植物对矿质元素的吸收

植物的蒸腾作用和根系吸 水造成根表土壤与土体之 间出现明显的水势差，土 壤溶液中的养分随着水流 向根表迁移。 特点: 运输养分数量多，养 分迁移距离长。
质流
1.土壤养分向根部的迁移
截获（root interception）
扩散 （ diffusion)
质流 (mass flow)
扩散和质流是土壤 养分迁移至植物 根系表面的两种
第二章 植物的矿质营养
第三节 植物对矿质元素的吸收
吸收的含义：
植物的养分吸收－－是指养分进入植物体内的 过程
泛义的吸收－－指养分从外部介质进入植物体 中的任何部分
确切的吸收－－指养分通过细胞原生质膜进入 细胞内的过程
第三节 植物对矿质元素的吸收
主要内容： 根系对矿质元素的吸收
元素吸收的区域、形态、过程
强烈影响果树根系的几个因素:
苹果根系的生长主要受树体本身营养水平、激素平衡 和外界环境的影响。
强烈影响果树根系的几个因素:
苹果根系的生长主要受树体本身营养水平、激素平衡 和外界环境的影响。
三、影响根系吸收矿质元素的因素
内因： 根系生长状况
外因： 土温、通气状况、溶液浓度、pH 离子间相互作用、有毒物质 思考： 1. 如何调控植物根系对矿质元素的吸收？ 2. 作物一次施肥过多为什么易“烧苗”？
离子间的相互作用
1.离子竞争作用 即一种离子的存在抑制植物对另一种离子的吸收。 这种作用经常发生在阴、阳离子间。
竞争易发生在具有相同理化性质（如化合价和离子半径） 的离子之间，可能与竞争同种离子载体有关。 2.离子协助作用 即一种离子的存在能促进植物对另一种离子的吸收。
如：NO3- 、 SO42-等对阳离子的吸收有利 二价或三价阳离子对一价阳离子，如
离子在根中经质外体途径和共质体途径到达输导组织的模型
①共质体运输；②质外体运输；→表示主动运输，
表示再吸收
二、植物吸收矿质元素的特点
（一）根系吸收矿质与吸收水分的相对性 1. 相互关联
矿质需要溶解于水才能被根系吸收 2. 相互独立
两者的吸收机理不同，吸水是因蒸腾拉力引 起的被动过程；而吸盐是消耗代谢能量的主动吸 收过程，有饱和效应。
生物分解转化为离子态养分才能被吸收利用。
（三）根系对养分吸收的过程
迁移
吸收
养分：土壤
根表
根内
截获 质流 扩散
主动 被动
1. 土壤养分向根部的迁移
截获（root interception）
根扩直散接从（d所iff接us触ion的) 土壤中获 取质养流分而(m不as经s f过low运) 输。 截获所得的养分实际是根系 所占据土壤容积中的养分
自由空间体积
自由空间溶质数/外液溶质数
RFS = ————— ×100% ＝ ————————————×100%
组织总体积
组织总体积
将根放入一已知浓度、体积的溶液中，待根内外离 子达到平衡时，再测定溶液中的离子数和根内进入 自由空间的离子数。
（b）共质体途径 ---通过主动吸收或被动吸收方式进入细胞 质
Ca2+ 、Mg2+、Al3+等能促进K+ 、 NH4+的吸收。
K+净吸收率 （μmolg/鲜重× 3h）
-Ca2+ +20
+Ca2+ +10
0
-10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pH
外部溶液的pH及Ca2+的供应对大麦根K+净吸收率的影响
土壤有害物质状况
1. H2S 2. 某些有机酸 3. 过多的Fe2+ 4. 重金属元素
内因： 根系生长状况
外因： 土温、通气状况、溶液浓度、pH 离子间相互作用、有毒物质
作物通过根系从土壤中 吸收养分
➢根际
酸化
根际碱化
酸化
Visualization of rootinduced pH change
(Marschner, 1987)
养分活化与利用
花生单作则缺铁黄化，而与玉米间作则生长正常
1.土壤养分向根部的迁移
截获（root interception） 扩散 （diffusion) 质流 (mass flow) 扩散和质流是土壤养分迁移至植物根系表面的两种
主要方式。 长距离时，质流是补充养分的主要形式； 短距离时，扩散作用更为重要。
