植物营养的其它研究方法植物营养的其它研究方法 第一节第一节 植物营养的土壤酶学研究法植物营养的土壤酶学研究法 一酶的概念及类型一酶的概念及类型酶：具有专性催化作用的蛋白质，活的生物体合成酶：具有专性催化作用的蛋白质，活的生物体合成类型类型国际酶学委员会分类国际酶学委员会分类1氧化还原酶类氧化还原酶类2转移酶类转移酶类3水解酶类水解酶类4裂解酶类裂解酶类5异构酶类异构酶类6连接酶类连接酶类 二土壤酶二土壤酶 （一）土壤酶的种类（一）土壤酶的种类目目前前已已知知的的存存在在于于生生物物体体中中的的近近2000种种酶酶类类中中，约约有有50余处累积于土壤中。余处累积于土壤中。研究最多的是：氧化还原酶类、水解酶类研究最多的是：氧化还原酶类、水解酶类研究较少的是：转移酶类、裂解酶类研究较少的是：转移酶类、裂解酶类不曾涉及的是：异构酶、连接酶不曾涉及的是：异构酶、连接酶（二）土壤酶来源 微生物产生的胞外酶微生物产生的胞外酶植物根系溢泌的酶植物根系溢泌的酶土壤动物溢泌的酶土壤动物溢泌的酶 （三）存在部位（三）存在部位 胞胞外外酶酶：土土壤壤溶溶液液、土土壤壤固固体体、 土土 壤壤有机体吸附有机体吸附 土壤胞内酶：微生物、根、动物中土壤胞内酶：微生物、根、动物中（四）土壤酶研究的应用 1评价土壤肥力水平和供肥能力评价土壤肥力水平和供肥能力土土壤壤潜潜在在肥肥力力酶酶活活性性）植植物物有有效效养养分分三三者关系密切。者关系密切。土土壤壤肥肥力力主主要要物物质质基基础础土土壤壤有有机机质质，是是土土壤壤酶底物的主要给源。酶底物的主要给源。2诊断植物营养元素丰缺诊断植物营养元素丰缺土壤缺土壤缺P磷酸酶活性高磷酸酶活性高土壤施土壤施P磷酸酶活性低磷酸酶活性低3鉴别土壤类型鉴别土壤类型 1964年年俄俄国国科科学学家家用用脱脱氢氢酶酶鉴鉴别别钙钙质质土土，得得出出酶酶活活性顺序为：黑钙土性顺序为：黑钙土栗钙土栗钙土棕钙土。棕钙土。4净净化化土土壤壤、减减轻轻危危害害：氰氰氨氨化化钙钙形形成成氰氰酸酸铵铵的的分分解解氰基酶；农药残留物氰基酶；农药残留物控制脲酶，减少控制脲酶，减少NO3、NO2积累。积累。5调控土壤酶活性，提高肥料利用率：脲酶活性调控土壤酶活性，提高肥料利用率：脲酶活性尿素分解快则氨挥发，慢则尿素淋失。尿素分解快则氨挥发，慢则尿素淋失。 三土壤酶的研究方法三土壤酶的研究方法 1土样采集：代表性，根际内外酶活性不同土样采集：代表性，根际内外酶活性不同2土土样样贮贮藏藏：一一般般认认为为：新新鲜鲜土土样样酶酶活活性性大大于于风风干干样样；土土样样一一经经风风干干，再再延延长长存存放放时时间间，酶酶活活性性失失活活较较小小；恒恒温温贮贮藏藏（4度度）或或冻冻藏藏（-5度度-40度度）酶酶活活性性失失活活较较小小，冷冷冻冻最最好好；田田间间湿湿度度条条件件下下贮贮藏藏样样品品，酶活性更能反映实际。酶活性更能反映实际。3土样称量：一般土样称量：一般1-5克，酶活低的克，酶活低的10克。酶反应速克。酶反应速度随土样称量呈现线性增加，过少测定不准确。度随土样称量呈现线性增加，过少测定不准确。 （二）土壤样品微生物的纯化 使使土壤酶活性与微生物活性土壤酶活性与微生物活性区分开来。区分开来。理理想想方方法法是是：有有效效抑抑制制微微生生物物增增殖殖生生长长和和生生理理过过程程，不不破破坏坏微微生生物物的的细细胞胞，防防止止酶酶渗渗出出，也也不不破破坏坏土土壤壤理理化化性性质质，常常用用以以下下两种途径：两种途径：1化化学学灭灭菌菌剂剂：常常用用适适当当浓浓度度的的甲甲苯苯，其其作作用用为为抑抑制制微微生生物物增增殖殖，导导致致某某些些微微生生物物质质壁壁分分离离或或胞胞溶溶，也也可可能能引引起起某某些些酶酶活活性性升高或降低。