植物的矿质营养医学知识培训ppt课件

植物的矿质营养医学知识植物的矿质营养医学知识1图1.9 膜的流动镶嵌模型的现代模型，描述了完整的、外围的和脂类固定的膜蛋白质。未按标尺绘制。植物的矿质营养医学知识2图1.9 膜的流动镶嵌模型的现代模型，描述了完整的、外围的和（一）膜的特性和化学成分在真核细胞中，膜结构占整个细胞干重的70%80%。生物膜由蛋白质、脂类、糖和无机离子等组成。蛋白质约占60%65%，脂类占25%40%，糖占5%。脂类与蛋白质的比例，因不同细胞、细胞器或膜层而相差很大。功能复杂的膜，其蛋白质含量可达80%，而有的只占20%左右。由于脂类分子的体积比蛋白质分子的小得多，因此生物膜中的脂类分子的数目总是远多于蛋白质分子的数目。图1-7 细胞膜的结构植物的矿质营养医学知识3（一）膜的特性和化学成分在真核细胞中，膜结构占整个细胞干重图图 膜各个断面的名称膜各个断面的名称 ES，质膜的细胞外表面（extrocytopasmic surface）；PS，质膜的原生质表面（protoplasmic surface）；EF（extrocytopasmic face），质膜的细胞外小页断裂面；PF（protoplasmic face），原生质小页断裂面。样品经冰冻断裂处理后，细胞膜往往从脂双层中央断开，为了便于研究，各部分都有固定的名称植物的矿质营养医学知识4图 膜各个断面的名称 样品经冰冻断裂处理后，细胞膜往往从脂双(二)膜的结构 由辛格尔(S.J.Singer)和尼柯尔森(G.Nicolson)在1972年提出，认为液态的脂质双分子层中镶嵌着可移动的蛋白质。细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架，蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。流动镶嵌模型流动镶嵌模型(fluid mosaic model)植物的矿质营养医学知识5(二)膜的结构 由辛格尔(S.J.Singer)和模型模型强调膜的不对称性和流动性强调膜的不对称性和流动性强调膜的不对称性和流动性强调膜的不对称性和流动性。膜的不对称性膜的不对称性膜的不对称性膜的不对称性 主要是由脂类和蛋白质分布的不对称造成的。蛋白质在膜中有的半埋于内分子层，有的半埋于外分子层，即使贯穿全膜的蛋白质也是不对称的。另外，寡糖链的分布也是不对称的，它们大多分布于外分子层。膜的流动性膜的流动性膜的流动性膜的流动性 其一是脂类分子是液晶态可动的，脂类分子随温度改变经常处于液晶态和液态的动态平衡之中，两相中脂类分子排列不同，流动性大小也不同。其二是分布于膜脂双分子层的蛋白质也是流动的，它们可以在脂分子层中侧向扩散，但不能翻转扩散。这说明了少量膜脂与膜蛋白有相对专一的作用，这种作用是膜蛋白行使功能所必须的。脂类双分子层中磷脂分子的流动性磷脂转位分子的活动机制植物的矿质营养医学知识6模型强调膜的不对称性和流动性。脂类双分子层中磷脂分子的流动(三)生物膜的功能在生命起源的最初阶段，正是有了脂性的膜，才使生命物质蛋白质与核酸获得与周围介质隔离的屏障而保持聚集和相对稳定的状态，继而才有细胞的发展。1.1.分室作用分室作用分室作用分室作用 细胞的膜系统把细胞内的空间分隔，使细胞内部的区域化，即形成各种细胞器，从而使细胞的代谢活动“按室进行”。各区域内均具特定的pH、电位、离子强度和酶系等。同时，由于内膜系统的存在，又将各个细胞器联系起来共同完成各种连续的生理生化反应。植物叶肉细胞的图示，描述了植物细胞的主要的膜系统和细胞壁区域。植物的矿质营养医学知识7(三)生物膜的功能在生命起源的最初阶段，正是有了脂性的膜，2.2.代代谢反反应的的场所所 细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行。如光合作用的光能吸收、电子传递和光合磷酸化、呼吸作用的电子传递及氧化磷酸化过程分别是在叶绿体的光合膜和线粒体内膜上进行的。植物的矿质营养医学知识82.代谢反应的场所 细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行3.3.