第二章礦物質(zhì)

1、重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn) 了解植物必需的礦質(zhì)元素及其主要生理生化作用；了解植物必需的礦質(zhì)元素及其主要生理生化作用； 掌握植物細(xì)胞和根系對礦質(zhì)元素吸收特點(diǎn)及影響掌握植物細(xì)胞和根系對礦質(zhì)元素吸收特點(diǎn)及影響 因素；因素； 弄清作物合理施肥的生理基礎(chǔ)。弄清作物合理施肥的生理基礎(chǔ)。 把2.27kg重柳樹枝條栽種在土壤中，只澆水不施肥，5年后枝條重76.7kg，土壤減重0.14kg。增重？光合水分去向？蒸騰實(shí)驗一證明植物從水中獲得營養(yǎng)。 1699年，英國的伍德沃年，英國的伍德沃德用不同的水（雨水、河德用不同的水（雨水、河水、泉水、菜園土浸出液水、泉水、菜園土浸出液和下水管道水）培養(yǎng)薄荷和下水管道水）培養(yǎng)薄荷枝

2、條。枝條。證明植物從土壤中獲得營養(yǎng)l菜園土浸出液中生長最好菜園土浸出液中生長最好實(shí)驗二 1804年，瑞士的德索修爾發(fā)現(xiàn)種子在蒸餾水中萌發(fā)成苗后很快死亡，與種子相比，灰分?jǐn)?shù)量沒有變化。證明了灰分元素和N是必須元素實(shí)驗三如果把植物的灰分加到蒸餾水中，再加上硝酸鹽植物就可以生長。第一節(jié)植物必需的礦質(zhì)元素一、植物體內(nèi)的元素 小部分小部分N 大部分硫大部分硫 全部的磷全部的磷 全部的金屬元素全部的金屬元素植物體植物體水分水分1095%干物質(zhì)干物質(zhì)590%C、H、O、N以以氣體形式散失氣體形式散失小部分的硫以小部分的硫以H2S和和SO2的形的形式散失式散失揮發(fā)部分揮發(fā)部分灰分元素灰分元素有機(jī)物有機(jī)物90%

3、無機(jī)物無機(jī)物10%燃燒燃燒將植物烘干并充分燃燒后，余下一些不能揮發(fā)的殘燼稱為灰分，將植物烘干并充分燃燒后，余下一些不能揮發(fā)的殘燼稱為灰分，以氧化物形式存在于灰分中的元素稱為以氧化物形式存在于灰分中的元素稱為或或。1判斷植物必需的礦質(zhì)元素的標(biāo)準(zhǔn) a.不可缺少性：缺乏該元素時不能完成生活史。 b.不可替代性：植物缺乏時出現(xiàn)專一缺乏癥，加入該元素逐漸轉(zhuǎn)向正常。 c.直接功能性：直接參與植物的代謝作用，植物的營養(yǎng)功能是直接的，并不是通過影響土壤、微生物等的間接作用所致。二、植物必需的礦質(zhì)元素2確定必需元素的方法a.a.溶液培養(yǎng)法溶液培養(yǎng)法: :溶液培養(yǎng)法亦稱水培法溶液培養(yǎng)法亦稱水培法, ,是在含有全部

4、是在含有全部或部分營養(yǎng)元素的溶液中培養(yǎng)植物的方法；或部分營養(yǎng)元素的溶液中培養(yǎng)植物的方法；缺少某種元素，含有部分營養(yǎng)元素的培養(yǎng)液，稱為缺缺少某種元素，含有部分營養(yǎng)元素的培養(yǎng)液，稱為缺素培養(yǎng)液。素培養(yǎng)液。 b.b.砂基培養(yǎng)法砂基培養(yǎng)法: :是在洗凈的石英砂或玻璃球等基質(zhì)中加是在洗凈的石英砂或玻璃球等基質(zhì)中加入營養(yǎng)液來培養(yǎng)植物的方法。入營養(yǎng)液來培養(yǎng)植物的方法。幾種營養(yǎng)液培養(yǎng)法幾種營養(yǎng)液培養(yǎng)法A.水培法:使用不透明的容器(或以錫箔包裹容器),以防止光照及避免藻類的繁殖,并經(jīng)常通氣;B. 營養(yǎng)膜(nutrient film)法:營養(yǎng)液從容器a流進(jìn)長著植株的淺槽b,未被吸收的營養(yǎng)液流進(jìn)容器c,并經(jīng)管d泵回

