第三章植物的矿质营养嘉应学院精.docx
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第三章植物的矿质营养嘉应学院精
第二章植物的矿质营养
一、名词解释
矿质元素砂培法离子协合作用矿质元素的被动吸收
必需元素生理酸性盐平衡溶液矿质元素的主动吸收
大量元素生理碱性盐胞饮作用矿质营养
微量元素生理中性盐可再利用元素离子通道
有益元素单盐毒害诱导酶生物固氮
水培法离子拮抗载体
二、写出下列符号的中文名称
NRNiRAPSPAPSWFSAFS
三、填空题
1.离子扩散的方向取决于（）和（）。
2.植物细胞吸收矿质元素的三种方式为（）、（）和（）。
3.离子扩散的方向取决于（）和（）的相对数值的大小。
4.在植物必需元素中，易于再利用的元素有（），不易再利用的元素有（），缺乏时易引起缺绿症的元素有（）。
5.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值的升高而（），而阴离子的吸收随pH值的升高而（）。
6.土壤溶液碱性反应加强时，（）等离子逐渐变为不溶状态，不利植物吸收；在土壤的酸性反应逐渐加强时，（）等离子容易溶解，植物来不及吸收就被雨水淋溶掉。
7.在植物体内，由硝酸盐还原到谷氨酸水平需要参与的酶有（）、（）、（）和（）。
8.植物必需元素有（），其中（）为微量元素。
9.缺乏（）元素时，果树易得“小叶病”，玉米易得“花白叶病”。
10.缺乏（）元素时，禾谷类易得“白瘟病”、果树易得“顶枯病”。
11.缺乏（）元素时，油菜“花而不实”，小麦“穗而不实”，棉花“蕾而不花”，甜菜易得“心腐病”，萝卜易得“褐心病”。
12.缺乏（）元素时，柑桔易得“黄斑病”，花椰菜易得“尾鞭病”。
13.通常把（）、（）和（）三种元素称为肥料的三要素。
14.大量元素中的C、H、O三种元素主要来自（）和（）。
15.通常称（NH4）2SO4为生理（）性盐，称NH4NO3为生理（）性盐，称NaNO3为生理（）性盐。
16.（）和（）两类研究结果为矿质元素主动吸收的载体学说提供了实验证据。
17.离子通道象一种门系统，有（）、（）和（）三种状态。
18.植物根系吸收离子分两个阶段进行，把离子由外界进入根部表观自由空间称为（）阶段，这阶段是（）代谢能的过程；把离子由表观自由空间通过质膜进入细胞内部称为（）阶段，这阶段一般是（）代谢能的过程。
19.植物吸吸的NO3－运到叶片后，在（）中由（）酶[此酶含有（）和（）两种矿质元素]催化产生（），然后以HNO2形式运到（），由（）酶催化，接受（）提供的电子而还原成（）。
20.植物同化硫酸根离子首先要把离子活化，催化此反应的酶为（），产物为（）。
21.在植物生理研究中常用的完整植物培养方法有（）、（）和（）。
22.水培时要选用黑色溶器，这是为了防止（）。
四、选择题
1.下列哪两种离子间会产生拮抗作用（）
（1）Ca2+、Ba2+
（2）K+、Ca2+（3）K+、Na+（4）Clˉ、Brˉ
2.植物根部吸收的无机离子向植物地上部运输时主要通过（）
（1）韧皮部
（2）质外体（3）转运细胞（4）共质体
3.影响根毛区主动吸收无机离子最重要的原因是（）
（1）土壤中无机离子的浓度
（2）根可利用的氧
（3）离子进入根毛区的扩散速度（4）土壤水分含量
4.在维管植物的较幼嫩的部分，亏缺下列哪种元素时，缺素症首先表现出来。
（）
