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6.5 植物营养. 6.5.1 光合作用 6.5.1.1 光合作用引论 1 、光合作用的发现 17 世纪以前，普遍认为植物生长的所需物质全部来自土壤， 17 世纪中叶，比利时的一位医生 Jan Baptista van Helmont 做了一个小柳树盆栽试验。 5 年后，重量长 75 千克，土壤只减少 60 克。. 18 世纪 70 年代，英国的牧师兼化学家普利斯特利发现，在密闭的玻璃瓶中燃烧的蜡烛，会很快熄灭，但若在瓶中放一枝薄荷，蜡烛便会继续燃烧。但他并不能多次重复他的实验。
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6.5 植物营养 • 6.5.1 光合作用 • 6.5.1.1光合作用引论 • 1、光合作用的发现17世纪以前，普遍认为植物生长的所需物质全部来自土壤，17世纪中叶，比利时的一位医生Jan Baptista van Helmont 做了一个小柳树盆栽试验。5年后，重量长75千克，土壤只减少60克。
18世纪70年代，英国的牧师兼化学家普利斯特利发现，在密闭的玻璃瓶中燃烧的蜡烛，会很快熄灭，但若在瓶中放一枝薄荷，蜡烛便会继续燃烧。但他并不能多次重复他的实验。18世纪70年代，英国的牧师兼化学家普利斯特利发现，在密闭的玻璃瓶中燃烧的蜡烛，会很快熄灭，但若在瓶中放一枝薄荷，蜡烛便会继续燃烧。但他并不能多次重复他的实验。 • 后来，荷兰医生Jan Ingenhousz在普里斯特利实验的基础上，发现只有植物的绿色部分受到光照时，才能“净化”被蜡烛“恶化”了的空气。
三位科学家是光合作用的先驱，但以普里斯特利为光合作用的发现者，但对光合作用的深入认识直到20世纪初才开始。光合作用所用的原料是空气中的CO2和土壤中的H2O，能源是太阳光。其总反应式为：三位科学家是光合作用的先驱，但以普里斯特利为光合作用的发现者，但对光合作用的深入认识直到20世纪初才开始。光合作用所用的原料是空气中的CO2和土壤中的H2O，能源是太阳光。其总反应式为：
光合作用中的许多细节只是近数十年才逐步认识。如放出的氧气是来自H2O还是来自CO2到20世纪40年代才弄清楚。光合作用中的许多细节只是近数十年才逐步认识。如放出的氧气是来自H2O还是来自CO2到20世纪40年代才弄清楚。
2、光合作用概述 • 光合作用是地球上最重要的化学过程。 • 进行光合作用的细胞器是叶绿体。 • 光合作用是一个氧化还原过程。呼吸：
光合作用分二个阶段进行 • 第一个阶段称为光反应：包括许多步骤，主要是将光能变成化学能并产生氧气。 • 第二个阶段称为碳反应：也包括许多步骤，主要是卡尔文循环，并产生糖。
4.5.2 光反应 • 1、叶绿素对光的吸收 叶绿体中的叶绿素有两种：叶绿素a叶绿素b，叶绿素a吸收可见光中的蓝紫光，呈草绿色：叶绿素b主要吸收蓝光和橙色光，呈黄绿色。 这两种色素都不吸收绿光，而叶片中的色素又以它们为主，所以太阳光中的绿光或者被叶片反射，或者透过叶片，所以叶子呈绿色。
直接参与光合作用的色素只有叶绿素a。叶绿素b吸收的光要传递给叶绿素a后才能在光合作用中被利用，所以称为辅助色素，类胡罗卜素也是辅助色素。直接参与光合作用的色素只有叶绿素a。叶绿素b吸收的光要传递给叶绿素a后才能在光合作用中被利用，所以称为辅助色素，类胡罗卜素也是辅助色素。 • 色素吸收光的实质是色素分子中的一个电子得到了光子中的能量，这时电子从基态进入激发态，成为一个激发电子或高能电子。光能变为化学能。