5、a。營養(yǎng)液pH和成分均可控制。C.氣培法：根懸于營養(yǎng)液上方，營養(yǎng)液被攪起成霧狀。3植物必需的礦質(zhì)元素列表必需元素大量元素來自水和CO2：C、H、O來自土壤：N、K、Ca、Mg、P、S、Si微量元素：Cl、Fe、Mn、B、Na、Zn、 Cu、Ni、Mo植物對這些元素需要量相對較大。植物需要量極微，稍多即發(fā)生毒害作用。三三 必需礦質(zhì)元素的生理生化作用必需礦質(zhì)元素的生理生化作用 A A）是細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成成分。是細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成成分。如：如：N、S、P等。等。 B B）是植物生命活動的調(diào)節(jié)者，參與酶的活動。是植物生命活動的調(diào)節(jié)者，參與酶的活動。如：如：鉀鉀是是40多種酶的輔助因子，還可促進(jìn)糖類的

6、合成和多種酶的輔助因子，還可促進(jìn)糖類的合成和運(yùn)輸。運(yùn)輸。 C C）起電化學(xué)作用及滲透調(diào)節(jié)，即離子濃度的平衡、起電化學(xué)作用及滲透調(diào)節(jié)，即離子濃度的平衡、電子傳遞和電荷中和等。電子傳遞和電荷中和等。 D D）做為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的第二信使，如做為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的第二信使，如CaCa2+2+。a 植物必需礦質(zhì)元素N的生理作用利用形式： 無機(jī)態(tài)氮，即銨態(tài)氮和硝態(tài)氮;有機(jī)態(tài)氮，如尿素生理作用： 是蛋白質(zhì)、核酸、磷脂和酶的主要成分 是某些植物激素、維生素的成分 還是葉綠素的成分，與光合作用有密切關(guān)系因此，氮在植物的生命活動中占有特殊作用，被稱為生命元素當(dāng)?shù)食浞謺r，葉大而鮮艷，葉片功能期長，分蘗多，營養(yǎng)健壯，花多，產(chǎn)量

7、高。當(dāng)缺氮時，植株矮小，葉小色淡或發(fā)黃、紅，分蘗少，花少，籽粒不飽滿，產(chǎn)量低。 主要的氮肥：尿素、硝酸銨、硫酸銨、碳酸氫銨、人糞尿等N、P、K 是植物需要量最大，且土壤易缺乏的元素，稱“肥料三要素”。利用形式：H2PO4- 或HPO42- 吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物質(zhì)生理作用： 是核酸、核蛋白、磷脂的主要成分 是ATP和許多輔酶如NAD、NADP的成分 還參與了糖、脂肪和氨基酸的代謝；磷在促進(jìn)分蘗、分枝及根系生長等方面有很大作用施磷肥可提高作物抗寒性、抗旱性，使植株生長發(fā)育良好缺磷時，影響細(xì)胞分裂，使分蘗分枝少，生長緩慢，植株矮小，葉片呈暗綠或紫紅色，開花期和成熟期延遲，產(chǎn)量降低。b 植物必需礦質(zhì)元素

8、P的生理作用利用形式： K+K+ （土壤中有KCI、K2SO4等）生理作用： 可作為60多種酶的活化劑 可促進(jìn)呼吸進(jìn)程及核酸和蛋白質(zhì)的形成 影響糖類的合成和運(yùn)輸 還是構(gòu)成細(xì)胞滲透勢的重要成分 當(dāng)鉀肥充分時，莖桿堅韌，抗倒伏，種子飽滿，增產(chǎn)顯著;當(dāng)缺鉀時，莖桿柔弱，易倒伏，抗旱、抗寒性差，葉片失水，蛋白質(zhì)和葉綠素破壞，葉色變黃而逐漸壞死N、P、K都是可移動元素，缺乏時老葉先出現(xiàn)癥狀。c 植物必需礦質(zhì)元素K的生理作用利用形式：Ca2+ ,土壤中有CaCI2、CaSO4等生理作用： 1）維持膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 2）信號物質(zhì)：第二信使 3）中和有機(jī)酸：果實(shí)成熟時的酸味消失Ca是不易移動元素，缺乏時新葉先出

