羧化——叶肉细胞、脱羧——鞘细胞 CAM途径羧化和脱羧在时间上分开 羧化——夜晚、脱羧——白天
1 CAM植物和C4植物在碳代谢途径上有何异同?
相同点:两者固定和还原CO2的途径基本相同,都是靠C4途径固定CO2,C3途径还原CO2,都由PEPC固定空气中的CO2,由Rubisco羧化四碳二羧酸脱羧释放的CO2。
区 别:C4植物是在同一时间(白天)、不同空间完成CO2固定和还原,而CAM植物是在不同时间和同一空间(叶肉细胞)完成上述两个过程。
CAM的调节
短期调节:PEP羧化酶夜间有活性,吸收固定CO2;PEP脱羧酶白天才有活性,释放CO2,进行光合作用,满足CAM昼夜调节的要求。
长期调节:在长期(季节)的干旱条件下,某些兼性或诱导的CAM植物保持CAM类型;但在水分充足时,则转变为C3类型,即气孔白天开放,夜晚关闭。
3、影响光合作用的因素
光合作用的进行受内外因素的影响,影响因素主要有;叶的结构、叶龄、光强、C02浓度、温度和N素等。在适度范围内,提高光强、C02浓度、温度和叶片含N量能促进光合作用。内外因素对光合作用的影响不是独立的,而是相互联系,相互制约的。
内部因素对光合作用的影响 *植物种类、生育期 *不同器官和部位 *光合产物的输出 *叶绿素含量
外界条件对光合作用的影响 光照
(1)光质:橙红光》蓝紫光》绿光 (2)光强
光饱和点——指增加光照强度而光合作用不再增加时的光照强度。 阳生》阴生,C4 》C3
光补偿点———光合作用吸收CO2量和呼吸作用释放CO2量相等时的光照强度。 阳生植物》阴生植物,C4植物 《 C3植物
光抑制——当光合机构接受的光能超过它所能利用的量时,光会引起光合效率的降低,这个现象叫光合作用的光抑制。
光抑制主要发生在PS11。 植物对光抑制的保护机制
* 叶子运动、叶绿体运动及叶绿素含量变化 * 提高热耗散能力(如叶黄素循环耗能) * PS Ⅱ的可逆失活和修复
* 自由基清除系统:SOD、CAT、POD、谷胱甘肽、类胡萝卜素、VC * 代谢耗能(增强光呼吸和Mehler)
光合滞后期——处于暗中或弱光下的植物转入合适的照光条件下,起初光合速率很低或为负值,要光照一段时间后,才逐渐上升,并趋于稳态。从照光开始到光合速率达到稳态值这段时间称光合滞后期,又称光合诱导期。
原因:光合作用高速运转需要有足够的碳循环中间物、同化酶系统的充分活化、气孔的较大开放等。这些过程都不是照光后立即能完成的。
CO2 温度 水分 矿质元素 氧气浓度
光合作用的日变化:限制因子律 光合作用“午休”现象原因
* 水分供应紧张,空气湿度较低,引起气孔部分关闭,影响CO2进入; * 中午CO2浓度下降,光合原料不足,Rubisco趋向加氧反应,光呼吸增强; * 缺水使叶片淀粉水解加强,糖类堆积,光合产物输出缓慢,对光合反馈抑制; * 光合作用的光抑制(伤害光系统、活性氧形成)。 * 中午高温使呼吸消耗增加和碳同化有关酶活性下降; * 可能存在内生节律的调节 (四)熟悉植物的水分代谢 1、植物细胞对水分的吸收 植物细胞吸收水分的三种形式:
(1)吸胀吸水:亲水物质吸胀作用,没有液泡细胞 (2)渗透吸水:渗透作用吸水,有液泡细胞,主要方式 (3)代谢吸水:需代谢提供能量
现用教材:植物细胞吸水的三种方式是扩散、集流、渗透作用。 扩散和集流
1、扩散作用—由分子的热运动所造成的物质从浓度高处向浓度低处移动的过程。 特点:顺浓度梯度进行;适于短距离运输(胞内跨膜或胞间)
2、集 流—-指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动的现象。如:水在水管中的移动,水在木质部导管中的远距离运输,水从土壤溶液流入植物体
特点:顺压力梯度进行;通过膜上的水孔蛋白形成的水通道。 植物细胞的渗透性吸水
渗透作用定义:水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。 半透膜——只允许水等小分子通过,其它溶质分子或离子不易通过的膜。 细胞间的水分移动 相邻两细胞间水分移动方向取决于两细胞间的水势差,水总是从水势高处流向水势低处,势差越大,流速越快 。
细胞的吸胀作用吸水
吸胀作用——亲水胶体吸水膨胀的现象。 1.风干种子的吸水(种子萌发时的吸水) 2.分生细胞(未形成液泡)的吸水过程 3果实种子形成过程的吸水 细胞的代谢性吸水
代谢性吸水—利用细胞呼吸作用释放的能量,使水分经过质膜进入细胞的过程。 水分进入细胞的途径
A单个水分子通过膜脂双分子层的间隙进入细胞 B水集流通过质膜上水孔蛋白中的水通道进入细胞 2、根系对水分的吸收及运输 根系的吸水部位:根毛区 根系的吸水途径
(1)质外体途径:移动快
(2)细胞途径:1)跨 膜 途 径:通过质膜;2)共质体途径:通过胞间连丝 根系吸水的动力 两种:根压、蒸腾拉力
根压—-由根系生理活动使液流从根部沿导管上升的动力,是主动吸水,需代谢能量。证明根压存在的两个证据: 伤流、吐水
