第 3章

能量和物质的交换

3.1 生物的营养3.1.1 绿色植物的营养—自养

3.1.1.1 二氧化碳的摄取

气孔是植物摄取二氧化碳的主要通道

气孔运动的机理

◆ 影响气孔运动的因素 ◇ 内生昼夜节律：昼开夜闭（一些多浆植物除外）。

◇ 光照：光诱导气孔开放，不同波长的光对气孔运动有着不同的影响，蓝光和红光最有效 (与光合作用相似 )。

◇ CO2：叶片内部低的 CO2分压可使气孔张开，高的 CO2 则使气孔关闭。

◇温度：在一定温度范围内气孔开度一般随温度的升高而增大。在 25℃以上时气孔开度最大， 30-35℃时开度会减小。低温下开度减小或关闭。

◇ 叶片含水量：白天剧烈蒸腾时失水过多，气孔关闭。雨天叶片含水过多，表皮细胞体积膨大，挤压保卫细胞，使气孔关闭。

◇ 风：大风可能加快蒸腾作用，使保卫细胞失水过多而促进气孔关闭。

◇ 植物激素：细胞分裂素、生长素促进气孔开放，而脱落酸促进气孔关闭。

3.1.1.2 水和矿质元素的摄取

1.摄取部位

水生植物：全身各部

陆生植物：根

附生植物：叶片

2. 根摄取水分和无机盐的方式无机盐必须溶于水中才能被根所吸收

根摄取水分和无机盐的方式有三种： 被动吸收：水、 Ca+ 、 SO42-

载体运输： NO3- 、 NH4+

主动运输： K+

K+ 的主动运输

3 、根系吸水的动力▲ 根压（主动吸水）：由于植物根系的生理活动而使液流从根部沿导管上升的压力。伤流和吐水是由根压引起的。

▲ 蒸腾拉力（被动吸水）：由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。

4 、根系吸收水分和无机盐的特点

相互联系：离子必须溶于水才能被吸收；离子的吸收又有利于水分的吸收。

相对独立：根部吸水以被动吸水为主，而对离子的吸收则以主动吸收为主。

5、菌根 菌根：是高等植物根与某些细菌、真菌的共生体。

真菌能增加根对水和无机盐的吸收和转化能力。

植物则把其制造的有机物提供给真菌。菌根有外生菌根、内生菌根和内外生菌根。

如茯苓—松树的菌根

根 瘤 ： 生活 在 土 壤中 的 根 瘤菌 进 入 到豆 科 植 物根 中 ， 形成 的 瘤 状物。

3.1.1.3 植物必需的矿质元素 及缺素造成的危害水培养（溶液培养法）：在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。

植物的必需元素

大量元素（ 9种）

C、 H、 O、 N、 P、 K、 Ca 、 Mg 、 S

微量元素（ 7 种）

Fe 、 B、 Cu 、 Zn 、 Mn 、 Cl 、 Mo

◆N 吸收的主要形式是 NH4

+ ， NO3- 等 : ◇

构成蛋白质的主要成分(16-18%) ；◇ 核酸、辅酶、磷脂、叶绿素、细胞色素、植物激素 (CTK) 、维生素等的成分。 故称为“生命元素”

缺 N

大量元素的主要生理功能及缺素症状

缺 N：矮小、叶小色淡或发红、分枝少、花少、子粒不饱满。（首先发生在老叶）

◆P：以 H2PO4-,HPO4

2-

形式吸收 . 生理作用（ 1）细胞质、核的成分；（ 2）植物代谢中起作用 (通过 ATP 和各种辅酶 ) （ 3）促进糖的运输；（ 4）细胞液中的磷酸盐可构成缓冲体系；

缺 P

缺 P：分枝少、矮小、叶色暗绿或紫红

（首先发生在老叶）

◆ K 以离子状态存在 生理作用（ 1） 体内 60多种酶的活化剂；（ 2）促进蛋白质、糖的合成及糖的运输；（ 3）增加原生质的水合程度，提高细胞的保水能力和抗旱能力；（ 4）参与细胞吸水、气孔运动等。 缺 K：叶缺绿、生长缓慢、易倒伏。（首先发生在老叶）

