养分在植物体内的运输和分配课件.ppt
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- 养分 植物 体内 运输 分配 课件
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1、第四章第四章 养分在植物体内养分在植物体内 的运输和分配的运输和分配 主要内容主要内容 基本要求基本要求养分的短距离运输养分的短距离运输了解了解养分的长距离运输养分的长距离运输了解了解植物体内养分的循环植物体内养分的循环了解了解养分的再利用养分的再利用了解了解 吸收了的养分的去向:吸收了的养分的去向:1.在原细胞被同化,参与代谢或物质形成,在原细胞被同化,参与代谢或物质形成,或积累在液泡中成为贮存物质或积累在液泡中成为贮存物质 2.转移到根部相邻的细胞转移到根部相邻的细胞3.通过输导组织转移到地上部各器官通过输导组织转移到地上部各器官4.随分泌物一道排回介质中随分泌物一道排回介质中短距离运输短
2、距离运输长距离运输长距离运输第一节第一节 养分的短距离运输养分的短距离运输 含义:含义:也称横向运输,是指介质中的养也称横向运输,是指介质中的养分分沿根表皮、皮层、内皮层到达中柱沿根表皮、皮层、内皮层到达中柱(导管导管)的迁移过程。由于其迁移距离短,故称为的迁移过程。由于其迁移距离短,故称为短短距离运输距离运输。一、养分的运输途径一、养分的运输途径离子短距离运输的离子短距离运输的质外体质外体(A)和和共质体共质体(B)示意图示意图皮层皮层中柱中柱根表皮根表皮外皮层外皮层BA晚期后生木质部晚期后生木质部早期后生木质部早期后生木质部凯氏带凯氏带内皮层内皮层韧皮部韧皮部根毛根毛一、养分的运输途径一、
3、养分的运输途径(一)质外体途径(一)质外体途径1.运输部位:运输部位:根尖的分生区和伸长区根尖的分生区和伸长区由于内皮层还未充分分化,凯氏带尚未形成,质外体可由于内皮层还未充分分化,凯氏带尚未形成,质外体可延续到木质部,即养分可直接通过质外体进入木质部导管。延续到木质部,即养分可直接通过质外体进入木质部导管。2.运输方式:运输方式:自由扩散、静电吸引自由扩散、静电吸引3.运输的养分种类:运输的养分种类:Ca2+、Mg 2+、Na+等等如如Ca2+,主要通过质外体运输,只有少量进入细胞内,主要通过质外体运输,只有少量进入细胞内,因为:因为:质外体中的质外体中的 Ca2+果胶果胶果胶酸钙果胶酸钙细
4、胞内的细胞内的 Ca2+草酸草酸草酸钙草酸钙所以:钙的运输受到限制所以:钙的运输受到限制(二)共质体途径(二)共质体途径1.运输部位:运输部位:根毛区根毛区内皮层已充分分化,凯氏带已形成,养分进入共质体内皮层已充分分化,凯氏带已形成,养分进入共质体(细胞内)后,靠胞间连丝在相邻的细胞间进行运输,最后向(细胞内)后,靠胞间连丝在相邻的细胞间进行运输,最后向中柱转运中柱转运2.方式:方式:扩散作用、原生质流动(环流)、水流带动扩散作用、原生质流动(环流)、水流带动3.运输的离子:运输的离子:NO3、H2PO4、K、SO42、Cl根毛细胞是贮存磷、钾的生理库,如禾谷类作物生长前根毛细胞是贮存磷、钾的
5、生理库,如禾谷类作物生长前期吸收的磷占全量的期吸收的磷占全量的6070,到后期经转运和再利用。,到后期经转运和再利用。4.具有自我调节作用:具有自我调节作用:共质体内被运输的离子并不完全进共质体内被运输的离子并不完全进入导管,除一部分在根内被利用和同化外,还要优先被液泡选入导管,除一部分在根内被利用和同化外,还要优先被液泡选择吸收而择吸收而积累在液泡的积累在液泡的“离子库离子库”中。当通过共质体运输的离中。当通过共质体运输的离子暂时减少时,子暂时减少时,液泡又释放离子液泡又释放离子,使之通过运输到达导管。,使之通过运输到达导管。二、养分进入木质部二、养分进入木质部是指养分从是指养分从中柱薄壁细
6、胞中柱薄壁细胞向向木质部导管木质部导管的转移的转移过程。实际上是离子自过程。实际上是离子自共质体共质体向向质外体质外体的过渡过程。的过渡过程。(一)养分进入机理(一)养分进入机理早期认为是被动过程早期认为是被动过程渗漏假说渗漏假说:认为共质:认为共质体中的离子跨越皮层组织,穿过内皮层细胞后渗漏进体中的离子跨越皮层组织,穿过内皮层细胞后渗漏进入木质部导管。入木质部导管。后来证明是主动过程后来证明是主动过程双泵模型双泵模型:认为离子:认为离子进入木质部导管需经两次泵的作用:进入木质部导管需经两次泵的作用:第一次第一次是将离子由介质或自由空间主动泵入细是将离子由介质或自由空间主动泵入细胞膜内,胞膜内
