根系生理汇总

1、根系生理汇总植物根系对于无土栽培的重要性无土栽培的特点之一在于采用人工创造的根系环境代替土壤环境，研究植物的根系生理显得尤为重要。植物产量的形成，不仅要求地上局部能进展良好的光合作用和高效的光合产物运转效率，而且要求地下局部具有良好的吸收与代谢功能，产量与根系的发育有密切的联系。第一节 植物根系与地上局部的关系根系 地上局部信息交流水分、矿质营养有机营养须根系的植物多为浅根性，直根系的植物多为深根性。在进展无土栽培时，要根据植物根系的特点选用适宜的无土栽培类型，如浅根性的植物可选用液层较浅的水培系统进展栽培，深根性的植物要求液层较深或基质比较深厚。一、植物根系的生育与分布特征 Fibrous

2、root system Tap root system 直根系须根系根系作物根系与作物种类和品种特性有关果菜类蔬菜根系粗、多；叶菜类和根菜类根系小瓜类作物中冬瓜和南瓜根系生长量大，分布广，而黄瓜根系少，分布浅茄子粗根较多，纵向横向分布广，番茄主根少，细根多地上局部较高的品种根系分布深，地上局部较矮的品种根系趋向横向分布根系生长深度与作物根系生长方法、栽培方式有关二、植物根系与地上局部的关系植物根系生长数量与根系活力直接影响到地上局部的生长状况。植物根系的发育状况是影响产量的主要因素，同种作物的产量随着根量的增加而增加。根系矿质营养吸收量和细胞分裂素产生量与产量密切相关。根系的生长状况直接影响叶

3、片的功能和寿命。根系的优劣不仅在于根量有关，还与根系活力有关。粗根数及S/R值与产量的相关关系 NPKCaMgFe 根系木质部伤流液中无机养分含量与产量的关系 CTKGAIAAABA根系木质部伤流液中激素与产量的关系 根系活力根系活力是指根系新陈代谢活动的强弱，是反映根系吸收功能的一项综合指标。根系作为植物重要的吸收器官和代谢器官，它的生长发育直接影响到地上部茎叶的生长和作物产量的上下。伤流液测定TTC复原染色法氯化三苯基四氮唑根系吸收面积甲稀兰作吸附物质吸收面积m2= (CC)V1 mg甲烯蓝成单分子层时所占面积为1.1 m2 呼吸代谢途径中由脱氢酶催化所脱下来的氢可以将无色的 TTC复原为

4、红色、 不溶性 的甲月替 三、地上局部生长状态及栽培管理对根系生 长的影响一整枝方式对根系走向的诱导二摘心和侧枝数量对根系发育的影响 摘心抑制根系生长三坐果数量与根系生长关系 坐果过程中，根系生长受到抑制； 茄果类生产中常常出现产量波动现象； 疏花疏果；及时采收；培育壮苗；降低夜温，提高根际温度。四摘叶对根系的影响根系数量与叶面积总量正相关。摘除不同部位的叶片对根系生长和根系活力的影响不同。摘除新叶抑制根系发育及伸长。摘除成熟叶片使根系失去物质根底，导致根系早衰。五植株管理和环境对根系的影响日照充足、稀植、根际温高、夜温低、肥料浓度低，光合能力强，促进根系生长。第二节 植物根系的构造植物根系无

5、论是直根系还是须根系，从构造上看都分为几个局部：根冠、分生区、伸长区、根毛区成熟区，4个局部共同构成植物的根尖。scanning electron micrograph of soybean root hairs. 根毛的长度为0.11.5 mm，直径为525 m 根的初生构造根的初生构造包括以下几个局部：表皮(epidermis)：根最外面的一层细胞构成。皮层(cortex )：位于表皮内，由薄壁组织构成，具有贮藏有机养分的功能，可分为外皮层(exodermis)与内皮层(endodermis)。中柱(stele)：皮层以内的局部称为中柱，一般由中柱鞘、木质部和韧皮部三局部组成，中柱主要起运

6、输功能水分和营养。1.Epidermis 表皮2.Cortex 皮层3.Endodermis 内皮层xylem (xy) 木质部phloem (ph) 韧皮部第三节 植物根系功能Plant Roots Functions 吸收功能(核心)固定支撑功能 合成与分泌功能 输导功能 贮藏功能 繁殖功能 呼吸与气体交换功能 感应功能 攀援功能 寄生功能 根与菌的共生功能1、根系的吸收功能根系的吸收功能：根系吸收的物质包括水分、无机盐类的分子或离子、简单的小分子有机化合物以及气体等。根系各个部位的吸收能力有较大差异，根毛区吸收能力最强。根系对水分的吸收动力是蒸腾拉力和根压。根系吸收的肥料，都是以无机盐的

