导图社区 植物营养学
这是一篇关于植物营养学的思维导图,主要内容有植物必需营养元素、土壤中养分的有效性、植物根系对养分的吸收、养分的运输和分配。
编辑于2022-08-06 21:12:14 新疆植物营养学
植物必需营养元素
分类
大量元素 (占干物质0.5%以上)
C 、H、 O、N、 P、 K
中量元素 (占干物质0.1%—0。5%)
Ca、 Mg、 S
微量元素 (占干物质0.1%以下)
Fe、 B、 Mn、 Cu、 Zn、 Mo、 Cl、 Ni
主要功能
C、H、O、N、S
组成有机体的结构物质和生活物质
组成酶促反应的原子基团
P、B、(Si)
形成连接大分子的酯键
储存及转换能量
K、Mg、Ca、Mn、Cl
维持细胞内的有序性,如渗透调节、电性平衡等
活化酶类
稳定细胞壁和生物膜构型
Fe、Cu、Zn、Mo、Ni
组成酶辅基
组成电子转移系统
相互关系
同等重要律
植物必需营养元素在植物体内的数量不论多少都是同等重要的
生产上要求
平衡供给养分
不可代替律
植物的每一种必需营养元素都有特殊的功能,不能被其他元素所代替
生产上要求
全面供给养分
必需营养元素的标准
必要性——这种化学元素对所有高等植物的生长发育是不可缺少的。缺少这种元素,植物就不能完成其生命周期。
专一性——缺乏这种元素后,植物会表现出特有的症状,而且其他任何一种化学元素均不能代替其作用,只有补充这种元素后症状才能减轻或消失。
Na——藜科植物 Co——豆科作物 Al——茶树、蕨类植物 Si——硅藻、水稻 Se——紫云英
直接性——这种元素必须是直接参与植物的新陈代谢,对植物起直接的营养作用,而不是改善环境的间接作用。
有益元素
在非必需营养元素中有一些元素,对特定植物的生长发育有益,或为某些种类植物所必需。
土壤中养分的有效性
土壤养分的化学有效性
有效养分定义
土壤中的养分仅有一部分可以被植物吸收利用,这部分养分称为有效养分。
分类
可溶性离子态
分子态养分
易分解态
交换吸附态
某些气体养分
测定方法
化学法
物理化学法(电超滤法)
土壤养分的强度、数量和容量
土壤养分形态
溶液态
吸附态
固定态
矿物态
土壤养分的强度I因素
是指土壤溶液中养分浓度。 强度因素是土壤养分供应的主要因子
土壤溶液中养分的浓度越高,养分就越易于被根系吸收。
土壤养分的容量Q因素
是指土壤中有效养分的数量,即不断补充强度因子的库容量。
当土壤中的养分浓度随着根系的吸收而下降时,固相吸附态的养分可以不断进行补充。
土壤养分的缓冲因素△Q/△I
它表示土壤保持一定养分强度的能力,也叫缓冲力或缓冲容量。
其比值越高,土壤的缓冲力就越强
对缓冲力大的土壤,必须相应地提高肥料的用量,才能有效地提高土壤溶液中养分的浓度。
缓冲力越大,磷的扩散越不易
土壤养分的空间有效性
养分位置与有效性
土壤中有效养分只有达到根系表面才能为植物吸收,成为实际有效养分。 对于整个土体来说, 植物根系仅占据极少部分空间, 平均根系土壤容积百分数大约为3%。 因而养分的迁移对提高土壤养分的空间有效性是十分重要的。
养分向根系表面的迁移
土壤养分的生物有效性
是指存在于土壤的离子库中,在作物生长期内能够移动到根际和根表的一些矿质养分和有机养分
特点
矿质养分以离子态为主,也包括小分子有机养分
在养分的空间位置上,是处于植物根际或生长期内能迁移到根际被植物根系吸收的养分