蒸腾拉力—-由植物蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的动力,是被动吸水,不需消耗呼吸代谢能量,更重要。
根系吸水方式有两种:主动吸水、被动吸水
暂时萎焉: 蒸腾太大,降低蒸腾能消除水分亏缺,恢复原状
永久萎焉:土壤缺乏可利用水,降低蒸腾不能消除水分亏缺,只有浇水,才能恢复原状
水分运输的途经和速度 土壤----植物----大气连续系统
水分 → 根毛 → 根的皮层 →根中柱 → 根导管 → 茎导管 → 叶脉导管 → 叶肉细胞 →气孔腔
经过活细胞的运输(短距离):通过共质体,阻力大,速度慢10-3cm/h。从根毛到根
部导管通过内皮层凯氏带, 从叶脉到叶肉细胞。
经过死细胞的运输(长距离):通过质外体,阻力小,速度快,多为3~45m/h,通过根、茎的导管、管胞等运输。
水分运输的动力 (一)根压 (二)蒸腾拉力 蒸腾流—内聚力—张力学说(内聚力学说) (五)熟悉矿质营养 1、植物必须元素的生理功能
灰分元素——构成灰分的元素,包括金属元素及部分 P、S 非金属元素。因其直接或间 接来自土壤矿质,又称矿质元素。
灰分——植物体充分燃烧后,有机物中的C、H、O、N、部分S挥发掉,剩下的不能挥发 的灰白色残渣为灰分。
植物矿质元素分类 根据含量划分
大量元素(n ×10-2%以上) :C、H、O、N、P、K、Mg﹑Ca﹑S、 Si
微量元素(n ×10-3%-n×10-5%):Fe﹑Mn﹑B﹑Zn﹑Cu﹑Mo﹑Cl 、 Ni、Na 超微量元素(n×10-6%-n×10-12%):Hg﹑Ag﹑Se﹑Ra﹑Au 按必需性划分 必需元素(19种) C、H、O ——来自H2O、CO2
N、P、K、Ca、Mg、S、 Si ——大量元素,来自土壤 Fe、Mn、B、Zn、Cu 、Mo 、Cl Ni、Na——微量元素 非必需元素 Al、 Hg﹑Ag﹑Se﹑Ra﹑Au
有利元素:指对植物的生长有利,并能部分代替某一必需元素的作用,减轻其缺乏症状,如Na、 Se、 Si、 Co
必需元素的作用:
是细胞结构物质的组分和代谢产物 是各种生理代谢的调节者,参和酶活动
起电化学作用,即离子浓度的平衡、胶 体的稳定、电荷的平衡 根据必需元素的生理功能分组
第一组:作为碳水化合物部分的营养:N、S
第二组:能量贮存及结构完整性的营养:P、Si、B
第三组:保留离子状态的营养 K、Ca、Mg、 Mn、Cl 、Na 第四组:参和氧化还原的营养 Fe、Zn、Cu 、Mo 、Ni、
生理功能:细胞结构物质组成成分,酶的组分或活化剂,和某一代谢有关。 可再循环元素:N、P、Mg、K、Zn,病症从老叶开始 不可再循环元素:Ca、B、Cu、S、Fe,病症从幼叶始
引起缺绿症:Fe、Mg、Mn、Cu、S、N 大量元素
1 氮(占干重1~2%)
(1)吸收形式*: 氨态氮NH4+、硝态氮NO3- 、 有机氮 (2)存在形式:有机态氮
(3)生理功能:是蛋白质、核酸、磷脂、叶绿素、辅酶、激素、维生素等的组分,称生命元素
(4)缺乏症:植株矮小、叶黄缺绿,茎细,老叶先表现,是可再利用或再循环元素。
注意:在一般田间条件下,NO3—是植物吸收的主要形式,因 NH4+十分容易被消化细菌氧化为NO3—,只有在通气不良、PH较低的土壤中,由于消化作用受到抑制, NH4+才会积累而被植物吸收
2 磷
(1)吸收形式:HPO4- , H2PO4-(多) (2)存在形式:多为有机物,
(3)生理功能: 核酸、磷脂、核苷酸及其衍生物(ATP、FMN、FAD、NAD、NADP、COA等)的组分---代谢元素,利于糖运输、细胞分裂、分生组织的增长
(4)缺乏症:分枝少,矮小、叶暗绿,有时茎紫红(糖运输受阻),为可再利用元素。施P多易缺锌(磷酸盐和锌结合,阻碍锌吸收)。
3 钾:(含量最高金属元素,占1%) (1)吸收形式和存在形式:K+
(2)生理功能:酶的辅基或活化剂、增加原生质胶体的水合程度(抗旱)、促进碳水化合物的合成和运输、促进气孔的开放。
(3)缺乏症:茎杆易倒伏,叶干枯或叶缘焦枯、坏死,老叶开始,可再利用元素。 4 硫(占干重0.2%) (1)吸收形式:SO4-
(2)存在形式:多为有机物,少SO4-
(3)生理功能:是含硫氨基酸、COA、硫胺素、生物素、铁硫蛋白、谷胱甘肽的组分。
(4)缺乏症:幼叶先开始发黄,不可再利用元素 5 钙(占干重0.5%) (1)吸收形式:Ca2+
(2)存在形式:Ca2+、难溶盐、结合态
(3)生理功能:酶活化剂、细胞壁形成、解毒(和草酸形成草酸钙)、稳定膜结构、延缓衰老、抗病(有助于愈伤组织形成)第二信使作用(钙调素)。
1-农作物栽培育种专业基础与实务(中级)第一部分--专业基础知识
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