2. 离子吸附在根细胞表面
离子吸附在根部细胞表面细胞吸附离子具有交换 性质，称为交换吸附。
100
相对吸硼量 (%)
80
60
：1.0 mg/kgB；
40
：2.5 mg/kgB； ：5.0 mg/kgB；
20
：7.5 mg/kgB；
：10.0 mg/kgB
0 6 7 8 9 10 11 溶液pH
硼的相对吸收率与外部溶液pH值的关系
（以pH6时各种供应浓度的吸收量为100， 其中实线：未解离H3BO3的百分数）
C. CaCl2；
D. NaCl
（三）单盐毒害与离子对抗
平衡溶液（balance solution）：由各种矿质元素按 一定浓度与比例配成的混合液，能够使植物生长发 育良好而无毒害。 营养液、一般的土壤溶液、海水（对海生植物）都 是平衡溶液 常用营养液：
Hoagland营养液、Knop培养液
三、影响根系吸收矿质元素的因素
通气状况:
通气有利于有氧呼 吸能促进植物对养分 的吸收 农业生产中的中耕培 土是调节土壤通透性 、促进养分有效吸收 的重要手段。
mol磷×10 -7/g根/h
3 2 1 0 0.3 0.9 1.5 2.1 2.7 3.0 100
氧的张力（%）
大麦离体根培养在不同氧张力下吸收磷的情况
土壤溶液浓度:
水稻和番茄养分吸收的差异
表示试验结束时培养液中各种养分浓度占开始试验时％
（二）离子的选择吸收(selective absorption)与积累性
两种情况：
1.不同物种对盐分的吸收具有选择性； 2.同种植物对同一种盐的不同离子吸收具有选择性
积累性（accumulation）：是指植物能够逆浓度 梯度吸收某些物质，积累在细胞的某些部位。 如海带对海水中钾离子的吸收。
四、植物地上部对矿质元素的吸收
植物地上部分也可以吸收矿质元素，这被称为根 外营养。地上部分吸收矿质盐的器官，主要是叶片， 所以亦被称为叶片营养（foliar nutrition） 思考：
发现玉米/花生间作克服花生缺铁的现象
（Plant and Soil, 2000 ；J. Plant Nutr.2003;Plant Nutr. Soil Sci. 2004）
花生/玉米单作(有隔板分隔)
花生/玉米间作(无隔板)
根 系 生 长 状 况
温度对吸收的影响
不同温度对水稻吸收某些元素的影响
部分植物生长的最适pH
植物 苹果
梨 桃 杏 樱桃 葡萄 板栗 枣 柑橘
源自文库
pH 值 5.5~7.0 5.6~7.2 5.2~6.5 5.6~7.5 6.5~7.5 6.5~8.0 5.5~6.5 5.2~8.0 6.0~6.5
植物 山揸 柿 无花果 石榴 银杏 茶 桑树 松 杉
pH 值 6.5~7.0 6.0~7.0 7.0左右 4.5~8.2 5.5~7.7 5.0~5.5 6.5~7.5 5.0~6.0 5.0~6.0
现象，即植物吸
土壤pH状况:
直接H 影响
R C COO NH2
(pH>6)
H
R C COO NH+3
(pH5~6)
H R C COOH
NH+3 (pH<5)
在酸性条件下，植物较易吸附外界溶液的阴离子养分。 在碱性条件下，植物较易吸收外界溶液的阳离子养分。 大多数养分在pH6.5－7.5时其有效性最高。
（二）离子的选择吸收(selective absorption)与积累性
两种情况：
1.不同物种对盐分的吸收具有选择性； 2.同种植物对同一种盐的不同离子吸收具有选择性
生理酸性盐：吸收阳离子多于阴离子，如多数NH4+ 生理碱性盐：吸收阴离子多于阳离子，如多数NO3生理中性盐：吸收阴阳离子量几乎相等，如NH4 NO3
根自由空间的大小可根据进入的溶质量 估算，估算出的体积称为相对自由空间 （RFS），也称表现自由空间（APS）。
表观自由空间（apparent free space， AFS）
每克鲜组织中可扩散离子的微克当量 AFS= ————————————————————
介质中的离子浓度（微克当量/毫升）
截获
1.土壤养分向根部的迁移
截获（root interception）
扩散 （diffusion)
根系不断的吸收可使根表有 效养分的浓度明显降低，从