物物质交交换 质膜对物质的透过具有选择性，控制膜内外进行物质交换。如质膜可通过扩散、离子通道、主动运输及内吞外排等方式来控制物质进出细胞。各种细胞器上的膜也通过类似方式控制其小区域与胞质进行物质交换。植物的矿质营养医学知识93.物质交换 植物的矿质营养医学知识94.4.识别功能功能 质膜上的多糖链分布于其外表面，似“触角”一样能够识别外界物质，并可接受外界的某种刺激或信号，使细胞作出相应的反应。例如，花粉粒外壁的糖蛋白与柱头细胞质膜的蛋白质可进行识别反应。膜上还存在着各种各样的受体(receptor)，能感应刺激，传导信息，调控代谢。植物的矿质营养医学知识104.识别功能 植物的矿质营养医学知识10二、二、植物细胞对溶质的吸收植物细胞对溶质的吸收当植物根从外部吸收溶质时,首先有一个溶质迅速进入的阶段，称为第一阶段,然后吸收速度变慢且较平稳，这称为第二阶段。在第一阶段溶质进入质外体,在第二阶段溶质进入原生质及液泡。图 植物组织对溶质的吸收将实验材料从溶液转入水中,原来进入质外体的那些溶质会泄漏出来。用无O、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,而第二阶段被抑制。这表明,溶质进入质外体与其跨膜进入细胞质和液泡的机制不同，前者以被动吸收为主;后者以主动吸收为主。植物的矿质营养医学知识11二、植物细胞对溶质的吸收当植物根从外部吸收溶质时,首先有一三种膜运输蛋白：通道、载体、和泵。通道蛋白和载体蛋白可以调节溶质顺电化学势梯度穿膜的被动运输（通过简单扩散简单扩散和协助扩散协助扩散）植物的矿质营养医学知识12三种膜运输蛋白：通道、载体、和泵。通道蛋白和载体蛋白可以调节 一、被动吸收一、被动吸收(passive absorption)1 1、扩散扩散指分子或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象。指分子或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象。不带电的中性分子和粒子的扩散取决于其化学势梯度或浓度不带电的中性分子和粒子的扩散取决于其化学势梯度或浓度梯度。梯度。带电粒子的扩散除了其化学势梯度或浓度梯度以外，还受体带电粒子的扩散除了其化学势梯度或浓度梯度以外，还受体系间电势高低的影响，亦即取决于其电化学势的梯度。系间电势高低的影响，亦即取决于其电化学势的梯度。在压力、重力等因素忽略不计的情况下，某一体系中某种离子的电化学势可定量描述为：=0+RTlna+ZFE 式中：为该离子的电化学势；0为标准状态下离子的电化学势；R为气体常数；T为热力学温度；a为离子的相对活度；Z为带电荷数（带正电为正数，带负电为负数）；F为法拉第常数；E为离子所处体系的电势。植物的矿质营养医学知识13 一、被动吸收(passive absorption)植物2 2、离子通道离子通道(ion channel)(ion channel)离子通道离子通道由细胞膜上内在蛋白构成的允许离子通过膜的孔道。离子通道有多种类型，如根据它转运溶质的选择性有K+、Cl-、Ca2+、NO3-通道，也可能存在着供有机离子通过的通道。从保卫细胞中已鉴定出两种K+通道,一种是允许K+外流的外向通道，另一种则K+的内向通道。一个表面积为4000 m2的保卫细胞膜约有250个K+通道。离子通道开闭的机制有两类:一类可对跨膜电势梯度发生反应,另一类则对外界刺激(如光照、激素等)发生反应.离子通道的构像会随环境条件的改变而发生变化,处于某些构像时,它的中间会形成孔,允许溶质通过。物质经膜转运蛋白膜转运蛋白顺电化学梯度跨膜的转运。它不需要细胞直接提供能量。膜转运蛋白可分为两类:通道蛋白和载体蛋白（部分）。植物的矿质营养医学知识142、离子通道(ion channel)离子通道3.3.载体（体（ion carrier）载体是一类能携带离子通过膜的内在蛋白。由载体转运的物质首先与载体蛋白的结合部位结合,结合后载体蛋白产生构象变化,将被转运物质暴露于膜的另一侧,并释放出去。载体蛋白对被转运物质的结合及释放,与酶促反应中酶与底物的结合及对产物的释放情况相似。图图 协助扩散简化模型协助扩散简化模型 通过载体进行被动转运的示意图。