植物根系對(duì)離子的交換吸附

植物根系對(duì)離子的交換吸附武安市職教中心農(nóng)林部：張世華1.離子被吸附在根系細(xì)胞的表面

根部細(xì)胞呼吸作用放出CO２和H２O。CO２溶于水生成H２CO３,H２CO３能解離出H+和HCO－３離子,這些離子可作為根系細(xì)胞的交換離子,同土壤溶液和土壤膠粒上吸附的離子進(jìn)行離子交換,離子交換有兩種方式：植物體對(duì)礦質(zhì)元素的吸收一、植物根系對(duì)礦質(zhì)元素的吸收(1)根與土壤溶液的離子交換：CO2-３、H+、HCO－３這些離子可以和根外土壤溶液中以及土壤膠粒上的一些離子如K+、Cl-等發(fā)生交換,結(jié)果土壤溶液中的離子或土壤膠粒上的離子被轉(zhuǎn)移到根表面。如此往復(fù),根系便可不斷吸收礦質(zhì)。(2)接觸交換：當(dāng)根系和土壤膠粒接觸時(shí),根系表面的離子可直接與土壤膠粒表面的離子交換，這就是接觸交換。因?yàn)楦当砻婧屯寥滥z粒表面所吸附的離子,是在一定的吸引力范圍內(nèi)振蕩著的,當(dāng)兩者間離子的振蕩面部分重合時(shí),便可相互交換。

由于H+和HCO－３分別與周圍溶液和土壤膠粒的陽離子和陰離子迅速地進(jìn)行交換,因此鹽類離子就會(huì)被吸附在根表面。2.離子進(jìn)入根部導(dǎo)管離子從根表面進(jìn)入根導(dǎo)管的途徑有質(zhì)外體和共質(zhì)體兩種

(1)質(zhì)外體途徑根部有一個(gè)與外界溶液保持?jǐn)U散平衡、自由出入的外部區(qū)域稱為質(zhì)外體，又稱自由空間。(2)共質(zhì)體途徑離子通過自由空間到達(dá)原生質(zhì)表面后,可通過主動(dòng)吸收或被動(dòng)吸收的方式進(jìn)入原生質(zhì)。在細(xì)胞內(nèi)離子可以通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及胞間連絲從表皮細(xì)胞進(jìn)入木質(zhì)部薄壁細(xì)胞，然后再從木質(zhì)部薄壁細(xì)胞釋放到導(dǎo)管中。影響根系吸收礦質(zhì)元素的因素植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收受環(huán)境條件的影響以溫度、氧氣、土壤酸堿度和土壤溶液濃度的影響最為顯著。(一)溫度土溫能通過影響根系呼吸而影響根對(duì)礦質(zhì)元素的主動(dòng)吸收。原生質(zhì)膠體狀況也能影響根系對(duì)礦質(zhì)元素的吸收,在適宜溫度下原生質(zhì)粘性降低,透性增加,對(duì)離子的吸收加快。高溫(40℃以上)使酶鈍化,從而影響根部代謝;高溫還導(dǎo)致根尖木栓化加快,減少吸收面積;高溫還能引起原生質(zhì)透性增加,使被吸收的礦質(zhì)元素滲漏到環(huán)境中去。(二)通氣狀況土壤通氣狀況直接影響到根系的呼吸作用，通氣良好時(shí)根系吸收礦質(zhì)元素速度快。因此,增施有機(jī)肥料,改善土壤結(jié)構(gòu),加強(qiáng)中耕松土等改善土壤通氣狀況的措施能增強(qiáng)植物根系對(duì)礦質(zhì)元素的吸收。土壤通氣除增加氧氣外,還有減少CO２的作用。(三)土壤溶液濃度當(dāng)土壤溶液濃度很低時(shí),根系吸收礦質(zhì)元素的速度,隨著濃度的增加而增加,但達(dá)到某一濃度時(shí),再增加離子濃度,根系對(duì)離子的吸收速度不再增加。這一現(xiàn)象可用離子載體的飽和效應(yīng)來說明。濃度過高,會(huì)引起水分的反滲透,導(dǎo)致“燒苗”。所以，向土壤中施用化肥過度,或葉面噴施化肥及農(nóng)藥的濃度過大,都會(huì)引起植物死亡,應(yīng)當(dāng)注意避免。四)土壤pH值土壤pH值對(duì)礦質(zhì)元素吸收的影響,因離子性質(zhì)不同而異，一般陽離子的吸收速率隨pH值升高而加速;而陰離子的吸收速率則隨pH值增高而下降pH值對(duì)陰陽離子影響不同的原因,認(rèn)為與組成細(xì)胞質(zhì)的蛋白質(zhì)為兩性電解質(zhì)有關(guān)。一般認(rèn)為土壤溶液pH值對(duì)植物營養(yǎng)的間接影響比直接影響大得多。例如引起元素沉淀和淋失、引起植物中毒。一般植物最適生長的pH值在6～7之間,但有些植物喜稍酸環(huán)境,如茶、馬鈴薯、煙草等,還有一些植物喜偏堿環(huán)境,如甘蔗和甜菜等植物吸收礦質(zhì)元素的特點(diǎn)