扩散
而引起土壤养分顺浓度梯度
向根表运输。
1.土壤养分向根部的迁移
截获（root interception）
扩散 （diffusion)
质流 (mass flow)
植物吸收矿质元素的特点
• 影响根系吸收矿质元素的因素（条件）
植物地上部分对矿质元素的吸收 矿质元素在植物体内的利用
一、根系对矿质元素的吸收
（一）根系吸收的主要区域
植物吸收的部位：根、茎、叶、果 根系是陆生植物吸收水和无机盐的主要器官 陆生植物有庞大的根系
吸收矿质元素的主要部位：根毛区
一、根系对矿质元素的吸收
（三）单盐毒害与离子对抗
1.单盐毒害 溶液中只有一种矿质
盐对植物起毒害作用的 现象称为单盐毒害。
2.离子对抗
离子间能相互减弱或消 除单盐毒害作用的现象 叫做离子对抗（拮抗） （ion antagonism）。
小麦根在盐类溶液中的生长情况
A. NaCl+KCl+CaCl2；B. NaCl+CaCl2
①共质体运输；②质外体运输；→表示主动运输，
表示再吸收
（a）质外体途径 --经自由空间进入根皮层
Water （水分）Free Space
Donnan （杜南） Free Space
自由空间
根部与外界溶液保持扩散平衡，离子和 水分自由出入的区域叫自由空间（free space，FS），包括根部内皮层外细胞壁、 细胞间隙和导管。
3. 离子进入根系内部
短距离运输(横向运输)
根表皮 →皮层 →内皮层 →中柱（导管） 质外体途径 共质体途径
质外体途径：Ca2+、Mg 2+等； 共质体途径：NO3- 、H2PO4- 、 K+ 、SO42- 、Cl-等
3. 离子进入根系内部
离子在根中经质外体根途部径吸和矿共质质体的途共径质到体达途输导径组和织质的外模体型途径
有有机机分有分子子机态态分：：少糖分少糖分子类量必类必如素态、的需、的需尿、磷水经磷水经：素抗脂溶过脂溶过少、生、性微、性微量氨素植有生植有生素机物水基等素机物生分分溶酸，生分分长子解性、但长子解素能转有、被化糖是素能转维植为、被化机类大生物离维植为分、部素直子生物离子磷分、接态素直子被脂有抗吸养、接态生收分植、机抗吸养素利才物植态生收分等用能直素养素利才，，被接生分但比吸等用能大如收吸，，被长必部尿利但比吸收素需分素用大如收利、经的、部尿利用维过有氨分素用机基，生微的、态酸有氨养、机基
离物子物体体态内内：。。 离离子子态态阳阴阳阴阳阴离离离离离 离子子子子子 子：：：NNN： ：HOHO4343＋－＋－、、HH2KP2KPO＋O＋、42、4－C2、－Ca、2Ha＋2、PH＋O、PM4O2gM－24、＋2g－、2S、＋OF、e4S22O－＋F、、e422－HM＋、、2nB2OH＋M、32－nB2Z、O＋n、2B3＋－4、OZ、n7C22B－＋u、42、O＋。M7C2n－uO、24＋2。－M、nOCl4－2－、
开始随浓度的提
25
K 吸收速度（μmol/g.h）
高而迅速增加，
20
然后缓慢增加，
以后稳定在一定
15
的速率。如果继
10
续提高养分浓度
5
，养分吸收的速
率会出现“迅速 增加—缓慢增加
0.10
0.20 10
25
50
K 浓度（mmol）L
— 趋 于 稳 定 ” 的大麦在不同浓度的KCl溶液中吸收K+离子的速度
土壤pH状况——间接影响
对土壤中矿质溶解度的影响
偏碱时：PO4 3-、Mg、 Fe、 Mn、Cu、Zn盐溶解度下降。 不利于植物吸收 偏酸时： PO4 3-、 K、Mg等 溶解度大，易流失。 过酸时：Al、Fe、Mn溶解度
加大，易使植物受害
土壤溶液pH对矿质元素可利用性的影响 （黑带厚度代表养分的溶解度）
（一）根系吸收的主要区域
植物吸收的部位：根、茎、叶、果 根系是陆生植物吸收水和无机盐的
主要器官 陆生植物有庞大的根系
吸收矿质元素的主要部位：根毛区
（二）根系吸收养分的主要形态
气态：CO2、O2、SO2、水汽等 气气态态：：CCOO2、2通、OO过22、、扩SSOO22、散、水水进汽汽入等等，植，通通物过过扩体扩散或进散入进有植入叶物植体片物内的体或内由气或叶孔片由直的叶气片接孔的进直气接入孔进直入接植进