植物生理学之 第二章 植物的矿质及氮素营养

第二章 植物的矿质及氮素营养

一、名词解释

1. 矿质营养 2．灰分元素 3．大量元素 4．微量元素5．必需元素 6．有益元素7．水培法 8．沙培法9．生理酸性盐 10．生理碱性盐 11．生理中性盐 12．单盐毒害 13．离子拮抗 14．选择吸收 15．叶片营养 16．硝化作用17．反硝化作用18．表观自由空间 19．离子的协合作用 20．离子的竞争作用 21．再利用元素 22．诱导酶 23．植物营养临界期 24．离子的被动吸收 25. 离子的主动吸收 26. 胞饮作用 27.平衡溶液 28.扩散作用

二、写出下列符号的中文名称

1. AFS 2. WFS 3. NR 4.NiR 5. EDTA 6.GS 7. GOGAT 8. GDH

三、填空题

1．在必需元素中能再利用的元素有______，不能再利用的元素有______，引起缺绿症的元素有______。

2. 硝酸盐还原速度白天比夜间______，这是因为叶片在光下形成的______和______能促进硝酸盐的还原。

3. 供______不足，叶脉仍绿而脉间变黄，有时呈紫红色，严重时形成坏死斑点。缺______时，玉米易得\花白叶病\，果树易得\小叶病\。

4. 土壤中长期施用(NH4)2SO4，会使土壤pH值______。

5. 根部吸收的无机离于是通过______向上运输的，但也能横向运输到______，喷在叶面的有机与无机物质是通过______运到植株各部分的。衰老器官解体的原生质与高分子颗粒还可通过______向新生器官转移。

6. 作物追肥的生理指标是：______、______、______ 、______ 、______ 。 7. 植物细胞吸收矿质元素的三种方式分别是：______、______和______。

8. 植物必需的微量元素有______、______、______ 、______ 、______ 、______ 、______ 等七种．

9. 植物根内表观自由空间（AFS）由两部分组成：______和______。

10. 植物吸收硝酸盐后要经过______酶催化，把硝酸盐还原成______才能被利用。 11. Ca属于______的元素，其缺乏症首先表现在______。 12. 多年大量施入NaNO3会使土壤溶液pH值______。 13. 促进植物授粉、受精作用的矿物质因素是______ 。

14. 外界溶液的pH值对根系吸收盐分的影响一般来说，阳离子的吸收随pH的______而______，而阴离子的吸收随pH的______而______。

15. 所谓的肥料三要素是指______ 、______ 和______三种矿质元素。

四、问答题

1.简述根系吸收矿质元素的特点。

2. 简要回答农业生产上不能一次施用过多的化肥。 3. 温度过低为什么会影响根系吸收矿物质。

4. 白天和夜晚的硝酸还原速度是否相同，为什么？

5．高等绿色植物是怎样使硝酸根离子被还原为氨基酸的？ 6. 简述根外营养的优点。

7．简述施肥增产原因。

8. 试分析植物失绿的可能原因。

9. 为什么在叶菜类植物的栽培中常多施用氮肥，而栽培马铃薯和甘薯则较多地施用钾肥？ 10. 为什么水稻秧苗在栽插后有一个叶色先落黄后返青的过程？

参考答案

一、词解释

1.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。

2.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。

3.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。

4.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。

5.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。

6.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。 7.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。 8.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。 9.生理酸性盐（physiologically 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。如供给（NH4）2SO4，植物对其阳离子（NH4+）的吸收大于阴离子（SO42-），根细胞释放的H+与NH4+交换，使介质pH值下降，这种盐类被称为生理酸性盐，如多种铵盐。

10.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。如供给NaNO3，植物对其阴离子（NO3-）的吸收大于阳离子（Na+），根细胞释放OH-或HCO3-与NO3-交换，从而使介质pH值升高，，如多种硝酸盐。 11.生理中性盐（physiologically neutral salt）：对于NH4+NO3-，植物吸收其阴离子和阳离子的量几乎相等，不改变周围介质的pH值，这类盐被称为生理中性盐。 12.单盐毒害（toxicity of single salt）：植物培养在单种盐溶液中所引起的毒害现象。单盐毒害无论是营养元素或非营养元素都可发生，而且在溶液很稀时植物就会受害。

13.离子颉颃（ion antagonism）：离子间相互消除毒害的现象，也称离子对抗。

14.选择吸收：根对不同盐与同一盐的不同离子的吸收具有选择性，因而称为选择吸收。 15. 叶片营养：植物除了根部吸收矿质元素外，地上部分主要是叶面部分吸收矿质营养的过程叫叶片营养，也称根外营养。 16.硝化作用（nutrification）：亚硝酸细菌和硝酸细菌使土壤中的氨或铵盐氧化成亚硝酸盐和硝酸盐的过程。

17.反硝化作用（denutrification）：许多微生物，尤其是各种反硝化细菌，在土壤氧气不足的条件下，将硝酸盐还原成亚硝酸盐，并进一步把亚硝酸盐还原成氨基游离氮的过程，结果使土壤中可利用氮消失。

