植物的矿质营养

植物生理学中的植物矿质营养章节的详细思维导图。植物的矿质营养思维导图笔记，分支内容包括：矿质元素在植物体内的运输与分配、合理施肥的生理基础、有益元素与有害元素等。

植物的矿质营养

• 植物吸收矿质元素的特点
  • 对盐分和水份的相对吸收
    • 盐分溶解在水分中才能被根部吸收
    • 根部吸水因蒸腾而引起的被动过程
    • 吸收盐分是消耗能量以主动吸收为主（有相应的膜运输蛋白）
  • 离子的选择吸收
    • 植物对同一溶液中的不同离子或同一盐分中的阴阳离子吸收比例不同
    • 水稻培养液中的Ca²⁺和Mg²⁺浓度增高
    • 番茄吸收Ca²⁺和Mg²⁺的速度比吸水速度快
    • 植物细胞内总的正负电荷数必须保持平衡
  • 矿质元素的吸收
    • 机理
      • 主要存在于土壤溶液，通过根表吸收
      • 土粒表面带有负电荷,可以吸附矿质阳离子
      • 通过阳离子交换与土壤溶液中的阳离子发生交换
      • 矿质阴离子被排斥,溶解在土壤溶液中(磷酸根不会,被氧化亚铁离子和氯离子束缚住)
    • 主要类型
      • 根系截获
        • 根系接触到的养分
      • 质流
        • 蒸腾引起水和土壤溶液养分向根表移动
      • 扩散
        • 随土壤溶液浓度梯度迁移到根表
      • 叶片吸收
        • 吸收矿物质和小分子有机物质（尿素、氨基酸）——根外施肥、叶片施肥
        • 通过气孔进入叶内（角质层进入叶内），通过细胞壁中的外连丝到达表皮细胞的质膜，转运到细胞内部，最后到达叶脉韧皮部
    • 步骤
      • 离子吸附在根部细胞表面
        • 离子的交换吸附（不需要能量，速度很快）
      • 离子进入根的内部
        • 质外体途径
          • 扩散方式（速度快）
          • 离子从皮层到达内皮层时，凯氏带阻止离子从质外体直接扩散入中柱
        • 共质体途径
          • 胞间连丝（速度慢）
      • 离子进入导管或管胞
        • 被动扩散
        • 主动过程
        • 从木质部包庇细胞释放到导管或管胞
    • 影响条件
      • 温度
        • 吸收速率随着温度的增高而加快
        • 过高会下降,可能高温使酶钝化,也可能会使细胞通透性增大,矿质元素被动外流
        • 过低,代谢弱,主动吸收慢
      • 通气情况
        • 与呼吸作用有密切关系
        • 增加氧气或减少二氧化碳
      • 溶液浓度
        • 离子载体和通道数量有限,过多会烧伤作物,根部也吸收不了
      • 氢离子浓度
        • 组成细胞质的蛋白质是两性电解质
        • 弱酸性环境中,蛋白质带正电荷,易吸收外界溶液中的阴离子
        • Fe、Mn、B、Cu、Zn在碱性溶液中逐渐变成不溶解
        • PO₄³⁻、K、Ca、N、Mg、S等易溶解，植物来不及吸收容易被雨水冲刷掉（酸雨的影响危害比较大）
• 离子的跨膜运输
  • 被动运输
    • 简单扩散
      • 允许一些输水分子和小而不带电的极性分子
      • 从浓度高的区域跨膜移向浓度较低的邻近区域的物理过程
    • 离子通道
      • 通道蛋白构成的孔道，控制离子通过细胞膜
      • 离子顺着离子浓度梯度和膜电位差（合称电化学势梯度），被动、单方向的通过跨膜的离子通道运输到膜内侧
      • 阳离子通道、阴离子通道、水通道
    • 载体运输
      • 顺电化学势梯度
      • 单向转运体
      • 同向运输器
      • 反向运输器
  • 主动运输
    • 载体运输
      • 逆电化学势梯度