7、,进入共质体进入共质体;第二次第二次是将离子由木质部薄壁细胞主动泵入木是将离子由木质部薄壁细胞主动泵入木质部导管,质部导管,进入质外体进入质外体。内皮层内皮层木质部木质部薄壁组织薄壁组织细胞质细胞质凯氏带凯氏带12细胞壁细胞壁根表皮层根表皮层细胞质细胞质木质部液泡液泡根部离子短距离运输进入木质部导管的根部离子短距离运输进入木质部导管的双泵模型双泵模型 共质体共质体 质外体质外体 养分从介质到达木质部导管至少通过养分从介质到达木质部导管至少通过次原生质膜次原生质膜2(二)影响因素(二)影响因素1.外界离子浓度外界离子浓度介质介质K K浓度对向日葵伤流液中含钾量的影响浓度对向日葵伤流液中含钾量的影
8、响介质介质K浓度浓度(mmol/L)伤流液中伤流液中K总量总量(g)0.129.2 1.045.010.026.6可见,浓度适中,进入的离子总量最大可见,浓度适中,进入的离子总量最大2.温度:温度:升高,水分易扩散进入,使木质部汁液体升高,水分易扩散进入,使木质部汁液体积增加;而因质膜的选择性随温度的提高而增加,积增加;而因质膜的选择性随温度的提高而增加,利于钾的吸收利于钾的吸收,但,但对钙不利对钙不利。分泌物浓度分泌物浓度温温 度度(OC)溢出量溢出量(ml/4h)K+Ca2+K+/Ca2+8 5.313.41.5 8.91821.915.21.015.22831.719.60.824.5温
9、度对玉米伤流液数量及其温度对玉米伤流液数量及其K K+,Ca,Ca2+2+浓度的影响浓度的影响3.呼吸作用:呼吸作用:受抑制时,受抑制时,K、Ca2运输量减少,运输量减少,但但K/Ca2比值不变比值不变第二节第二节 养分的长距离运输养分的长距离运输 含义:含义:也称也称纵向运输纵向运输,是指养分沿木质部导管,是指养分沿木质部导管向上,或沿轫皮部筛管向上或向下移动的过程。由向上,或沿轫皮部筛管向上或向下移动的过程。由于养分迁移距离较长,故称为于养分迁移距离较长,故称为长距离运输长距离运输。一、木质部运输一、木质部运输(一)动力和方向(一)动力和方向1.动力:动力:蒸腾作用蒸腾作用一般起主导作用一
10、般起主导作用 根压根压当蒸腾作用微弱或当蒸腾作用微弱或停止时,起主导作用停止时,起主导作用木质部导管木质部导管 木质部汁液的移动是木质部汁液的移动是根根压压和和蒸腾作用蒸腾作用驱动的共同结驱动的共同结果,但两种力量的强度并不果,但两种力量的强度并不相同。从相同。从力量力量上,蒸腾拉力上,蒸腾拉力远大于根压压力。从作用的远大于根压压力。从作用的时间时间上,蒸腾作用在一天内上,蒸腾作用在一天内有阶段性,而根压具有连续有阶段性,而根压具有连续性。蒸腾对木质部养分运输性。蒸腾对木质部养分运输作用的大小取决于植物生育作用的大小取决于植物生育阶段、昼夜时间、离子种类阶段、昼夜时间、离子种类和离子浓度等因素
11、。和离子浓度等因素。(1)植物生育阶段)植物生育阶段 在植物生长旺盛期,蒸腾强度大,木质部养分的运输主在植物生长旺盛期,蒸腾强度大,木质部养分的运输主要靠蒸腾拉力。要靠蒸腾拉力。(2 2)昼夜时间)昼夜时间 白天木质部运输主要靠蒸腾作用,驱动力较强,且运输白天木质部运输主要靠蒸腾作用,驱动力较强,且运输量大。夜间主要靠根压,其动力弱,养分运输量小。量大。夜间主要靠根压,其动力弱,养分运输量小。(3 3)元素种类)元素种类一般以质外体运输的养分受蒸腾作用影响较大,而以共一般以质外体运输的养分受蒸腾作用影响较大,而以共质体运输为主的养分则受影响较小。高蒸腾强度质体运输为主的养分则受影响较小。高蒸腾
12、强度对对K K+的木质的木质部运输速率影响不大部运输速率影响不大但能大幅度提高但能大幅度提高NaNa+的运输速率。的运输速率。植物体内以植物体内以分子态分子态运输的养分,其木质部运输也受蒸腾运输的养分,其木质部运输也受蒸腾作用的作用的强烈影响强烈影响,最为典型的是,最为典型的是硅硅和和硼硼。钙钙的木质部运输与的木质部运输与蒸腾作用也有密切关系。蒸腾作用也有密切关系。K+Na+低蒸腾低蒸腾高蒸腾高蒸腾低蒸腾低蒸腾高蒸腾高蒸腾2.93.02.03.96.57.03.48.1燕麦植株蒸腾(耗水)与硅吸收的计算值燕麦植株蒸腾(耗水)与硅吸收的计算值和实测值间的关系和实测值间的关系收获前的天数收获前的天
