水分和矿质代谢复习参考题

（四）问答题与计算题 1、孤立于群体之外的单个树木与茂密森林中的树木相比，哪个蒸腾失水更快？为什么？ 2、植物在纯水中培养一段时间后，如果给水中加入一些盐，植物会发生暂时萎蔫，为什么？

3、干旱时不宜给植物施肥，为什么？

4、为什么夏季晴天中午不能用井水浇灌作物？

5、一个细胞的ψs = -1.9MPa，ψp=0.9MPa，将其放入装有纯水的烧杯中，在放入的瞬间（t0）及达到平衡时（t1）烧杯中的水和细胞的水势以及细胞的ψs和ψp各这多少？计算此题的假设条件是什么？

6、一植物细胞的ψw = -0.8MPa，在初始质壁分离时ψs = -1.6MPa，设该细胞在初始质壁分离时比原来体积缩小4%，计算其原来的ψs和ψp。

7、三个相邻细胞A、B、C的ψs、ψp如下图，三细胞的水势各为多少？三细胞中水流方向如何？ ψs=-1Mpa ψs=-0.9Mpa ψs=-0.8Mpa ψp=0.4MPa ψp=0.6MPa ψp=0.4MPa

8、用蔗糖溶液测知A、B两细胞的初始质壁分离时的外液浓度分别为0.25mol/L和

0

0.35mol/L。试判断25 C下，两细胞的ψw、ψs、ψp各为多少？若两细胞相邻，水分移动的方向如何？

9、假定土壤的渗透势和衬质势之和为-0.2MPa，生长在这种土壤中的植物根的渗透势为-1MPa，压力势为0.7MPa，在根与土壤水分达到平衡时，其ψw、、ψp各为多少？如向土壤中、施入化肥，其水势变为-0.5MPa，植物可能会发生什么现象？

10、A、B、C三种土壤的田间持水量分别为38%、22%、9%，其永久萎蔫系数分别为18%、11%、3%，用这三种土分别盆栽大小相同的同一种植物，浇水到盆底刚流出水为止，此后不再浇水，请问哪种土壤中的植物将首先萎蔫？

11、实验测得表中数据，请计算这些植物的蒸腾系数和蒸腾效率（1mg干物质=1.5mgCO2）

-2-1-2-1

4种植物的光合速率（mgCO2.m.s）及蒸腾速率（mgH2O.m.s） 植 物 光合速率 蒸腾速率 蒸腾系数 蒸腾效率 杉 树 0.196 32.24 油 茶 0.154 30.51 樟 树 0.132 21.55 马尾松 0.083 27.57

第3章 植物的矿质与氮素营养

一、内容提要

1．植物必需元素及功能：通过水培和砂培植物，人们了解到植物生长发育需要碳、氢、氧、氮、磷、钾、硫、钙、镁、铁、锰、硼、锌、铜、钼、氯16种必需元素。其中碳、氢、氧是由CO2和H2O提供，其余13种由土壤提供，除氮外，称为矿质元素，根据植物需要的多

必需矿质元素的生理功能为：(1)是细胞结构物质的组成成分，(2)是生命活动的调节者，如酶的辅基或活化剂，(3)起电化学作用，如渗透调节、胶体稳定和电荷中和等。不同元素的功能不同，缺乏时呈现不同病症，当各种元素适当配合时，可

2．植物对矿质元素的吸收、运输和利用：矿质元素顺电化学势梯度扩散进入细胞，称为被动吸收，而通过代谢提供能量利用质膜上ATP酶和传递体逆电化学势梯度进入细胞，称为主动吸收，通常以后者为主。矿质元素只有溶解在水中才能被植物吸收，两者既有关，又无关。根系对同一溶液的不同离子，和同盐中的阴阳离子吸收速率也不同，表明根系对矿质元素吸收具有选择吸收的特性。根系所吸收的溶质从根表皮运到中柱导管是通过共质体和质外体两条途径，二者可同时交互进行。

进入导管的离子和有机物随蒸腾流一起上升。根部吸收的矿质向上运输主要通过木质部，叶片吸收的离子在茎内向上或向下运输的途径主要通过韧皮部，木质部与韧皮部之间存在横向运输。可重复利用的元素如氮、磷等多分布于代谢旺盛幼嫩部分，不能重复利用的元素如Ca、Fe多分布于老组织中。

