3—4　植物的矿质代谢 自助式复习板块 知识搜索 植物的矿质营养是指植物对矿质元素的_______、_______和_______。 答案：吸收　运输　利用 一、植物必需的矿质元素 1.矿质元素是指除_______以外，主要由_______从土壤中吸收的元素。 答案：C、H、O　根 2.溶液培养法是指用含有全部或部分_______的营养液培养植物的方法。 答案：矿质元素 3.目前，科学家确定植物必需的矿质元素有_______种，其中，______________属于大量元素、______________属于微量元素。 答案：14　N、P、K、S、Ca、Mg　Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cl、Ni 二、根对矿质元素的吸收 1.矿质元素一般存在于土壤中的_______里，其只有溶解在水中形成_______，才能被植物的根尖吸收。 答案：无机盐　离子 2.土壤溶液中的矿质元素透过_______细胞的细胞膜进入细胞内部的过程，不仅需要细胞膜上_______的协助，而且需要消耗细胞_______释放的能量，因此是一个_______的过程。 答案：根尖成熟区表皮　载体蛋白　呼吸作用　主动运输 3.成熟区表皮细胞吸收矿质元素和渗透吸水是_______的过程。 答案：两个相对独立 三、矿质元素的运输和利用 1.矿质元素进入根尖成熟区表皮细胞后，随着_______最终进入根尖内的_______，并且进一步运输到植物体的各个_______中。 答案：水分　导管　器官 2.进入植物体内的矿质元素有三种状态存在：一是进入植物体后，仍然呈离子状态，如_______，很容易转移，能够被植物体再度利用；二是进入植物体后，形成不够稳定的化合物，如_______，这些化合物分解以后，释放出来的矿质元素可以转移到其他部位，被植物体再度利用；三是进入植物体内形成难溶解的稳定的化合物，如_______，不能被再度利用。 答案：K　N、P、Mg　Ca、Fe 四、合理施肥 不同植物对各种必需的矿质元素的需要量_______，同一种植物在不同的生长发育时期，对各种必需的矿质元素的需要量_______。合理施肥就是指根据植物的_______，_______、_______地施肥，以便使植物体茁壮成长，并且获得_______的效果。 答案：不同　不同　需肥规律　适时地适量地　少肥高效 探究归纳 要点1　矿质元素 【例1】 2005江苏无锡模拟 土壤中缺硼时，植物体会出现一定病症，在该病症的植物叶面上喷施一定浓度的含硼溶液后，该病症消失。这说明硼是植物体的(　　) A.大量元素、必需元素 B.矿质元素、必需元素 C.必需元素、微量元素 D.矿质元素、微量元素 解析：从题意中分析，植物体出现缺硼病症，补充后病症消失，这点可以说明硼是必需元素；而液面吸收量是比较少的，却能缓解病症，说明硼是微量元素。 答案：C 归纳与迁移 矿质元素 （1）矿质元素属于必需元素 矿质元素是指除C、H、O之外，主要由植物的根系从土壤溶液中吸收的元素。这些元素在植物燃烧后有的以灰分的形式存在，如各种金属元素，故称之为灰分元素。 （2）一种元素是必需矿质元素的确定——溶液培养法 溶液培养法是指用全部或部分矿质元素的营养液培养植物的方法。 具体操作： 在人工配制的营养液中，除去某一种矿质元素去培养植物。 ①如果植物生长发育正常，则该元素不是植物的必需矿质元素。 ②如果植物生长发育不正常，则补充该种元素继续培养，如果该植物的生长发育又恢复正常，就说明这种矿质元素是该植物的必需矿质元素；如果该植物还是不能恢复正常，说明该植物生长不良不是由该元素缺乏引起的，该元素不是植物的必需矿质元素。 要点2 植物吸收水分和矿质元素的关系——相对独立的过程 【例2】 （经典回放）用含有各种必需元素的溶液培养大麦。试验分两组，一组在光下，一组在黑暗中，48小时后测定其中的离子浓度。表中各离子的数据为试验结束时，溶液中离子的浓度占试验开始时浓度的百分比。回答下列问题： 实验条件 水分消耗（mL） Ca2+（%） K+（%） Mg2+（%）  光下 1090 135 27 179  暗中 435 105 35 113  （1）从吸收离子和吸收水分的比例看，大麦在光下吸收哪种离子比吸收水分快？