升高或降低。甲苯的适当浓度，土样重的甲苯的适当浓度，土样重的20%，土壤悬浮液体积的，土壤悬浮液体积的5-10%其它灭菌剂：乙烯氧化物、苯、丙酮、醚、氯仿等。其它灭菌剂：乙烯氧化物、苯、丙酮、醚、氯仿等。2高高能能电电离离辐辐射射：X射射线线或或r射射线线，使使微微生生物物失失去去增增殖殖能能力力，土土壤壤理理化化性性质质改改变变甚甚微微，土土壤壤酶酶活活性性影影响响较较小小，是是一一种种较较好好的的灭灭菌法，但需特殊设备，代价较高。菌法，但需特殊设备，代价较高。（三）酶作用基质与酶促反应环境 1基基质质：酶酶活活性性是是用用酶酶促促基基质质转转化化的的数数量量或或产物的数量来表示产物的数量来表示种种类类：选选择择一一种种酶酶作作用用的的底底物物，标标准准方方法法中中每次测定选用同一底物，以便比较。每次测定选用同一底物，以便比较。加加入入基基质质以以保保证证酶酶促促反反应应期期间间基基质质转转化化速速度度保持恒定为准，保持恒定为准，即反应结束时基质有一定剩余，但不能太多即反应结束时基质有一定剩余，但不能太多2酶酶促促反反应应环环境境：环环境境条条件件影影响响酶酶活活性性，为为使使测测得得酶酶活活性性最最大，须使环境条件最适。大，须使环境条件最适。（1）各种酶要求的）各种酶要求的pH条件不同，选择适宜条件不同，选择适宜pH缓冲体系。缓冲体系。（2）温温度度：目目前前一一般般采采用用30-37度度。一一定定温温度度范范围围内内酶酶反反应应速度随温度升高而加快，超过一定温度，酶活性减弱或变性。速度随温度升高而加快，超过一定温度，酶活性减弱或变性。（3）培养时间：一般几小时到几昼夜。）培养时间：一般几小时到几昼夜。原则：反应时间内酶种反应速度恒定原则：反应时间内酶种反应速度恒定过长：基质浓度下降，产物增加，酶本身变化过长：基质浓度下降，产物增加，酶本身变化过短：基质反应量少而无法测定。过短：基质反应量少而无法测定。中国农科院：测定土壤蔗糖酶等一般以中国农科院：测定土壤蔗糖酶等一般以24小时为宜小时为宜（四）对照的设置 1无无酶酶对对照照：目目的的是是校校正正土土壤壤非非酶酶促促反反应应造造成成的的影影响响，土土壤壤中中某某些些可可变变价价阳阳离离子子（Fe、Cu、Mn）可可能能引引起起无无机机催催化化剂剂的的作用，尤其是氧化还原酶测定中。作用，尤其是氧化还原酶测定中。方法：干热处理：方法：干热处理：180度度2-3小时小时湿热处理：湿热处理：2atm蒸煮蒸煮1小时小时化学处理：化学抑制剂如重金属盐、氰化物等。化学处理：化学抑制剂如重金属盐、氰化物等。2无无基基质质对对照照：消消除除土土壤壤中中本本来来存存在在的的与与基基质质或或产产物物类类似似物质的影响。物质的影响。3无土对照：消除基质自身分解的影响。无土对照：消除基质自身分解的影响。 （五）酶活性表示方法 通通常常：单单位位时时间间单单位位土土重重，一一定定温度下酶促反应产物数量。温度下酶促反应产物数量。第二节第二节 植物营养诊断方法植物营养诊断方法 一养分供应量与产量关系一养分供应量与产量关系二植物营养诊断的主要方法二植物营养诊断的主要方法（一一）形形态态诊诊断断：缺缺素素时时，形形态态上上：失失绿绿、色斑、坏死、畸形等。色斑、坏死、畸形等。