（1）K
（2）Ca（3）P（4）N
5.植物吸收矿质量与吸水量之间的关系是（）
（1）既有关，又不完全一样
（2）直线正相关关系
（3）两者完全无关（4）两者呈负相关关系
6.硝酸还原酶其分子中含有（）
（1）FAD、Mo、Cytf
（2）NAD、Mo、Cytb
（3）FAD、Mo、Cytb（4）NAD、Mo、Cytc
7.硝酸还原酶与亚硝酸还原酶（）
（1）都是诱导酶
（2）硝酸还原酶不是诱导酶，而亚硝酸还原酶是
（3）都不是诱导酶
（4）硝酸还原酶是诱导酶，而亚硝酸还原酶不是
8.下列哪种说法是错误的。
（）
（1）在光下NO3-的存在促进K+的吸收
（2）在光下NH4+的存在促进PO43-的吸收
（3）Br-、I-的存在促进Cl-的吸收
（4）Rb+、Cs+的存在抑制K+的吸收
9.植物缺乏下列元素都会引起缺绿症，若缺绿症首先出现在下部老叶上，是缺乏哪种元素。
（）
（1）Fe
（2）Mg（3）Cu（4）Mn
10.植物严重缺乏哪种元素时，会引起蛋白质代谢失调，导致毒胺（腐胺与鲱精胺）生成。
（）
（1）P
（2）S（3）N（4）K
11.多数植物的NO3-态氮在（）中被还原。
（1）根
（2）茎（3）叶（4）根、茎、叶
12.高等植物的硝酸还原酶总是优先利用下到哪种物质作为电子供体。
（）
（1）FADH2
（2）NADPH+H+（3）FMNH2（4）NADH+H+
13.下列物质仅有哪种不是硝酸还原酶的辅基。
（）
（1）黄素腺嘌呤二核苷酸
（2）谷胱甘肽
（3）钼辅因子（钼—嘌呤）（4）铁离子
五、是非题
1.氮不是矿质元素，而是灰分元素。
（）
2.在元素周期表中，不同族的离子间存在拮抗作用，而同族的离子间则不会发生拮抗。
（）
3.根系吸收各种离子数量不与溶液中的离子量成正比。
（）
4.缺氮时植物幼叶首先变黄。
（）
5.植物吸收矿质最活跃的区域是根尖的分生区。
（）
6.硝酸盐还原速度白天与夜间不同，夜间还原速度显著快于白天。
（）
7.植物吸收的硝酸盐由硝酸还原酶和亚硝酸还原酶在细胞质中还原。
（）
8.施磷过多会引起果树缺锌出现小叶病。
（）
9.植物体内的钾一般不形成稳定的结构物质。
（）
10.植物对养分的吸收是依靠水分吸收时由水分带入植物体内的。
（）
11.在植物体内大量积累的元素必定是植物必需元素。
（）
12.水稻在15℃以下的低温时，吸收的NH4+比NO3-多。
（）
13.普遍认为植物吸收的NO3-经代谢还原后产生的NH3，首先被同化为谷酰胺，然后再进一步转化为谷氨酸。
（）
14.水培的营养液是一种浓度很低的溶液，为了避免离子间相互作用而发生沉淀，常常加入螯合剂。
（）
15.用水培法培养植物的过程中，营养液的浓度和pH值不会发生改变。
（）
六、问答题
1.确定元素是否是植物必需元素的标准是什么？
2.钾在植物体内的生理作用如何？
3.如何证明矿质元素的主动吸收有载体参加？
4.用离子交换吸附作用解释根系对矿质元素的吸收。
5.植物缺镁和缺铁表现症状有何异同?
为什么？
6.在含有Fe、Mg、P、Ca、B、Mn、Cu、S等营养元素的培养液中培养棉花，当棉苗第四片叶（新生叶）展开时，在第一片叶（老叶）上出现了缺绿症，问该缺乏症是由于上述元素中哪种元素不足而引起的?
为什么？
7.概述植物必需元素在植物体内的生理作用。
8.举出10种矿质元素，说明它们在光合作用中的生理作用。
9.白天和夜晚硝酸还原速度是否相同?