_____。 （2）从上述实验所获得的数据，可以得出哪些结论？___________________。 解析：从表中看，在光下和黑暗中，当试验结束时，溶液中Ca2+、Mg2+浓度占试验开始时浓度的百分比均大于1,自由K+小于1,说明大麦吸收Ca2+、Mg2+的速度较水分慢，才使浓度增大；吸收K+比吸收水快，才使K+浓度降低。光下水分消耗多，说明光下蒸腾作用比黑暗中强。光下K+的浓度大，说明吸收矿质元素受光照的影响。 答案：（1）K＋　（2）①光下蒸腾作用比黑暗中强，消耗水分多；②吸收矿质元素受光照影响；③吸收水分和吸收矿质元素是两个相对独立的过程； ④植物对矿质离子的吸收具有选择性。 归纳与迁移 植物吸收水分和矿质元素的关系——相对独立的过程 　　根对水分的吸收和对矿质元素离子的吸收是两个相对独立的过程，这两个过程既有区别又有联系。 两者的区别 比较 项目 水分的吸收 矿质元素的吸收  吸收状态 分子态 离子态  吸收动力 蒸腾拉力和根细胞与环境之间的溶液浓度差构成的渗透压 根细胞呼吸作用产生的ATP、载体，消耗能量做功  条件 ①必须具有渗透系统②以蒸腾作用为动力 ①根细胞的呼吸作用②与细胞膜上载体的种类和数量多少有关  方向 水分从溶液浓度低的一侧向高的一侧渗透 矿质离子从土壤中吸收进入植物体内  与之相关的生理作用 蒸腾作用 呼吸作用  吸收原理 渗透作用 主动运输  影响因素 ①细胞液与外界溶液的浓度差②蒸腾作用强度 ①土壤含氧量②土壤温度③植物自身的遗传特性  （2）两者的联系 ①矿质元素必须溶解在水中呈离子状态，才能被细胞吸收。 ②吸收矿质元素离子的多少可以调节细胞液的浓度，影响根对水分的吸收。 ③两个过程吸收器官是相同的，即吸收的主要器官是根，最活跃的部位是根尖成熟区的细胞。 ④矿质元素离子吸收后随水分在导管中运输，蒸腾作用在促进水分运输的同时也促进矿质离子的运输，故它们的运输途径相同，都是从根毛→导管→胞间连丝→各细胞。 要点3　影响矿质元素吸收的因素 【例3】 2005广东高考 温度下降会引起植物对矿质元素的吸收减缓，其原因是(　　) A.降低了呼吸强度 B.降低了部分蛋白质活性 C.降低了蒸腾作用强度 D.改变了植物对矿质元素的吸收方式 解析：矿质元素的吸收的主要方式是主动运输，降低温度通过影响酶的活性使代谢活动减弱，影响主动运输的过程。 答案：AB 归纳与迁移 影响矿质元素吸收的因素 （1）遗传因素 不同生物DNA不同→载体不同（种类的差异和数目的饱和性）→选择性吸收。 （2）其他生态因素 ①载体影响：植物对离子吸收的种类和数量，主要取决于该植物根细胞膜上运载离子的载体的种类和数量，它们是成正比的关系。 ②温度影响：在一定范围内，根部吸收矿质元素随土壤温度的增高而加快。这是由于温度影响了根部的呼吸速率，从而影响主动运输。但温度过高，作物吸收矿质元素的速度反而下降，原因是高温使酶的活性受影响，从而影响呼吸作用。温度过低时，吸收减少，因为低温时，代谢弱，主动运输吸收慢。 ③土壤的通气状态：土壤通气状况能直接影响根吸收矿质元素。在一定范围内，氧气供应越好，呼吸作用越强，根吸收矿质元素就越多。当吸收量达到最高值时，再增加氧气浓度，根对矿质元素的吸收保持最大值而不再增加，原因是载体有限。 ④pH的影响：一方面pH能影响根细胞中酶的活性，影响根的吸收作用，从而对矿质元素的吸收有影响；另一方面，土壤溶液pH的改变，可以引起溶液中养分的溶解或沉淀，影响矿质元素在土壤中的存在状况，从而影响对其吸收。例如在碱性加强时，铁、磷酸根、钙、镁、铜、锌等离子逐渐成为不溶解状态，能被植物吸收的量便减少。 ⑤土壤中溶液浓度的影响：在外界溶液浓度较低的情况下，随着溶液浓度的增高，根吸收离子的数量也增多，两者成正比。当外界溶液浓度较低时，离子载体与离子结合还未达到饱和，所以吸收离子的速率随外界溶液浓度的增加而加快。当离子载体达到饱和后，继续提高溶液浓度，离子吸收量不会随之增加。 （3）有关矿质元素离子吸收的坐标曲线 ①根吸收矿质元素离子与氧分压的关系：  图3-4-1 AB段表示在一定的范围内，根吸收矿质元素离子的速率随氧分压的升高而加快。 