植物对养分的吸收和运输
第八章 养分的运输和分配
不同部位番茄和菜豆植株中钼的含量
番茄和菜豆植株中钼的含量
含Mo量（mg/kg）
1500 1000 500 0
叶片 茎 植株不同部位 根 番茄 菜豆
3、释 放
当根部养分供应不足时，导管中的养分 浓度下降；贮存在薄壁细胞中的养分又释放 到导管中，以维持木质部养分浓度的稳定性
释放与再吸收作用不仅可调节木质部导 管中的养分浓度，而且还能改变其形态。如 豆科供给硝态氮，随路径加长，硝态氮浓度 下降，而有机态氮尤其是谷氨酰胺浓度增加。
2、外界养分浓度
浓度低时，进入共质体途径（ P、K ） 浓度高时，可通过质外体途径（ Ca 、Mg）
当土壤中施用大量P、K肥后，会有一部分进入质外体
3、根毛的密度
根毛所吸收的养分可直接进入共质体途径。密度越 大，共质体途径的作用越大。4Fra bibliotek胞间连丝的数量
胞间连丝数量多时，增强共质体的运输。
5、菌根侵染
（二）、影响离子进入木质部数量的因素
1、外界离子浓度 介质离子浓度增加时，进入木质部的离子增加，浓度 提高；渗透压提高，吸水能力增加，木质部体积增加。 介质离子浓度太高，水势低，水分难以进入，木质部 汁液体积下降。 介质离子浓度适中时，进入木质部的离子总量最大。 2、温度 温度升高，易于扩散进入木质部。但离子种类不同， 影响不同。 3、呼吸作用 呼吸作用受抑制时，K、Ca运输量减少，但比值不变。
养分经质外体或共质体到达内表层后，都并入
共质体途径
中柱薄壁细胞
木质部导管。
“双泵模型”：离子进入木质部导管需经2次泵的
作用。第1次离子由介质或自由空间主动泵入细胞膜； 第2次由木质部薄壁细胞主动泵入木质部导管。
代谢抑制剂很快抑制离子向木质部的运输，表明
植物对养分的吸收
植物对养分的吸收植物对养分的吸收植物作为生命的载体，需要摄取足够的养分来确保其正常生长发育。
养分从植物根系吸收，通过植物体内的管道输送到各个部位，包括茎、叶、花和果实等。
不同类型的植物对养分的吸收方式有所不同，下面将按类别进行阐述。
一、叶茎类植物叶茎类植物主要是指凤梨、仙人掌、龙舌兰、竹子等植物，它们的养分主要以空气和雨水为来源。
这些植物通常生长在具有潮湿环境的热带气候中，因此它们的表面通常会有许多小孔，这些孔被称为气孔。
气孔可以让植物通过表面吸收养分，如植物在光照充足时，可以通过光合作用吸收二氧化碳和水来合成含碳的有机物。
二、根茎类植物根茎类植物，如姜、葱、蒜、马蹄等，其养分主要通过它们的根和根茎来摄取。
这些植物的根部常常被分为主根和侧根，主根向下生长，而侧根则向各个方向生长。
根和根茎可以通过吸收土壤中的水和养分来滋养植物。
由于土壤中养分的分布不均匀，植物的根部也会在土中搜索水和养分。
此外，根茎类植物通常能够存储大量的水分和养分，以应对干旱和饥饿的情况。
三、草本植物草本植物是指一些草本的矮生植物，如小麦、稻谷、玉米等，它们的养分主要通过根部吸收。
草本植物的根部通常较浅，但非常集中，以便充分吸收土壤中的水和养分。
由于它们的根部集中，因此它们的茎和叶子呈现繁茂的样子，以最大限度地吸收光线和二氧化碳，为光合作用提供条件。
四、果蔬类植物果蔬类植物，如西红柿、胡萝卜、橙子等，它们的养分主要通过它们的根部吸收。
与草本植物不同的是，果蔬类植物的根部通常生长比较深，以便利用土壤中深层地区的水和养分。
此外，这些植物还会通过根际微生物来获取一些有机物和矿物质元素。
总之，植物对养分的吸收方式主要分为通过叶、根茎、根吸收土壤中的营养物质。
对于不同类型的植物，它们的养分吸收方式也会有所不同。
了解植物吸收营养物质的方式，可以更好地护理和管理植物，从而更好地增加作物产量和品质。