缺 K

◆S： SO42-

含 S氨基酸几乎是所有的蛋白质的构成成分 ; 细胞色素系统能影响细胞中的氧化还原过程；是 CoA、硫胺素、生物素的成分，与体内三大类有机物的代谢密切相关。◆ Ca: 细胞壁胞间层果胶钙的成分；与细胞分裂有关；稳定生物膜的功能；可与有机酸结合为不溶性的钙盐而解除有机酸积累过多时对植物的危害；少数酶的活化剂；作为第二信使，传递信息，在植物生长发育中起作用。

缺 S、 Ca 的症状

（发生在新叶）

◆Mg：叶绿素的成分；光合作用和呼吸作用中一些酶的活化剂；蛋白质合成时氨基酸的活化需要， 能使核糖体结合成稳定的结构； DNA和 RNA合成酶的活化剂；染色体的组成成分，在细胞分裂中起作用。缺 Mg：叶片失绿，但叶脉仍是绿色（首先发生在老叶）

◆Mn：许多酶的活化剂；直接参与光合作用 (叶绿素形成、叶绿体正常结构的维持和水的光解）◆B： H3BO3

与植物的生殖有关，利于花粉的形成 ，促进花粉萌发、花粉管伸长、受精；与糖结合使糖带有极性从而容易通过质膜，促进运输；与蛋白质合成、激素反应、根系发育等 有关；抑制植物体内咖啡酸、绿原酸的合成。

微量元素的主要生理功能及缺素症状

◆Zn：酶的组分或活化剂；参与蛋白质和叶绿素合成；参与 IAA的生物合成；◆ Cu ：一些氧化还原酶的组分；光合电子传递链质体蓝素 PC的成分◆Mo: 是硝酸还原酶、固氮酶的组成成分；是黄嘌吟脱氢酶及脱落酸合成中的某些氧化酶的成分。

◆Fe：许多重要酶的辅基；传递电子；叶绿素合成有关的酶需要它激活。

◆Cl：水的光解；叶和根中的细胞分裂需要；调节细胞溶质和维持电荷平衡

3.1.2.1 食物和营养素1. 动物的食物

3.1.2 动物的营养 -- 异养

食物一般难溶于水，不能被机体直接利用和吸收，必须经过机械的和化学的消化过程，变成简单的可溶性化合物，才能为机体所利用。

动物对食物的消化和吸收

1 、细胞内消化：变形虫、纤毛虫

2 、细胞外消化—不完全的消化道 水螅、渦虫

细胞外消化—完全的消化道 较复杂的无脊椎动物 所有脊椎动物

2. 营养素

人和动物生命活动所必需的能量来自食物中的化学能；

糖类和脂肪都是构建身体所必需的；

蛋白质是改建和修复人体的原料；

维持身体健康的的饮食必须包含多种维生素；

多种矿物质是维持身体健康所必需

3.1.2.2 哺乳动物的消化与吸收

消化：食物在消化道内的分解过程。

吸收：食物被消化后，经消化道的粘膜上皮细胞进入血液和淋巴的过程。

1.食物的消化过程食物的消化方式物理性消化（机械消化）：食物在消化道内被磨碎，并与消化液充分混合，不断向消化道下方运行的过程。 化学性消化：营养物质在消化酶的作用下被化学分解的过程。 正常情况下两种消化活动同时进行，相互协调。

2 、营养物质的吸收

吸收部位：小肠绒毛

糖—单糖

蛋白质—氨基酸

脂肪—甘油、脂肪酸

大肠不能吸收有机食物，只能吸收水分、无机盐类和某些维生素

消化系统的结构与功能对食物的适应 脊椎动物消化系统的基本结构是相似的； 消化道的长度与身体体积的比例与动物食性有关；同一动物在不同生长时期，消化道的长度与身体体积的比例不同；

哺乳动物依靠盲肠、大肠中的 微生物来消化纤维素；脊椎动物中部分草食性动物 出现“反刍”功能。