为什么？
10.土壤理化状况对根系吸收矿质元素有何影响？
11.简述合理施肥的生理基础。
12.合理施肥增产的原因是什么？
13.为什么在叶菜类植物的栽培中常多施用氮肥，而栽培马铃薯则较多的施用钾肥？
14.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？
15.用实验证明植物根系吸收矿质元素存在着主动吸收和被动吸收。
16.光照如何影响根系对矿质的吸收？
Ⅲ参考答案
一、名词解释
矿质元素亦称灰分元素，将干燥植物材料燃烧后，留在灰分中的元素。
必需元素是指在植物生活中作为必需成分或必需的调节物质而不可缺少的元素。
大量元素在植物体内含量较多，占植物体干重0.001%以上的元素。
植物必需的大量元素有：
碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫。
微量元素在植物体内含量较少，大约占植物体干物重的0.001~0.00001%的元素。
植物必需的微量元素有：
铁、锰、铜、锌、钼、硼、氯、镍。
有益元素亦称有利元素。
是指对植物生长表现出有利的促进作用，并在某一必需元素缺乏时，能部分代替该必需元素的作用而减缓缺素症状的元素。
如钠、钴、硒、镓、硅等。
水培法将各种无机盐按照生理浓度，以一定的比例，保持适宜的pH值配制成平衡溶液，用以培养植物的方法。
砂培法是用洁净的石英砂或玻璃球代替土壤，再加入培养液培养植物的方法。
生理酸性盐例如（NH4）2SO4，植物吸收铵离子较硫酸根离子多而快，这种选择性吸收导致溶液逐渐变酸，故把这种盐称为生理酸性盐。
生理碱性盐例如NaNO3，植物吸收硝酸根离子比吸收钠离子多而快，这种选择性吸收的结果使溶液变碱，故称这类盐为生理碱性盐。
生理中性盐例如NH4NO3，植物吸收其阴离子与阳离子的量几乎相等，不改变周围介质的pH值，故称这类盐为生理中性盐。
单盐毒害植物被培养在某种单一的盐溶液中，即使是植物必需的营养元素，不久即呈现不正常状态，最后死亡，这种现象称单盐毒害。
离子拮抗在单盐溶液中加入少量其它盐类，再用其培养植物时，就可以消除单盐毒害现象，离子间这种相互消除毒害的现象称为离子拮抗。
离子协合作用是指一种离子的存在促进对另一种离子吸收利用的作用。
平衡溶液在含有适当比例的多种盐溶液中，各种离子的毒害作用被消除，用以培养植物可以正常生长发育，这种溶液称为平衡溶液。
胞饮作用物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折而转移到细胞内的摄取物质的过程。
可再利用元素亦称参与循环元素，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（如氮、磷），可不断被分解，释放出的离子又转移到其它器官中去，这些元素在植物体内不止一次的反复被利用，称这些元素为可再利用元素。
诱导酶亦称适应酶，是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。
如水稻幼苗本来无硝酸还原酶，如果将其培养在硝酸盐溶液中，体内即可生成此酶。
载体存在于生物膜上的能携带离子或分子透过膜的蛋白质，它们与离子或分子有专一的结合部位，能选择性的携带物质通过膜，又称透过酶。
矿质元素的被动吸收亦称非代谢吸收。
是指通过不需要代谢能量的扩散作用或其它物理过程而吸收矿质元素的方式。
矿质元素的主动吸收亦称代谢性吸收。
是指细胞利用呼吸释放的能量作功而逆着电化学势梯度吸收矿质元素的方式。
矿质营养是指植物对矿质元素的吸收、运转与同化的过程。