土壤中养分到达根表的两种机理
根对土壤养分的主动截获
土壤养分向根表迁移
质流
扩散
影响养分移动的因素
受根系吸收和土壤供应两方面的影响
土壤湿度
增加土壤湿度, 可使土壤表面水膜加厚,一方面能增加根表与土粒间的接触吸收;另一方面又可减少养分扩散的曲径, 从而提高养分扩散速率
施肥
施肥可增加土壤溶液中养分的浓度,直接增加质流和截获的供应量。同时,施肥加大了土体与根表间的养分浓度差,也增加了养分扩散迁移量
养分的吸附固定
吸附与固定使磷、钾、锌、锰、铁等营养元素的移动性变小。
向土壤直接供应有机螯合态肥料,或者施用有机肥,可减少养分的吸附和固定
影响养分有效性的土壤因素
土壤溶液的离子浓度
施肥可增加土壤溶液中的养分的浓度,加大了土体与根表间的养分浓度差,提高了养分的有效扩散系数。
土壤水分含量
土壤水分含量升高,增加了根表与土粒间的接触吸收。又可减少养分扩散的曲径,提高养分的扩散速率。
土壤对阴阳离子的吸附
土壤pH
P在pH6.5_7.0时有效性最高,随pH升高 则生成了难溶性磷酸钙。
除钼外,大多数微量元素的有效性随pH下降而升高。
土壤氧化还原
根系生长与养分有效性
植物根系的特性
形态结构
直根系
双子叶植物
大豆、油菜、拟南芥
粗细悬殊较大,根长和总吸收表面积都小于须根系
能较好地利用深层土壤中的养分
须根系
单子叶植物
水稻、小麦、葱
粗细比较均匀,根长和总吸收表面积都比较大
主要组成部分为不定根,根系呈须状分布较浅,密度较大
能较好地利用浅层土壤中的养分
念珠根、支柱根、气生根、储藏根
根毛
作用
根毛的存在缩短了养分迁移到根表的距离,增加总吸收表面积。
加强共质体的养分运输
根系深度与底层土壤养分的有效性
根系密度与养分空间有效性
根系密度是指单位土壤体积中根的总长度,表示有多大比例的土壤体积向根供应养分。
根系分布
根系结构
根尖结构
根毛区/成熟区
根毛区以上的根系部分吸收能力较弱,主要执行运输和固定的功能
根毛区是吸收养分和水分最活跃的部位,其内部细胞已分化为各种成熟组织。
伸长区
分生区
根冠
根系的生长
根系初生结构
由根的表皮、皮层和中柱三部分组成
影响根系生长的环境因素
土壤化学因素
土壤养分供应
土壤pH和Ca2+摩尔比值
有机小分子物质
土壤物理因素
机械阻力
土壤水分
温度
通气状况
根际养分的有效性
根际
是指受植物根系活动的影响,在物理、化学和生物学上不同于土体的那部分微域土区。
根际养分浓度
养分累积
养分持平
养分亏缺
基本特点
以矿质养分为主
位置接近植物根表或短期内可以迁移到根表的有效养分
植物根系对养分的吸收
指养分通过细胞原生质膜进入细胞内的过程
植物对离子吸收的特征
具有选择性
离子在细胞汁液中的浓度显著高于介质中的离子浓度,表现出累积性。
不同植物种类和基因型,影响离子吸收
吸收过程
养分向根表面的迁移
截获
植物根系直接从所接触的土壤中获取养分
实质
接触交换
数量
约占1%,远小于植物的需要
质流
植物蒸腾作用和根系吸水造成根际土壤与原土体之间出现明显的水势差,这种压力差异导致土壤溶液中养分随着水流向根表迁移
影响因素
与蒸腾作用呈正相关
与离子在土壤溶液中的溶解度呈正相关
特点
养分迁移的距离长,运输养分数量多
扩散
是指由于植物根系对养分离子的吸收, 导致根表离子浓度下降,从而形成土体-根表之间的浓度梯度,使养分离子从浓度高的土体向浓度低的根表迁移的过程
