物生理学03矿质营养
•105℃ 烘干
植物
干物质
600℃ 灰分
构成灰分的元素称为灰分元素(灰分中的元素 直接或间接地来自土壤矿质，故又称矿质元素）。
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植物生理学03矿质营养
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• 图3-4 缺硫植株中上部叶色淡 植物生理学03矿质营养
3、磷（P）
•吸收形式：H2PO4-。 •作用:
磷是核酸、磷脂、辅酶和ATP的组成成分； 磷在碳水化合物代谢中起着重要作用；
磷对氮代谢也有影响。
•缺素症：缺素症与Ｎ相似，生长缓慢，植株矮小， 叶片暗绿，有些植物呈紫色或红色。
植物生理学03矿质营养
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2020/11/20
植物生理学03矿质营养
植物必需的矿质元素 植物对矿质元素的吸收 矿质元素在植物体内的长距离运输与分
配 合理施肥的生理学基础
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植物生理学03矿质营养
植物矿质营养
是指植物对矿物质的吸收、转运和同化等过 程以及矿质元素在植物生命活动中的作用。
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植物生理学03矿质营养
大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg 、 Si共10种。植物需要量大，占植物体干重的0.1～ 10％。
微量元素：Fe、B、Cu、Zn、Mn、Cl、Mo、 Na、Ni共9种。植物需要量小，占植物体干重的 0.01～0.00001％。
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植物生理学03矿质营养

中国农业大学植物生理学本科课件 第五章 植物的矿质营养和植物对氮、硫、磷的同化

中国农业大学植物生理学本科课件 第五章 植物的矿质营养和植物对氮、硫、磷的同化
Main micronutrient deficiencies worldwide
• Iron • Zinc • Iodine - not essential for plants • Selenium - not essential for plants • Vitamin A - not essential for plants
Micronutrient deficiency in 190 soils worldwide
Macronutrients can also be deficient in foods
Malformation in children due to insufficient Calcium in diets.
一般认为不可再利
苹
用，但也有研究表明
果
有一定程度的移动性。
黄
缺 Fe 时，幼叶发黄，
叶
如华北地区果树的
病
“黄叶病”。
Iron (Fe) Deficiency Symptoms
1
2
3
4
A
B
1-Piggyback Plant, 2- Petunia, 3-Silver Maple, 4-Rose (A-normal, B-Fe-deficient)
1.01
6
碳
C
CO2
12.01
45
氧
O
O2，H2O
16.00
45
氮
N
NO3-，NH4+
14.01
1.5
钾
K
K+
39.10
1.0
钙 镁 磷 硫 微量元素 氯 铁 硼 锰 锌 铜 镍 钼
Ca

植物生理学精品讲义——第五章植物矿质营养——考研必备

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。

植物生理学第二章：矿质营养

叶片吸收：上行和下行都主 要通过韧皮部，也存在横 向运输。
运输速度：30～100cm/h。
3.矿物质在植物体内的利用（掌握） 是否可再利用： 1）参与循环的元素：呈离子状态、形成不
稳定化合物，可以转移到其他需要的器 官。 如： N 、K、P等，是可再利用元素。
2）不能参与循环的元素：在细胞中呈难溶 的稳定化合物，不能转移。
马铃薯 (缺镁)
（5）钙(Ca) A.吸收形式： B.存在形式： C.作用 D.供应 a.充足 b.不足：幼叶
马铃薯 (缺钙)
微量元素 （1）铁(Fe) A.吸收形式： B.存在形式： C.作用 D.供应 a.充足 b.不足
华北果树的“黄叶病”
（2）硼(B) A.作用:生殖生长 B.供应 a.充足 b.不足 花药、花粉发育不良 酚类，顶芽坏死
3.生物固氮 空气中的氮气：79％ 植物利用的限制：硝酸盐和铵盐
1）化肥生产： 条件：T:400~500℃,P:20MPa(200个大气压) 原料：氮、氢 年产量：2500万吨
2）生物固氮 年产量：9000万吨 定义：某些微生物将空气中的游离氮固定
转化为含氮化合物的过程。 （Biological nitrogen fixation）
1）简单扩散：高浓度至低浓度，跨膜 2）协助扩散：蛋白 参与，不耗能，也 称协助扩散 通道蛋白和载体蛋白
离子通道（ion channel ）
质膜上蛋白质构成的圆形孔道； 可由化学方式或电化学方式激活；选择性
已知的离子通道有：K+,Cl-,Ca2+,NO3运输速度：107～108个/sec 密度：1个/15㎛2,
Models of K+ channel
载体 (carrier)与载体运输

