根系是植物吸收养分和水分的主要器官。植物与环境之间的物质交换主要通过根系进行。因此,植物的根系坚固,健壮,可行并且对肥料和水具有抵抗力。
1.根吸收养分
在检查了孤立的根后,距离根尖约1 cm的根尖上方的分生区是吸收根部养分最活跃的地方,因为内皮层的凯氏定氮尚未在结构上分化,并且韧皮部就生理活性而言,它也是根细胞生长最快,呼吸强壮,质膜迅速增加的地方。有根的,幼根的吸收能力强于衰老的根,而在同一时期,根的吸收能力越弱。
根毛由于其数量大,吸收面积大,粘性强且易于粘附于土壤颗粒而使根系养分吸收的速度和数量增加了十倍,一百倍甚至一千倍。根毛主要分布在根系的成熟区域。因此,根吸收最多养分的部分距根尖约10 cm。离根尖越近,吸收能力越强。
根系中肥料摄入量的特性决定了肥料施用中肥料的位置和深度。
2.可以被根部吸收的养分形状
植物根部可以吸收三种营养素:气态,离子型和分子型。气态营养包括二氧化碳,氧气,二氧化硫和水蒸气。气态养分主要通过在植物体内的扩散而进入,也可以从多孔叶(即从气孔)穿过细胞间隙进入叶片。
植物的根吸收各种离子养分。
植物根系在土壤中可以吸收的分子营养素的种类并不多,也不像离子营养素那样容易渗透到植物体内,植物只能吸收一些小分子的有机物。像尿素,氨基酸,糖,磷脂,植酸,生长素,维生素和抗生素一样,通常认为有机分子的脂溶性大小是由它们进入植物体内的轻度决定的。大多数有机物质必须先被微生物分解,然后转化为离子养分,才能使植物更顺畅地吸收和使用它们。
3.土壤养分向根部迁移的方式
有三种将养分从地面转移到根部诱集,扩散和质量流的方法。
1.拦截
诱捕是指植物根系扩张并与土壤紧密接触,使根系释放的H +和HCO与土壤胶体上的阴离子和阳离子直接交换并被根系吸收以吸收养分的过程。两个特性:第一,固相上的可交换离子可以直接与根系表面的离子养分交换,而不必通过土壤溶液传递到根系表面。整个土壤所占空间很小并非所有的根表面都能将可交换离子捕获在周围的土壤中,因此通过根系统的生长直接获得的养分也受到限制,并且通常仅占据植物。总吸收量为0.2%至10%远不能满足植物的生长需求。
2.扩散扩散是由于根系对养分的吸收而导致的养分在土壤中的移动,这会导致根圆附近和远离根的离子浓度出现浓度梯度。养分在土壤中的扩散是养分迁移的主要方法之一,因为植物不断从根土壤中吸收养分,因此根表面土壤溶液中的养分浓度相对降低,或者施肥也会引起根表面。养分浓度的差异使土壤主体中的养分浓度高于根表土壤中的养分浓度,从而导致养分从高浓度向低浓度的扩散。
3.质量流量
质量流是水流中溶质的过程,是由于植物蒸腾作用和根部从地面吸收到根部的水分导致根际层缺水而引起的。为了保持植物的蒸腾作用,植物根系必须不断吸收根周围的水分。水溶性养分随水流被带到根部表面,这为植物获得更多养分提供了有利条件。一般认为,在大距离时,质量流量是营养补充的主要形式,在短距离时,扩散更为重要。关于土壤中养分的流动性,硝酸盐氮的流动性更高,质量流可以提供大量的氮,而磷和钾的供给较少。氮通过扩散的方式比磷和钾的迁移方式要远得多,磷的扩散比钾要少得多。
4.吸收无机营养素
当前的共识是离子进入根细胞可分为被动吸收和主动吸收。
1.被动吸收
被动吸收,也称为非代谢吸收,是遵循电化学势梯度的吸收过程。不需要消耗能量,这是物理或物理化学作用的一部分。营养物质可以通过扩散和质量流到达根细胞。
(1)营养物质通过扩散和质量流进入根细胞。离子营养物质可以进入根细胞,无论它们是被捕获,扩散还是在质量流中。但通常不通过细胞膜,对于所有组织,通常不能通过内皮层。
(2)离子交换。植物吸收离子养分,也可以通过离子交换进入植物。通常,根细胞外的氢离子与粘粒扩散层中的可交换阳离子交换。
2.主动吸收
主动吸收,也称为代谢吸收,是一种吸收过程,可以逆转电化学势梯度,消耗能量并且具有选择性。
(1)植物中离子营养素的浓度通常比土壤溶液的浓度高很多倍,有时是土壤溶液浓度的十倍至一百倍,并且植物根部仍然可以连续吸收这种营养素,并且没有观察到营养素溢出。
(2)为什么植物非常有选择地吸收养分,而不是在外部环境中吸收养分。
(3)植物的养分吸收强度与它们的代谢作用密切相关,而不取决于外部土壤溶液中养分的浓度。经常表明,植物生长旺盛,吸收强度大,生长弱,吸收强度低。
许多科学家通过研究营养物质如何进入植物细胞膜提出了许多假设,但营养物质进入植物体内的真正机理尚不清楚。从能量和酶的动力学原理以及载体理论和离子泵理论的角度出发,研究了植物主动吸收正成为一种现实营养物质。
然而,对于具有相似离子半径和相同电荷的离子,载体仍存在竞争。例如,如果K +和NH4 +和Cl +被植物吸收,它们将彼此面对。只要被主动吸收的离子保持活力,这些离子就不会在外部环境中释放或与离子交换。根吸收有机养分
植物根不仅可以吸收无机养分,还可以吸收有机养分,这在20世纪初已通过使用无菌技术和同位素技术得到了证实。当然,并非所有类型的有机养分都可以被植物吸收,但主要是仅限于具有低分子量和相对简单结构的有机化合物。所吸收的有机物质的种类有关。例如,大麦可以吸收赖氨酸,玉米可以吸收甘氨酸,大麦,小麦和芸豆可以吸收各种磷酸己糖和磷酸甘油酯,水稻幼苗可以直接吸收各种氨基酸,核苷酸和核酸。近年来,对痕量放射自显影的研究表明,以14C标记的腐殖酸分子可以被植物根部完全吸收并转运到茎和叶。