植物的矿质营养医学知识153.载体（ion carrier）载体是一类能携带离子通过膜溶质是经通道蛋白还是经载体蛋白转运,二者区别：通道蛋白载体蛋白没有饱和现象有饱和现象（结合部位有限）顺电化学势梯度转运顺电化学势梯度 也可逆电化学梯度转运被动吸收被动吸收或主动吸收转运载体结合位点的饱和，使呈现速率达饱和状态（Vmax），在理论上，通过通道的扩散速率是与运转溶质或离子的浓度成正比的，跨膜的电化学势梯度差成正比。植物的矿质营养医学知识16溶质是经通道蛋白还是经载体蛋白转运,二者区别：通道蛋白载体蛋经通道的转运是一种简单的扩散过程,没有饱和现象,经载体的转运,结合部位数量有限,有饱和现象。经通道转运溶质是被动吸收，由载体进行的转运可以是被动吸收(顺电化学势梯度)，也可以是主动吸收图图图图 经通道或载体转运的动力学分析经通道或载体转运的动力学分析经通道或载体转运的动力学分析经通道或载体转运的动力学分析细胞液和液泡中的离子浓度可以通过主动运输（实箭头）和被动运输（虚线箭头）进行控制。利用呼吸释放的能量，逆电化学势梯度吸收矿质，这种过程称为主动吸收。主动吸收。植物的矿质营养医学知识17经通道的转运是一种简单的扩散过程,没有饱和现象,经载体的转二、主动吸收主动吸收(active absorption-质子泵）ATPATP酶酶能催化ATP水解生成ADP和Pi，是参与能量代谢的关键酶。根细胞膜上的ATP酶，是膜上的插入蛋白，体积大，横跨整个膜，也是一种特殊的离子载体。质膜ATP酶催化反应如下:ATP+HATP+H2 2O O ATPATP酶酶 ADP+Pi ADP+Pi 32kJmol32kJmol-1-1 1molATP水解释放32kJ能量，释放的能量用于转运离子。即把细胞质内的阳离子（H+、K+、Na+、Ca2+）向膜外“泵”出。H+是最主要的通过这种方式转运的离子，所以将转运H+的ATP酶称为H H+-ATPase-ATPase或H H+泵、质子泵泵、质子泵。由于ATPase这种逆电化学势梯度主动转运阳离子造成了膜内外正、负电荷的不一致,形成了跨膜的电位差,故这种现象称为致电,ATP酶称为致电泵致电泵或生电质子泵生电质子泵(electrogenic pump)。跨膜的H+梯度和膜电位具有的能量合称为H+电化学势差H+也是其它离子或分子越膜进入细胞的驱动力。植物的矿质营养医学知识18二、主动吸收(active absorption-质子泵）植被动吸收被动吸收 不需要代谢来直接提供能量的、顺电化学势梯度吸收矿质的过程主动吸收主动吸收 要利用呼吸释放的能量才能逆电化学势梯度吸收矿质的过程扩散作用扩散作用 是指分子或离子沿着化学势或电化学势梯度转移的现象 质膜质膜H H+-ATP ATP酶酶 细胞质膜上的一种蛋白复合体能催化ATP水解释放能量并用于转运离子协助扩协助扩散散 物质经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨膜的转运离子通道离子通道 细胞膜中一类内在蛋白构成的孔道,可为化学或电学方式激活，允许离子顺电化学势通过细胞膜质膜质膜CaCa+-ATPaATPaseseCa+是另一种通过ATP酶转运的离子。Ca+-ATPase逆电化势梯度将Ca+从细胞质转运到胞壁或液泡中。载体蛋白载体蛋白 是一类能携带离子通过膜的内在蛋白(也可主动运输)植物细胞吸收矿质元素的主要方式植物细胞吸收矿质元素的主要方式植物细胞吸收矿质元素的主要方式植物细胞吸收矿质元素的主要方式 植物的矿质营养医学知识19被动吸收 不需要代谢来直接提供能量的、顺电化学势梯度吸收矿质三、胞饮作用胞饮作用1.胞饮作用（pinocytosis）：物质吸附在质膜上，通过膜的内折而转移到细胞内的攫取物质及液体的过程。2.特点：非选择性，可吸收大分子。3.胞饮过程：物质吸附质膜内陷（物质进入）质膜内折小囊泡两种去向：（1）囊泡溶解，物质留在细胞质内；（2）交给液泡。番茄和南瓜的花粉母细胞、蓖麻和松的根尖细胞中都有胞饮现象。图图7 细胞吸收溶质演示细胞吸收溶质演示 植物的矿质营养医学知识20三、胞饮作用1.胞饮作用（pinocytosis）：图7 要点提示要点提示 植物细胞吸收溶质的方式有4种：通道运输、载体运输、泵运输和胞饮作用。