普通生物学-18 植物的营养
如何解释水分在木质部的运输。
解释根瘤的形成过程。
研究植物所需元素的方法是 。
和 。
植物需要17种必需元素，包括9种大量元素 和8 种微量元素 。
质外体途径（胞外途径）(apoplast path) 共质体途径（胞内途径）(symplast p theory）
黏附作用（adhesion） 菌根(mycorrhiza) 根瘤（root nodule）
1 吸收的机制：主动运输
筛管分子通过主动运输吸收蔗糖，其它物质顺 浓度梯度进入筛管。
2
运输的机制：
P235
压力流(pressure-flow)学说
产生的原因：渗透压 方向：源→壑 影响因素：光合作用的强弱。
3
营养物质的储存
一年生：储存在果实和种子中。 二年生和多年生：根、茎、果实、种子， 往往以淀粉的形式储存。
外生菌根：幼根的表面，形成菌根鞘， 只有少数菌丝侵入表皮和皮层细胞的间隙 中。
许多木本植物如松、水杉、山毛榉。
内生菌根：
通过表皮进入皮层的细胞 腔内，菌丝在细胞内盘 旋扭结。 促进根内的物质运输、 加强根的吸收机能。 如兰科、桑属、银杏。
2 细菌与植物共生
有机物和N2 → 硝酸离子或铵离子(NH4+)
水分进入根木质部的通路： 表皮→皮层→内皮层→木质部
路径： 质外体途径（胞外途径） 共质体途径（胞内途径）
A 质外体途径(apoplast path): ：质外体是指没有原生 质的部分，包括细胞壁、细胞间隙和导管的空腔。 由于根中内皮层的分隔，质外体就分为两个区域： 一个在内皮层外，一个在内皮层内。水分在质外体 中可以自由扩散，因此，水分在质外体中运输较迅 速。
植物的养分吸收与利用
植物的养分吸收与利用植物的养分吸收与利用是指植物通过根系吸收土壤中的养分，并将其转化为生长所需的物质和能量。
这个过程对于植物的生长发育具有重要意义，也是植物与环境的相互作用的关键环节之一。
一、植物对养分的需求植物对养分的需求是保障其正常生长和发育的基础。
植物通过根系吸收土壤中的养分，包括主要元素和微量元素。
主要元素包括氮、磷、钾、钙、镁和硫，微量元素包括铁、锰、铜、锌、硼、镍和钼等。
这些元素在植物体内发挥着重要的生物学功能，如参与光合作用、构建植物细胞壁和蛋白质合成等。
二、植物养分的吸收方式植物通过根系对养分进行吸收。
植物的根系具有大量的细根毛，这些根毛能够增加根系与土壤的接触面积，从而提高养分吸收效率。
植物的根毛通过渗透作用和活跃的离子传递机制吸收土壤中的水分和溶解的养分。
其中，水分是养分吸收的重要载体，能够将土壤中溶解的养分带到根系附近，以供植物吸收利用。
三、植物养分的利用方式植物通过光合作用将二氧化碳和光合产物转化为能量和物质，从而满足生长和发育的需要。
植物从土壤中吸收的养分被转化为有机物，如蛋白质、碳水化合物和脂类等，并储存在植物体的各个器官中。
这些有机物不仅支持植物的生长，还能作为代谢物质参与其他生物过程，如植物的呼吸、细胞分裂和组织分化等。
四、植物养分的转运与储存植物通过根和茎的组织结构实现对养分的转运和储存。
养分在根系内垂直和水平方向上的转运主要依赖于根、茎的维管束系统。
根系的主要功能是吸收土壤中的水分和养分，并通过维管束系统将其向地上部分输送。
茎的功能是将养分从根系输送到叶子和其他器官。
植物对养分的需求和利用是一个相互依存、相互影响的过程。
植物缺乏某些特定的养分会导致生长受限、形态异常或死亡。
然而，养分过剩也会对植物的生长造成负面影响，如增加病虫害的发生和土壤的污染等。
因此，为了提高植物养分的吸收和利用效率，减少养分的浪费和环境的污染，我们需要有针对性地进行植物养分管理。
这包括合理施肥、调整土壤pH值、增加土壤有机质含量和改善土壤结构等。
