植物对营养物质的吸收.ppt

1、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 植物叶部对养分的吸收 了解 影响植物吸收养分的因素 了解/掌握 植物的营养特性与施肥方法 了解/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,6 days,10 days,17 days,Courtesy Mac Kirby CSIRO Land and Water,Roots:

2、a dynamic system,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。,（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 ) 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

3、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,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。,Shallow,Deep,P concentration (uM),P uptake (umol/plant),Simulated P uptake by plants with contrasting root architect

4、ure from a heterogeneous soil,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

5、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210倍，增强了植物对养分和水分的吸收。,大豆根系根毛示意图,植物的根毛,0.0,钾吸收速率 (pmol.cm-1s-1),0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0,20,40,60,80,根毛园柱体的容积 (mm3.cm-1),洋葱,玉米,黑麦草属,番茄,油菜,0.6,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 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

6、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 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 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 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

7、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： 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

8、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,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,玉米根际主要养分的浓度分布情况,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 养分的选择吸收 阴离子阳离子 pH (影响最大) 阳离子阴离子 pH,NO3-,NH4+,(2) 作用： 影响养分的有效性，例如： 石灰性土壤施用铵

9、态氮肥、钾肥，pH下降，使多种营养因素的生物有效性增加 酸性土壤施用硝态氮肥，pH上升，磷的有效性提高 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 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,2. 根际Eh环境 影响因素： 作物种类 旱作根际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 微

10、生物的能源和营养材料 促进养分有效化 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 (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,(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

11、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,From I. Jakobsen,Arbuscular mycorrhizas-structures inside roots,Illustrations from M. Brundrett and S. Smith,菌根促进养分(P)吸收示意图,In many plants inoculation results in increased P uptake and plant growth,Photo by S. Sm

12、ith,“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 直根系 和 须根系 。 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 。 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。 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。 根系 还原力 较强的作物在石灰性土壤上生长不易缺铁。 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 。 植物根系吸收阴离子(a.大于; b.等于; c. 小于)阳离子时，

13、根际pH值有所将上升； 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。,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,迁移 截获 质流 扩散,主动吸收 被动吸收,长距离运输短距离运输,Nutrient uptake steps,植物根获取土壤养分的模式图 (1

14、.截获 2.质流 3.扩散),一、土壤养分向根表面迁移,（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：,（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

15、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：,土壤养分迁移途径对玉米养分供应的相对重要性,(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. 扩散：氮、磷、钾,Part cross-section of primary root,二、植物根系对离子态养分的吸收,（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

16、： 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。 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。 胞间连丝相邻细胞之间的原生质丝，是细胞之间物质运输的主要通道。,Part cross-section of primary root - two pathways for movement of water b.等于; c. 小于)阳离子时，根际pH值有所将上升； 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。,本章复习题二： 1. 植物吸收养分的全过程可人为地分为 截获 、 质流 和 扩散 等三个阶段。 2. 土壤中的养分一般通过 迁移 、 质外体 和 共质体 等三种途径迁移至植物根系表面 3. 被动吸收和主动吸收的区别在于： 浓度梯度或电化学势梯度 代谢能量 选择性 被动吸收 顺 不消耗 无 主动吸收 逆 消耗 有