已经证实了有K+、Cl-、Ca2+、NO3-等离子通道的存在。通过离子通道的运输是顺着跨膜的电化学势梯度进行的，运输速度较快，每秒钟可运输107108个离子。运输载体包括单向运输载体、同向运输器和反向运输器，它们可以顺着或逆着跨膜的电化学势梯度运输溶质。泵运输通过质子泵和钙泵进行，它们都要消耗ATP。胞饮作用不只吸收矿物质，也可摄取大分子物质。内在蛋白（内在蛋白（intrinsic proteinintrinsic protein）:镶嵌在膜磷脂之间，甚至穿透膜的内外表面的蛋白质。在物质运输、能量转换、代谢调控、细胞识别等功能中起重要作用。外在蛋白（外在蛋白（extrinsic proteinextrinsic protein）:与膜的外表面或内表面相连的蛋白质。通道蛋白（通道蛋白（channel proteinchannel protein）:横跨膜的两侧，能运输溶质的蛋白。载体蛋白（载体蛋白（carrier proteincarrier protein）:位于细胞膜上的内在蛋白,它有选择地与膜的一侧的溶质结合，形成载体-物质复合物，通过载体蛋白构象的变化，把溶质运输到膜的另一侧，如单向运输载体、同向运输器和反向运输器。初级主动运输（初级主动运输（primary active transportprimary active transport）:膜上的质子泵利用能量逆着电化学势梯度主动转运质子的过程。次级主动运输（次级主动运输（secondary active transportsecondary active transport）:膜上的转运蛋白随着质子泵转运质子所产生的电化学势梯度，间接利用能量来转运溶质的过程。胞饮作用（胞饮作用（pinocytosispinocytosis）:通过膜的内折从外界直接摄取物质的过程。转运蛋白（转运蛋白（transport proteintransport protein）:指存在于细胞膜系统中具有转运功能的蛋白质，主要是通道蛋白、载体蛋白和泵。植物的矿质营养医学知识21要点提示 植物细胞吸收溶质的方式有4种：通道运第三节第三节 植物对矿质元素的吸收植物对矿质元素的吸收、植物吸收矿质元素的特点、植物吸收矿质元素的特点(一一)根系吸收矿质与吸收水分的相互关系根系吸收矿质与吸收水分的相互关系 1)相互关联：盐分一定要溶于水中,才能被根系吸收,并随水流进入根部的质外体。而矿质的吸收，降低了细胞的渗透势，促进了植物的吸水。这也叫做以水调肥，肥水互促。2)相互独立：两者的吸收不成比例吸收不成比例；吸收机理不同吸收机理不同:水分吸收主要是以蒸腾作用引起的被动吸水为主,而矿质吸收则是主动吸收为主。分配方向不同分配方向不同：水分主要分配到叶片，而矿质主要分配到当时的生长中心。矿质吸收与水分吸收的关系矿质吸收与水分吸收的关系植物的矿质营养医学知识22第三节 植物对矿质元素的吸收、植物吸收矿质元素的特点(二二)根系根系对离子吸收具有离子吸收具有选择性性离子的选择吸收是指植物对同一溶液中不同离子或同一盐的阳离子和阴离子吸收的比例不同的现象。1.1.生理碱性盐生理碱性盐（physiologically alkaline salt)植物根系从溶液中有选择地吸收离子后使溶液酸度降低的盐类，例如NaNO。2.2.生理酸性盐（生理酸性盐（physiologically acid saltphysiologically acid salt）植物根系从溶液中有选择地吸收离子后使溶液酸度增加的盐类，如(NH4)2SO4。3.3.生理中性盐（生理中性盐（physiologically acid saltphysiologically acid salt）植物吸收其阴、阳离子的量很相近,而不改变周围介质pH的盐类,称生理中性盐，如NH4NO3。生理酸性盐和生理碱性盐是由于植物的选择吸收而引起外界溶液逐渐变酸或变碱。如果在土壤中长期施用某一种化学肥料,就可能引起土壤酸碱度的改变,从而破坏土壤结构，所以施化肥应注意肥料类型的合理搭配。植物的矿质营养医学知识23(二)根系对离子吸收具有选择性离子的选择吸收是指植物对同一(三三)根系吸收根系吸收单盐会受毒害会受毒害 任何植物,假若培养在某一单盐溶液中,不久即呈现不正常状态,最后死亡。