离子通道是指由贯穿质膜的由多亚基组成的蛋白质，通过构象变化而形成的调控离子跨膜运转的门系统，通过门的开闭控制离子运转的种类和速度。
生物固氮微生物自生或与植物（或动物）共生，通过体内固氮酶的作用，将大气中的游离氮固定转化为含氮化合物的过程。
二、写出下列符号的中文名称
NR：
硝酸还原酶；NiR：
亚硝酸还原酶；
APS：
腺苷-5′-磷酸硫酸；PAPS：
3′-磷酸腺苷-5′-磷酸硫酸；
WFS：
水自由空间；AFS：
表观自由空间。
三、填空题
1.化学势梯度，电势梯度
2.被动吸收，主动吸收，胞饮作用
3.化学势梯度，电势梯度
4.N、P、K、Mg、Zn；Ca、Fe、B、Mn、Cu、S；Fe、Mg、Mn、Cu、S、N
5.上升，下降
6.Fe2+、PO43-、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+；K+、PO43-、Ca2+、Mg2+
7.NR，NiR，谷氨酰胺合成酶，谷氨酸合成酶
8.C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Cl、Ni；Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Cl、Ni
9.Zn
10.Cu
11.B
12.Mo
13.N，P，K
14.H2O，CO2
15.酸，中，碱
16.饱和效应，离子竞争现象
17.开放，部分开放，关闭
18.快速，不需，缓慢，消耗
19.细胞质，硝酸还原，Mo，Fe，NO2ˉ，叶绿体，亚硝酸还原，Fd，NH3
20.ATP–硫酸化酶，APS
21.土培法、水培法、砂培法
• 藻类滋生
四、选择题
1.
（2）2.
（2）3.
（2）4.
（2）5.
（1）6.（3）
7.
（1）8.（3）9.
（2）10.（4）11.（3）12.（4）
13.
（2）
五、是非题
1.×2.√3.√4.×5.×6.×
7.×8.√9.√10.×11.×12.√
13.√14.√15.×
六、问答题
1.可根据以下三条标准来判断：
第一如无该元素，则植物生长发育不正常，不能完成生活史；
第二植物缺少该元素时，呈现出特有的病症，只有加入该元素后才能逐渐转向正常；
第三该元素对植物的营养功能是直接的，绝对不是由于改善土壤或培养基的物理、化学和微生物条件所产生的间接效应。
2.
（1）调节水分代谢钾在细胞中是构成渗透势的主要成分，对水分吸收和运转有重要作用。
钾还能调节气孔开闭，从而调节蒸腾作用。
（2）钾是某些酶的活化剂目前已知钾在细胞内可作为50多种酶的活化剂。
例如谷胱甘肽合成酶、淀粉合成酶、苹果酸脱氢酶等，所以钾在蛋白质代谢、碳水化合物代谢及呼吸作用中有重要作用。
（3）钾参与能量代谢在光合电子传递和线粒体内膜的电子传递中，钾离子与镁离子可作为氢离子对应离子向相反方向转移到膜的一侧，从而维持了跨膜的氢离子梯度，促进光合磷酸化和氧化磷酸化的进行。
（4）钾提高植物抗性钾可提高植物抗旱性和抗倒伏能力。
（5）钾参与物质运输钾可以促进碳水化合物的运输。
3.可用饱和效应和离子竞争现象来证明。
细胞吸收离子存在饱和效应，即在一定的离子浓度范围内，细胞吸收离子的速度随外液离子浓度的升高而增加，当外液离子浓度超过一定范围，细胞吸收离子的速率就不再增加了，说明载体全被离子结合，达到饱和；细胞吸收离子存在竞争现象，如细胞对钾、铷离子的吸收，相互间产生竞争抑制，即一种离子浓度的增加，抑制另一种离子的吸收，说明两种离子为同一种载体所运转，并且竞争载体同一结合部位。
4.
