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Ⅰ．植物无机营养通论5

Ⅰ.1 植物矿质营养导论 H．MARSCHNER5

1 导言和历史回顾5

1.1 必需的矿质元素——植物养分5

1.2 必需矿质元素的生理功能6

1.3 有益的矿质元素6

1.4 新进展7

2 矿质元素的吸收与长距离运输11

2.1 根表面的离子浓度，“根际”的作用11

2.2 木质部的长距离运输13

3 高等植物的钙素营养16

3.1 导言16

3.2 高等植物对钙素营养的需求16

3.3 根的钙质吸收17

3.4 钙的长距离运输17

3.5 植物激素和生长调节剂的作用20

3.6 结论和展望20

4 矿质营养与产量形成的生理学——库源关系21

4.1 导言21

4.2 矿质营养对植物激素水平与库形成的影响21

4.3 矿质养分对施肥的影响22

4.4 与矿质营养有关的源—库相互作用23

5 矿质营养的环境因素26

5.1 导言26

5.2 重金属毒性27

5.3 食物链中的重金属27

5.4 土壤植物系统中的重金属28

5.5 结束语33

Ⅰ.2 根际微生物和菌根在植物营养中的重要性 A．D．ROVIRA，G．D．BOWEN和R．C．FOS34

1 导言34

2 根际中的能量供给34

2.1 渗出物34

2.2 分泌物34

2.3 植物粘液34

2.4 粘胶物质35

2.5 溶解产物35

3 根际微生物学36

3.1 微生物群体36

3.2 微生物在根部的集群36

4 根际的数学模拟37

5 根际显微技术37

5.1 光学显微技术37

5.2 扫描电子显微镜术（S．E．M．）38

5.3 透射电子显微镜术（T．E．M．）38

6 根际微生物在植物营养中的作用40

6.1 养分的有效性40

6.2 根的生长和形态41

6.3 养分吸收过程41

6.4 生理与发育42

7 菌根42

7.1 植物对侵染的反应43

7.2 反应的机制44

7.3 菌根的能量要求46

7.4 对菌根的总的看法46

8 结论47

Ⅰ.3 现代溶液培养技术 C．J．ASHER和D．G．EDWARDS49

1 溶液培养与土壤培养的主要区别49

1.1 机械支持49

1.2 根际环境参数的空间变异50

1.3 根际环境参数的时间变异50

1.4 根际微生物的相互作用51

2 现有溶液培养方法的用途和局限性52

2.1 不更换或间歇性更换溶液的水培法与砂培法52

2.2 喷雾培养58

2.3 流动溶液培养58

3 概要和结论62

Ⅰ.4 利用植物测试诊断矿质元素缺乏症 D．BOUMA63

1 导言63

2 植物分析63

2.1 生理基础63

2.2 植物组织的选择65

2.3 养分浓度与产量关系的影响因素65

3 诊断的生理与生化方法70

3.1 引言70

3.2 生理学研究方法70

3.3 生物化学方法72

4 对未来的展望76

Ⅰ.5 各种养分在高等植物体内的相互作用 A．D．ROBSON和M．G．PITMAN77

1 引言77

2 在单作制中的养分间的相互作用80

2.1 能影响养分吸收的养分之间的相互作用80

2.2 影响植物体内养分利用的养分间的相互作用86

2.3 养分间复杂的相互作用所包含的几个过程89

3 混合植物群落中养分间的相互作用91

4 结论93

Ⅰ.6 植物根系内矿质养分的输入和输出 U．L？TTGE94

1 引言：根系在高等陆生植物进化中的双重作用94

2 沿根部长度方向的结构与转运功能间的关系94

2.1 转运功能沿根部长度方向的纵向变异现象94

2.2 各个根区中结构与功能之间的关系95

3 沿根部长度方向的生理活性变化103

3.1 生长、分化与激素梯度103

3.2 沿根部长度方向的生物电场103

3.3 沿根部长度的离子转运机制的差异104

4 整个植株内的根系—地上部相互作用与循环过程104

4.1 说明循环过程一般情况的一些例子104

4.2 氮、硫和磷105

5 结论106

Ⅰ.7 生物圈内的元素循环 C．C．DELWICHE107

1 植物组分的来源107

1.1 来源于土壤与大气的植物组分107

1.2 风化过程107

2 元素循环的特性108

2.1 水文循环108

2.2 沉积循环109

2.3 岩浆循环110

2.4 地质生物循环111

3 氮素循环112

