植物的水份及礦物鹽吸收 吸收的區域 吸收的機制 影響吸收的因素

水份在植物體內運輸的途徑 非共質體系 (apoplast pathway / apoplasm) 共質體系(symplast pathway / symplasm) 液泡體系(vaculolar pathway)

影響水份吸收的因素 溫度 : - 溫度  --> 水份的黏度 、原生質對 水的穿透性較低 -->  水份的吸收 - 溫度  --> 水份的黏度 、原生質對 水的穿透性較低 -->  水份的吸收 泥土中水份的濃度 : - 若太少 --> 泥土  > 根細胞 --> 細胞滲透失水 --> 更需利用主動運輸 將水份再次吸收

泥土的透氣度 : - 泥土中氧分壓  --> 阻礙根生長和 代謝作用 -->  水份的吸收 - 泥土積聚 CO2 --> 更防礙水份的吸收 - 根細胞積聚 CO2 --> 原生質的黏度  滲透性  --> 阻礙水份的吸收 蒸騰作用 --> 蒸騰牽引力 --> 影響蒸騰 速率的環境因素亦影響水份的吸收

礦物鹽吸收的機制 礦物鹽 - 植物的無機養料 - 主要以離子形態存在於泥土 溶液中 藉以下的過程吸收 : 1) 被動機制 2) 主動機制 礦物鹽 - 植物的無機養料 - 主要以離子形態存在於泥土 溶液中 藉以下的過程吸收 : 1) 被動機制 2) 主動機制 3) 根菌的協助

(參考) 膜是選透性，不是半透性 --> 膜對不同物質，有不同程度的透性 膜是選透性，不是半透性 --> 膜對不同物質，有不同程度的透性 主動運輸可經膜發生 --> 但細胞需進行呼吸作用 --> 耗用能量 --> 逆濃度梯度運輸 細胞壁形成非共質體系 --> 從根表皮向內伸延 --> 水份及溶質可經此系統集體流動，  擴散作用

(1) 被動機制 (passive mechanism) = 擴散作用 某些礦物鹽 並不具選擇性 不耗用能量 隨水份經非共質體集體流動

(2) 主動機制 (active mechanism) = 主動過程 某些礦物鹽 具選擇性 逆濃度梯度吸收 根表皮細胞 --> 進行呼吸作用 --> 產生能量 --> 進行主動運輸

(3) 根菌的協助 (mycorrhizas) 根菌 - 是一種真菌, 其菌絲生長在根部 附近的泥土 --> 覆蓋很大的表 面面積 - 與植物的根部互相合作 - 是礦物鹽進入根部的主要途徑 - 從植物獲得有機養料 ( 碳水化合物, 維生素 ) - 植物 ( 根部 ) 從真菌獲取礦物鹽 和水份

影響礦物鹽吸收的因素 溫度 - 影響擴散作用和主動運輸 - 溫度  -->  擴散速率及 主動吸收速率 溫度 - 影響擴散作用和主動運輸 - 溫度  -->  擴散速率及 主動吸收速率 光 --> 氣孔開啟 --> 蒸騰牽作用 -->  水份集體流動 --> 促進礦物鹽的吸收 氧氣的供應 - 影響根細胞的呼吸作用 + 礦物鹽的主動吸收

在根部內的運送 在葉部內的運送 在莖部內的運送 水份及礦物鹽在植物內的運輸 在根部內的運送 在葉部內的運送 在莖部內的運送

(1) 水份及礦物鹽在根內的運送 根毛皮與木質部間有一水潛能差 藉非共質體系、共質體系、液泡體系，從根表皮 --> 滲透經過皮層 --> 木質部 但根內皮層的嘉氏帶限制向根內部運輸 --> 調節泥土的水份及礦物鹽進入根部 --> 保護免被有毒物質、病原體進內 礦物鹽以擴散作用、及主動運輸釋進木質部