（1）根对溶液中矿质离子的吸收根细胞进行呼吸作用，释放出CO2，CO2和H2O生成H2CO3，并解离成氢离子和碳酸氢根离子，这两种离子迅速地分别与其周围环境中的阳离子和阴离子进行等价交换吸附，于是盐类离子便被吸附在根细胞表面。
（2）根系对吸附在土壤颗粒上的矿质元素的吸收有两种方式第一种，通过土壤溶液进行交换，即呼吸过程中产生的CO2释放到土壤溶液中形成氢离子和碳酸氢根离子，可以与土壤表面上的阳离子和阴离子等价交换，使土壤表面上的阴、阳离子被交换到土壤溶液中，再根据第一条使离子被吸附到根细胞表面。
第二种，接触交换，当根与土壤颗粒靠得很近，由于根表面吸附离子与土壤颗粒表面吸附离子都在不停的振动，如果根与土粒的距离小于离子振动的空间，两者所吸附的离子便可直接交换，使土粒表面的离子吸附到根细胞表面。
被吸附到根细胞表面的离子可经细胞对离子的主动吸收，被动吸收或胞饮作用被吸收进入植物体。
5.相同点：
缺镁和缺铁都呈现缺绿症。
不同点：
缺镁出现的缺绿症状首先从下部老叶上表现出来，而缺铁的缺绿症状首先从上部新生叶表现出来。
原因是镁是参与循环的元素，即可再利用元素，而铁是不参与循环的元素，即不可再利用元素。
6.是由于Mg的含量不足而引起的。
在上述元素中能引起缺绿症的元素有Fe、Mg、Cu、S、Mn。
这五种元素中只有Mg属于可再利用元素。
它的缺乏症一般表现在老叶上，而Fe、Cu、S、Mn属于不可再利用元素，它们的缺乏症表现在新生嫩叶上，当棉花幼苗第四叶（新生叶）展开时，在第一片叶（老叶）上出现了缺绿症，可见缺乏的是可再利元素Mg，而不是其它元素。
7.
（1）作为细胞结构物质的组分。
如碳、氢、氧、氮、磷、硫等组成糖类、脂类、蛋白质和核酸等有机物的组分，参与细胞壁、膜系统，细胞质等结构组成。
（2）作为植物生命活动的调节者。
可作为酶组分或酶的激活剂参与酶的活动，还可作为内源生理活性物质（如激素类生长调节物质）的组分，调控植物的发育过程。
（3）参与植物体内的醇基酯化。
例如磷与硼分别形成磷酸酯与硼酸酯，磷酸酯对代谢物质的活化及能量的转换起着重要作用。
而硼酸酯有利于物质运输。
（4）起电化学作用。
如钾、镁、钙等元素能维持离子浓度的平衡，原生质胶体的稳定及电荷中和等。
8.N：
叶绿素、细胞色素、酶类和膜结构等组成成分。
P：
NADP为含磷的辅酶，ATP的高能磷酸键为光合作用所必需；光合碳循环的中间产物都是含磷基团的糖类，淀粉合成主要通过含磷的ADPG进行；磷促进三碳糖外运到细胞质，合成蔗糖。
K：
调节气孔的开闭；也是多种酶的激活剂。
Mg：
叶绿素的组成成分；是一些催化光合碳循环酶类的激活剂。
Fe：
是细胞色素、铁硫蛋白、铁氧还蛋白的组成成分，还能促进叶绿素合成。
Cu：
质兰素（PC）的组成成分。
Mn：
参与水的光解放氧。
B：
促进光合产物的运输。
S：
Fe-S蛋白的成分；膜结构的组成成分。
Cl：
光合放氧所必需。
9.硝酸盐在昼夜的还原速度不同，白天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盐、亚硝酸盐还原和氨的同化提供还原力FAD（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，也为氮代谢提供碳架。
（3）硝酸还原酶和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。
10.