这种现象称单盐毒害单盐毒害(toxicity of single salt)。单盐毒害无论是营养元素或非营养元素都可发生,而且在溶液浓度很稀时植物就会受害。例如把海水中生活的植物,放在与海水浓度相同的NaCl溶液中,植物会很快死亡。图图 小麦根在单盐溶液和盐类小麦根在单盐溶液和盐类混合液中的生长混合液中的生长A.NaCl+KCl+CaCl;A.NaCl+KCl+CaCl;B.NaCl+B.NaCl+CaClCaCl;C.CaCl;C.CaCl;D.NaCl;D.NaCl许多陆生植物的根系浸入Ca、Mg、Na、K等任何一种单盐溶液中,根系都会停止生长,且分生区的细胞壁粘液化,细胞破坏,最后变为一团无结构的细胞团。植物的矿质营养医学知识24(三)根系吸收单盐会受毒害 任何植物,假若培养在某一单盐溶若在单盐溶液中加入少量其它盐类,这种毒害现象就会消除。这种离子间能够互相消除毒害的现象,称离子拮抗离子拮抗(ion antagonism)，也称离子对抗离子对抗。植物只有在含有适当比例的多盐溶液中才能良好生长，这种溶液称平衡溶液平衡溶液(balanced solution)。前边所介绍的几种培养液都是平衡溶液。对于海藻来说，海水就是平衡溶液。对于陆生植物而言，土壤溶液一般也是平衡溶液，但并非理想的平衡溶液，而施肥的目的就是使土壤中各种矿质元素达到平衡，以利于植物的正常生长发育。金属离子间的颉颃作用因离子而异,钠不能颉颃钾,钡不能颉颃钙,而钠和钾是可以颉颃钙和钡的(不同族元素的离子之间)。关于拮抗作用的本质,目前还没有满意的解释。植物的矿质营养医学知识25若在单盐溶液中加入少量其它盐类,这种毒害现象就会消除。这种离二、根系吸收矿质元素的区域和过程根系是植物吸收矿质的主要器官,吸收矿质的部位和吸水的部位都是根尖未栓化的部分。根毛区根毛区是吸收矿质离子最快的区域(一一)根系吸收根系吸收矿质元素的区域元素的区域积累量输出量图图 大麦根尖不同区域大麦根尖不同区域P的积的积累和运出累和运出植物的矿质营养医学知识26二、根系吸收矿质元素的区域和过程根系是植物吸收矿质的主要器官(二)根系对矿质元素的吸收过程1.1.离子吸附在根部离子吸附在根部细胞表面胞表面 根部细胞呼吸作用放出CO和HO。CO2溶于水生成H2CO3,H2CO3能解离出H+和HCO3离子,这些离子同土壤溶液和土壤胶粒上吸附的离子交换，如K+、Cl-、HCO3等进行交换,使土壤中的离子被吸附到根表面。离子交换按“同荷等价”的原理进行,即阳离子只同阳离子交换,阴离子只能同阴离子交换,而且价数必须相等。根系还可分泌出一些柠檬酸、苹果酸等有机酸来溶解一些难溶性盐类，并进一步加以吸收。岩石缝中生长的树木、岩石表面的地衣等植物就是通过这种方式来获取矿质营养的。图 土壤颗粒表面阳离子交换法则 由于土壤颗粒表面带有负电荷，阳离子被土壤颗粒吸附于表面。外部阳离子如钾离子可取代土壤颗粒表面吸附的另一个阳离子如钙离子，使得Ca2+被根系吸收利用。2.离子进入根的内部离子进入根的内部植物的矿质营养医学知识27(二)根系对矿质元素的吸收过程1.离子吸附在根部细胞表面 3.离子进入根部导管或管饱离子进入根部导管或管饱 吸附根表面的离子可通过质外体和共质体两种途径 1)被动扩散被动扩散-质外体途径质外体途径 外界溶液中的离子可顺着电化学势梯度扩散进入根部质外体，故质外体质外体又称自由空间自由空间。自由空间的大小无法直接测定，只能由实验值间接估算。这个估算值称为相对自由空间(relative free space，RFS)，估算的方法是：将根系放入某一已知浓度、体积的溶液中,待根内外离子达到平衡后,再测定溶液中的离子数和根内进入自由空间的离子数(将根再浸入水中,使自由空间内的离子扩散到水中,再行测定)。用下式可计算出相对自由空间:RFS(%)=自由空间体积/根组织总体积100=进入组织自由空间的溶质数(mol)/外液溶质浓度(molml-1)组织总体积(ml)100 豌豆、大豆、小麦的相对自由空间约在8%14%之间。植物的矿质营养医学知识283.