第四章 元素的基本功能.ppt

李晓林材料 第四章 矿质元素的基本功能 按生理化学作用和生理功能分类： 植物有机体的主要组分：C、H、O、N、S P、B、Si以无机阴离子或酸分子的形态被植物吸收 K、Na、Ca、Mg、Mn、CI以离子的形态被植物吸收 Fe、Cu、Zn、Mo以螯合态存在植物体内，除以外也常常以配合物或螯合物的形态被植物吸收 4.1 大量元素???   --------- 碳 氢 氧 （一）氢的营养功能： 与碳和氧结合，构成许多重要有机化合物； 由于静电引力的作用，在许多重要生命物质的结构中形成的氢键占有重要地位，使蛋白和酶等形成复杂的空间结构，如DNA双链的螺旋结构就是通过碱基之间的氢键实现的； 许多重要的生化反应，如光合和呼吸，都需要H+，同时 H+也为保持细胞内离子平衡和稳定pH所必需。 和氧形成的水是植物生命活动必不可少的，而水又是最大而最安全的H+库。 氢在氧化还原反应中是一种还原剂，参与NADP还原过程。 （二）H+过多对植物的毒害： 不适宜的氢离子浓度，会伤害细胞原生质的组分，影响植物的生长发育。 直接影响根对养分的吸收，影响环境中养分的溶解； 影响细胞中酶和蛋白的活性 氢酶在豆科固氮过程中起重要作用。 4.1.2 氮 一 、植物体内氮的含量和分布 二 、氮的营养作用 三 、氮的吸收 四 、氮的同化 五 、 NO3-和NH4+营养作用比较 六 、 NO3- 吸收与还原调节 七 、 植物缺氮症状 八 、 供氮过多的危害 (一)植物体内氮的含量和分布 在所有必需营养元素中，氮是限制植物生长和形成产量的首要因素，对产品品质也有多方面影响。一般植物含氮量约占作物体干重的0.3-5％，而含量的多少与作物种类、器官、发育阶段有关。 (二)氮的营养作用 氮是植物体内许多重要有机化合物的组分，例如蛋白质、核酸、叶绿素、酶、维生素、生物碱和一些激素等，这些物质涉及遗传信息传递、细胞器建成、光合作用、呼吸作用等几乎所有的生化反应。 在细胞内硝酸盐具有渗透调节作用。 硝酸盐还可能具有信号作用。 (三)氮的吸收 1、N03-的吸收 植物根细胞吸收N03-是逆电化学势梯度进行的，首先需要由细胞膜上的质子泵(H+-ATP酶)水解ATP，并向膜外释放H+，使膜电化学势下降，产生驱动力，最后由硝酸盐转运蛋白(载体)2H+:1 N03-共运的方式，将N03-运入细胞膜内。是一个主动吸收过程 2、NH4+的吸收 植物可能以两种方式吸收NH4+。一是NH4+在质膜上发生脱质子作用以NH3的形态跨膜运输；二是植物根细胞质膜上有多种NH4+转运蛋白，通过主动运输方向将NH4+运入细胞内。NH4+的吸收伴随H+向膜外的释放，从而导致根际H+浓度的升高(根际酸化)。NH4+吸收的这一特点非常重要，因为根际酸化对其它难溶性养分的有效性有很大影响。 (四)、 硝态氮的同化 1、N03-的还原 硝酸还原酶(NR)是一种黄素蛋白酶，含两个相同的亚基，每个亚基由黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、细胞色素557(cytc)和钼辅基(Mo cofactor)三部分组成。在还原过程中，由NAD(P)H作为电子供体，FAD为辅酶，钼是活化剂，经过一系列电子传递，最后由钼辅基将电子转移给硝酸根，使它还原为亚硝酸根。 N03-+8H++8e-——NH3++2H2O+OH- 亚硝酸还原酶(NiR)也是黄素蛋白酶，是一种含血红素(Siroheme)和一个4Fe-4S中心的单体酶。它以利用原态的铁氧还蛋白把电子转移给亚硝酸，NADPH或NADH作为电子供体，转移给亚硝酸，使亚硝酸根还原为氨。 植物体中各部位硝酸还原酶活性不同：幼嫩组织中，硝酸还原酶活性高，衰老组织中活性低。 硝酸还原酶活性受铵盐的抑制，缺钼引起硝酸盐的累积，从而使硝酸还原酶活性提高。 亚硝酸还原取决于光照；亚硝酸还原酶的合成与活性依赖亚硝酸盐的供应。 2、NH4+-N的同化 在特殊情况下，氨也可以与酮戊二酸结合，在谷氨酸脱氢酶(GDH)的催化下，同化为谷氨酸。酰胺是植物体内氮素的贮存形态，这有助于防止氨浓度过高而产生毒害。植物体内只有谷氨酸和天冬氨酸能形成酰胺两种。 GDH途径 GS-GOGAT途径 植物亚硝酸还原酶（NiR） 2、NH4+-N的同化GDH途径 植物吸收NH4+-N受植物体内碳水化合物含量水平的影响，含量充足利于NH4+同化 NH4+-N被吸收后，在根细胞中同化为氨基酸然后向地上部运输。 NH4+-N和α-酮酸合成氨基酸，转化成蛋白质。 NH3对植物细胞有毒害作用，合成有机含氮化合物是解毒的主要措施 NH3与α-酮戊二酸直接结合形成α-亚氨基谷氨酸，然后再还原态NADH2 存在的条件下，由谷氨酸脱氢酶催化形成谷氨酸