3．氮的同化：根系吸收的氮素主要是硝酸盐和铵盐，前者被根系吸收后，要还原为氨。硝酸盐还原在根部和地上部都可进行。氨的同化是先形成谷氨酰胺及谷氨酸，然后再形成其它氨基酸及蛋白质。

4．合理施肥：栽培作物时应给作物根系创造最适的吸收养分的环境条件。施肥应根据作物不同生育期以及收获物的需要采取相应措

（一）基本内容

1.植物生命活动中的必需元素及其研究方法 2.必需元素的生理功能及典型缺素症诊断 3.根系吸收矿质的特点 4.细胞吸收矿质的机理 5.合理施肥的理论依据 （二）重点

1.N、P、K、Ca及Fe、B、Zn的重要生理功能及缺素症 2.根系吸收矿质的特点

（三）难点：细胞吸收矿质的机理 （四）基本概念

必需元素 微量元素 离子的主动吸收 离子的被动吸收 重复利用（再利用） 质外体 共质体

二、典型题解析

例3.1 植物进行正常生命活动需要哪些矿质元素?用什么方法根据什么标准来确定的? 分析 牢记必需元素的三条标准，三者缺一不可。确定必需元素的方法采用培养法。

解 所谓必需元素(essential element)是指植物生长发育必不可少的元素。国际植物营养学会规定的植物必需元素的三条标准是：第一，由于缺乏该元素，植物生长发育受阻，不能完成其生活史；第二，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 防和恢复正常；第三，该元素在植物营养生理上表现直接的效果，不是由于土壤的物质、化学、微生物条件的改善而产生的间接效果。

根据上述标准，现已确定植物必需的矿质(含氮)元素有13种，它们是氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、铜、硼、锌、锰、钼、氯。加上从空气中和水中得到的碳、氢、氧，构成植物体的必需元素共16种。也有文献将钠和镍放入必需元素。

要确定是否是必需矿质元素，仅仅分析植物灰分是不够的。因为灰分中大量存在的元素不一定是植物生活中必需的，而含量很少的却可能是植物所必需的。天然土壤成分复杂，其中的元素成分无法控制，因此用土培法无法确定植物必需的矿质元素。目前用来确定必需元

1.溶液培养法和砂基培养法

溶液培养法(solution culture method)亦称水培法(water culture method)，是在含有全部或部分营养元素的溶液中培养植物的方法。

砂基培养法(sand culture method)是用洗净的石英砂或玻璃球等，加入营养液来培养

无论是溶液培养还是砂基培养，首先保证所加溶液必须是平衡溶液，同时要注意它的总浓度和pH值必须符合植物的要求。在水培时还要注意通气和防止光线对根系的直接照射等。

研究植物必需的矿质元素时，可在配制的营养液中除去或加入某一元素，观察植物的生长发育和生理生化变化。如果在植物生长发育正常的培养液中，除去某一元素，植物生长发育不良，并出现特有的病症，当加入该元素时，症状消失，说明该元素为植物的必需元素。反之，减去某一元素对植物生长发育无不良影响时，即表示该元素为非植物必需元素。

2.气栽法(aeroponics) 例3.2 试述氮、磷、钾、钙和铁、硼、锌的生理功能及其缺乏病症。

分析 植物体内几乎所有的重要有机物质中都含有氮。很多重要有机物质中同时还含有磷，

+

磷在细胞贮能、供能及物质代谢中也有重要作用。钾不参与结构物质构成，以K形式作为酶的活化剂、渗透势成分等。钙作为细胞壁胞间层、膜的成分，钙调蛋白成分，既有营养作用，又起信使作用。铁主要参与叶绿素合成和叶绿体稳定，体内氧化还原反应。硼的主要作用在影响授粉受精和糖转运。锌与生长素前体合成有关，是碳酸酐酶的成分。 解 （1