离子进入根部导管或管饱 植物的矿质营养医学知识282)2)主主动过程程-共共质体体 途径途径 离子通过自由空间到达原生质表面后,可通过主动吸收或被动吸收的方式进入原生质。在细胞内离子可以通过内质网及胞间连丝从表皮细胞进入木质部薄壁细胞，然后再从木质部薄壁细胞释放到导管中。释放机理可以是被动的，也可以是主动的，并具有选择性。木质部薄壁细胞质膜上有ATP酶，推测这些薄壁细胞在分泌离子运向导管中起积极的作用。离子进入导管后,主要靠水的集流而运到地上器官,其动力为蒸腾拉力和根压。胞间连丝如何连接相邻细胞中的细胞质胞间连丝如何连接相邻细胞中的细胞质的示意图的示意图图图8 植物吸收矿质特点演示植物吸收矿质特点演示 植物的矿质营养医学知识292)主动过程-共质体 途径 释放机理可以是三、影响根系吸收矿质元素的条件(一一)温度温度 在一定范围内,根系吸收矿质元素的速度,随土温的升高而加快，当超过一定温度时，吸收速度反而下降。这是因为土温变化：影响呼吸而影响根对矿质的主动吸收。影响酶的活性,影响各种代谢。影响原生质胶体状况低温下原生质胶图 温度对小麦幼苗吸收钾的影响体粘性增加,透性降低,吸收减少;高温(40以上)使酶钝化,从而影响根部代谢;高温还导致根尖木栓化加快,减少吸收面积;高温还能引起原生质透性增加,使被吸收的矿质元素渗漏到环境中去。(早稻秧苗低温发黄)植物的矿质营养医学知识30三、影响根系吸收矿质元素的条件(一)温度 图 温度对小麦植物的矿质营养医学知识培训ppt课件31(三三)土壤溶液土壤溶液浓度度据试验,当土壤溶液浓度很低时,根系吸收矿质元素的速度,随着浓度的增加而增加,但达到某一浓度时,再增加离子浓度,根系对离子的吸收速度不再增加。这一现象可用离子载体的饱和效应来说明。浓度过高,会引起水分的反渗透,导致“烧苗”。所以，向土壤中施用化肥过度,或叶面喷施化肥及农药的浓度过大,都会引起植物死亡,应当注意避免。植物的矿质营养医学知识32(三)土壤溶液浓度据试验,当土壤溶液浓度很低时,根系吸收矿一般阳离子的吸收速率随土壤pH值升高而加速;而阴离子的吸收速率则随pH值增高而下降。图图 pH pH对矿质元素吸收的影响对矿质元素吸收的影响 左：对燕麦吸收K+的影响；右：对小麦吸收NO-的影响(四四)氢氢离子离子浓度度植物的矿质营养医学知识33一般阳离子的吸收速率随土壤pH值升高而加速;而阴离子的吸收速土壤溶液pH值对植物吸收离子有直接影响和间接影响：1)1)直接影响：直接影响：影响到根系的带电状况，这与组成细胞质的蛋白质为两性电解质有关,在酸性环境中,根组织活细胞膜及胞内构成蛋白质的氨基酸处于带正电状态,易吸收外界溶液中的阴离子;在碱性环境中,氨基酸的羧基多发生解离而处于带负电状态,根细胞易吸收外部的阳离子。有利阳离子吸收有利阴离子吸收植物的矿质营养医学知识34土壤溶液pH值对植物吸收离子有直接影响和间接影响：有利阳2)2)间接影响间接影响 影响到离子有效性，比直接影响大得多。当土壤的碱性逐渐增加时,Fe、Ca、Mg、Cu、Zn、PO43-等元素易形成难溶性化合物，使这些元素的有效性降低；在偏酸性环境中,有利于PO43-、K+、Ca2+、Mg2+等溶解性的增加,从而有利于植物的吸收利用，但同时这些元素易流失，往往植物来不及吸收,便被雨水冲走。故在酸性红壤土中,常缺乏上述元素。土壤酸性过强时(如我国南方地区红黄壤）,Al、Fe、Mn等溶解度增大,当超过一定含量时,可引起植物中毒。植物的矿质营养医学知识352)间接影响 土壤酸性过强时(如我国南方地区红黄壤）,Al、一般植物最适生长的pH值在67之间,但有些植物喜稍酸环境,如茶、马铃薯、烟草等,还有一些植物喜偏碱环境,如甘蔗和甜菜等。植物的矿质营养医学知识36一般植物最适生长的pH值在67之间,但有些植物喜稍酸环境,四、植物地上部分对矿质元素的吸收植物除了根系以外,地上部分(茎叶)也能吸收矿质元素。把速效性肥料直接喷施在叶面上以供植物吸收的施肥方法称为根外施肥。1.1.吸收方式吸收方式 溶于水中的营养物质喷施到植物地上部分后,营养元素可通过叶片的气孔（主要）、叶面角质层或茎表面的皮孔进入植物体内。角质层是多糖和角质(脂类化合物)的混合物,分布于表皮细胞的外侧壁上,不易透水。但角质层有裂缝,呈细微的孔道,可让溶液通过。