大量研究證明,植物吸水和吸收鹽分的數(shù)量會(huì)因植物和環(huán)境條件的不同而變化很大。植物對(duì)水分和礦質(zhì)的吸收是既相互關(guān)聯(lián),又相互獨(dú)立。前者,表現(xiàn)為鹽分一定要溶于水中,才能被根系吸收,并隨水流進(jìn)入根部的質(zhì)外體。而礦質(zhì)的吸收，降低了細(xì)胞的滲透勢(shì)，促進(jìn)了植物的吸水。后者,表現(xiàn)在兩者的吸收比例不同，吸收機(jī)理不同:水分吸收主要是以蒸騰作用引起的被動(dòng)吸水為主,而礦質(zhì)吸收則是以消耗代謝能的主動(dòng)吸收為主。另外兩者的分配方向不同，水分主要分配到葉片，而礦質(zhì)主要分配到當(dāng)時(shí)的生長中心。(一)根系吸收礦質(zhì)與吸收水分不成比例(二)根系對(duì)離子吸收具有選擇性

離子的選擇吸收是指植物對(duì)同一溶液中不同離子或同一鹽的陽離子和陰離子吸收的比例不同的現(xiàn)象。例如供給NaNO３,植物對(duì)其陰離子(NO-3)的吸收大于陽離子(Na+)，由于植物細(xì)胞內(nèi)總的正負(fù)電荷數(shù)必須保持平衡,因此就必須有OH-或HCO3－排出細(xì)胞。植物在選擇性吸收NO-３時(shí),環(huán)境中會(huì)積累Na+，同時(shí)也積累了OH-或HCO-３，從而使介質(zhì)pH值升高，故稱這種鹽類為生理堿性鹽，如多種硝酸鹽。同理,如供給(NH４)２SO４,植物對(duì)其陽離子(NH+４)的吸收大于陰離子(SO２-４),根細(xì)胞會(huì)向外釋放H+,因此在環(huán)境中積累SO２-４的同時(shí),也大量地積累H+,使介質(zhì)pH值下降,故稱這種鹽類為生理酸性鹽，如多種銨鹽。如供給NH４NO３,則會(huì)因?yàn)楦滴掌潢帯㈥栯x子的量很相近,而不改變周圍介質(zhì)的pH,所以稱其為生理中性鹽。生理酸性鹽和生理堿性鹽的概念是根據(jù)因植物的選擇吸收引起外界溶液是變酸還是變堿而定義的。如果在土壤中長期施用某一種化學(xué)肥料,就可能引起土壤酸堿度的改變,從而破壞土壤結(jié)構(gòu)，所以施化肥應(yīng)注意肥料類型的合理搭配。(三)根系吸收的單鹽毒害

任何植物,假若培養(yǎng)在某一單鹽溶液中,不久即呈現(xiàn)不正常狀態(tài),最后死亡。這種現(xiàn)象稱單鹽毒害。單鹽毒害無論是營養(yǎng)元素或非營養(yǎng)元素都可發(fā)生,而且在溶液濃度很稀時(shí)植物就會(huì)受害。例如把海水中生活的植物,放在與海水濃度相同的NaCl溶液中,植物會(huì)很快死亡。若在單鹽溶液中加入少量其它鹽類,這種毒害現(xiàn)象就會(huì)消除。這種離子間能夠互相消除毒害的現(xiàn)象,稱離子頡頏，也稱離子對(duì)抗或離子拮抗。所以，植物只有在含有適當(dāng)比例的多鹽溶液中才能良好生長,這種溶液稱平衡溶液(balancedsoluti