BC段表示当氧分压增大到一定值时，根吸收离子的速率不再随氧分压升高而加快，这是由于根吸收离子不仅与细胞呼吸有关，还与根细胞膜上载体的数量有关。 ②根吸收矿质元素离子与溶液中离子浓度的关系：  图3-4-2 　　曲线AB段表示在一定离子浓度范围内，根吸收离子的速率随离子浓度的增大而加快。 曲线BC段表示当离子浓度增大到一定数值时，根的吸收速率不再增加，这是由根细胞膜上载体的数量决定的。 曲线CD段表示当离子浓度过高时，将会使根细胞失水，从而影响根细胞正常的代谢活动，使离子吸收速率下降。 要点4　矿质元素的运输和利用 【例4】 2005江苏模拟 白菜缺钙时则得枯心病，即内部叶子呈黄褐色，外部叶片正常，原因是(　　) A.幼叶生长旺盛含钙量高 B.钙易由幼叶移到老叶中去 C.钙形成稳定的化合物，不能移动 D.幼叶生长时，吸收的钙都被老叶利用了  解析：钙元素进入植物体后，形成稳定的化合物，不能再度利用，所以白菜缺钙时，老叶中的钙不能转移到新叶中去，新叶生长严重受影响，造成枯心病。 答案：C 归纳与迁移 矿质元素的运输及利用 (1)  图3-4-3 (2) 存在形式 离子 不稳定的化合物 稳定的化合物  移动情况 容易移动 可以转移 不能转移  利用情况 反复 多次 一次  缺乏时首先表现病症的部位 老的部位 老的部位 幼嫩的部位  举例 K N、P、Mg Ca、Fe  要点5 几种矿质元素在植物体内的作用和缺乏时出现的症状 【例5】 （经典回放）适时补充镁元素可使绿色观叶植物正常生长，因为(　　) A.镁是组成叶绿素的重要元素 B.镁是合成蛋白质的原料 C.镁能促进植物吸水 D.镁是合成核酸的原料 解析：镁是叶绿素合成的重要原料。 答案：A 归纳与迁移 几种矿质元素在植物体内的作用和缺乏时出现的症状 （1）N：主要来源于无机氮，即铵态氮、硝态氮，也可来自有机态氮，如尿素等。在植物体内主要参与蛋白质、核酸的构成。缺乏时，表现为植株矮小、叶小、分枝少、花小、籽粒不饱满、产量低。 （2）P：在植物体内参与构成糖磷脂、核苷酸、ATP等。缺乏时植物生长缓慢、叶小、分枝或分叶少、植株特别矮小、叶暗绿。 （3）K：对参与生物体内各种重要反应的酶起活化剂作用。K不足时，植株茎秆柔弱易倒伏，抗旱、抗害性能均差，叶色变黄，逐渐坏死，也有的叶缘枯焦，生长慢，整片叶形环状弯卷或皱缩起来。 （4）Mg：在植物体内主要参与叶绿素的构成。缺乏时，叶绿素不能合成，叶脉仍绿而叶脉间发黄，有时呈红紫色。 （5）B：缺B时，花药和花丝萎缩，引起作物“花而不实”。 汗老师讲方法 无土栽培 无土栽培是指不用土壤而用营养液和其他设备栽培植物的方法。溶液培养(简称水培)，是最早得到应用的一种无土栽培。无土栽培的优点主要是：缩短植物的生长发育周期，克服土地上连续栽种对植物造成的不利影响，充分利用水分和养分，产品产量高、品质好、污染少等，所以，无土栽培在农业生产上具有广阔的发展前景。 （1）营养液配制　必须包含至少14种矿质元素：6种大量矿质元素，8种微量元素。 （2）pH的控制　营养液的pH与植物对矿质元素的吸收以及生长发育都有密切关系。根吸收阴离子以后往往引起营养液的pH升高，根吸收阳离子以后往往引起营养液的pH降低。多数植物在pH偏低时有利于对阴离子的吸收，在pH偏高时有利于对阳离子的吸收。对于多数植物来说，pH为5～7时是适宜的。当营养液的pH超出适宜的范围时，需要用碱液或酸液重新调整营养液的pH，或者更换营养液。 （3）氧的调节　除了水稻等少数植物以外，大多数植物对根系缺氧是十分敏感的。营养液供氧不足会影响根系的正常生长，进而影响根对矿质元素的吸收，甚至使根系腐烂死亡。一般情况下，水中氧的溶解度不高，并且随着水温的上升而下降。在水中氧含量低的情况下，根系吸收K＋、Ca2+等矿质元素的数量就会明显减少。可以采取营养液流动供应、营养液通气、营养液喷雾和更新营养液等方法解决根系供氧。 （4）注意定期补充培养液　萎蔫时注意补充蒸馏水，为提高产量应补充CO2，调控好温度，保证充足的光照等条件。
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