(2) 水份在葉部的運送 葉部的氣孔進行蒸騰作用 --> 氣室下的葉肉細胞與木質部間形成 一水潛能差 --> 氣室下的葉肉細胞與木質部間形成 一水潛能差 --> 水份從葉木質部滲透進葉肉細胞 經非共質體系、共質體系、液泡體系運輸 水份以蒸騰牽引力拉動

(3) 水份在莖內的運送 在莖內的木質部運送 礦物鹽 : 溶於水 --> 與水份集體流動 : 有些亦可經韌皮部運送 礦物鹽 : 溶於水 --> 與水份集體流動 : 有些亦可經韌皮部運送 ( --> 消耗礦物鹽的區域，如: 分生組織、 果實、花朵、 發育中的葉子、貯存器 官等 )

水份在莖木質部內運輸的証據 染色 (using dye) 圈枝質驗 (ringing experiment) 代謝實驗 (metabolic experiment) 利用脂肪性溶劑 (using fatty solutions)

水份在莖木質部的特徵 木質導管為已死細胞 / 管道，管腔細小 ( d = 0.01 mm 秋材 - 0.2 mm 春材 ) 大量水份以高速運輸 ( 一般植物為 1 m / h ; 在一些高樹內可高達 8 m / h) 木質部輸水時的力可高達 3,000 - 30,000 kPa --> 木質導管需承受強大的拉力

水份在莖木質部內運輸的機制 運輸的機制 : 1) 根壓 2) 水份子的內聚力 - 拉力學說 3) 毛細管作用 4) 蒸騰牽引力

(1) 根壓 (Root pressure) 是推動水份由根部上升至莖的一種力量 實際上是木質部內的一種壓力 源於根部細胞的代謝活動 發現 : 植物基部被切開 --> 木質部內的液體向上滲出 : 若加入呼吸抑制劑 / 缺氧 / 低溫 --> 這過程受抑制

根部皮層細胞進行呼吸作用 --> 產生能量 --> 將礦物鹽離子主動泵進木質部 --> 礦物鹽在木質部積聚 --> 水潛能  --> 與鄰細胞 / 根表皮形成水潛能梯度 --> 水份從泥土吸收 --> 不斷湧入根部 --> 在根部形成一壓力 --> 促使水份在木質部向上輸導

只輔助蒸騰牽引力輸導水份 ~ 100 - 200kPa ( 不足令水份向上輸導 ) 但在某些情況下卻是主要的輸水機制 : 1) 當蒸騰率較低時 ( 如 : 濕度  ) 2) 熱帶雨林 ( 濕度 、光度  ) 3) 春天 - 因葉子剛長出，蒸騰率  4) 濕地植物 ( 蒸騰率  ) --> 根壓太高 --> 甚至發生吐水作用 (gutation)

(2) 內聚力 - 拉力學說 (Cohesion - tension theory) 因為水份子的化學特性 ( 氫鍵 ) --> 水份的強大內聚力 --> 在木質部內形成一條完整不斷的水柱

(3) 蒸騰牽引力 (transpiration pull) 是植物體內輸水的主要機制 拉力很大 --> 木質導管厚壁以作抵受 --> 有些亦會塌陷 水份迅速被輸導 - 如: 高達 8 m / h 蒸騰散失的水份很多 如: 橡樹 - 每天蒸騰失水 600 L 水份 !

氣室下的葉肉細胞表面的水膜蒸發 --> 形成水蒸氣，散失至氣室中 --> 葉肉細胞失水，其水潛能下降 --> 最終形成一水潛能差 --> 水份從葉木質部滲透出來 --> 形成一蒸騰牽引力 --> 促進水份沿莖的木質部向上運輸

(4) 毛細管作用 (capillarity) 是一物理現象 木質導管管腔極為幼細(d=0.01-0.2mm) --> 水份能在毛細管內上升 但只可到達 3 m 高  並不是植物的主要輸導機制 ( 因水份可在 > 100m 高的大樹內運送 )