植物对营养物质的吸收

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nutrient nut 迁移 截获 质流 扩散
Movement through soil Cell wall
主动吸收 被动吸收
Cell membrane
长距离运输
短距离运输
unloading
vascular tissue
Cell to cell transport
一、土壤养分向根表面迁移
地上部
土壤
(2) 根系分泌物的农业意义
① 微生物的能源和营养材料
② 促进养分有效化 ③ 间作或混作中有互利作用
2. 根际微生物
对植物吸收养分的影响如下:
(1) 矿化有机物 释放CO2和无机养分
(2) 产生和分泌有机酸 络合金属离子, 促进养分的吸收和转移;同时,降低 土壤pH值,促进难溶性化合物的溶解 和养分释放
第三章 植物对营养物质的吸收
主要内容 基本要求
了解 掌握 了解 了解/掌握 了解/掌握 植物根系的营养特性 植物根系对养分的吸收 植物叶部对养分的吸收 影响植物吸收养分的因素 植物的营养特性与施肥方法
植物吸收的养分形式:
离子或无机分子--为主
有机形态的物质--少部分
植物吸收养分的部位:
矿质养分--根为主,叶也可 根部吸收
Hyphae of AM fungi grow into soil link roots to soil particles
soil particle
hyphae root
From I. Jakobsen
Arbuscular mycorrhizas-structures inside roots
第二节
植物根系对养分的吸收
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
根系对养分吸收的过程包括:
1. 养分向根表面的迁移
2. 养分进入质外体 3. 养分进入共质体
Nutrient steps Nutrientuptake uptake steps
(三)扩散(Diffusion)
1. 定义:是指由于植物根系对养分离子的吸收,导 致根表离子浓度下降,从而形成土体-根 表之间的浓度梯度,使养分离子从浓度高 的土体向浓度低的根表迁移的过程。 2. 影响因素:土壤水分含量 养分离子的扩散系数:NO3->K+>H2PO4土壤质地 土壤温度 3. 迁移的离子:
根的颜色
根的代谢活动 根吸收养分的能力
2. 根的还原力
--对需还原后才被吸收的养分尤为重要 如:Fe3+ Fe2+
试验表明:还原力强的作物在石灰性土壤上不易缺铁 推论:若此还原力是 属基因型差异,就可 以通过遗传学的方法 改善这种特性,从而 提高植物对铁素的吸 收效率。
四、根际效应
(一)根际(Rhizosphere)的概念
Roots: a dynamic system
6 days
10 days
17 days
Courtesy Mac Kirby CSIRO Land and Water
a.须根系
b.直根系
直根系和须根系示意图 2. 根的类型与养分吸收的关系
直根系--能较好地利用深层土壤中的养分 须根系--能较好地利用浅层土壤中的养分 农业生产中常将两种根系类型的植物种在一起 --间种、混种、套种。
110
100
90
80 Shallow Deep
Deep
华南农业大学根系生物学研究中心
(四)根的分布
根 根 根 根
养分吸收范围
A. 分布稀疏
B. 分布较密
图 根系的分布与养分吸收效率
根系分布合理,有利于提高养分的吸收效率
二、根的结构特点与养分吸收
• 从根尖向根茎基部分为根冠、分生区、伸长区和成熟 区(根毛区)和老熟区五个部分
大麦根尖纵切面
双子叶植物根立体结构图
• 从根的横切面从外向根内可分为表皮、(外)皮 层、内皮层和中柱等几个部分
大麦(Hordeum vulgare) 根的横断面
Picture by Jim Haseloff
对于一条根:
分生区和伸长区:养分吸收的主要区域 根毛区:吸收养分的数量比其它区段更多 原因:根毛的存在,使根系的外表面积增加到原来的 2~10倍,增强了植物对养分和水分的吸收。
1. 根的氧化力
强 如水稻,具有
根的活力 强
根的吸收能力 强
氧气输导组织,向根分泌O2 乙醇酸氧化途径,根部H2O2形成O2
