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?chē)芤汉屯寥滥z粒的陽(yáng)離子和陰離子迅速地進(jìn)行交換,因此鹽類(lèi)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(chēng)為質(zhì)外體，又稱(chēng)自由空間。(2)共質(zhì)體途徑離子通過(guò)自由空間到達(dá)原生質(zhì)表面后,可通過(guò)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(guò)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?gòu)哪举|(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(guò)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(lái)說(shuō)明。濃度過(guò)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(guò)度,或葉面噴施化肥及農(nóng)藥的濃度過(guò)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(yáng)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(yáng)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(yíng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(yáng)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(yáng)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(chēng)這種鹽類(lèi)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(yáng)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(chēng)這種鹽類(lèi)為生理酸性鹽，如多種銨鹽。如供給NH４NO３,則會(huì)因?yàn)楦滴掌潢?、?yáng)離子的量很相近,而不改變周?chē)橘|(zhì)的pH,所以稱(chēng)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(zhǎng)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(lèi)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(chēng)單鹽毒害。單鹽毒害無(wú)論是營(yíng)養(yǎng)元素或非營(yíng)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(lèi),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(chēng)離子頡頏，也稱(chēng)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(zhǎng),這種溶液稱(chēng)平衡溶液(balancedsoluti