13、数蒸腾作用蒸腾作用(ml 株)株)硅吸收实测值硅吸收实测值(mg/株)株)硅吸收的计算值硅吸收的计算值(mg/株)株)44 67 3.4 3.6 58 175 9.4 9.4 82 910 50.0 49.1 1002785156.0150.0(4 4)离子浓度)离子浓度 介质中养分的浓度介质中养分的浓度明显影响明显影响进入木质部离子进入木质部离子的数量,也能影响蒸腾作用对木质部养分运输作的数量,也能影响蒸腾作用对木质部养分运输作用的程度。用的程度。(5 5)植物器官)植物器官 植物各器官的蒸腾强度不同,在木质部运输的植物各器官的蒸腾强度不同,在木质部运输的养分数量上也有差异。养分的积累量取决
14、于蒸腾速养分数量上也有差异。养分的积累量取决于蒸腾速率和蒸腾持续的时间。率和蒸腾持续的时间。蒸腾强度越大和生长时间越蒸腾强度越大和生长时间越长的植物器官,经木质部运入的养分就越多长的植物器官,经木质部运入的养分就越多。供硼量供硼量(mg/(mg/盆盆)硼含量硼含量(mg/g(mg/g干重干重)00叶片叶片1020300.10.20.3荚果荚果籽粒籽粒土壤施硼对油菜地上部各器官中硼分配的影响土壤施硼对油菜地上部各器官中硼分配的影响 油菜各器官中硼的含量有明显影响。油菜各器官中硼的含量有明显影响。叶叶片蒸腾量大片蒸腾量大,硼的含量就高,而且施硼量对,硼的含量就高,而且施硼量对含量的影响十分明显;含
15、量的影响十分明显;荚果蒸腾量小荚果蒸腾量小,硼的,硼的含量较低,受施硼量的影响较小;甚至在含量较低,受施硼量的影响较小;甚至在同同一叶片上一叶片上也会因蒸腾量的局部差异而造成含也会因蒸腾量的局部差异而造成含硼量的明显变化。一般,硼量的明显变化。一般,叶尖蒸腾量最大叶尖蒸腾量最大,硼的含量最高;硼的含量最高;叶柄蒸腾量最小叶柄蒸腾量最小,相应地含,相应地含硼量也最低。硼量也最低。当介质中硼过高时,植物当介质中硼过高时,植物 硼毒害硼毒害的症状首先出现在的症状首先出现在叶尖叶尖 和叶缘和叶缘。在生产实践中,茄果类的番茄、辣椒等在生产实践中,茄果类的番茄、辣椒等在结果期若遇较长时间的低温或在结果期若
16、遇较长时间的低温或 阴雨天,蒸腾强度低,常会发生阴雨天,蒸腾强度低,常会发生 果实果实生理性缺钙生理性缺钙而出现而出现脐腐病脐腐病。(一)动力和方向(一)动力和方向2.方向:方向:单向,自根部向地上部运输单向,自根部向地上部运输目的地:目的地:叶子、果实和种子叶子、果实和种子养分进入叶片的过程称为养分进入叶片的过程称为“卸卸”(unloading)(二)运输机理二)运输机理1.质流:质流:指养分离子在木质部导管中随着蒸腾流向指养分离子在木质部导管中随着蒸腾流向 上运输的方式上运输的方式主要主要2.交换吸附交换吸附 含义:含义:由于木质部导管壁上有很多由于木质部导管壁上有很多带负电荷的带负电荷的
17、阴离子基团阴离子基团,它们将导管汁液中的,它们将导管汁液中的阳离子吸附阳离子吸附在管在管壁上。所吸附的离子又可被其它阳离子交换下来,壁上。所吸附的离子又可被其它阳离子交换下来,继续随汁液向上移动。继续随汁液向上移动。结果:结果:降低了离子的运输速率,出现降低了离子的运输速率,出现滞留作用滞留作用(导管周围组织带负电荷的细胞壁也参与吸引滞留(导管周围组织带负电荷的细胞壁也参与吸引滞留在导管中的阳离子的作用)在导管中的阳离子的作用)影响因素:影响因素:离子种类、离子浓度、离子活度、离子种类、离子浓度、离子活度、竞争离子、导管壁电荷密度等。竞争离子、导管壁电荷密度等。竞争阳离子与根分泌物对竞争阳离子
18、与根分泌物对离体菜豆茎中长距离运输的影响离体菜豆茎中长距离运输的影响*处处 理理植物测定部位植物测定部位45CaCl245CaCl2+Ca2+,Mg2+,K+和和 Na+45CaCl2+根根分泌物分泌物初生叶初生叶0.044.71.8茎茎 1218cm71911812cm28564048cm84576104cm1598181*45Ca转移数量以转移数量以mol/g干重表示。干重表示。(三)养分的再吸收和释放(三)养分的再吸收和释放1.再吸收再吸收含义:含义:溶质在木质部导管运输过程中,部分离子可溶质在木质部导管运输过程中,部分离子可被导管周围的薄壁细胞吸收,从而减少了溶质到达被导管周围的薄壁细
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