影响因素
土壤含水量
养分离子的扩散系数
土壤质地
土壤温度
特点
速度慢,距离短
养分进入质外体
质外体
指细胞原生质膜以外的空间,包括细胞壁、细胞间隙和木质部导管。
质外体也被称作自由空间 (也称表观自由空间AFS或外层空间)
自由空间:是指根部某些组织或细胞能允许外部溶液通过自由扩散而进入的那些区域,包括细胞间隙、细胞壁到原生质膜之间的空隙。
水分自由空间
是指被水分占据并能和外部介质溶液达到物理化学平衡的那部分质外体区域。
杜南自由空间
是指质外体中因受电荷影响,养分离子不能自由移动和扩散的那部分区域。
由于质外体与外界相通,养分离子能以质流、扩散或静电吸引的方式自由进入
养分进入共质体
共质体
指原生质膜以内的物质和空间,包括原生质体、内膜系统及胞间连丝等。
养分需要通过原生质膜才能进入共质体
原生质膜的特点:具有选择透性的生物半透膜
原生质膜的结构:“流动镶嵌模型”
被动运输
膜外养分顺浓度梯度 (分子) 或电化学势梯度 (离子)、不需消耗代谢能量而自发地 (即没有选择性地) 进入原生质膜的过程。
形式:
简单扩散
如亲脂性分子(O2、N2)、不带电极性小分子 (H2O、CO2 、甘油 )
易化扩散
通道蛋白
认为贯穿双重磷脂层的蛋白质在一定条件下开启,成为一定类型离子的“通道”。
运输蛋白
认为运输蛋白在离子的电化学势作用下,与离子结合并产生构型变化,从而将离子翻转“倒入”膜内。
主动吸收
膜外养分逆浓度梯度 (分子) 或电化学势梯度(离子)、需要消耗代谢能量、有选择性地进入原生质膜内的过程。
机理
载体假说
离子泵假说
影响养分吸收的因素
介质中养分的浓度
在低浓度范围内,离子的吸收率随介质养分浓度的提高而上升,但上升速度较慢,在高浓度范围内,离子吸收的选择性较低,而陪伴离子及蒸腾速率对离子的吸收速率影响较大。若养分浓度过高,则不利于养分的吸收,也影响水分吸收。——化肥宜分次施用。
影响养分吸收速率的因素
中断养分供应的影响
植物对养分有反馈调节能力。中断某种养分的供应,往往会促进植物对这一养分的吸收。—甚至引起磷中毒。
长期供应的影响
在很稀的营养液或硫酸钙溶液中进行预培养,因此植株或根内的养分浓度相当低。当供应养分以后,养分吸收速率会非常高,甚至在高浓度范围内,吸收速率仍持续增高。
养分吸收速率的调控机理
植物根系对养分吸收的反馈调节机理可使植物在体内某一养分离子的含量较高时,降低其吸收速率;反之,养分缺乏时,能明显提高吸收速率。
细胞质和液泡中养分的分配
当养分供应不足时,可通过调节跨原生质膜的吸收速率或对储藏在液泡中的养分再分配来调节。
当养分供应过量时,就会有大量的养分储存于液泡中。
温度
温度→呼吸作用→氧化磷酸化→ATP→吸收
一般6~38ºC的范围内,根系对养分的吸收随温度升高而增加。
温度过高(超过40℃)时,高温使体内酶钝化,从而减少了可结合养分离子载体的数量,同时高温使细胞膜透性增大,增加了矿质养分的被动溢泌。
低温往往使植物的代谢活性降低,从而减少养分的吸收量。
光照强度
光照→光合作用→光合磷酸化→ATP→吸收
光照还可通过影响植物叶片的光合强度而对某些酶的活性、气孔的开闭和蒸腾强度等产生间接影响,最终影响到根系对矿质养分的吸收。
水分
作用
促进养分的释放:溶解肥料、矿化有机质
适宜的水分条件:田间持水量的60~80%