新生根--氧化力强--Fe(OH)3在根外沉淀--根呈白色 成熟根--氧化力渐弱--Fe(OH)3在根表沉淀--根棕褐色
老病根--氧化力更弱--Fe(OH)3还原为Fe2S3 --根黑色
1. 含义:单位数量根系吸附的阳离子的厘摩尔数,
单位为:cmol/kg
一般,双子叶植物的CEC较高,单子叶植物的
较低 2. 根系CEC与养分吸收的关系 (1) 二价阳离子的CEC越大,被吸收的数量也越多 (2) 反映根系利用难溶性养分的能力
(二)根的氧化还原能力
--反映根的代谢活动,所以与植物吸收养分的能力有关
(3) 固定和转化大气中的养分 固氮微生物能将空气 中的分子态氮转化为植物可利用的形式 (4) 产生和释放生理活性物质 促进根系的生长和养 分的吸收
3. 菌根 (mycorrhiza)
(1) 含义: 菌根是土壤真菌与植物根系建立共生关 系所形成的共生体
形成这种共生体的真菌叫菌根真菌 (mycorrhiza fungi),它们能在2000多种植物的根部侵 染形成菌根。
(2) 主要类型:外生菌根和内生菌根 (3) 共生体系的生理基础:
提供碳水化合物 提供吸收的营养物质
植物根系
菌根真菌
(4) 作用:促进养分的吸收

主要原因: 通过外延菌丝大大增加吸磷表面积 降低菌丝际pH值,有利于磷的活化。 VA真菌膜上运载系统与磷的亲合力高于寄主植 物根细胞膜与磷的亲合力。 植物所吸收的磷以聚磷酸盐的形式在菌丝中运 输效率高。
植物的根毛
大豆根系根毛示意图
钾吸收速率 (pmol.cm-1s-1)
0.6
0.5 0.4
0.3 0.2 玉米 洋葱 0
番茄
油菜
黑麦草属
0.1
0.0
20 40 60 80 根毛园柱体的容积 (mm3.cm-1)
在粉沙土壤上,植物根毛容积对吸K+速率的影响
三、根的生理特性
(一)根的阳离子交换量(CEC)
气态养分--叶为主,根也可
叶部吸收
Roots are the main structures for nutrient uptake
第一节
植物根系的营养特性
wenku.baidu.com
一、根的类型、数量和分布
(一)根的类型
1. 分类
从整体上分 直根系:根深 须根系:水平生长 定根 主根 形成直根系 从个体上分 侧根
不定根
组成须根系
养分富集:根系对水分的吸收速率> 养分的吸收速率 养分亏缺:根系对水分的吸收速率< 养分的吸收速率 养分持平:根系对水分的吸收速率=养分的吸收速率
+
养分浓度
1
3
0
2
0 1 2 3 4
离根表距离(mm) 不同条件下根际养分浓度变化模式图
(1.积累 2.亏缺 3.持平)
2. 影响根际养分分布的因素
土壤因素:类型、质地、养分含量、水分 养分因素:种类、形态 植物因素:种类、基因型、根的部位、年龄 农事因素:施肥、灌水
(二)根的数量
用单位体积或面积土壤中根的总长度表示,如:
LV(cm/cm3)或 LA(cm/cm2)
一般,须根系的LV > 直根系的LV
根系数量越大,总表面积越大,
根系与养分接触的机率越高
--反映根系的营养特性
(三)根的构型 (root architecture )
1. 含义: 指同一根系中不同类型的根(直根系)或不定根 (须根系)在生长介质中的空间造型和分布。具体来说, 包括立体几何构型和平面几何构型。
土壤不同粘粒含量与玉米根际K+的浓度分布的关系
(三)根际土壤环境
1. 根际pH环境
(1) 影响因素:
呼吸作用
根系分泌的有机酸
养分的选择吸收 阴离子>阳离子 pH
NO3-
NH4+
(影响最大)
阳离子>阴离子 pH
(2) 作用:
影响养分的有效性,例如: ① 石灰性土壤施用铵态氮肥、钾肥, pH 下降,使 多种营养因素的生物有效性增加 ② 酸性土壤施用硝态氮肥, pH 上升,磷的有效性 提高 ③ 豆科作物在固氮过程中酸化了根际,提高了难溶 性磷的利用率 ④ 豆科植物在缺磷条件下,根系不正常生长形成簇 状根或排根,分泌H+能量较强,有效的降低根际pH, 并溶解土壤中的难溶性磷
分布较密图根系的分布与养分吸收效率根系分布合理有利于提高养分的吸收效率二根的结构特点与养分吸收从根尖向根茎基部分为根冠分生区伸长区和成熟区根毛区和老熟区五个部分大麦根尖纵切面双子叶植物根立体结构图从根的横切面从外向根内可分为表皮外皮层内皮层和中柱等几个部分大麦hordeumvulgare根的横断面picturebyjimhaseloff对于一条根