植物是怎么吸收肥料的原理
植物是怎么吸收肥料的原理
植物吸收肥料的原理主要是通过根系和叶片进行。
1.根系吸收：植物的根系具有吸收肥料的特殊结构。
根毛是根系的重要部分，它们分布在根系表面，增加根系的表面积，以便更好地吸收养分。
植物根毛表面有微细的细胞壁，富含可溶性物质如蛋白质和多糖，可以吸附土壤中的肥料。
根毛通过渗透作用和活性转运蛋白将吸收的肥料吸入根内，并通过根系的细胞质运输到植物体内。
2.叶片吸收：除了根系吸收外，植物的叶片也能进行肥料吸收。
叶片上有大量的气孔，通过气孔吸收二氧化碳，同时也能吸收氮、磷、钾等养分元素。
气孔的打开程度和养分浓度的差异会影响叶片吸收肥料的速率。
叶片上的细胞表皮也有一定的吸收能力，可以吸收一些可溶性肥料。
3.背根吸收：一些植物在土壤中形成背根（根系突出地上的一部分），背根对土壤中养分的吸收能力比根毛更强。
背根具有较粗的导管和细胞壁，可以吸收更多的养分。
同时，肥料的形态和土壤性质也会影响植物对肥料的吸收。
例如，土壤中肥料以阳离子形式的氮、磷、钾等元素更易被植物吸收；有机肥料中的养分需要分解成无机形式后才能被植物吸收。
此外，土壤pH、湿度和温度等环境因素也会影响
植物对肥料的吸收。
植物根系对养分的吸收
运输动力：
ATP ATP
ATP
机理
(1) 载体解说
① 载体（carrier）－－指生物膜上存在的能携带
离子通过膜的大分子。这些大分子形成载体时需要 能量（ATP）。
载体对一定的离子有专一的结合部位，能有 选择性地携带某种离子通过膜。
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
（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。
vascular tissue
Cell to cell transport
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.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
② 载体转运离子的过程
活化载体 离子
A
CP
磷
酸
激
酶
I C
ATP
ADP
线 粒 体
载体－离子复合物 未活化载体
外
A
C PP
膜
磷
酸
Pi
酯
植物吸收养分的方式
植物吸收养分的方式
植物从土壤中吸收养分有三种方式，即扩散、截获和质流。
（1）扩散：在土壤溶液中某种养分的浓度出现差异时所引起的养分运动，使养分由浓度高处向低处扩散，最后趋于平均分布。
作物不断从根际土壤吸收养分，使根际土壤溶液中的养分浓度相对降低，造成根际土壤和远离根际土壤中养分含量的差异。
远离根际处的养分浓度高，养分则慢慢向根际扩散，并被根系吸收。
通常在施肥或土壤中有机质矿质化后，会因养分浓度提高而向周围扩散，从而被作物根系吸收利用。
（2）截获：当根系尤其是数目很多的根毛与土壤养分直接接触时，就可以进行离子交换而获得养分，不通过土壤溶液。
这种不通过运输，而依靠根系从土壤中直接吸收养分的方式称为截获。
（3）质流：质流与扩散不同，不是养分的浓度差引起的养分运动，而是土壤水溶液中的养分蒸腾作用把养分运送到根际。
当作物蒸腾作用消耗了根层土壤中大量水分后，植物根系为了维持正常的蒸腾作用，必须不断地从周围环境中吸收水分。
这就造成土体中大量水分流向根部，以补充根系周围水分的亏缺，则产生了质流作用。
土壤水溶液中的养分也随着水分的流动被带到根的表面。
从而，为作物获得更多养分提供了有利条件。
植物的养分吸收和养分循环
