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徐伟忠1月前
揭秘养分吸收的两大核心机制 植物根系如何“吃饭”?揭秘养分吸收的两大核心机制 不管是土壤栽培还是无土栽培(雾培、水培、基质培),植物根系真正能吸收利用的,都是离子化的无机矿质元素。就算是施入土壤的有机肥,也得在微生物作用下分解成矿质离子才能被吸收,大分子有机物无法直接利用。而根系吸收这些养分,主要靠“被动吸收”和“主动吸收”两大机制。 一、不费力的“被动吸收”:顺着“便利”找养分 被动吸收不需要消耗植物能量,主要通过四种方式进行,就像植物“捡现成”吸收养分: - 扩散吸收:溶液中离子从高浓度区向低浓度区移动,自动进入根系。像二氧化碳、氧气、水分、氨气,以及硝酸根、氯离子等多数阴离子,都靠这种方式吸收,是无机离子吸收的主要途径。 - 质流吸收:由植物蒸腾作用带动,营养液或土壤溶液随着水分流动,“带着”养分一起进入根细胞,就像水流“运送”养分上门。 - 截获吸收:根系直接接触到养分离子就会吸收,吸收量和根系生长情况密切相关。在土壤里,根系仅占耕作层体积的2%~3%,截获量有限;但在无土栽培中,截获量能提高3倍以上。 - 离子交换吸附:根系呼吸产生氢离子和碳酸氢根离子(后者还能再电离出氢离子),这些离子附着在根表皮细胞膜表面,可与土壤或营养液中的离子交换,进而被吸收,算是前三种方式的“特殊补充”。 二、费力气的“主动吸收”:逆着“梯度”抢养分 有时植物体内离子浓度远高于外界环境,但仍能“逆浓度梯度”吸收养分,这就需要消耗能量,属于主动吸收,目前有两种主流假说解释其原理: - 载体假说:细胞膜上存在“载体”(多为蛋白质,类似变构酶),每种载体只针对特定离子有结合位点,能选择性携带离子过膜。载体形成需要ATP(能量分子),能量主要来自呼吸作用中糖分的分解,消耗的ATP也能通过光合、氧化磷酸化重新合成。 - 离子泵假说:细胞膜上的ATP酶就是“离子泵”。钾、钠等阳离子能激活ATP酶,促使ATP分解产生能量和氢离子,氢离子被泵出膜外,形成跨膜的质子梯度和电化学势梯度,膜外阳离子就顺着这个梯度进入细胞,本质是“氢离子反向运输”。同时,ATP分解还会产生氢氧根离子,排出膜外时能带动阴离子反向进入细胞,这个过程可能需要载体协助。 值得一提的是,根系偶尔也会吸收少量小分子有机养分,比如氨基酸、磷酸己糖、腐殖酸等,但这些不是主要“食物”,吸收量远少于无机离子。有机养分吸收多为主动吸收,
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