3.1 整个氮素循环的特点112

3.2 硝化作用113

3.3 反硝化作用114

3.4 氮的固定115

3.5 人类的影响116

4 硫的循环116

4.1 与氮素循环的比较116

4.2 微生物的氧化作用117

4.3 硫酸盐还原118

4.4 硫移动的形式118

4.5 人类的影响118

5 磷的循环119

5.1 氧化与还原119

5.2 磷在生物圈中的移动与转运120

5.3 人类的影响121

6 其他元素121

6.1 生物循环121

6.2 铁和铝的特殊重要性121

6.3 氢离子122

6.4 沉积物的特点123

6.5 被动循环123

6.6 营养元素缺乏的可能性123

7 “开放”式农业系统与“封闭”式农业系统的比较124

Ⅱ．无机氮素营养127

Ⅱ.1 固氮的生理学、生物化学和遗传学H．BOTHE，M．G．YATES和F．C．CANNON127

1 固氮生物和固氮酶反应127

1.1 导言127

1.2 自生生物固氮129

1.3 共生固氮130

1.4 固氮酶的底物131

2 固氮的生物化学132

2.1 引言132

2.2 固氮酶蛋白的命名133

2.3 固氮酶蛋白的生理生化性质133

2.4 固氮酶蛋白的金属离子束135

2.5 电子顺磁共振（EPR）和穆斯堡尔（M？ssbauer）能谱分析法在钼铁蛋白研究上的应用135

2.6 FeMo辅助因子和Fe蛋白136

2.7 光合生物的固氮酶蛋白137

2.8 固氮酶活性的机制137

3 电子向固氮酶的传递140

3.1 引言140

3.2 铁氧还蛋白141

3.3 黄素氧还蛋白141

3.4 电子供体142

4 防止固氮酶受氧气破坏的机制143

4.1 在自生生物中的机制143

4.2 蓝绿藻的异形细胞144

4.3 豆科根瘤中豆血红蛋白的功能145

5 固氮酶活性及其生物合成的调节145

5.1 固氮酶生物合成的调节145

5.2 固氮酶活性的调节146

6 氢化酶和固氮酶的关系147

7 固氮基因的分子特性和遗传特性150

7.1 引言150

7.2 固氮基因（nif）150

7.3 固氮基因（nif）生成物151

7.4 肺炎克雷伯氏菌固氮酶的纯化152

7.5 固氮基因的物理图谱152

7.6 固氮酶基因的种间同源性153

Ⅱ.2 对豆科植物、非豆科被子植物的固氮共生和结合共生 A．QUISPEL154

1 前言154

2 主要共生固氮系统的描述154

2.1 结合共生154

2.2 与蓝细菌共生155

2.3 放线菌根瘤：放线菌根155

2.4 具有根瘤菌（Rhizobium）的豆科植物根瘤157

2.5 非豆科植物根瘤与根瘤菌159

3 固氮的微共生体：分离和培养160

3.1 前言160

3.2 蓝细菌160

3.3 弗兰克氏菌属（Frarkia），放线菌根的内生菌160

2.4 根瘤菌162

4 共生关系165

4.1 趋化性和根际积累165

4.2 根瘤菌与根毛的结合165

4.3 根毛变形和侵染线形成167

4.4 细胞壁降解的酶类167

4.5 植物激素在根瘤形成中的作用168

4.6 各种各样的问题169

5 固氮系统170

5.1 前言170

5.2 类菌体170

5.3 含类菌体的植物细胞172

5.4 固氮酶172

5.5 NHa的同化173

5.6 氧的调节和豆血红蛋白174

5.7 氢的产生和摄取175

6 根瘤是整个植物的一部分175

7 结束语177

Ⅱ.3 根际和叶际的结合固氮 J．D？BEREINER179

1 前言179

2 根生物群落的鉴定179

2.1 甘蔗—拜叶林克氏菌属（Beijerinckia）179

2.2 雀稗（Paspalumnotatum）—雀稗固氮菌（Azotobacterpaspali）180

2.3 固氮螺菌属（Azospirillum）的根生物群落180

2.4 与其他固氮细菌的结合185

3 农学方面185

3.1 植物基因型的影响185

3.2 环境条件的影响186

3.3 接种186

4 叶际结合187

4.1 叶际微生物187

4.2 叶际的固氮作用187

5 总结188

Ⅱ.4 硝酸盐的吸收和还原：细菌和高等植物 L．BEEVERS和R．H．HAGEMAN189

1 引言189

2 可以利用的氮源189

2.1 关于铵盐和硝酸盐利用的种间差异190