9、現(xiàn)癥狀。d 植物必需礦質(zhì)元素Ca的生理作用利用形式： SO4- 進(jìn)入植物體后大部分被還原成S生理作用： 是蛋白質(zhì)氨基酸的組成成分，如Met和Cys 具有穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的作用 是輔酶A、維生素、硫氧還蛋白、鐵硫蛋白的組分 可以調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)缺硫時, 蛋白質(zhì)含量顯著減少, 葉色黃綠或發(fā)紅, 植 株矮小. 缺硫情況在農(nóng)業(yè)上遇到較少, 因為土壤中有足夠的硫滿足植物需要.e 植物必需礦質(zhì)元素S S的生理作用一細(xì)胞膜的立體結(jié)構(gòu)基本成分：蛋白質(zhì)（外在蛋白和內(nèi)在蛋白）、脂類和糖第二節(jié)植物細(xì)胞對礦質(zhì)元素的吸收 二二 植物細(xì)胞吸收溶質(zhì)的方式植物細(xì)胞吸收溶質(zhì)的方式 擴(kuò)散擴(kuò)散 載體運(yùn)輸載體運(yùn)輸 離子泵

10、運(yùn)輸（質(zhì)子泵和鈣泵）離子泵運(yùn)輸（質(zhì)子泵和鈣泵） 胞飲作用胞飲作用1 擴(kuò)散：溶質(zhì)從濃度高的區(qū)域跨膜移向濃度低的區(qū)域的物理過程。擴(kuò)散包括簡單擴(kuò)散和異化擴(kuò)散簡單擴(kuò)散：O2、CO2等氣體及其它脂溶性物質(zhì)的過膜方式，從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)的擴(kuò)散，不消耗能量。易化擴(kuò)散：又稱協(xié)助擴(kuò)散，指膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白易讓溶質(zhì)順濃度梯度或電化學(xué)梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，不需要提 供能量。膜外膜內(nèi)細(xì)胞膜溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)途徑的示意圖離子通道：是細(xì)胞中有通道蛋白構(gòu)成的孔道，控制離子通過細(xì)胞。通道蛋白有所謂的閥門，閥門可開可關(guān)，當(dāng)閥門打開時形成離子通道，讓離子通過；當(dāng)閥門關(guān)閉，通道不允許離子擴(kuò)散。通道蛋白有感受器，感受刺激，改變蛋白的構(gòu)象開閉閥門。2 離

11、子通道3 載體亦稱轉(zhuǎn)運(yùn)體1.單向運(yùn)輸載體：能夠催化分子或離子單方向地順化學(xué)梯度跨質(zhì)膜運(yùn)輸 。 2.同向運(yùn)輸器：指運(yùn)輸器與質(zhì)膜外側(cè)H+結(jié)合的同時，又與另一分子或離子結(jié)合，同一方向運(yùn)輸。3 逆向運(yùn)輸器：指運(yùn)輸器與質(zhì)膜外側(cè)H+結(jié)合的同時，又與質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的分子或離子結(jié)合， 兩者朝相反的方向運(yùn)輸。同向運(yùn)輸逆向運(yùn)輸A離子B離子膜外膜內(nèi)載體運(yùn)輸途徑4 離子泵離子泵其實(shí)是質(zhì)膜上的ATP酶，當(dāng)少量的K、Na等陽離子進(jìn)入質(zhì)膜時，活化ATP酶，促進(jìn)ATP酶水解，釋放能量，將離子逆著化學(xué)勢梯度進(jìn)行跨膜運(yùn)輸。5 胞飲作用 胞飲作用是細(xì)胞通過膜的內(nèi)折從外界直接攝取物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的過程。第三節(jié)植物體對礦質(zhì)元素的吸收一一 植物吸

12、收礦素的特點(diǎn)：植物吸收礦素的特點(diǎn)： 1 根系對礦質(zhì)元素吸收和對水分吸收的相對性根系對礦質(zhì)元素吸收和對水分吸收的相對性 2 根系對礦質(zhì)元素吸收的選擇性根系對礦質(zhì)元素吸收的選擇性, 3 單鹽毒害和離子對抗單鹽毒害和離子對抗 單鹽毒害：當(dāng)溶液中只有一種金屬離子時對植物產(chǎn)生有害 作用的現(xiàn)象。 離子對抗：在發(fā)生單鹽毒害的溶液中，加入少量其它金屬 離子，即能減弱或消除這種毒害，離子之間的這種 作用就稱為離子拮抗作用。植物對礦素的吸收主要是通過植物對礦素的吸收主要是通過根部根部, , 也可通過也可通過葉片葉片. .（一）離子通過交換吸附在根部細(xì)胞的表面； 1 根部對溶液中礦質(zhì)元素吸收過程； 2 根部對被土粒

