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植物营养元素的生理功能及其失调症 技术中心 孙中涛,1,总共有16种: C、H、O空气、土壤吸收 大量元素:N、P、K 中量元素:S、Mg、Ca、Cl 微量元素:Cu、Fe、Mn、Zn、B、Mo,2,植物必需的营养元素的种类,3,一、氮的作用及其失调症,4,(一)氮在植物体内的含量与分布,限制生长与产量的首要因素。占植物干重0.3-5%。豆科 禾本科;玉米 小麦 水稻。 主要存在于蛋白质与叶绿素。 种子秸秆;幼嫩器官老器官。 营养生长阶段,集中于茎叶等幼嫩器官;生殖生长期,转向籽粒等贮藏器官;成熟时,70%转入贮藏器官。 生长前期施氮,营养器官含氮量大幅上升;生长后期施氮,生殖器官含氮量明显上升。,5,(二)氮的营养功能,6,(三)氮的吸收、同化与运输,吸收:硝氮和铵氮。旱田硝氮为主;铵氮硝化后再吸收。氨基酸、酰胺、尿素等可吸收,但有限。尿素可分解成铵后再同化,也可直接同化。水稻、薯类喜铵;烟草、小麦、甜菜喜硝。,选学: 硝氮吸收是主动过程;少部分暂存液泡,大部分同化为有机氮。可在根中同化,也可先运输,再同化。 铵氮可直接吸收,在根中同化后,再向其他部位运输。,7,(四)氮素缺乏症,检索表特征: 1. 较老器官,先出现病症1.1 病症遍布全株,长期缺乏,茎短而细1.1.1 基部叶片先失绿,发黄,变干时呈黄色,8,(四)氮素缺乏症,整株:植株矮小,瘦弱,叶片、叶脉、叶柄:老叶先出现症状,发黄,变干时呈黄色;有些作物叶脉、叶柄呈紫红色;生长受阻,细小。,茎:细小,分蘖或分枝少,基部呈黄色或红黄色,花:稀少,提前开放,种子、果实:少且小,早熟,不充实,根:色白而细长,量少,后期呈褐色,整株:植株矮小,瘦弱,9,(四)氮素缺乏症,水稻缺氮,植株矮小,瘦弱,缺氮,正常,缺氮,正常,缺氮,正常,10,(四)氮素缺乏症,矮小,老叶黄化,枯死,11,(四)氮素缺乏症,正常,缺氮,莴苣老叶发白,生长慢,包心小,12,叶片、叶脉、叶柄:细小直立,淡绿色、浅黄色、乃至黄色,老叶开始出现症状;有些作物叶脉、叶柄呈紫红色,(四)氮素缺乏症,矮小,老叶黄化,甚至枯死,13,(四)氮素缺乏症,老叶“V”型黄化,中脉黄色,14,(四)氮素缺乏症,萝卜老叶黄化,红色叶脉,15,(四)氮素缺乏症,幼叶,老叶,大豆老叶黄化,16,茎:细小,分蘖分枝少,基部呈黄色或红黄色,(四)氮素缺乏症,水稻,17,根:色白而细长,量少,后期呈褐色,(四)氮素缺乏症,小白菜,根白而细长,缺氮,外观表现 徒长,贪青,迟熟,易受霜害。 叶肥大,浓绿,互遮,碳水化合物消耗过多,秸秆柔弱,易倒伏。 碳水化合物消耗过多,影响产品品质。例,水果甜度低;棉麻纤维少,拉力降低;蔬菜硝酸盐含量高。 细胞增长过大,细胞壁薄,细胞多汁,植株柔软,易损伤和发病。 根系短而少,早衰。 加重缺钾,18,(五)氮素过量,氮过量 氮适宜 氮缺乏,番 茄,19,(五)氮素过量,图片信息:徒长,贪青迟熟;叶大,色浓绿,叶片下披,互相遮荫。,徒长,贪青,迟熟,叶大,色浓,互遮,20,(五)氮素过量,作物例子禾谷类:无效分蘖增加;迟熟,秕粒多叶菜类:水分多,不耐贮存和运输;体内硝酸盐含量增加麻 类:纤维量减少,纤维拉力下降苹果树:枝条徒长,花芽分化不充足;易发生病虫害;果实不甜,着色不良,晚熟。,21,(五)氮素过量,22,二、磷素的作用及磷缺乏症,23,(一)植物体内磷的含量与分布,植物体含磷0.2-1.1%,一般0.3-0.4%。85%有机磷,15%无机磷。 有机磷核酸、磷脂、植酸;无机磷磷酸盐(90%在液泡) 油料作物 豆科 谷类作物。幼苗老熟秸秆;幼嫩器官衰老器官。 繁殖器官营养器官;种子叶片根系茎秆。 液泡是磷储存库,细胞质是磷代谢库。充足时储于液泡,不足时转至细胞质。 运转与分配能力强:优先满足生长点需要(幼嫩新生组织、芽、根尖);作物成熟时,则向种子和果实运输。