色素分子的激发态极不稳定，几乎形成后立即变回为基态。叶绿素分子的激发态寿命至多只有10－8s色素分子的激发态极不稳定，几乎形成后立即变回为基态。叶绿素分子的激发态寿命至多只有10－8s • 当叶绿素分子从激发态回到基态时，其所吸收的光能，便以热的形式向周围发散或转变为荧光。
2、光系统 • 光合作用中光能如何转变为NADPH和ATP中的化学能呢？奥妙在于光合膜中的奇妙装置－－光系统。 • 光系统是由许多种分子组成的，其中有叶绿素a、叶绿素b、类胡罗卜素类色素、几种蛋白质分子和光作用的原初电子受体。
总的来讲，光系统是由3个部分组成的，作用中心、天线色素分子和几种电子载体。这3个部分中都有特定的蛋白质，光系统之所以能在瞬间就抓住激发电子，不使它回到基态去，关键就在于这些蛋白质分子的精巧排列。总的来讲，光系统是由3个部分组成的，作用中心、天线色素分子和几种电子载体。这3个部分中都有特定的蛋白质，光系统之所以能在瞬间就抓住激发电子，不使它回到基态去，关键就在于这些蛋白质分子的精巧排列。
叶绿体中有两类光系统，依其发现的先后分别称为光系统Ⅰ和光系统Ⅱ。叶绿体中有两类光系统，依其发现的先后分别称为光系统Ⅰ和光系统Ⅱ。 • 光系统Ⅰ中的作用中心内的叶绿素a称为P700，因为它与特定的蛋白质结合，其吸收高峰在700nm • 光系统Ⅱ中的叶绿素a称为P680，因为其吸收高峰在680nm， • 光合膜中有许多个光系统，它们分别组成多个电子传递链。
综上所述，光合电子传递链运行的产物是O2、ATP和NADPH。 O2是光合作用的副产物，大气中的O2来自于光合作用。 NADPH和 ATP是CO2还原为糖所必需的，我们食物中的能量，归根到底，就是来自于这里的NADPH和 ATP 。
光合电子传递链运行过程中会产生ATP，这种合成ATP的过程称为光合磷酸化。光合电子传递链运行过程中会产生ATP，这种合成ATP的过程称为光合磷酸化。
6.5.1.3 碳反应 • 1、光合碳还原循环 光合碳还原循环又称卡尔文循环，因发现这一循环的科学家卡尔文而得名。 • 简言之，卡尔文循环就是将CO2、 ATP和NADPH 转变为磷酸丙糖的复杂生化反应。 CO2是这个循环的唯一原料， NADPH和ATP 是供应能量的，反应回毕后，它们又变回为NADP＋、ADP和Pi（磷酸根）。丙糖磷酸是唯一的产物，以后会转变成各种糖类。
这个循环可分为3个阶段：① CO2固定；②氧化还原反应；③RuBP的再生。 • 卡尔文循环的总变化是3分子CO2消耗6分子NADPH和6.5分子ATP，形成一分子G3P。这些NADPH和ATP都来自于光反应。卡尔文循环中利用NADPH和ATP后所产生的NADP＋、ADP又回到类囊体中，在光反应中再形成NADPH和ATP。
卡尔文循环在叶绿体基质中发生，全部有关的酶都存在于基质中。光合作用的产物G3P也在叶绿体基质中被利用或转变为其它化合物。卡尔文循环在叶绿体基质中发生，全部有关的酶都存在于基质中。光合作用的产物G3P也在叶绿体基质中被利用或转变为其它化合物。