7、形态被植物吸收。水分吸收传导的主要动力是蒸腾拉力，属于被动吸收过程。矿质营养的吸收必须依靠呼吸作用所释放的能量，属于主动吸收过程。2、根系的固定支持功能在无土栽培中，由于栽培方式的改变，这种功能表现不完全一样，如水培系统中根的支持作用不大，对植株的固定和支撑要靠人工措施来实现，而在基质栽培中，根的固定与在土壤栽培中同样重要。露兜树3、根的合成与分泌功能植物根系能够合成许多有机物，包括氨基酸、维生素、植物激素CTK、生物碱等，对于植物地上局部的发育具有重要作用。根在生长过程中还能分泌出糖类、有机酸等近百种物质。根系分泌物包括多糖、有机酸、酚和各种氨基酸，在微生物作用下会生成CO2和低分子量的有机

8、物质。根系分泌物按照作用性质可以分为专一性根系分泌物肉桂酸和普通根系分泌物(麦根酸)。根系分泌物的作用有些可以减少根部与基质的摩擦；有些可以溶解介质中的难溶性化合物，促进根对物质的吸收；有些可以抑制其他植物和某些细菌的生长；还有些可以促进根际微生物的生长；根系有不同程度的氧化复原能力：Fe2+-Fe3+4、根系的输导功能/Transportation 是指根系将其吸收的水分、无机盐类和其它物质以及根系代谢形成的物质输送到地上部供其生长所需，同时也可将地上部生产的有机物质运送到根部。 (双向运输)Roots can transport water, inorganic salts and met

9、abolites generated in roots from roots to shoot, at the same time, the organic matters can also transported from shoot to roots. 5、根系的贮藏功能根系的贮藏功能：可以贮藏许多养分。有的植物根膨大后可以形成明显的贮藏器官，如萝卜、胡萝卜、芜菁的主根膨大肉质根，甘薯等是由侧根膨大形成养分贮存器官。人参、大黄、甘草、何首乌、百合的根为药材的重要局部。球根花卉的根部中贮藏了大量营养，可以为植株生长提供充足的营养。干旱环境下，较大根冠比具有重要意义。6、根的繁殖功能：许多植物

10、的根可以产生不定芽，而这些不定芽可以产生新的植株，如甘薯、大丽花、芍药等。7、根的呼吸功能：根系在生长过程中，要不断呼吸，与环境进展气体交换。多数情况下植物进展有氧呼吸。榕树、龟背竹、石斛的气生根较兴旺，可以弥补基质中氧气的缺乏。8、根系的感应功能根系在生长介质中会向营养丰富、水分和通气性良好的方向延伸9、根系的攀缘功能攀援根10、根与菌的共生功能11、根系的寄生功能寄生根菟丝子菟丝子吸盘茎缠绕寄主，并在接触部位产生吸盘，侵入寄主植物维管束内吸取水分和养分。Ha: Haustoria吸器H: hostV: vessel第四节 根系对水分的吸收生命活动旺盛，水分含量较高幼叶和根含水量90%茎 3

11、0-40%成熟种子10%植物吸水的过程The procedure of water absorption水分从介质 植物 环境的过程：1)由介质迁移到根系皮层组织，再运送到木质部导管；2)由根系木质部导管向地上部运输并分配到各器官中；3)由地上部器官(主要是叶片)以气态水的形式(水蒸汽)释放到空气中。根系吸水的部位根尖端包括：根冠 根毛区 伸长区 分生区吸水能力最强根毛基质水分基质颗粒根毛区吸水能力最强的原因有三：1、根毛多，增大吸水面积510倍2、根毛外壁，果胶质覆盖，粘性较强 亲水性好3、根毛区输导组织兴旺，阻力小， 水分移动速度快根系吸水的途径基质溶液中的水分根渗透扩散内皮层的径向迁移根

12、毛皮层中柱细胞导管质外体途径共质体途径凯氏带根中的质外体常常是不连续的，被内皮层的凯氏带分隔成为两个区域。外部质外体壁木栓化，膜与壁紧贴在一起。水、溶质不能自由通过。内皮层外，包括根毛、皮层的胞间层、细胞壁和细胞间隙内部质外体内皮层内，包括成熟的导管和中柱各局部。根系吸水的机制按其吸水动力分为 1.主动吸水2.被动吸水1.主动吸水active absorption of water 根压root pressure 由植物根系的生理活动引起的吸水10-20cm主动吸水的动力证据伤流（bleeding） 吐水（guttation）吐水 2产生根压的机制 根压的产生与根系生理活动和内皮层内外的水势差