,24,(二)磷的营养功能,多种重要化合物的组分: 核酸(遗传)、磷脂(生物膜)、ATP(能量中转站)、植素(磷的储存形式,主要在种子、块茎等生殖器官中,为种子发芽时提供磷)。 积极参与体内代谢 参与碳水化合物代谢:促进光合及产物运输、转化;促进淀粉合成及在种子块茎中积累;促进淀粉水解供种子萌发用。 参与氮素代谢:促进氨基酸与蛋白质合成;促进硝态氮吸收;生物固氮所必须;缺磷会使氮代谢明显受阻。 参与脂肪代谢:脂肪合成酶需要磷,糖转化为甘油和脂肪酸需要磷。实践证明,油料作物比其他作物需要更多的磷。,25,(二)磷的营养功能,提高作物的抗逆和适应能力 抗旱:增加原生质的黏度和弹性,增强了其抵抗缺水的能力;促进根系生长,提高吸收水分的能力。 抗寒:提高植物体可溶性糖含量,降低原生质的冰点;提高磷脂含量,提高膜对温度的稳定性。越冬作物,增施磷肥,有助于安全越冬。 抗酸壤,耐盐碱:提高植物体内无机磷含量,形成缓冲系统,抵抗酸碱变化。,26,(三)植物对磷的吸收和利用,以磷酸氢根与磷酸二氢根的形式被根毛吸收。进入细胞后迅速参与代谢,合成有机态磷。 无机态磷在植物体内的移动性大,可直接向上或向下移动,特别是向幼嫩组织。老叶中有机态磷也可被分解成磷酸根,优先运往幼嫩组织。 土壤中磷,可溶性磷和不可溶性磷两种状态。可以互相转化。 温度与水分是影响磷吸收的主要因素。适宜,利于磷扩散和吸收。 氮磷之间存在相互协助作用。,27,(四)磷缺乏症,检索表特征: 1. 较老器官先出现病症1.1 病症遍布全株,长期缺乏则茎短而细1.1.1 基部叶片先失绿,发黄,变干时呈黄色缺氮1.1.2 叶常呈红色或紫色,基部叶发黄,变干时呈暗绿色缺磷,28,(四)磷缺乏症,29,(四)磷缺乏症,30,(四)磷缺乏症,小麦植株小,分蘖少,31,(四)磷缺乏症,小麦叶尖发焦,有些下部叶片呈紫红色。,缺磷,正常,32,(四)磷缺乏症,小麦叶色暗绿,成熟迟,缺磷使小麦锈病加重,33,磷可以增强作物的抗逆性,如抗寒、抗旱、抗病等。,(四)磷缺乏症,小麦抗逆差,病害重,34,(四)磷缺乏症,水稻缺磷: 植株矮小;直立;分蘖少;叶色暗绿。,植株小,分蘖少,叶暗绿,35,结穗小,分枝少,籽粒秕,(四)磷缺乏症,分蘖少,长势差。,水培小白菜缺磷:植株矮小。,36,(四)磷缺乏症,植株小,叶暗绿,37,油菜: 叶片从暗绿、暗紫发展至紫红色。,(四)磷缺乏症,幼叶暗绿,老叶紫红,幼叶,老叶,玉米 苗期时植株矮小,因为碳水化合物代谢受阻,植物体内易形成花青素,玉米的茎常出现紫红色症状。,38,(四)磷缺乏症,植株小,茎紫红,籽粒退化,玉米秃尖光合产物不足,运输受阻,转化受抑。,39,(四)磷缺乏症,籽粒退化,谷穗秃尖,40,(四)磷缺乏症,玉米缺磷症状,41,(四)磷缺乏症,果畸形,空心,皮厚且粗糙,原因光合产物不足,运输受阻,转化受抑。,42,(四)磷缺乏症,高粱缺磷:苗期生长迟缓;开花结果期推迟,出穗迟,成熟迟缓。,出穗迟,成熟晚,缺磷大豆,根系不发达,根瘤少,固氮能力差。,(四)磷缺乏症,根瘤少,固氮差,原因光合产物不足,运输受阻,根部营养匮乏。,44,呼吸作用过强,消耗大量糖分和能量,会产生不良影响。 禾谷类作物无效分蘖增加,秕粒增加;叶片肥厚,密集,叶色浓绿;植株矮小,节间过短;出现生长明显受抑制症状。 繁殖器官加速成熟进程,导致营养体小,茎叶生长受抑,低产。 植株地上部分与根系比例失调,地上部受抑制,根却非常发达,根量极多而粗短。,(五)磷素过多,45,三、钾素的作用及缺钾症,46,(一)植物体钾含量、分布、特点,钾含量仅次于N,0.3%-5%。 含淀粉、糖较多的作物含钾高。甜菜茎叶含钾5.01%。 禾谷类,种子钾含量低,茎秆钾含量高。薯类,块根块茎钾含量高。 流动性强,优先满足幼嫩组织。幼叶、优芽、根尖中,钾丰富。以可溶性钾盐的形式存在细胞中。 液泡是储存库,储藏着植物体内大部分钾。细胞质钾浓度比较稳定。