分子生物学与基因工程：利用分子生物学和基因工程技术，研究植物养分吸收和循环的分子机制，为改良植物品种提供理论支持。
养分吸收与养分循环的研究方法创新
创新研究方法：利用现代科技手段，如基因组学、代谢组学等，深入探究植物养分吸收和养分循环的机制。
跨学科合作：加强植物学、生态学、环境科学等学科的交叉融合，从多角度研究植物养分吸收和养分循环。
养分循环的调节因素
养分循环的过程和机制
植物对养分的吸收和利用
植物养分吸收与养分循环的关系
养分吸收对养分循环的影响
植物通过根系吸收土壤中的养分，这些养分被运输到植物的各个部位，参与光合作用等生理过程。
添加标题
养分吸收对养分循环的影响主要体现在植物对养分的利用和归还上。植物吸收的养分一部分用于自身的生长和发育，另一部分以残枝落叶等形式归还给土壤。
合理施肥：根据植物需求和土壤状况，选择合适的肥料，控制施肥量和频率。
促进植物养分循环的方法
养分吸收与养分循环在农业上的应用
提高作物产量：通过合理施肥，满足植物养分需求，促进养分吸收和循环，从而提高作物产量。
01
02
改善土壤质量：养分循环过程中，植物残渣和有机废弃物的利用有助于增加土壤有机质，改善土壤结构，提高土壤肥力。
养分吸收与养分循环的相互作用
植物通过根系吸收土壤中的水分和养分，这些养分在植物体内循环利用，促进植物生长和发育。
养分吸收和养分循环是植物生长和发育的重要过程，它们相互促进、相互制约，共同维持植物的正常生理功能。
养分吸收和养分循环的相互作用对于植物的生长和发育具有重要意义，同时也对整个生态系统的平衡和稳定起着重要作用。
养分循环的途径
植物吸收养分：植物通过根部吸收土壤中的养分，如氮、磷、钾等。
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第三章植物对养分的吸收与运输
养分的吸收主要就是通过根系进行
一、根系对养分的吸收
养分向根表的迁移方式:
土壤中养分到达根表有两种机理:
其一就是根对土壤养分的主动截获;
其二就是在植物生长与代谢活动(如蒸腾、吸收等)的影响下,土壤养分向根表的迁移(包括质流与扩散)。
（1、截获2、质流3、扩散)
截获就是根直接从所接触的土壤中获取养分而不经过运输。
截获所得的养分实际就是根系所占据土壤容积中的养分,它主要决定于根系容积大小与土壤中有效养分的浓度。
质流:养分离子随蒸腾流迁移到根表的过程
扩散:由于根系吸收养分而使根圈附近与离根较远处的离子浓度存在浓度梯度而引起土壤中养分的移动。
在植物养分吸收总量中,通过根系截获的数量很少。
大多数情况下,质流与扩散就是植物根系获取养分的主要途径。
对于不同营养元素来说,不同供应方式的贡献就是各不相同的,钙、镁与氮(NO3-)主要靠质流供应,而H2PO4-、K+、NH4+等扩散就是主要的迁移方式。
在相同蒸腾条件下,土壤溶液中浓度高的元素,质流供应的量就大。
二、影响养分吸收的因素
•植物的遗传特性
•植物的生长状况:根的代谢活性、苗龄、生育时期、植物体内营养状况。
•环境因素:
介质养分浓度、温度、光照强度、土壤水分、通气状况、土壤pH值
养分离子的理化性质
苗龄与生育阶段
一般在植物生长初期,养分吸收的数量少,吸收强度低。
随时间的推移,植物对营养物质的吸收逐渐增加,往往在生殖生长初期达到吸收高峰。
到了成熟阶段,对营养元素的吸收又逐渐减少。
在植物整个生育期中,根据反应强弱与敏感性可以把植物对养分的反应分为营养临界期与最大效率期。
营养临界期就是指植物生长发育的某一时期,对某种养分要求的绝对数量不多但很迫切,并且当养分供应不足或元素间数量不平衡时将对植物生长发育造成难以弥补的损失,这个时期就叫植物营养的临界期。
不同作物对不同营养元素的临界期不同。
大多数作物磷的营养临界期在幼苗期。