    • 离子泵运输
      • 质膜上的H⁺-ATP酶
      • 液泡上的H⁺-ATP酶
      • 液泡上的H⁺-焦磷酸酶
      • Ca²⁺-ATP酶
    • 胞饮作用
      • 膜的内陷从外界直接摄取物质进入细胞的过程
• 植物对氮、硫、磷的同化
  • 氮的同化
    • 硝酸盐的代谢
      • NO₃⁻还原成NH₃
      • ①NAD（P）H氧化给FAD提供电子变成FADH₂ ②FADH₂氧化给Cyt b₅₅₇（Fe³⁺）提供电子变成 ③Cyt b₅₅₇（Fe²⁺）氧化给MoCo（Mo⁶⁺）提供电子变成MoCo（Mo⁴⁺) ④MoCo（Mo⁴⁺）把NO₃⁻还原成NO₂⁻
    • 亚硝酸盐的代谢
      • 叶绿体或根中的NO₂⁻还原酶催化
      • NO₂⁻还原成NH₄⁺和N₂O（+1）
    • 氨的同化
      • 硝酸盐被还原后，氨立即被同化
        • 抑制呼吸过程中电子传递系统（NADH的氧化）
      • 谷氨酰胺合成酶（GS）
        • ①细胞质基质②根部细胞的质体或叶片细胞的叶绿体中
        • NH₃与谷氨酸结合形成谷氨酰胺
        • 谷氨酰胺与α-酮戊二酸在GOGAT下形成谷氨酸
      • 谷氨酸脱氢酶（GDH）
        • NH₃与α-酮戊二酸在GDH下生成谷氨酸
      • 氨基交换作用（联合脱氨）
        • 谷氨酸和谷氨酰胺与草酰乙酸在Asp-AT作用下生成天冬氨酸和α-酮戊二酸
    • 生物固氮
      • N₂占空气中的79%
      • 独立生存的非共生微生物
        • 好气性细菌、嫌气性细菌和蓝藻
      • 与其他宿主共生的共生微生物
        • 根瘤菌、放线菌、与水生蕨类红萍共生的蓝藻
      • 有固氮酶，把N₂转换成NH₃，以铁氧还蛋白为电子供体
  • 硫酸盐的同化
    • 吸收空气中SO₂和土壤中的SO₄²⁻离子
    • 把硫酸根还原成硫离子，硫离子合成半胱氨酸
    • ①硫酸根在ATP硫酸化酶下变成APS（产生PPi） ②APS与GSH在APS还原酶下变成亚硫酸根和GSSG ③SO₃²⁻和Fdred在亚硫酸盐还原酶下变成S²⁻和Fdox ④S²⁻与乙酰CoA生成OAS（乙酰丝氨酸）和CoA（丝氨酸乙酰转移酶） ⑤OAS与S²⁻生成Cys（半胱氨酸）和Ac（乙酰丝氨酸硫酸化酶）
  • 磷酸盐的同化
    • 磷酸氢根吸收后变成有机物
      • 磷酸糖
      • 磷脂
      • 核苷酸等
• 必须矿质元素
  • 生理作用
    • 细胞结构物质的组成成分
    • 植物生命活动的调节着、参与酶的活动
    • 离子浓度平衡、氧化还原、电子传递和电荷中和
    • 细胞信号转导的第二信使（钙离子）
  • 分类
    • N
      • 以NO₃⁻和NH₄⁺的形式存在
      • 缺少时，植物生长受抑，叶片黄化失绿
      • 充分时，食物叶大而鲜绿
      • 过多时，叶片深绿，细胞质丰富而壁薄，一首病虫侵害
    • P
      • HPO₄²⁻或H₂PO₄⁻
      • 缺少时，蛋白质合成受阻，叶小，生长受阻
      • 充分时，能提高作物的抗寒性及抗旱性，提早成熟
    • K
      • KCl或K₂SO₄等可溶性盐存在
      • 活化呼吸作用和光合作用的酶活性（淀粉合成酶，琥珀酸脱氢酶和果糖激酶等）
      • 充分时，茎秆坚韧，抗倒伏
      • 缺少时，茎秆柔弱易倒伏，叶片变黄
    • S
      • SO₄²⁻
      • 缺少时，缺绿，矮化
• 植物体内的元素
  • 碳氢氧氮等元素以CO₂、H₂O、N₂和NOx形式散失到空气中
  • 不能挥发的——灰分
  • 矿质元素以氧化物的形式存在于灰分中——灰分元素