老叶、新叶、顶叶老叶、新叶、顶叶叶缘、叶肉、叶脉叶缘、叶肉、叶脉株高、叶片大小、根系大小株高、叶片大小、根系大小（二）化学诊断 分分析析植植物物、土土壤壤的的元元素素含含量量与与事事先先经经过过试试验验研研究究拟拟定定的的临临界界含含量量比比较较，或或者者以以异异常常的的与与正正常常的的直直接接进进行行比比较较而而作作出出丰丰缺缺判断。判断。比比较较：对对植植物物而而言言，一一般般说说，植植物物分分析析结结果果对对作作物物营营养养状状况的反映是最直接的，所以是判断营养丰缺的最可靠依据。况的反映是最直接的，所以是判断营养丰缺的最可靠依据。对对土土壤壤分分析析：土土壤壤分分析析结结果果，一一般般与与作作物物营营养养状状况况有有密密切关系，但其相关程度不如植株分析结果高切关系，但其相关程度不如植株分析结果高原原因因：作作物物营营养养的的缺缺乏乏受受多多种种因因素素影影响响；土土壤壤养养分分含含量量；根系吸收养分的环境条件根系吸收养分的环境条件1植物组织速测诊断 采采取取对对元元素素丰丰缺缺反反应应敏敏感感的的某某种种组组织织，利利用用化化学学的的呈呈色色反反应应作作快快速速测测定定，结结果果一一般般分分级级：极极缺缺、缺缺、一般、丰富一般、丰富应应用用：在在生生产产者者急急于于知知道道答答案案以以便便迅迅速速采采取取补补救救措措施施情情况况下下，可可以以避避免免大大部部分分凭凭臆臆测测行行事事，以以致致贻贻误误生产。生产。对常规生产的细胞管理也有指导意义。对常规生产的细胞管理也有指导意义。2叶片分析诊断： 以以叶叶片片常常规规分分析析结结果果与与事事先先制制订订的的临临界界作作比比较较，来来判判断断营营养元素丰缺。养元素丰缺。优优点点：比比速速测测法法精精确确可可靠靠；测测定定范范围围几几乎乎包包括括植植物物必必需需的的全部元素；果树上应用比农作物更广泛成功全部元素；果树上应用比农作物更广泛成功3土壤分析诊断：分为：速测、实验室常规测定分为：速测、实验室常规测定一一般般测测定定其其速速效效养养分分，而而含含量量一一般般与与作作物物产产量量无无相相关关性性，测定结果与事先拟定好的标准比较判断其丰缺。测定结果与事先拟定好的标准比较判断其丰缺。 （三）施肥诊断 以施肥方式提供拟试元素肥料进行检验以施肥方式提供拟试元素肥料进行检验1叶片喷、涂、叶脉注射试验叶片喷、涂、叶脉注射试验用于已生产症状时的应急诊断。用于已生产症状时的应急诊断。优点：见效快（直接处理叶片）优点：见效快（直接处理叶片）不与土壤接触，避免养分被土壤固定而无效不与土壤接触，避免养分被土壤固定而无效用料少，经济省事。用料少，经济省事。浓度范围一般浓度范围一般0.1-0.5%.2.对对比比试试验验：设设施施与与不不施施两两个个处处理理，也也可可结结合合进进行行肥肥料用量和形态试验，用于事前预测或应急诊断。料用量和形态试验，用于事前预测或应急诊断。3抽抽样样试试验验：为为探探测测土土壤壤可可能能缺缺乏乏某某些些可可以以采采用用这这一方法。一方法。 设置设置n+2处理，（处理，（n为待测元素数）为待测元素数） 空白，全营养、缺乏一个元素肥料的处理。空白，全营养、缺乏一个元素肥料的处理。 （四）酶学诊断 原原理理：许许多多元元素素是是酶酶的的组组分分或或活活化化剂剂，当当其其缺缺乏乏时时，与与该该元元素素有关的酶活性发生变化，两者有明显相关性有关的酶活性发生变化，两者有明显相关性优点：优点：（1）灵敏度高：某些元素在植物体内含量极微，如钼）灵敏度高：某些元素在植物体内含量极微，如钼 酶测法可避免开这种困难酶测法可避免开这种困难 MoNR； Cu抗坏血酸酶抗坏血酸酶（2）相关性好：如）相关性好：如Zn含量与碳酸酐酶活性基本一致。含量与碳酸酐酶活性基本一致。