3植物对营养物质的吸收ppt课件

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。
‘Apoplasti c’
pathway
[‘Barrier’ to apoplast] [Some species only]
二、植物根系对离子态养分的吸收
[Epidermis]
[Some species only]
Part cross-section of primary root
（一〕质外体和共质体的概念
对于植物的吸收和运输而言，植物 体可以分为二部分：
1. 质外体〔Apoplast）－－指细胞原生 质膜以外的空间，包括细胞壁、细胞间 隙和木质部导管。
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
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
第三章 植物对营养物质的吸收
主要内容
基本要求
植物根系的营养特性
了解
植物根系对养分的吸收
掌握
植物/掌握
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 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
一、根的类型、数量和分布
（一〕根的类型
1. 分类 从整体上分 根深
直根系：
须根系：水平生长
定根 主根 形 成直根系
Roots: a dynamic system
6 days
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
(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
3. 菌根 (mycorrhiza)
“第一节 植物根系的营养特性〞小结：
植物根系的类型丛整体上可分为
和
。
理论上，根系的数量(总长度)越多，植物吸收养分的机
率也就
。
不同植物具有不同的根构型，
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；
则相反。
水稻根系的颜色较白，表明根系的
较强，亦
即根系的
较强，因此，吸收养分的能力
也较强。
根系 铁。
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
缘由：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。
植物的根毛
大豆根系根毛示意图
钾吸收速率 (pmol-1s-1)
0.6
0.5
番茄 油菜
0.4
0.3
黑麦草属
0.2
玉米
0.1
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
(2) 根系分泌物的农业意义
2. 共质体〔Symplast）－－指原生质膜 以内的物质和空间，包括原生质体、内 膜系统及胞间连丝等。
Part cross-section of primary root - two pathways for movement of water & nutrients
‘Symplasti c’ pathway
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、形状 植物因素：种类、基因型、根的部位、年龄 农事因素：施肥、灌水
相对浓度梯度
1.0
0.8
P K
0.6 NO3
0.4
0.2
0.0 0
0.1
0.2
0.3
离 根 距 离〔cm）
玉米根际主要养分的浓度分布情况
土壤溶液中钾的浓度 (μmol/L)
(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：
迁移 nutrniuetnt
截获 质流 分散
M o v e m e n t th ro u g h s o il
C e ll w a ll
主动吸收 被动吸收
C e ll m e m b ra n e
长距离运输
短距离运输
u n lo a d in g
v a s c u la r tis s u e
C e ll to c e ll tra n s p o rt
一、土壤养分向根表面迁移
地上部
土壤
2
3
根1
植物根获取土壤养分的模式图 (1.截获 2.质流 3.分散)
（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. 本质：接触交换
3. 数量：约占1％，远小于植物的需要 （二〕质流〔Mass flow）
P uptake (umol/plant)
P concentration (uM)
50 40 30 20 10 0
0-6 cm
6-20cm
>20cm
110
100 90
80
Shallow
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
较强的作物在石灰性土壤上生长不易缺
根际是指由于受 性质与
影响而使其理化生物
有显著不同的
。
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
NuNturiter i ne ntt uu pp tt aakkees st etpesps
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。
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
洋葱
0.0
0
20
40 60 80
根毛园柱体的容积 (mm3-1)
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) 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 普通，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
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
Trifolium subterraneum
-M
-M
-P
+P
+M
+M
-P
+P
Photo by S. Smith
P
40
1
2
37
K
195
4
35 156
Ca
40
60 150 0
Mg
45
15 100 0
S
22
1
65
0
(Barber,1984) 问题：必需的大量矿质元素各通过什么途径迁移到根系表面？
问题： 植物的大量矿质元素各通过什么途径迁
移到根系表面？
1. 截获：钙、镁 (少部分) 2. 质流：氮 (硝态氮)、钙、镁、硫 3. 分散：氮、磷、钾
soil particle
hyphae
root
From I. Jakobsen
Arbuscular mycorrhizas-structures inside roots
intercellular hypha
arbuscule
Illustrations from M. Brundrett and S. Smith
800
600
土壤B, 4%粘粒
400
200
土壤A, 21%粘粒
2- 3 μmol/L钾
0
1
2
3
4
5
6
距根表距离 (mm)
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
影响因素：
呼吸作用 根系分泌的有机酸
NO3- NH4+
养分的选择吸收 阴离子>阳离子 pH
(影响最大)
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。
Hyphae of AM fungi grow into soil link roots to soil particles
（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
1. 根的氧化力 根的活力 根的吸收能力
强
强
强
如水稻，具有 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
2. 根的还原力
－－对需还原后才被吸收的养分尤为重要
阳离子>阴离子
(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
2. 根际Eh环境 影响因素：
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。Wheat
Lucerne
10 cm
Simulated P uptake by plants with contrasting root architecture from a heterogeneous soil
Shallow Deep
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
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
土壤养分迁移途径对玉米养分供应的相对重要性
养分
每公顷生产9500kg 籽粒所需养分数量
/(kg/hm2)
截获 质流 扩散 / (kg/hm2)
N
190
2 150 38
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：
（三〕分散〔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
（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） 普通，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 ) 含义：指同一根系中不同类型的根〔直根系〕或不
仅影响介质土壤中的
无
机养分的溶解度，
也影
响土壤生物
（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：
养分富集：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）