根系是連接植物和土壤的紐帶，作為吸收養(yǎng)分的主要器官，對于植物的生長發(fā)育起著重要作用。那么作物根系是如何吸收土壤中的礦質(zhì)養(yǎng)分呢？主要是以下三個過程（如圖1）：

（1）土壤礦質(zhì)養(yǎng)分（離子）向根表的遷移；

（2）離子吸附在根部細(xì)胞膜表面；

（3）離子跨膜運(yùn)輸進(jìn)入根細(xì)胞質(zhì)（根細(xì)胞內(nèi)部）。

圖1根系礦質(zhì)養(yǎng)分吸收過程簡圖

若要了解根系對養(yǎng)分的吸收，首先需要知道根尖的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，根尖從頂端依次分為根冠，分生區(qū)，伸長區(qū)，成熟區(qū)。對于根系來說，無論主根還是側(cè)根都具有根尖，根尖是根系生命活動最為活躍的部分，扮演著吸收養(yǎng)分的重要角色。通常，根尖成熟區(qū)根毛的壽命只有1-2周，根毛死亡之后，伸長區(qū)就會產(chǎn)生新的根毛來補(bǔ)充，所以根毛區(qū)一直在向前推移，也改變了根系在土壤中吸收養(yǎng)分的位置。根毛的形成大大增加了根系吸收養(yǎng)分的面積，但是根毛易受土壤濕度影響，在干旱的土壤里幾乎不能發(fā)育。

圖2根尖示意圖及各分區(qū)功能

2.1土壤礦質(zhì)養(yǎng)分向根表的遷移

對于整個土壤空間來說，根系分布只占了約3%的體積，僅僅依靠根系主動去覓食養(yǎng)分是不能滿足作物生長的需求，所以養(yǎng)分向根表的遷移是植物獲取養(yǎng)分的重要途徑。土壤養(yǎng)分向根表遷移途徑主要有三種：主動截獲，質(zhì)流，擴(kuò)散，如圖3所示。

表1根系獲取大量元素（養(yǎng)分）的途徑

（1）對于根系來說，主動截獲就是根“走”到哪就“吃”到哪，直接從接觸的土壤中獲取養(yǎng)分。但該方式獲取的養(yǎng)分只占極少部分，主要還是通過質(zhì)流或擴(kuò)散獲取。

（2）根系質(zhì)流取決于根系吸水和植物的蒸騰作用，此過程植物體內(nèi)形成不斷將水分向上拉的“拉力”，導(dǎo)致土壤溶液與根表面形成壓力差，該壓力促使土壤養(yǎng)分隨水分向根表遷移。

（3）根系不斷從土壤中吸收養(yǎng)分，導(dǎo)致根區(qū)土壤的養(yǎng)分濃度降低，離根區(qū)較遠(yuǎn)土壤的養(yǎng)分濃度相對較高，有助養(yǎng)分向低濃度區(qū)域擴(kuò)散，進(jìn)而到達(dá)根表。

不論質(zhì)流還是擴(kuò)散，若要完成養(yǎng)分向根表的遷移，必須有水作為媒介。也就是說，肥料只有溶解在水里面才能到達(dá)根表被吸收，否則養(yǎng)分就變成了無效養(yǎng)分，無法被根系吸收。

圖3土壤養(yǎng)分向根表遷移示意圖

2.2養(yǎng)分離子吸附在根細(xì)胞膜表面

根表面的離子通過質(zhì)外體（細(xì)胞壁和細(xì)胞間隙等空間構(gòu)成）途徑到達(dá)根細(xì)胞膜上，并且與根細(xì)胞表面的離子（H+和HCO3-，由根呼吸產(chǎn)生）發(fā)生交換，并吸附在細(xì)胞膜上的吸附位點(diǎn)，如圖4。

2.3養(yǎng)分離子的跨膜運(yùn)輸

細(xì)胞膜是離子進(jìn)入細(xì)胞的最主要和最終的屏障，到達(dá)細(xì)胞膜吸附位點(diǎn)的離子需要通過跨膜運(yùn)輸途徑才能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，再經(jīng)其它途徑到達(dá)植物體內(nèi)。而離子的跨膜運(yùn)輸方式有以下三種類型（如圖5）：簡單擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散、主動運(yùn)輸（載體運(yùn)輸、離子通道、離子泵）。

（1）簡單擴(kuò)散就是細(xì)胞膜內(nèi)外溶液中的離子存在濃度差時，離子順濃度梯度從高濃度區(qū)進(jìn)入低濃度區(qū)。此過程不需要任何載體（蛋白類物質(zhì)）和能量（ATP）；

（2）協(xié)助擴(kuò)散類似于簡單擴(kuò)散，細(xì)胞膜內(nèi)外溶液存在濃度差即可。但此過程的發(fā)生需要載體，不需要能量；

（3）主動運(yùn)輸是離子逆濃度梯度從低濃度區(qū)運(yùn)輸?shù)礁邼舛葏^(qū)，植物吸收礦質(zhì)養(yǎng)分主要就依靠這種運(yùn)輸方式。進(jìn)行此過程需要載體和能量。

圖5離子跨膜運(yùn)輸示意圖

文中所述即為根系吸收礦質(zhì)養(yǎng)分的過程，該過程受諸多因素的影響，例如土壤養(yǎng)分濃度、光照、溫度、土壤水分和pH等，在此不做詳細(xì)闡述。礦質(zhì)養(yǎng)分被根系吸收后，經(jīng)過共質(zhì)體或質(zhì)外體途徑，將養(yǎng)分從根表運(yùn)輸?shù)街兄?，再?jīng)過木質(zhì)部輸送到地上部，供植物吸收利用。

文章來源：華南農(nóng)大作物營養(yǎng)與施肥研究室

作者： 胡義熬

農(nóng)業(yè)助手