通气状况
根系的呼吸作用
有毒物质的产生
土壤养分的形态和有效性
土壤pH
养分离子的理化性质
离子半径
吸收同价离子的速率与离子半径之间的关系通常呈负相关。
离子价数
不带电荷的分子>一价的阴、阳离子>二价的阴、阳离子>三价的阴、阳离子
根的代谢活性
由于离子和其它溶质在很多情况下是逆浓度梯度的累积,所以需要直接或间接地消耗能量。在不进行光合作用的细胞和组织中(包括根),能量的主要来源是呼吸作用。因此,所有影响呼吸作用的因子都可能影响离子的累积。
离子间的相互作用
拮抗作用
溶液中某种离子存在或过多能抑制另一离子吸收的现象。主要表现在对离子的选择性吸收上。
子主题
协助作用
溶液中某种离子的存在有利于根系吸收另一离子的现象。
子主题
苗龄和生育阶段
作物的种子营养
种子发芽前后,依靠种子中贮存的物质进营养。三叶期以后则依靠介质提供营养。
作物不同生育阶段的营养特点
一般在植物生长初期,养分吸收的数量少,吸收强度低。随时间的推移,植物对营养物质的吸收逐渐增加,往往在性器官分化期达到吸收高峰。到了成熟阶段,对营养元素的吸收又逐渐减少。
营养生长期中需肥的关键时期
植物营养临界期
是指植物生长发育的某一个时期,对某种养分要求的绝对数量不多但很迫切,并且当养分供应不足或元素间数量不平衡时将对植物生长发育造成难以弥补的损失,这个时期就叫做作物营养的临界期。
出现时间
磷素
多在幼苗期,如冬小麦在分蘖初期;棉花和油菜在幼苗期;玉米在三叶期
氮素
水稻在三叶期和幼穗分化期;棉花在现蕾期;小麦在分蘖期;玉米在分蘖期和幼穗分化期
钾素
水稻在分蘖初期及幼穗分化期
植物营养最大效率期
是指在植物的生长阶段中所吸收的某种养分能发挥其最大效能的时期,叫作植物营养最大效率期。
特点
这一时期,作物生长迅速,吸收养分能力特别强,如能及时满足作物对养分的需要,增产效果将非常显著。
出现时间
植物生长最旺盛的时期,如氮素——水稻在分蘖期;油菜在花期;玉米在喇叭口至抽雄初期;棉花在花铃期。对于甘薯来说,块根膨大期是磷、钾肥料的最大效率期。
根外营养(叶部营养)
定义
植物除可从根部吸收养分外,还能通过叶片(或茎)吸收养分,这种营养方式称为植物的根外营养。
吸收养分的途径
表皮细胞途径
气孔途径
吸收养分的机理
被动吸收
主动吸收
特点
叶部营养具有较高的吸收转化速率叶部营养具有较高的吸收转化速率,能及时满足植物对养分的需要——用于及时防治某些缺素症或补救因不良气候条件或根部受损而造成的营养不良
叶部营养直接促进植物体内的代谢作用,如直接影响一些酶的活性——用于调节某些生理过程,如一些植物开花时喷施硼肥,可以防止“花而不实”
叶部喷施可以防止养分在土壤中固定
叶部营养的应用条件(影响因素)
叶片结构(作物种类)
溶液的组成
溶液反应
溶液浓度
湿润时间
叶面肥
含义
凡是喷在叶片上能对植物起营养作用或生理调节作用的物质。
作用与效果
在中、低等肥力的土壤上喷施:大田作物平均增产 5~10%;果树增产5~15%;蔬菜增产20~30%
优点
针对性强、肥效好、避免土壤固定和淋溶、省肥、方便。
分类
纯营养型
主要包括氮、磷、钾和微量元素
生长调节剂型
不属肥料,但可调节植物新陈代谢,促进生长发育,增加产量
营养与生长调节剂综合型
植物的营养特性与施肥方法
植物营养的共性和个性
共性
所有高等植物都需要17种必需营养元素。