（3）酶酶促促反反应应变变化化远远远远早早于于形形态态变变异异，有有利利于于早早期期诊诊断断或或潜潜在在性缺乏的诊断。性缺乏的诊断。不足：有关测试技术还未臻完善，实用的还不多。不足：有关测试技术还未臻完善，实用的还不多。 （五）其它诊断方法 1遥感：通过光谱分析获得信息遥感：通过光谱分析获得信息利利用用叶叶片片对对光光波波反反射射特特性性，测测定定其其反反射射率率来判断营养丰缺。来判断营养丰缺。如如：一一般般绿绿叶叶反反射射的的可可见见光光范范围围为为400-700nm，同同时时在在近近红红外外波波段段800-1200nm有有高高反反射率。射率。缺缺氮氮水水稻稻，可可见见光光域域显显示示高高反反射射率率；近近红红外外部分低反射率部分低反射率以群体为研究对象以群体为研究对象2电子探针电子探针x射线显微分析射线显微分析植物体内养分分布植物体内养分分布细胞内养分分布细胞内养分分布根根土土界界面面养养分分分分布布植植物物营营养养元素作用机理元素作用机理3组组织织化化学学诊诊断断：光光学学、电电子子显显微微镜镜判判断断缺素与解剖结构关系。缺素与解剖结构关系。缺缺B：花粉、根尖、叶柄、细胞壁花粉、根尖、叶柄、细胞壁三植物营养诊断的程度三植物营养诊断的程度 （一）诊断的目的：（一）诊断的目的：1缺何种元素缺何种元素2是否存在潜在缺乏是否存在潜在缺乏3缺素原因：土壤、吸收缺素原因：土壤、吸收4确定某种作物缺某元素的临界值确定某种作物缺某元素的临界值5拟定合理施肥方案拟定合理施肥方案（二）步骤（二）步骤1观察：观察：指标：生长速度、株型长相、色泽等指标：生长速度、株型长相、色泽等排排除除无无营营养养元元素素以以外外的的其其它它原原因因，如如病病虫虫害害、药药害害、连连作作障障碍、异常天气（旱、涝、温、冷、盐、光）碍、异常天气（旱、涝、温、冷、盐、光）2调查调查（1）症症状状类类型型及及特特点点：色色泽泽、斑斑点点、形形状状、长长相相、地下部、老叶、新叶地下部、老叶、新叶（2）环环境境条条件件：土土壤壤：类类型型、地地形形、母母质质、质质地地、水分条件水分条件天气：阴雨、干旱天气：阴雨、干旱（3）发发病病经经过过：向向栽栽培培管管理理人人员员询询问问症症状状发发生生经经过过，何时发病、最初症状、发展变化。，何时发病、最初症状、发展变化。（4）栽培管理过程：）栽培管理过程：施肥：种类、数量、有机肥施肥：种类、数量、有机肥前茬作物：施肥状况前茬作物：施肥状况3现场速测：结合形态症状可以判断大多缺素类型现场速测：结合形态症状可以判断大多缺素类型4采采样样分分析析：如如果果前前“3”不不能能肯肯定定判判断断，则则采采样样，包括植物、土壤、有病的与正常的。包括植物、土壤、有病的与正常的。5校校验验：外外形形、化化学学诊诊断断有有时时可可能能失失误误，进进一一步步施施肥诊断。肥诊断。6总总结结：完完成成以以上上各各项项工工作作后后，着着手手整整理理资资料料，撰撰写总结，提出诊断结论及防治意见。写总结，提出诊断结论及防治意见。植物根养分离子吸收动力学研究方法植物根养分离子吸收动力学研究方法 一离子吸收动力学方程一离子吸收动力学方程1吸收动力学：概念吸收动力学：概念2最早的离子吸收动力学模拟方程最早的离子吸收动力学模拟方程Epstein(1952),plant physiol,27:457-474酶促反应动力学方程用于植物对离子吸收的研究酶促反应动力学方程用于植物对离子吸收的研究MichelisMenten方方 程程 ： I=Imax*C/(Km+C) Km:I=Max/2时介质离子浓度。时介质离子浓度。