溶液经过角质层孔道到达表皮细胞外侧壁后,进一步经过细胞壁中的外连丝（连接细胞壁与质膜的纤丝），到达表皮细胞的质膜。角质层-外连丝-表皮细胞的质膜-叶肉细胞其他部位 植物的矿质营养医学知识37四、植物地上部分对矿质元素的吸收植物除了根系以外,地上部分 2.影响因素影响因素 营养物质进入叶片的量与叶片的内外因素有关。1)叶结构叶结构 嫩叶比老叶的吸收速率和吸收量要大,这是由于二者的表层结构差异和生理活性不同的缘故。对角质层厚的叶片(如柑橘类)效果较差。2)温度温度 温度对营养物质进入叶片有直接影响,在30、20和10时,叶片吸收32P的相对速率分别为100、71和53。3)保留时间保留时间 由于叶片只能吸收溶解在溶液中的营养物质,所以溶液在叶面上保留时间越长,被吸收的营养物质的量就越多。营养液中加入表面活性剂或沾湿剂（吐温、洗净剂）以增加营养液在叶面的吸附力。4)凡能影响液体蒸发的外界环境因素凡能影响液体蒸发的外界环境因素,如光照、风速、气温、大气湿度等都会影响叶片对营养物质的吸收。因此,向叶片喷营养液时应选择在凉爽、无风、大气湿度高的期间进行。追肥时间以傍晚或阴天为佳。植物的矿质营养医学知识38 2.影响因素 植物的矿质营养医学知识38 3.优点优点 1)用肥省用肥省一般大量元素浓度为1%(0.5%2%),微量元素0.001%0.1%为宜。用药量50200斤/亩。一株20 年生的果树施尿素如需2.5kg,叶面喷施只需0.10.2kg就够了。2)肥效快肥效快叶面喷施比根施见效快，KCl喷后30分钟K进入细胞；尿素喷后24小时内吸收50%75%，肥效可至710天。3)补充养料的不足补充养料的不足 特别是在作物生长后期根系活力降低、吸肥能力衰退时;或因干旱土壤缺少有效水、土壤施肥难以发挥效益；或因某些矿质元素如铁在碱性土壤中有效性很低;Mo在酸性土壤中强烈被固定等情况下,采用根外追肥可以收到明显效果。常用于叶面喷施的肥料有尿素、磷酸二氢钾及微量元素。注意：根外施肥不能代替根部施肥，只能作根肥的补充。喷施浓度稍高,易造成叶片伤害，“烧苗”。植物的矿质营养医学知识39 3.优点 植物的矿质营养医学知识39知识要点知识要点 根部是植物吸收矿质元素的主要器官。根毛区是根尖吸收离子最活跃的区域。根部吸收矿物质的过程是：首先经过交换吸附把离子吸附在表皮细胞表面；然后通过质外体和共质体运输进入皮层内部。离子进入导管有两种方式：一是被动扩散，二是主动吸收。土壤温度和通气状况是影响根部吸收矿质元素的主要因素。交换吸附交换吸附(exchange adsorption):(exchange adsorption):根部细胞在吸收离子的过程中，同时进行着离子的吸附与解吸附作用，因而总有一部分离子被其它离子所置换。为什么说氮、磷、钾是植物生长的最主要的“三要素”？解题思路：主要围绕着氮、磷、钾在细胞中的生理作用进行分析。(1)氮是氨基酸、酰胺、蛋白质、核酸、核苷酸、辅酶等的组成元素;氮又是叶绿素、生长素、细胞分裂素、维生素和生物碱等的成分。所以，氮在上述碳化合物的结构中起着重要的营养作用，故称氮为生命元素。当氮肥供应充分时，植物叶大而鲜绿，叶片功能期延长，分枝（分蘖）多，营养体壮健，花多，产量高。缺氮时，影响细胞的分裂、分化和生长，植株矮小，产量低。(2)磷是糖磷酸、核酸、核苷酸、辅酶、磷脂、植酸等的组成成分。磷在ATP的反应中以及在糖类代谢、蛋白质代谢和脂肪代谢中起着重要的作用。所以磷在能量贮存和结构完整性中起着重要的营养作用。磷能促进细胞内各种代谢正常进行，使植株生长发育良好，同时提高作物的抗寒性。(3)钾活化呼吸作用和光合作用的酶活性，是细胞中40多种酶的辅助因子，是形成细胞膨胀和维持细胞内电中性的主要阳离子。所以钾是以离子状态存在的营养元素。钾供应充分时，糖类合成加强，纤维素和木质素含量提高，茎秆坚韧，抗倒伏。由此可见，氮、磷、钾是植物生长最重要的三种元素。植物的矿质营养医学知识40知识要点 根部是植物吸收矿质元素的主要第四节第四节 矿质元素在体内的运输和分布矿质元素在体内的运输和分布根部吸收的矿质元素,少部分留存在根内,大部分运输到植物的其它部位去。