13、有关。根系呼吸作用释放的能量主动吸收营养液中的离子内皮层内溶质势下降水进入中柱和导管2.被动吸水passive absorption of water蒸腾拉力transpirational pull由蒸腾拉力引起的根系吸水指因叶片蒸腾作用而产生的使导管中的水分上升的力量。蒸腾叶片水势下降水分运输压力梯度水分在植物体内运输的动力(水分沿导管上升的机制)上端原动力 蒸腾拉力下端原动力 根压中间原动力 水分子间的内聚力及导管壁附着力。内聚力学说 认为维持导管中水柱连续不断的原因 是水分子 的内聚力大于水柱的张力。EvaporationCohesionUptakeWater molecules are

14、 “sticky蒸腾作用和蒸腾系数Transpiration and transpiration coefficient 蒸腾作用是指水分由植物体的地上部以水蒸汽的形式扩散的过程。 Transpiration is the procedure that the water diffuses as water vapor from shoot into air. 蒸腾作用的生理意义 The physiological significances of Transpiration 首先是提供了一个水分从地下部到地上部上升的垂直拉力，保证了水分在植株中的运输，为各种生理代谢的正常进展提供了充足的水分

15、。 其次，通过茎叶的蒸腾作用而使得植物在夏季高温时植株体内及叶外表保持一定的温度，防止或减少高温的危害。第三，有利于植物根系对养分的吸收。第四，利于植物生物合成的物质在体内的进一步分配。蒸腾作用的指标2. 蒸腾效率transpiration ratio -13. 蒸腾系数transpiration coefficient 又称蒸腾强度或蒸腾率。指植物在单位时间内、单位叶面积上通过蒸腾作用散失的水量。植物每蒸腾1Kg水时所形成的干物质的克数。 又称需水量。指植物每制造1克干物质所水消耗水分的克数，它是蒸腾效率的倒数。大多数植物的蒸腾系数在1251000之间。蒸腾系数越小，说明该植物利用水分的效率

16、越高。%(干重)%(干重)%(干重)(干重)矿质元素与水分之间的吸收呈一定相关性表观吸收成分组成浓度 Apparent absorption constitute concentration 正常生长的植株对水分和养分的吸收是同时的，并提出了表观吸收成分组成浓度这一概念 表观吸收成分组成浓度(n/w)是植物对各种养分的的吸收量(n, mmol)和吸收消耗的水量(w, L)的比值，单位为mmol/L。它既可以是指植株对所有养分的吸收量和消耗的水量之比，也可以是指植株对某一种养别离子的吸收量和消耗的水量之比。吸收n/w值反映植物吸水和吸肥的关系，即植物吸收一定量的水就相应地吸收一定量的营养元素。也

17、可以理解为在向植物提供一定量的水分时，也应同时提供相应数量的各种养分。实际上就是营养液的浓度指标。 由于植物对水分和养分的吸收受许多外界因素影响，因此，不同生长季节、不同的作物长势以及不同的作物品种之间n/w值存在着很大的差异。表观吸收成分组成浓度(n/w)也只能是作为一种参考 第五节 植物根系与根际环境的关系根际rhizophere是指受植物根系的影响，在物理、化学和生物学特性方面不同于周围介质的根外表微区，它是介质-根系-微生物三者相互作用的场所，也是各种营养、水分和微生物进入根系的门户。植物的根与介质之间并不是严密结合的，它们之间有黏液层，它是由根的表皮细胞分泌物、根际微生物的分泌物和脱

18、落细胞的降解产物组成，厚度达10-50微米，这个黏液层可以流动，越靠近根外表密度越大。根际的pH、营养环境和微生物状况是根际环境的重要组成局部。植物根际环境的因素根际pH与Eh根际营养环境由于植物的吸收速率和介质中养分移动性不同，使得不同的营养物质在根际出现亏缺或积累，造成根际的营养分布不均一。营养生物有效性Barber：植物生长期间介质离子库中可移动到根外表并被吸收的营养。根际微生物根际微生物在正常情况下比非根际明显增多。植物根系与根际环境的关系植物根系与根际温度的关系温度不仅影响根系的吸收能力，还影响营养液中养分的有效性。不同的植物种类，根系要求的温度条件不一样。在一定温度范围内，温度越高

19、，根系吸水量越多。如果根际温度过高，超过了适宜温度的上限，会造成根系呼吸过旺，不仅消耗大量碳水化合物，而且氧气减少，二氧化碳增加，使根系的代谢紊乱，出现早衰。如果根际温度过低，根系生长缓慢，吸收面积减小，吸收速度降低。植物根系与根际通气状况的关系植物根际环境的通气状况与根系生长和养分吸收直接相关，根际环境通气良好，根系的主动吸收能力增强。基质需要有足够的透气性，营养液需要有充足的溶解氧。在无土栽培中，保证根际的通气状况和营养液中有充足的溶解态氧，是决定植物生长好坏和获得高产优质的关键因素。一个标准大气压和不同温度条件下溶液中饱和溶解氧含量温度越高，溶解氧下降，EC值偏高。营养液适宜的氧含量：为