光合作用的产物不仅是植物本身的细胞呼吸和其它生命活动物质来源，而且是全世界几乎所有其它生命的食物来源。全地球的光合产物每年有数十亿吨，不仅是我们吃的有机物，就是我们消耗的绝大部分能量最终也是通过光合作用来自太阳光的。光合作用的产物不仅是植物本身的细胞呼吸和其它生命活动物质来源，而且是全世界几乎所有其它生命的食物来源。全地球的光合产物每年有数十亿吨，不仅是我们吃的有机物，就是我们消耗的绝大部分能量最终也是通过光合作用来自太阳光的。
6.5.2 植物的营养 • 6.5.2.1 植物对养分的吸收和运输 • 6.5.2.1.1 植物的空气营养和土壤营养6.5.2.1.2 根细胞控制养分的吸收
6.5.2.2 植物的营养与土壤 • 6.5.2.2.1 植物需要17种必需元素 • 植物的必需元素是指那些完成植物的生活周期－－从种子萌发开始到产生下一代种子为止所必需的元素。 • 确定植物必需元素的方法是水培法 • 用这种方法已经确定所有植物都需要17种必需元素。
大量元素 • 有6.5种称为大量元素，因为植物对它们的需要量较大。其中有6种是有机化合物的主要成分，它们是碳、氢、氧、氮、磷和硫。含这6种元素的物质几乎占植物干重的6.58%。另外3种大量元素是钙、钾和镁 • 钙：在细胞壁的形成中十分重要，钙也是维持细胞中膜结构的成分，而且有助于调节其选择透性。
钾：是几种酶的辅因子，是植物体内渗透调节的主要溶质，也是调节气孔开关的重要离子。钾：是几种酶的辅因子，是植物体内渗透调节的主要溶质，也是调节气孔开关的重要离子。 • 镁：是叶绿素的成分，因此是光合作用所必需的，镁也是好几种酶的辅因子。
微量元素 • 植物需要量极小的元素 • 已知的8种微量元素是：铁、氯、铜、锰、锌、钼、硼、镍。 • 这些元素在植物体内功能主要是辅酶或辅因子的成分。在催化方面起作用，所以可以反复利用，因此需要量极小。如植物干物质中，每1600万个氢原子才有一个钼原子。然而缺乏钼或任何其它微量元素都会使植物死亡。
植物缺素 • 植物缺乏养分时常常有容易观察到的性状。常见的是氮、磷、钾的缺乏。 • 植物缺氮的症状是植物株矮小，叶片发黄。通常是老叶先出现缺氮的症状。 • 磷的缺乏也是常见的，缺磷的植株叶子可能是绿的，但生长显著变慢，新生的枝叶往往卷曲脆弱，有时叶的背面呈紫红色。
植物缺钾的症状常常先出现在老叶上，叶变黄并有褐色的坏死斑点，这些斑点或是出现在叶尖或叶缘上，或是分散的叶片上。缺钾时根和茎的生长也受阻。植物缺钾的症状常常先出现在老叶上，叶变黄并有褐色的坏死斑点，这些斑点或是出现在叶尖或叶缘上，或是分散的叶片上。缺钾时根和茎的生长也受阻。 • 一旦发现植物营养缺乏就应施肥，可施化学肥料，如硝酸盐、磷酸盐等；也可施有机肥料，有机肥在土壤中被微生物分解成植物可利用的无机化合物。
6.5.2.2.2 土壤对植物的生活十分重要 • 表土层 • 腐殖质 • 肥沃的表土中通常有大量的细菌、真菌、原生动物和小的动物如蚯蚓、线虫和昆虫。 • 植物的根毛、土壤水分和土壤颗粒之间关系密切。
根毛获得土壤颗粒上的某些带正电荷的阳离子的机制是阳离子交换。根毛获得土壤颗粒上的某些带正电荷的阳离子的机制是阳离子交换。
阴离子与阳离子不同，它们不能黏附在黏土颗粒上，所以阴离子易被植物吸收，但同时也易被淋失。这就是土壤中常常缺氮的原因。阴离子与阳离子不同，它们不能黏附在黏土颗粒上，所以阴离子易被植物吸收，但同时也易被淋失。这就是土壤中常常缺氮的原因。 • 土壤肥力的丧失是当前全世界最迫切的一个环境问题，要保持土壤肥力有三个方面应该注意：正确灌溉，正确施肥和防止土壤被侵蚀。
6.5.2.2.4植物也可能是异养的 • 寄生植物 • 食虫植物