个性
不同植物、或同种植物的不同品种、甚至同一植物在不同生育期
对营养元素的种类和数量需要不同
对介质养分的吸收能力不同
对肥料的需要量不同
对肥料形态的要求不同
施肥方法
传统施肥方法
现代施肥方法
喷施多元微肥
喷施多功能叶面肥
灌溉施肥:喷灌(微喷)、滴灌
二氧化碳施肥
施肥时期
基肥
种肥
追肥
概要
养分的运输和分配
养分的短距离运输 (横向运输)
根外介质中的养分,从根表皮细胞进入根内,经皮层组织到达中柱的迁移过程叫养分的横向运输。 由于其迁移距离短,又称为短距离运输。
运输途径
质外体途径
它是与外部介质相通,不跨任何细胞膜,是水分和养分可以自由出入的地方,养分迁移速度较快。
主要运输部位
分生区和伸长区
该区域的内皮层还没有充分分化,凯氏带尚未形成
运输方式
自由扩散
静电吸引
主要离子
钙、硅离子
共质体途径
主要运输部位
根毛区(成熟区)
根毛区的内皮层已经充分分化,凯氏带也已经形成。
运输方式
扩散作用
原生质的环流
水分的径向流动
主要离子
磷、钾离子
偶联跨细胞途径
在短距离运输中,判断质外体的途径还是共质体途径的决定因素
养分种类
养分浓度
对某一养分而言,随着介质浓度的升高,质外体运输的比例也趋于增加。
介质中养分的浓度较低时,养分通过共质体途径进入细胞。
介质中养分浓度较高时,养分通过质外体途径进入中柱。
根毛密度
根毛吸收的养分可以直接进入共质体途径。
根毛的密度越大,通过共质体途径横向运输的养分也越多。
胞间连丝的数量
胞间连丝的多少决定着共质体的运输潜力。
如果其数量不多,会迫使更多的养分转入质外体途径。
表皮细胞木栓化程度
菌根侵染
根外的菌丝从土壤中吸收的养分可通过菌丝直接运输到皮层细胞,不需要经过质外体空间。
养分的长距离运输 (纵向运输)
养分从根经木质部或韧皮部到达地上部的运输,以及养分从地上部经韧皮部向根的运输过程叫养分的纵向运输。 由于养分迁移距离较长,又称为长距离运输。
植物体内养分的循环
木质部运输及特点
动力
根压
蒸腾作用
方向
单向
目的地
叶子、果实、种子
运输机理
木质部中养分的移动是在死细胞组成的导管中进行,移动的方式以质流为主。 但木质部汁液在运输的过程中,还与导管壁以及导管周围薄壁细胞之间存在重要的相互作用(交换吸附,再吸收,释放等)。
韧皮部运输及特点
韧皮部运输养分的特点是在活细胞内进行的,而且具有两个方向运输的功能,但一般以下行为主。
韧皮部中养分的移动性
养分的再利用
含义
植物某一器官或部位中的矿质养分可通过韧皮部运往其他器官或部位而被再度利用的现象
过程
养分的激活
养分进入韧皮部
进入新器官
共质体(老器官细胞内激活)
质外体(装入韧皮部之前)
共质体(韧皮部)
质外体(卸入新器官之前)
共质体(新器官细胞内)
只有移动能力强的养分元素才能被再利用
再利用程度大的元素,养分的缺乏症状首先出现在老的部位,而不能再利用的养分,在缺乏时由于不能从老部位运向新部位,而使缺素症状首先表现在幼嫩器官。
养分再利用与生殖生长的关系
植物生长进入生殖生长阶段后,根的活力减弱,养分吸收功能衰退,各器官中养分含量主要靠体内再分配进行调节。营养器官将养分不断地运往生殖器官,随着时间的延长,营养器官中的养分,所占比例逐渐减少。
木质部与韧皮部之间的养分转移
由于根压和蒸腾作用只能使木质部汁液向上运动, 木质部中养分的移动是单向的。