（1）土壤温度状况在一定温度范围内，随着土温升高，根系吸收矿质元素速度加快。
但温度过高，酶钝化，细胞透性增大，导致矿质外流，同时温度过高会加速根的木质化进程，降低根系吸收矿质的能力。
温度过低，酶活性下降，同时细胞质粘性增大，离子难于进入，一般低温比高温对养分吸收的影响要大。
（2）土壤通气状况若土壤O2分压高，CO-2分压低，有利于根系的呼吸，会促进根对矿质元素的吸收。
在农业生产中，常采用开沟排水降低地下水位，中耕及稻田落水晒田，增施有机肥，增加土壤团粒结构等措施，增进土壤通气，提高O2分压，进而促进根系对矿质的主动吸收。
（3）土壤pH状况土壤溶液的pH值对矿质吸收有直接和间接两种影响。
直接影响：
构成细胞质的蛋白质是两性电解质，在弱酸性条件下，氨基酸带正电荷，因而易吸收外液的阴离子。
在弱碱性条件下，氨基酸带负电荷，因而易吸收外液的阳离子。
间接影响：
当土壤溶液碱性反应加强时，Fe2+、PO43-、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+等离子逐渐变为不溶状态，不利于植物吸收；当土壤酸性反应加强时，K+、PO43-、Ca2+、Mg2+等离子易溶解，植物来不及吸收就被雨水淋洗掉。
并且在酸性土壤中重金属盐溶解度加大，会导致植物中毒。
（4）土壤离子相互作用状况土壤中存在的各种离子常常相互作用，影响根系对矿质的吸收。
例如存在离子间协合作用，即一种离子的存在促进植物对另一种离子的吸收。
在光下，当NO3-存在时促进K+的吸收，NH4+存在时促进PO43-的吸收。
相反，也存在离子竞争作用，即一种离子的存在抑制植物对另一种离子的吸收，当Br-、I-存在时抑制植物对Cl-的吸收。
（5）土壤有毒物质状况当土壤中存在大量的H2S（细胞色素氧化酶的抑制剂），有毒的有机酸（正丁酸、乙酸、甲酸等），过多的Fe2+及重金属元素时，会从各方面对植物（尤其是根系）造成不同程度的伤害，降低植物吸收矿质元素的能力。
（6）土壤溶液浓度状况在较低浓度下，根吸收离子的数量随浓度的升高而增加，在较高浓度下，对根吸收离子无明显影响，这与主动吸收有载体参与有关。
11.根据作物的需肥规律进行施肥。
首先，要根据不同作物的特点及不同收获对象进行施肥。
如叶菜类要适当多施氮肥，而收获块根、块茎的作物需多施磷钾肥。
其次，要按作物不同生育期的需肥规律进行施肥。
如种子萌发期间，幼苗生长可利用种子贮藏的养分，不需外界提供肥料。
随着幼苗不断生长，养分需要量日益增加，通常在开花结实期达到需肥高峰。
以后随植株各部分逐渐衰老而对矿质元素的需求量也逐渐减少。
尽管各生育期都有其生长中心，都需保证肥分供应。
但不同生育期施肥对作物生长的影响不同，增产效果也不一样。
通常作物的营养最大效率期是生殖生长期，此时正是作物需肥最多的时期，保证此期作物对肥分的需求，对提高产量至关重要。
12.合理施肥增产的原因在于有利于通过光合作用将无机物转变为有机物，有利于光合产物的运输与分配，有利干物质积累，提高产量。
施肥增产的生理基础：
合理施肥可提高作物的光合性能。
具体表现在：
扩大光合面积，提高光合能力，延长光合作用时间，促进光合产物运输与分配等。
施肥增产的生态基础：
施肥也改善作物的生态环境，特别是改善土壤状况。
例如，施用有机肥料可改善土壤的物理结构，提高地温、延长肥效；在酸性土壤中施用石灰、石膏等，既能提高pH值，促进有机质的分解，又能增加团粒结构，提高地温。
13.叶菜类植物的经济产量主要是叶片部分，受氮素的影响较大。
氮不仅是蛋白质、核酸、磷脂的主要成分，而且是叶绿素的成分，与光合作用有密切关系。
因此，氮的多寡会直接影响细胞的分裂和生长，影响叶面积的扩大和叶鲜重的增加，氮素在土壤中易缺乏，因此在叶菜类植物的栽培中要多施氮肥。
氮肥充足时，叶片肥大，产量高，汁多叶嫩，品质好。
钾与糖类的合成有关。
钾肥充足
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