Wheat Lucerne
10 cm
Simulated P uptake by plants with contrasting root architecture from a heterogeneous soil
50 40 30 20 10
Shallow
0 0-6 cm 6-20cm >20cm
根际:由于植物根系的影响而使其 理化生物性质与原土体有显 著不同的那部分根区土壤。
根际效应:在根际中,植物根系不 仅影响介质土壤中的无 机养分的溶解度,也影 响土壤生物的活性,从 而构成一个 “根际效应”。
“根际效应”反过来又强烈地影响着 植物对养分的吸收。
(二)根际养分
1. 根际养分浓度分布 根际养分的分布与土体比较可能有以下 三种状况:
2. 根际Eh环境
(1) 影响因素: 作物种类 旱作 根际Eh<周围土体 水稻 根际Eh>周围土体 介质养分状况--指养分的氧化态或还原态
(2) 作用:影响养分的有效性
(四)根际生物学环境
1. 根系分泌物
(1) 根系分泌物的种类
无机物:CO2、矿质盐类(细胞膜受损时才大量外渗)
有机物:糖类、蛋白质及酶、氨基酸、有机酸等
4. 水稻根系的颜色较白,表明根系的 氧化力 较强,亦即根系的 活力较强,因此,吸收养分的能力也较强。 5. 根系 还原力 较强的作物在石灰性土壤上生长不易缺铁。
6. 根际是指由于受 植物根系 影响而使其理化生物性质与 原土 体 有显著不同的 土壤区域 。厚度通常只有 。 7. 植物根系吸收阴离子(a.大于; b.等于; c. 小于)阳离子时,根际 pH值有所将上升; 8. 水稻根际的Eh值一般 (a.大于; b.等于; c.小于)原土体,因此, 可保护其根系少受(a.氧化物质; b.还原物质) 的毒害。
Trifolium subterraneum
-M -P
-M
+M
+M
+P
-P
+P
Photo by S. Smith
“第一节 植物根系的营养特性”小结:
1. 植物根系的类型丛整体上可分为 直根系 和 须根系 。
2. 理论上,根系的数量(总长度)越多,植物吸收养分的机率也就 大 。
3. 不同植物具有不同的根构型, 须根系 由于其在土壤表层的根 相对较多而更有利于对表层养分的吸收; 直根系 则相反。
Root ‘architecture’: strategies of different plant species
Shallow
Intermediate
Deep
华南农业大学根系生物学研究中心
2. 根构型与养分吸收:不同植物具有不同的根构
型,浅根系由于其在表层的根相对较多而更有利 于对表层养分的吸收;深根系则相反。
intercellular hypha
arbuscule
Illustrations from M. Brundrett and S. Smith
P P
P
P
P
P
P
P P
菌根促进养分(P)吸收示意图
In many plants inoculation results in increased P uptake and plant growth
3
2

1
植物根获取土壤养分的模式图 (1.截获 2.质流 3.扩散)
(一)截获(Interception)
1. 定义:是指植物根系在生长过程中直接接触养分 而使养分转移至根表的过程。
2. 实质:接触交换 3. 数量:约占1%,远小于植物的需要
(二)质流(Mass flow)
1. 定义:是指由于水分吸收形成的水流而引起养分 离子向根表迁移的过程。 2. 影响因素:与蒸腾作用呈正相关 与离子在土壤溶液中的溶解度呈正相关 3. 迁移的离子:
1.0 相对浓度梯度 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 0.1 0.2 离 根 距 离(cm) 0.3 P K NO3
玉米根际主要养分的浓度分布情况
800 土壤溶液中钾的浓度 (μmol/L) 600 400 土壤B, 4%粘粒
200
土壤A, 21%粘粒
2- 3 μmol/L钾 0
1 4 2 3 距根表距离 (mm) 5 6
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