氮是蛋白质、核酸、磷脂的主要成分，它们是原生质、细胞核和生物膜的重要组成部分，在生命活动中占有特殊作用。因此，将氮称为生命的元素。

＋＋

酶以及许多辅酶和辅基如NAD、NADP、FAD等的构成都有氮参与。

氮也是某些植物激素(如生长素和细胞分裂素)、维生素(Ｂ１、Ｂ2、Ｂ6、PP等)的成分，它们对生命活动有调节作用。

氮是叶绿素的成分，与光合作用有密切关系。

由于氮具有上述功能，所以氮的多寡会直接影响细胞分裂和生长。当氮肥供应充足时，枝叶繁茂，躯体高大，分蘖(分枝)能力强，籽粒中含蛋白质高。

缺氮时，植物生长矮小,枝叶变黄，甚至干枯，导致产量降低。因为在植物体内氮的移动性大，所以缺氮时叶片发黄由下部叶片开始逐渐向上,这是缺氮症状的显著特点。

氮过多时，叶片大而深绿，柔软披散，植株徒长;体内含糖量相对不足，茎杆中的机械组织不发达

(2)

磷对植物的整个生长发育有很大作用，是仅次于氮的第二个重要元素。 磷是核酸、核蛋白和磷脂的主要成分，与蛋白质合成，细胞分裂，细胞生长有密切关系；

＋＋

磷是许多辅酶的成分，如ＮＡＤ、ＮＡＤＰ等，参于光合、呼吸过程； 磷是三磷酸腺苷(ATP)和二磷酸腺苷(ADP)的成分，参与能量代谢；

磷还参与碳水化合物的代谢和运输，如在光合作用和呼吸作用过程中，糖的合成、转化降解大多是在磷酸化后才起反应的；

磷对氮代谢也有重要作用:硝酸还原有NAD和FAD的参与，磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺参与氨基酸的转化；磷与脂肪转化也有关系，脂肪代谢需要NADPH、ATP、CoA和NAD H的参与。

施磷对分蘖、分枝以及根系生长有良好作用。由于磷促进碳水化合物的合成转化和运输，对种子、块根、块茎的生长有利，故马铃薯、甘薯和禾谷类作物施磷后有明显的增产效果。

缺磷使分蘖分枝少，花果脱落，成熟延迟。缺磷时，蛋白质合成下降，糖的运输受阻，营养器官中糖的含量相对提高，有利于花青素形成，故缺磷时叶子呈现不正常的暗绿色以至紫红色,这是缺磷的显著症状。

磷在体内易移动，缺磷症状首先在下部老叶出现，以后逐渐向上发展。

水稻感病。水溶性磷酸盐还可与土壤中的锌结合，减少锌的有效性，故施磷过多易引起缺锌病 (3)

钾在细胞内可作为60多种酶的活化剂，如丙酮酸激酶、果糖激酶、苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、淀粉合成酶、琥珀酰CoA合成酶、谷胱甘肽合成酶等。

在碳水化合物代谢、呼吸作用及蛋白质代谢中起重要作用:钾促进蛋白质的合成，钾充足时，形成蛋白质较多，可溶性氮减少；钾与糖类的合成有关,钾肥充足时，蔗糖、淀粉、纤维素和木质素含量较高，葡萄糖积累较少；钾也促进糖类运输到贮藏器官。在富含糖类的

＋

贮藏器官(如马铃薯块茎、甜菜根和淀粉种子)中、韧皮部汁液中含有较高浓度的Ｋ(约占韧

＋

皮部阳离子总量80%),推测Ｋ

＋

Ｋ是构成细胞渗透势的重要成分。 ＋＋

Ｋ对气孔开放有直接作用. K在保卫细胞中积累，渗透势降低，使保卫细胞吸水，气孔开张。

+

离子态的K，可使原生质胶体膨胀，故施钾肥能提高作物的抗旱性。 色变黄，逐渐坏死；也有叶缘焦枯，生长缓慢，而叶中部生长较快，整个叶子形成杯状弯曲，或皱缩起来。钾也是易移动而被重复利用的元素，故缺素病症首先出现的下部老叶。

(4)

钙是植物细胞壁胞间层中果胶酸钙的成分，因此，缺钙时，细胞分裂不能进行或不能完成，形成多核细胞。

钙离子能作为磷脂中的磷酸与蛋白质的羧基间联结的桥梁，具有稳定膜结构的作用。 钙对植物抗病有一定作用。据报道，至少有40多种水果、蔬菜(叶菜类、贮藏器官菜类