,47,(二)钾的营养功能,1、促进光合作用,提高CO2的同化率 促进叶绿素的合成 改善叶绿体的结构,使其功能更强大、高效 促进CO2的同化,48,(二)钾的生理功能,2、促进光合作用产物的运输 钾能促进光合产物向储藏器官运输,增加库的储存量。 对调节“源”和“库”的关系具有重要作用。 3、促进蛋白质的合成 钾通过活化酶,对N的代谢具有重要影响。 钾能促进蛋白质和谷胱甘肽的合成。 缺钾,不仅蛋白质合成少,原有的蛋白质还会分解,导致胺中毒。 促进根瘤菌的固氮作用。,49,(二)钾的生理功能,4、参与细胞渗透调节作用 调节细胞水势,影响吸水能力和膨胀程度。 缺钾,细胞渗透压低,吸水能力差,细胞失去弹性,萎焉。 幼嫩组织需钾量高的原因:钾充足才能多吸水,细胞才能膨胀,伸长,生长。 苹果、葡萄等果实,马铃薯块茎,等,需要大量钾,也是因为有钾才能有渗透压,才能吸水,细胞才能膨大。,50,(二)钾的生理功能,5、调控气孔运动 钾能调节气孔运动,有利于作物经济用水。 6、激活酶的活性 可激活60多种酶。从而促进碳、氮代谢。 激活淀粉合成酶,促进淀粉合成。因此,淀粉含量高的作物,都需要大量钾。,7、促进有机酸的代谢,钾参与植物体内氮的代谢,木质部运输中钾离子是硝酸根离子的主要陪伴离子。当硝酸根离子被还原为氨后,钾与苹果酸根结合为苹果酸钾,并可重新转移到根部。钾显著提高作物对氮的吸收和利用。,钾离子穿梭运输硝酸根离子和苹果酸根离子的模式图,地上部,51,(二)钾的生理功能,8、增强作物的抗逆性,钾有多方面的抗逆功能,它能增强作物的抗旱、抗高温、抗寒、抗病、抗盐、抗倒伏、抗早衰等的能力,从而提高其抵御外界恶劣环境的忍耐能力。这对作物稳产、高产有明显作用。,K,K,52,(二)钾的生理功能,53,(二)钾的生理功能,9、提高作物品质 提高营养成分,增加甜度,降低酸度 延长存储期,更耐搬运和运输。 改善水果外观,色泽更鲜艳,54,检索表特征: 1. 较老器官先出现病症1.1 病症遍布全株,长期缺乏则茎短而细1.1.1 基部叶片先失绿,发黄,变干时呈黄色缺氮1.1.2 叶常呈红色或紫色,基部叶发黄,变干时呈暗绿色缺磷1.2 病症常限于局部,基部叶不干焦但杂色或缺绿1.2.1 叶脉间或叶缘有坏死斑点,或叶呈卷皱状缺钾,(三)钾缺乏症,55,(三)钾缺乏症,潜在性缺钾阶段由于钾在植物体内移动性很大,能从成熟叶和茎中向幼嫩组织移动,再分配利用,因此,植物生长早期,不易观察到缺钾症状。此时,由于植物生活力和细胞膨压明显降低,表现为植物生长缓慢,矮化。,56,显性缺钾阶段 缺钾症通常在植物生长发育的中后期才能看出来。 严重缺钾时,老叶先出现失绿并逐渐坏死,叶片暗绿无光泽。 双子叶植物:脉间先失绿,沿着叶缘开始黄化(或出现褐斑或条纹),并逐渐向叶脉间蔓延,最后发展为坏死组织。(例如,烟草),(三)钾缺乏症,双子叶植物叶缘和脉间黄化、褐斑,57,(二)钾缺乏症,棉花缺钾棉锈病,棉花缺钾“棉锈病”首先是叶缘和叶脉间出现黄白色失绿,继而叶面出现锈褐色的坏死斑。,58,(二)钾缺乏症,略带棕色,叶缘不齐,棉花缺钾叶片略带棕色,叶缘不整齐,正常,缺钾,缺钾,59,(二)钾缺乏症,大豆缺钾下部叶片最初产生褐色斑点,继而变成不规则的黄色叶缘。,双子叶植物叶缘和脉间黄化、褐斑,60,(二)钾缺乏症,花生缺钾 老叶脉间出现黄斑或黑褐色斑,随后大部分叶片退绿,叶缘出现褐色坏死。 中脉周围仍保持绿色。,双子叶植物叶缘和脉间黄化、褐斑,61,双子叶植物叶片上,常出现叶脉紧缩、脉间凸凹不平,这是由于氮素充足使原生质汁液丰富,而缺钾使纤维素受阻所致。,(二)钾缺乏症,62,(二)钾缺乏症,大豆结痂成熟后,植株仍保持绿色,是缺钾的典型表现。,63,单子叶植物:叶尖先黄化,随后逐渐坏死。 植物出现褐色坏死组织,与缺钾引起蛋白质分解导致腐胺积累有关。,
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