氮的营养临界期,小麦、玉米为分蘖期与幼穗分化期。
水稻钾营养临界期为分蘖期与幼穗形成期。
在植物生长阶段中所吸收的某种养分能发挥其最大效能的时期,叫植物营养的最大效率期。
这一时期,作物生长迅速,吸收养分能力特别强,如能及时满足作物对养分的需要,增产效果将非常显著。
玉米氮素最大效率期在喇叭口期至抽雄期;棉花的氮、磷最大效率期均在花铃期;对于甘薯来说,块根膨大期就是磷、钾肥料的最大效率期。
温度:
一般6~38ºC的范围内,根系对养分的吸收随温度升高而增加。
光照:
光照可通过影响植物叶片的光合强度而对某些酶的活性、气孔的开闭与蒸腾强度等产生间接影响,最终影响到根系对矿质养分的吸收。
水分:
水分状况就是决定土壤中养分离子以扩散还就是以质流方式迁移的重要因素,也就是化肥溶解与有机肥料矿化的决定条件。
水分状况对植物生长,特别就是对根系的生长有很大影响,从而间接影响到养分的吸收。
通气状况
土壤通气状况主要从三个方面影响植物对养分的吸收:一就是根系的呼吸作用;二就是有毒物质的产生;三就是土壤养分的形态与有效性。
良好的通气环境,能使根部供氧状况良好,并能使呼吸产生的CO2从根际散失。
这一过程对根系正常发育、根的有氧代谢以及离子的吸收都有十分重要的意义。
土壤反应(pH)
pH 改变了介质中H+与OH-的比例。
其对离子吸收的影响主要就是通过根表面,特别就是细胞壁上的电荷变化及其与K+,Cu2+,Mg2+等阳离子的竞争作用表现出来的。
三、叶片与地上部分其它器官对养分的吸收
植物除可从根部吸收养分之外,还能通过叶片(或茎)吸收养分,这种营养方式称为植物的根外营养。
叶片对气态养分的吸收
陆生植物可以通过气孔吸收气态养分,如CO2、O2以及SO2等。
一般情况下,叶片吸收气态养分有利于植物的生长发育,但在空气污染严重的工业区,叶片也会因过量吸收SO2、NO、N2O等对植物生长产生不利影响。
叶片对矿质养分的吸收
水生植物的叶片就是吸收矿质养分的部位,而陆生植物因叶表皮细胞的外壁上覆盖有蜡质及角质层,对矿质元素的吸收有明显障碍。
但角质层有微细孔道,也叫外质连丝,就是叶片吸收养分的通道。
叶面营养的特点及应用
叶面施肥见效快,效率高,可防止养分在土壤中被固定,并可同时施用一些生物活性物质如赤霉素等。
在作物生长期间缺乏某种元素,叶面喷施可弥补根系吸收的不足。
在土壤养分有效性较低的干旱与半干旱地区,叶面施肥通常就是一种有效的满足作物营养需求的途径。
叶面施肥的局限性
叶面施肥的局限性:肥效短暂,每次施用养分总量有限,又易从疏水表面流失或被雨水淋洗;有些养分元素(如钙)从叶片的吸收部位向植物其它部位转移相当困难,喷施的效果不一定好。
总之,植物的根外营养不能完全代替根部营养,仅就是一种辅助的施肥方式,适于解决一些特殊的植物营养问题。
四、养分运输:
短距离运输长距离运输
离子短距离运输的共质体(A)及质外体(B)示意图
长距离运输:
➢木质部运输
➢韧皮部运输
木质部运输与蒸腾
木质部汁液的移动就是根压与蒸腾作用驱动的共同结果,但两种力量的强度并不相同。
由于根压与蒸腾作用只能使木质部汁液向上运动,木质部中养分的移动就是单向的。
木质部中养分的移动就是在死细胞组成的导管中进行。
韧皮部运输
成分:
主要就是有机物
某些矿质元素也可在韧皮部中运输
不同营养元素在韧皮部中的移动性不同。
再吸收
木质部汁液在运输的过程中,还与导管壁以及导管周围薄壁细胞之间存在重要的相互作用(交换吸附、再吸收与释放)。
溶质在木质部导管运输的过程中,部分离子可被导管周围薄壁细胞吸收,从而减少了溶质到达茎叶的数量,这种现象称为再吸收。
再吸收使得木质部汁液中的离子浓度从下向上的运输路途上呈递减趋势。