植物生理学2矿质营养1.2节


柑桔
苹果
-Zn
亚 麻
CK
-Zn
大 豆
CK
10、硼
H3BO3
与植物的生殖有关，利于花粉的形成 ， 促进花粉萌发、花粉管伸长、受精；与糖结 合使糖带有极性从而容易通过质膜 促进运输； 与蛋白质合成、激素反应、根系发育等 有关； 抑制植物体内咖啡酸、绿原酸的合成。 缺硼症状： ① 花而不实。 ② 顶芽死亡，从叶基起枯死。 ③ 嫩叶先表现病症。
缺镁病症：
①叶脉仍绿而叶脉之间变黄，有时呈红紫色。 ②有坏死褐斑。 ③老叶先表现病症。
镁 的 缺 素 症 状
棉花缺Mg网状脉
Mg2+
首先表现在老的叶片上
叶肉变黄而叶脉仍保持绿色 Mg是可再利用元素 影响叶绿素合成
缺镁时，脉间失绿变黄，有时呈紫红色；严重 时形成坏死褐斑。
7、铁
Fe2+
◆Fe：许多重要酶的辅基；传递电子；叶绿素 合成有关的酶需要它激活 缺铁症状： ①黄叶病，叶脉仍绿。 ②无坏死斑点。 ③嫩叶先表现病症。
生理作用 缺素症
生理功能：
①氮是蛋白质、核酸、磷脂的主要成分，而这三者 又是原生质、细胞核和生物膜等的重要组成部分。 ②氮是酶、 ATP 、 多种辅酶和辅基的成分，它们在 物质和能量代谢中起重要作用。 ③氮还是某些植物激素如生长素和细胞分裂素、 维 生素如B1、 B2 、 B6 等的成分，它们对生命活动起 调节作用。 ④氮是叶绿素的成分，与光合作用有密切关系。
外在蛋白与内在蛋白 通道蛋白与载体蛋白
（3）类脂、蛋白质等在膜内外的排列都是 不对称分布的，具不对称性。 （4）膜在不断运动、变化、更新之中。
二、细胞对溶质的吸收
据是否需能分为：主动运输和被动运输 据运输蛋白及吸收方式不同分为：※ ㈠、扩散 ㈡、离子通道 ㈢、载体 ㈣、离子泵 ㈤、胞饮作用
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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） 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。
第二章 植物的矿质营养
Mineral Nutrition “庄稼一枝花，全靠粪当家”
通常把植物对矿质元素（包括氮） 的吸收、转运和同化称为矿质营养。
人类对植物矿质营养 的研究已有悠久的历史。 最早研究矿质营养的是 荷 兰 的 Van Helmont （ 1629 ） 年 的 柳 树 枝 条 实验。
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。
（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。
ml/L 营养液 1
6、NaFeEDTA 分 别 溶 解 5.57g FeSO4∙7H2O 和 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
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。 瑞士科学家N.T.de Saussure（17671845）证明了灰分元素对植物生长的必 需性。
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。
也 可 用 珍 珠 岩 （ perlite ） 或 蛭 石 （vermiculite）作为支持物或介质加入营养液 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）、营养膜法 （nutrient film）等。
几种常见的无土栽培技术
植物的溶液培养
*Ni 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。 （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。
液培养的方法。
第一节 植物必需的矿质元素
一、植物体内的元素（灰分分析法）
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。
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；
（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。
3、MgSO4∙7H2O
236.16
246.48
1 mol/L
1 mol/L
4
2
4、NH4H2PO4
115.08
1 mol/L
1
母液名称和 编号 5、微量元素
母液配方 MnCl2∙4H2O 0.198g；H3BO3 3.092g； 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。

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” 。
1860 年 ， 德 国 的 J.Sachs
（1832-1897）和W.Knop创立了溶
7、*Na2SiO3∙6H2O
1
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
N K 16000 6000
Ca 4000
P 2000
S 1003
Mg 1000
*Si 1000
元素 终浓度 μmol/L
B 50
Cl 2.0
Mn 1.0
Zn 1.0
Cu 0.5
Mo 0.5
Fe 20
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)
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。
用植物的溶液培养法研究植物的必需元 素，应重点注意以下几个方面： ①要保证营养液通气良好。
②盛放溶液的容器不宜透光。
③必须保证所用的试剂、容器、介质、水等 十分纯净。
④应经常更换或补充营养液。 ⑤对于种子较大的植物，应注意种子内部原 有营养物的影响，最好去除种子。 ⑥种子必须严格消毒，以免微生物污染。
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
母液名称和编号 1、KNO3 分子量 101.10 母液配方 1 mol/L 每升营养液中母 液的用量(ml) 6
2、Ca(NO3)2∙4H2O