13、吸附著的礦素的吸收（二）離子進(jìn)入根的內(nèi)部；共質(zhì)體途徑和質(zhì)外體途徑（三）離子進(jìn)入導(dǎo)管：a.被動擴(kuò)散 b.主動運(yùn)輸二二 根系對礦質(zhì)元素的吸收過程根系對礦質(zhì)元素的吸收過程三、影響根部吸收礦質(zhì)元素的條件2溫度過高過高過低過低酶失活、膜透性增大酶失活、膜透性增大吸收下降吸收下降代謝慢、細(xì)胞粘性增大代謝慢、細(xì)胞粘性增大吸收下降吸收下降3通氣狀況增加有氧呼吸吸收加快ATP增加4溶液濃度一定范圍內(nèi)吸收加快增加增加濃度過大吸收受阻或燒苗5 5pH對土壤礦質(zhì)元素有效性的影響：最適PH是6-71 土壤水分狀況1根外營養(yǎng)，根外營養(yǎng)，又稱葉片營養(yǎng)葉片營養(yǎng)(foliar nutrition): 植物地上部分也可吸收礦物質(zhì)

14、，其主要器官是葉片，所以也稱為葉片營養(yǎng)。 2葉片吸收礦素的途徑葉片吸收礦素的途徑: 氣孔或角質(zhì)層 葉內(nèi) 表皮細(xì)胞的細(xì)胞壁 胞間連絲 表皮細(xì)胞的質(zhì)膜 細(xì)胞內(nèi) 葉脈韌皮部 四、植物地上部分對礦質(zhì)元素的吸收 3 影響葉片吸收礦素的因素 葉片年齡 溶液在葉上的時間 風(fēng)速、氣溫、大氣濕度等 4 4 根外施肥的優(yōu)點(diǎn)： a.因為后期根系吸肥力衰退，適合生育后期追肥。 b.易被土壤固定的礦質(zhì)元素，可用此法。 C.補(bǔ)充微量元素，效果快，用量省。一、礦質(zhì)元素運(yùn)輸?shù)男问絅：主要以氨基酸和酰胺形式運(yùn)輸，少數(shù)以NO3 P：主要以PO43形式運(yùn)輸，少數(shù)以有機(jī)磷S：主要以SO42形式運(yùn)輸，少數(shù)以蛋氨酸和谷胱甘肽形式運(yùn)輸金屬

15、離子（K+、Na+）:以離子形式運(yùn)輸二、運(yùn)輸?shù)耐緩?根部吸收的無機(jī)離子通過木質(zhì)部向上運(yùn)輸，再橫向運(yùn)到韌皮部。 葉片吸收的離子沿韌皮部向上、向下運(yùn)輸，再橫向運(yùn)到木質(zhì)部。第四節(jié)礦質(zhì)元素在植物體內(nèi)的運(yùn)輸和分布1參與循環(huán)的礦素：參與循環(huán)的礦素：如N、P、Mg等，多分布在代謝較旺盛的部分。參與循環(huán)的元素都可再利用。 可再利用元素：如果進(jìn)入一個植株器官的礦質(zhì)元素又可運(yùn)輸?shù)狡渌M織和器官，這種元素就稱為可再利用元素。 特點(diǎn)：優(yōu)先分配給新組織，所以老葉先出現(xiàn)缺素癥狀三、礦質(zhì)元素在體內(nèi)的分布2不參與循環(huán)的礦素：如S、Ca、Fe、B等，多分布在莖和老葉中。不參與循環(huán)的元素都不可再利用。不可再利用元素：從根系進(jìn)入植

16、株器官后，不能再次運(yùn)輸?shù)脑亍?特點(diǎn)：在老組織中積累，所以新葉先出現(xiàn)缺素癥狀三、礦質(zhì)元素在體內(nèi)的分布v大豆缺硫植株矮小大豆缺硫植株矮小, ,新葉均一失綠發(fā)白新葉均一失綠發(fā)白一、作物需肥規(guī)律1不同作物對礦質(zhì)元素需求種類不同 如：禾谷類：前期施N肥，后期施P、K肥促粒 塊根、塊莖類：施K肥，促進(jìn)地下糖分積累 葉菜類：施N肥，促葉肥大 豆科：少N，有固氮作用，多施P、K肥第五節(jié)合理施肥的生理基礎(chǔ)2同一作物不同時期需肥不同 時期： 種子萌發(fā)苗期開花結(jié)實(shí) 成熟衰老 需肥量：不需肥 逐漸增多最多停止吸收3最高生產(chǎn)效率期（營養(yǎng)最大效率期）施肥的營養(yǎng)效果最好，增產(chǎn)最多的時期。二二 、合理施肥的指標(biāo)、合理施肥的指標(biāo) 形態(tài)指標(biāo)形態(tài)指標(biāo) ：相貌 葉色 生理指標(biāo)生理指標(biāo)： 營養(yǎng)元素 測土配方施肥三三 、施肥增產(chǎn)的原因、施肥