18.由空间（apparent free space，AFS）：根部的自由空间体积占根的总体积的百分数。豌豆、大豆、小麦等植物的AFS在8%～14%之间。

19.子的协合作用：是指一种离子的存在促进另一种离子的吸收、利用。这种促进作用就称为离子协合（同）作用。

20. 离子的竞争作用：一种离子的存在却抑制植物对另一种离子的吸收，称为离子竞争，比如Br-、I-的存在使C1-的吸收减少。

21.再利用元素：某些元素进入地上部分后，仍呈离子状态，例如钾，有些则形成不稳定的化合物，不断分解释放出的离子（如氯、磷）又转移到其他需要的器官中去。这些元素就称为再利用元素或称为参与循环的元素。 22.诱导酶（induced enzyme）：指植物体内本来不含有，但在特定外来物质的诱导下可以生成的酶。如硝酸还原酶。水稻幼苗若培养在含硝酸盐的溶液中就会诱导幼苗产生硝酸还原酶，如用不含硝酸盐的溶液培养，则无此酶出现。

23.植物营养临界期（critical period of plant nrtrition）：又称需肥临界期，即植物生育期中对矿质元素缺乏最敏感的时期。

24.离子的被动吸收（ionic passive absorption）：细胞不需要由代谢提供能量的顺电化学势梯度吸收矿质的过程。

25.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。

26. 胞饮作用（pinocytosis）：吸附在质膜上的物质，通过膜的内折转移到细胞内以攫取物质的过程。

27.平衡溶液（balance solution）：将植物必须的各种元素按一定比例、一定浓度配成混合溶液，对植物的生长发育有良好作用而无毒害的溶液。 28. 扩散作用（diffusion）：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；而分子的扩散决定于化学势梯度或浓度梯度。

二、下列符号的中文名称

1. AFS：表观自由空间 2. WFS：水自由空间 3. NR：硝酸还原酶 4.NiR：亚硝酸还原酶 5. EDTA：乙二胺四乙酸 6.GS：谷氨酰胺合成酶 7. GOGAT：谷氨酸合成酶 8. GDH：谷氨酸脱氢酶

三、填空题

1. N、P、K、Mg、Zn； Ca、Mn、S、Fe 、B ；Fe、Mg、Mn、Cu、S、N 2. 快 还原力 磷酸丙糖 3.镁 锌 4.降低（呈酸性） 5. 木质部 韧皮部 韧皮部 胞间连丝

6. 叶色 酶类活性 叶绿素含量 细胞汁液浓度 酰胺与淀粉含量 7. 被动吸收 主动吸收 胞饮作用 8. Fe 、B、Cu、Zn、Cl、Co、Mn 9. WFS DFS 10. 硝酸还原酶和亚硝酸还原酶 铵 11.不能再利用 老叶 12.上升（呈碱性） 13. B 14. 上升 上升 上升 下降 15 N P K

四、问答题

1.答：（1）根系吸收矿质与吸收水分是既相互关联又相互独立的两个过程 相互关联表现在：①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，随水流分布到植株各部分；②矿质的吸收，降低了根系细胞的渗透势，促进了植物的吸水。相互独立表现在：①矿质的吸收不与水分的吸收成比例；②二者的吸收机理不同，水分吸收主要是以蒸腾作用引起的被动吸水为主，而矿质吸收则是以消耗代谢能的主动吸收为主；③二者的分配方向不同，水分主要分配到叶片用于蒸腾作用，而矿质主要分配到当时的生长中心。 （2）根对离子吸收具有选择性 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，从而引起外界溶液pH发生变化。

（3）根系吸收单盐会受毒害 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。这种现象称为单盐毒害。单盐毒害无论是营养元素或非营养元素都可发生，而且在溶液很稀时植物就会受害。若在单盐溶液中加入少量其它盐类，这种毒害现象就会清除，这被称为离子间的颉颃作用。

2.答：（1）施用过多化肥使土壤溶液处于高渗状态，植物根系直接的吸水困难，导致间接的吸盐困难，若土壤溶液的水势低于植物细胞水势，则植物大量失水造成永久萎蔫，植物不仅不能吸盐甚至死亡。（2）植物对矿质元素的吸收主要有被动吸收与主动吸收二种形式。研究发现植物大量地通过载体逆电化学势梯度主动运转矿质元素，而载体运输具有饱和效应，因此一次施用过多化肥，不仅不能加快离子的主动吸收过程，相反肥料易被雨水冲走造成浪费以及\烧苗\现象的发生。

3. 答：温度低时，代谢弱，能量不足，主动吸收慢；细胞质粘性增大，离子进入困难。其中，土温过低对植物吸收钾和硅酸的影响最大。

4. 答：通常白天硝酸还原速度显著较夜间为快，这是因为：

(1)光合作用可直接为硝酸、亚硝酸还原和氨的同化提供还原力NAD(P)H、Fdred和ATP。 (2)光合作用制造同化物，促进呼吸作用，间接为硝酸盐的还原提供能量，也为氮代谢提供碳骨架。

(3)硝酸还原酶与亚硝酸还原酶是诱导酶，其活性不但被硝酸诱导，而且光能促进NO3-对NR、NiR活性的激活作用。

5．答：（1）在细胞质中，硝酸盐经硝酸还原酶还原为亚硝酸盐。（2）由亚硝酸还原酶催化将亚硝酸盐还原为氨，这一过程在叶片和根内均可进行。在叶内其还原力来自光合作用，在根内则来自呼吸作用。（3）植物体内氨被同化为氨基酸主要是通过谷氨酰胺合成酶--谷氨酸合成酶途径。

6. 答：①可以大大节约肥料。少量肥料施在土壤里，往往被土壤吸附固定，作物不能吸收利用。如果喷在植株上，特别是用微量元素作追肥，起的作用则大得多。②追肥及时方便。