根系吸收礦質養分的過程——漲知識了！

根系是連接植物和土壤的紐帶，作為吸收養分的主要器官，對於植物的生長發育起著重要作用。那麼作物根系是如何吸收土壤中的礦質養分呢？主要是以下三個過程（如圖1）：

（1）土壤礦質養分（離子）向根表的遷移；

（2）離子吸附在根部細胞膜表面；

（3）離子跨膜運輸進入根細胞質（根細胞內部）。

圖1 根系礦質養分吸收過程簡圖

1.根系吸收養分的部位

若要了解根系對養分的吸收，首先需要知道根尖的結構。如圖2所示，根尖從頂端依次分為根冠，分生區，伸長區，成熟區。對於根系來說，無論主根還是側根都具有根尖，根尖是根系生命活動最為活躍的部分，扮演著吸收養分的重要角色。通常，根尖成熟區根毛的壽命只有1-2周，根毛死亡之後，伸長區就會產生新的根毛來補充，所以根毛區一直在向前推移，也改變了根系在土壤中吸收養分的位置。根毛的形成大大增加了根系吸收養分的面積，但是根毛易受土壤濕度影響，在乾旱的土壤里幾乎不能發育。

圖2 根尖示意圖及各分區功能

2.根系吸收養分的過程

2.1 土壤礦質養分向根表的遷移

對於整個土壤空間來說，根系分布只佔了約3%的體積，僅僅依靠根系主動去覓食養分是不能滿足作物生長的需求，所以養分向根表的遷移是植物獲取養分的重要途徑。土壤養分向根表遷移途徑主要有三種：主動截獲，質流，擴散，如圖3所示。

表1 根系獲取大量元素（養分）的途徑

（1）對於根系來說，主動截獲就是根「走」到哪就「吃」到哪，直接從接觸的土壤中獲取養分。但該方式獲取的養分只佔極少部分，主要還是通過質流或擴散獲取。

（2）根系質流取決於根系吸水和植物的蒸騰作用，此過程植物體內形成不斷將水分向上拉的「拉力」，導致土壤溶液與根表面形成壓力差，該壓力促使土壤養分隨水分向根表遷移。

（3）根系不斷從土壤中吸收養分，導致根區土壤的養分濃度降低，離根區較遠土壤的養分濃度相對較高，有助養分向低濃度區域擴散，進而到達根表。

不論質流還是擴散，若要完成養分向根表的遷移，必須有水作為媒介。也就是說，肥料只有溶解在水裡面才能到達根表被吸收，否則養分就變成了無效養分，無法被根系吸收。

圖3 土壤養分向根表遷移示意圖

2.2 養分離子吸附在根細胞膜表面

根表面的離子通過質外體（細胞壁和細胞間隙等空間構成）途徑到達根細胞膜上，並且與根細胞表面的離子（H+和HCO3-，由根呼吸產生）發生交換，並吸附在細胞膜上的吸附位點，如圖4。

圖4 離子在細胞膜上的吸附示意圖（以鉀離子為例）

2.3 養分離子的跨膜運輸

細胞膜是離子進入細胞的最主要和最終的屏障，到達細胞膜吸附位點的離子需要通過跨膜運輸途徑才能進入細胞質內，再經其它途徑到達植物體內。而離子的跨膜運輸方式有以下三種類型（如圖5）：簡單擴散、協助擴散、主動運輸（載體運輸、離子通道、離子泵）。

（1）簡單擴散就是細胞膜內外溶液中的離子存在濃度差時，離子順濃度梯度從高濃度區進入低濃度區。此過程不需要任何載體（蛋白類物質）和能量（ATP）；

（2）協助擴散類似於簡單擴散，細胞膜內外溶液存在濃度差即可。但此過程的發生需要載體，不需要能量；

（3）主動運輸是離子逆濃度梯度從低濃度區運輸到高濃度區，植物吸收礦質養分主要就依靠這種運輸方式。進行此過程需要載體和能量。

圖5 離子跨膜運輸示意圖

文中所述即為根系吸收礦質養分的過程，該過程受諸多因素的影響，例如土壤養分濃度、光照、溫度、土壤水分和pH等，在此不做詳細闡述。礦質養分被根系吸收後，經過共質體或質外體途徑，將養分從根表運輸到中柱，再經過木質部輸送到地上部，供植物吸收利用。

來源於華南農大作物營養與施肥研究室

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