(一一)矿质元素运元素运输形式形式 N N根系吸收的N素,多在根部转化成有机化合物,如天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺,以及少量丙氨酸、缬氨酸和蛋氨酸，然后这些有机物再运往地上部；也有一部分氮素以NO3-直接被运送至叶片后再被还原利用。P P磷酸盐主要以无机离子形式运输,还有少量先合成磷酰胆碱和ATP、ADP、AMP、6磷酸葡萄糖、6磷酸果糖等有机化合物后再运往地上部。K K+、CaCa2+2+、MgMg2+2+、FeFe2+2+、SOSO-等则以离子形式运往地上部。植物的矿质营养医学知识41第四节 矿质元素在体内的运输和分布根部吸收的矿质元素,少部(二二)矿质元素元素长距离运距离运输的途径的途径矿质元素被根系吸收进入木质部导管后，随蒸腾流沿木质部向上运输，这是矿质元素在植物体内纵向长距离运输的主要途径。在矿质元素沿木质部上运的同时，也存在有部分矿质元素横向运输至韧皮部的现象。在植物体内也存在矿质元素经韧皮部自地上部分（如叶片）向下运输的现象，特别是在植物的特殊生长发育阶段，如多年生植物在秋冬季叶片脱落前，叶片中的矿质元素大量向根部和茎杆转移。图图 放射性放射性4242K K向上运输的向上运输的试验试验植物的矿质营养医学知识42(二)矿质元素长距离运输的途径矿质元素被根系吸收进入木质部导(三)矿质元素在植物体内的分布矿质元素运到生长部位后,大部分与体内的同化物合成复杂的有机物质,如由氮合成氨基酸、蛋白质、核酸、磷脂、叶绿素等;由磷合成核苷酸、核酸、磷脂等;由硫合成含硫氨基酸、蛋白质、辅酶A等。它们进一步形成植物的结构物质。未形成有机化合物的矿质元素,有的作为酶的活化剂,如Mg、Mn、Zn等;有的作为渗透物质,调节植物水分的吸收。已参加到生命活动中去的矿质元素,经过一个时期后也可分解并运到其它部位去,被重复利用。必需元素被重复利用的情况不同,N、P、K、Mg易重复利用,它们的缺乏病症,首先从下部老叶开始。Cu、Zn有一定程度的重复利用,S、Mn、Mo较难重复利用,Ca、Fe不能重复利用,它们的病症首先出现于幼嫩的茎尖和幼叶。植物的矿质营养医学知识43(三)矿质元素在植物体内的分布矿质元素运到生长部位后,大部氮、磷可多次参与重复利用;有的从衰老器官转到幼嫩器官(如从老叶转到上部幼叶幼芽);有的从衰老叶片转入休眠芽或根茎中,待来年再利用;有的从叶、茎、根转入种子中等等。矿质元素不只在植物体内从一个部位转移到另一个部位，同时还可排出体外。已知植物根系可以向土壤中排出矿质和其它物质；地上部分通过吐水和分泌也可将矿质和其它物质排出体外；另外下雨和结露能淋走植株中的许多物质，尤其是质外体中的物质。据报道，一年生植物在生长末期，钾的淋失可达最高含量的1/3，钙达1/5，镁达1/10；热带生长的籼稻在雨季淋失的氮可占所吸收氮的30%。可见，阴雨连绵会破坏植物体内的元素平衡。然而一些被淋洗和排出到土壤中的物质又可被根系再度吸收和利用。植物的矿质营养医学知识44氮、磷可多次参与重复利用;有的从衰老器官转到幼嫩器官(如从老知识要点知识要点 一些矿质元素在根内同化为有机物，但也有一些矿质元素仍呈离子状态。根部吸收的矿质元素向上运输主要通过木质部，也能横向运到韧皮部后再向上运输。叶片吸收的离子通过韧皮部在茎内向上或向下运输，同样，也可横向运到木质部进行上下运输。矿质元素在植物体内的分布以离子是否参与循环而异。磷、氮和镁等参与循环的矿质元素，多分布于代谢较旺盛的部分；钙、铁、硫、锰和硼等不参与循环的矿质元素，则相对固定不动，器官越老，含量越多。为什么说凡是缺乏可再度利用元素的生理病征首先发生在老叶；而缺乏不可再度利用元素的生理病征首先发生在嫩叶？解题思路：主要从元素能否被再利用的角度来回答本问题。(1)参与循环的元素如氮、磷、镁等，它们进入叶片细胞后形成不稳定的化合物，依代谢的需要，不断分解，释放出的离子又转移到其他需要的器官去，如嫩叶。所以，老叶留不住这些参与循环的元素。(2)不参与循环的元素如硫、钙、铁、锰、硼等，它们进入叶片细胞后，形成难溶解的稳定化合物，它们是不参与循环的元素，器官越老含量越多，所以老叶往往不会缺乏这些不参与循环的元素，只是嫩叶才会缺乏不参与循环的元素。植物的矿质营养医学知识45知识要点 一些矿质元素在根内同化为有机物，但也有一些矿质元素