2.2 铵或硝酸根对阳离子吸收的影响191

2.3 硝酸根吸收191

2.4 铵对硝酸根吸收和利用的影响192

3 硝酸盐的还原192

3.1 细菌192

3.2 异化硝酸还原酶193

3.3 细菌中的同化硝酸还原194

3.4 高等植物的硝酸还原酶特性194

4 硝酸盐还原中的钼195

5 亚硝酸盐还原196

5.1 同化细菌196

5.2 异化细菌196

5.3 植物中的亚硝酸还原酶196

6 高等植物体内硝酸盐同化作用的酶类的位置197

7 高等植物硝酸盐同化作用的还原剂供应197

8 高等植物硝酸还原酶的调节198

8.1 底物198

8.2 激素199

8.3 钼199

8.4 氨199

8.5 光199

8.6 遗传调节199

8.7 体内控制200

9 结论201

Ⅱ.5 硝酸盐的吸收和还原：藻类和真菌 W．R．ULLRICH202

1 引言202

2 藻类的硝酸盐还原和亚硝酸盐还原203

2.1 真核藻类的硝酸还原酶203

2.2 蓝绿藻的硝酸还原酶204

2.3 藻类中的亚硝酸还原酶205

2.4 藻类细胞中硝酸盐和亚硝酸盐还原的位置205

2.5 硝酸盐还原和O2交换之间的化学计算206

3 藻类的硝酸盐吸收206

3.1 概述206

3.2 底物亲和力207

3.3 对光的依赖207

3.4 对pH值的依赖208

3.5 对碳源的依赖209

3.6 阴离子抑制209

3.7 氨和氨基化合物的抑制210

3.8 代谢抑制剂和解偶联剂的作用210

3.9 硝酸根吸收量和其他离子吸收量之间的化学计算210

3.10 转运机制211

4 藻类的亚硝酸盐还原211

5 关于硝酸根与亚硝酸根吸收过程的调节作用的一般评论212

6 真菌的硝酸根和亚硝酸根的吸收和还原213

Ⅲ．硫和磷的代谢217

Ⅲ.1 硫酸盐的还原及其他代谢反应 J．A．SCHIFF217

1 引言217

2 硫酸盐还原在硫循环中的地位217

3 涉及硫酸盐转移和还原的反应的系统分布218

4 硫酸盐的吸收、活化和转运219

5 硫酸盐还原222

5.1 两种同化途径的详细反应222

5.2 在多细胞植物的组织和器官中硫酸盐还原的位置226

6 关于硫酸盐还原途径的起源和进化的推测226

Ⅲ.2 磷酸根及其化合物的生理学和代谢 R．L．BIELESKI和I．B．FERGUSON229

1 引言229

2 磷酸根的吸收和运输230

3 磷酸盐排出以及磷酸盐缺乏233

4 磷的“区域”和磷库235

5 细胞中磷的形态236

6 磷化合物的合成与转换242

7 磷酸盐在植物体内的利用动态244

8 结语245

Ⅳ．无机养分在生长和代谢中的作用249

Ⅳ.1 植物无机营养的遗传基地 G．C．GERLOFF和W．H．GABELMAN249

1 导言249

2 主要的营养变异250

2.1 养分利用中的低效率250

2.2 养分胁迫时的利用效率251

2.3 毒性253

3 养分需求量差异的机制254

3.1 在正常的养分供应条件下，植物对养分利用的低效率254

3.2 在养分胁追时植物的养分利用效率255

3.3 生植物的养分利用效率260

4 筛选和选择技术260

4.1 养分培养260

4.2 细胞和组织培养261

4.3 种子中的养分变异262

5 讨论和展望262

Ⅳ.2 矿质营养和植物生长 J．MOORBY和R．T．BESFORD265

1 导言265

2 矿质养分的供应及其在植物体内的浓度266

3 矿质养分对光合作用、呼吸作用和同化物运输的影响271

3.1 光合作用271

3.2 呼吸作用275

3.3 转运277

4 矿质养分和植物生长物质的关系280

4.1 细胞激动素281

4.2 脱落酸281

5 矿质养分对生长的影响282

5.1 对根系生长的影响283

5.2 对叶子生长的影响283

5.3 对其他器官生长的影响285

6 矿质养分反应的数学模型285

Ⅳ.3 蛋白质、酶和无机离子 R．G．WYNJONES和A．POLLARD291

1 引言291

2 水分、无机离子和蛋白质结构291

2.1 水分的某些特性291

2.2 蛋白质结构及其稳定性293

2.3 无机离子对蛋白质结构的影响296

3 无机离子与酶活性299

3.1 一般的静电影响299

3.2 感胶离子效应300

3.3 专化离子效应300