20、饱和溶解氧的50以上，即45mg/L。 植物根系与根际营养液浓度的关系在一定范围内，随着溶液浓度的增加，根系的吸收速率会有所提高，原因在于离子被载体吸收运转尚未到达饱和状态，当被载体吸收的离子到达饱和以后，营养液的浓度再提高，根系吸收速率也不会增加。营养液浓度过高，会造成根际环境中的水势比根系细胞中的水势还低，导致根细胞失水，植株出现生理萎焉和死亡。营养液的浓度过低时，又无法满足植物对养分的需求。在无土栽培中，根据植物种类、品种、生育期和外界环境因子状况要对营养液浓度进展调整。植物根系与根际pH的关系对矿质元素可利用性的影响：根际环境的pH值影响盐类的溶解度对根系细胞渗透性的影响：根际环境的p

21、H值影响植物细胞原生质膜对矿质盐类的渗透性，从而影响矿质营养的吸收对根际微生物的影响，如酸性环境会导致根瘤菌死亡，失去固氮能力，碱性环境促使反硝化细菌生长，氮素产生损失，影响肥料的有效性。根系与根际营养的关系营养逆境：根际某种营养元素缺乏或过量，均会导致植物根系和地上局部的生长受阻。根际缺铁：根系分泌大量质子。根尖积累有机酸。根尖分泌麦根酸类Mugineic acid物质高铁载体根际缺磷根系分泌H+，还分泌有机酸，提高难溶磷的有效性。低分子量有机酸的分泌作用是磷高效型植物的适应型表现。分泌作用是一种主动的适应性反响机制，而不是细胞膜透性增加、渗漏引起。根际缺锌根系释放质子，酸化根际环境；同时分

22、泌高铁载体。植物根系与根际有毒物质根际存在的有毒物质会对根系造成不同程度的伤害，从而降低根系吸收水分和营养的能力。根系中可能存在的有毒物质主要有以下几种：硫化氢H2S) : H2S 是细胞色素氧化酶的抑制剂，当根系周围环境中的H2S 增多时，根的呼吸会明显受到抑制。H2S 主要与栽培基质中的有机质未充分腐熟有关。某些有机酸：根际环境中的正丁酸、乙酸、甲酸等有毒的有机酸对根系吸收营养物质有抑制作用，严重时会产生烂根。过多的铁离子：铁在植株体内参与多种氧化复原反响，是许多酶的组成成分，但过多的铁会抑制根的生长和细胞色素氧化酶的活性，并影响植物对钾、磷、硅、锰等元素的吸收。重金属元素：重金属会影响矿

23、质元素的有效性，导致植株出现出现缺绿症。其他毒素：苯丙烷类、乙酰基类、类萜、甾类和生物碱等成分，对植物和土壤微生物的生长有抑制作用。自毒物质？第六节 植物根系与根际微生物根际微生物是聚居在植物根部周围，并以根的外渗物质和容易降解的死细胞为主要营养的一群微生物。根际是微生物活动特别旺盛的区域，微生物的数量要比非根际区多出几倍甚至几十倍，这种现象称为根际效应。根际效应的原因在于根系不断分泌各种代谢产物，同时根表组织陆续死亡和脱落改进根际的物理与化学性质，有机物大量增加，为根际微生物的大量繁殖创造了条件。根际微生物主要为真菌、细菌和放线菌，根际效应的范围依作物种类而异。根际微生物受植物生长发育阶段，

24、根际pH，根际水分等因素影响。植物根系与根际微生物的关系一、根系分泌物是根际微生物的重要营养和能量来源在植物的整个生长发育期间，根系进展着活泼的代谢作用，向根外不断分泌有机物质，这个过程称为根际沉淀rhizodeposition。作物根系分泌的有机化合物主要是碳水化合物、有机酸、氨基酸、酶、维生素等，无机化合物主要是钙、钾、磷、硫等，它们是微生物的重要养料。二、根际微生物促进植物生长分解有机物质和难溶性矿物：根际微生物中的有机磷细菌，可以将磷脂和核酸等有机磷化物分解成有效性磷。无机磷细菌可产生酸，分解难溶性磷酸盐释放出磷。根际中的硝化细菌和硫化细菌能产生硝酸和硫酸，也可分解土壤中的磷。植物促生细菌对根系的促生作用：在植物根际能够促进植物生长的细菌，成为植物促生细菌(plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR)生物激素IAA, GA, KT、维生素、抗生素微生物对根际营养的调节和贮藏作用在气候干旱等逆境条件下，植物的生长受到抑制，降低了植物对营养的需求，但微生物可以保持较高的生长势，大多数营养元素被微生物吸收并转化为微生物生物量。当逆境解除时，微生物生物量中的营养元素将重新释放出来被植物利用，其转换速度超过生长基质中原有有机质所含营养元素的转化效率。三、根际微生物与植物根系的