4 生物组织304

4.1 细胞的水分和无机离子的状态304

4.2 真核细胞质的无机离子组成305

4.3 微生物的渗透校正突变体306

4.4 K＋的整体细胞功能307

5 问题和设想309

Ⅳ.4 重金属的酶学功能及其在植物电子传递过程中的作用 G．SANDMANN和P．B？GER310

1 植物代谢作用中的必需重金属：叶绿体中的不足和毒性310

2 金属-蛋白质311

2.1 铁蛋白311

2.2 过氧化物歧化酶318

2.3 铜蛋白319

2.4 含锌蛋白322

3 电子传递323

3.1 线粒体323

3.2 叶绿体324

Ⅴ.某些元素的特殊功能331

Ⅴ.1 钙的运输和功能 D．MARM？331

1 引言331

2 细胞的Ca2＋运输332

3 钙调节蛋白（calmodulin）333

4 亚细胞的Ca2＋运输335

4.1 线粒体的Ca2＋运输335

4.2 微粒体的Ca运输337

5 细胞的Ca2＋功能338

5.1 生长339

5.2 含羞草叶的运动340

5.3 板转藻属的叶绿体运动341

5.4 衣藻的鞭毛运动341

5.5 微管丝和有丝分裂342

5.6 膜融合343

5.7 发育343

5.8 酶活性343

6 结论345

Ⅴ.2 植物代谢中的硼 W．M．DUGGER346

1 硼的吸收和在植物体内的分布347

1.1 植物对硼的吸收347

1.2 硼在植物体内的分布348

1.3 硼是高等植物和低等植物的必需元素348

2 硼对营养生长的影响349

2.1 细胞分裂和扩大350

2.2 细胞的分化和成熟350

2.3 细胞膜的活性351

3 硼对酚类化合物和木质素生物合成的影响351

4 硼对花粉萌发和花粉管生长的影响352

5 硼对植物代谢和酶促反应的影响353

5.1 呼吸作用353

5.2 光合作用353

5.3 细胞壁的生物合成353

5.4 蛋白质代谢354

5.5 磷素代谢354

5.6 植物生长素的含量和代谢354

5.7 植物体内酶促反应的调节355

6 糖类的转移和代谢356

7 核酸的代谢，RNA和DNA的合成357

8 简结359

Ⅴ.3 钠钾对比代替和“区域化” T．J．FLOWERS和L？UCHLI361

1 引言361

2 植物对钠和钾的需要362

2.1 钾362

2.2 钠362

3 钠和钾的定位技术364

3.1 X.射线微量分子364

3.2 细胞的无水分级367

3.3 放射自显影术367

3.4 其他方法368

4 钾和钠在植物体内的定位以及它们在细胞内的作用369

4.1 在植物体内的定位369

4.2 在细胞内的定位370

4.3 钠和钾的作用373

5 Na对K在植物细胞内的作用的代替374

Ⅴ.4 硅石代谢 D．WERNER和R．ROTH378

1 引言378

2 硅石在茎叶植物体内的代谢378

2.1 硅是一种必需的痕量元素378

2.2 硅石的积累380

3 硅藻体内的硅石代谢381

3.1 硅酸的吸收381

3.2 硅藻内的硅石含量和硅石结构382

3.3 硅石对整体代谢的调节382

3.4 硅石化合物的生物化学384

4 结论与展望384

Ⅴ.5 植物生长和营养中涉及的异常元素 E．G．BOLLARD386

1 引言386

2 铝386

2.1 含量386

2.2 必需性388

2.3 毒性389

2.4 毒性的机制390

2.5 生理学和生物化学392

3 碘392

3.1 含量392

3.2 必需性392

3.3 毒性393

3.4 生理学和生物化学393

4 硒394

4.1 含量394

4.2 必需性394

4.3 毒性394

4.4 生理学395

4.5 生物化学396

4.6 硒积累种和非硒积累种之间的代谢差异397

5 铬398

5.1 含量398

5.2 必需性398

5.3 毒性398

5.4 生理学399

6 钴400

6.1 含量400

6.2 必需性401

6.3 毒性401

6.4 生理学402

7 镍402

7.1 含量402

7.2 必需性403

7.3 毒性404

7.4 生物学和生物化学404

8 钒404

8.1 含量404

8.2 必需性405

8.3 毒性405

8.4 生理学和生物化学405

9 结语406

9.1 必需性406

9.2 毒性407