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第四章 養分的攝取 第2節 植物體養分的吸收
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海爾蒙特的柳樹實驗 樹木重量的增加主要來自雨水,而非土壤 結論有些偏差,但間接說明水是生物生長的必需要素
開啟後來學者的研究,進而確認植物所需的營養主要是來自土壤,而非水
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必需元素 植物生長發育過程中,不可缺少的元素 植物若缺少其中一種元素時,就不能進行正常的生理活動及生長發育,形態上還會有特定的病症產生
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植物體內元素的流動 植物體內元素可分為: 「流動型的元素」:氮、鉀、磷等 「固定型的元素」:鈣、硫、鐵等
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植物體內元素的流動 若土壤久未施肥,植物營養不足,老葉中的流動型元素,即可向幼葉及嫩芽輸送,提供幼葉及嫩芽的生長所需,老葉最先表現出營養不良的病徵或是老化現象 若是固定型元素缺乏,因老葉中的元素,不能輸送給幼葉及嫩芽,而幼葉中的這些元素含量又少,所以幼葉及嫩芽會最先產生營養不良的病徵
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植物體內元素的流動 鉀:「流動型的元素」 硫:「固定型的元素」
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植物對元素需求量 大量元素(macroelement) 微量元素(microelement)
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大量元素 植物營養需要量較多的元素 含量達到植物體乾重的0.1 %~10 % 碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鈣和鎂
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微量元素 植物營養需要量較少的元素 含量達到植物體乾重的0.01 %以下 鐵、硼、銅、鋅、錳、氯、鉬和鎳
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根系 是植物體吸收養分和水的主要器官 能被吸收的養分形態: 氣體 離子狀態
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必需元素 大都以離子狀態存在土壤中 少數以氣體形式(氧和二氧化碳)存在大氣中
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4-2.1 根的構造,水和無機鹽的吸收 植物吸收水和無機鹽的部分 主要在根的成熟部
此區的細胞由外向內已分化為表皮(包括根毛)、皮層、內皮層、周鞘及維管束等
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成熟部根毛 根系吸收的速率和數量比其他區高 數量多 吸收表面積大 易與土壤顆粒緊貼
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植物根部 吸收水: 促進性擴散 滲透作用 吸收無機鹽: 主動運輸
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質體外運輸(apoplastic transport)
輸送物質所經過的途徑均在原生質體外 根部所吸收的水和無機鹽,可沿著細胞壁或細胞與細胞間的空隙途徑,從根毛處以滲透作用輸送到內皮層細胞
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質體外運輸 當物質藉質體外運輸途徑輸送到內皮層時,因該層細胞壁具不透水的卡氏帶,所以輸送的水和無機鹽到此處時,便不能再沿此途徑繼續向內輸送,必須以促進性擴散或主動運輸方式,透過細胞膜進入內皮細胞再進入中柱
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共質體運輸(symplastic transport)
經由原生質輸送物質的途徑 根毛所吸收的水分和無機鹽,也可直接透過細胞膜進入細胞內,再藉由細胞與細胞間相連的原生質絲,進入木質部中
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4-2.2 菌根,固氮作用 菌根的吸收 菌根(mycorrhiza):植物的根部常與真菌共生形成
菌根,固氮作用 菌根的吸收 菌根(mycorrhiza):植物的根部常與真菌共生形成 真菌菌絲比根毛細長,可增加吸收養分的表面積,菌根吸收養分的效率比根毛高
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菌根的功能 菌根除了幫助植物吸收之外,也具其他功能: 1.分泌生長因子:促進根的生長與分支
2.分泌抗生素:保護宿主不會受到土壤中有害細菌或真菌的侵害 3.分泌酸性物質:增加土壤中無機鹽的溶解度,使植物根部吸收N、P、K的效率提高
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有菌根的植物生長發育比較好
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菌根的功能 真菌與植物的根形成菌根:互利共生(mutualism) 植物提供真菌生長所需的碳水化合物 真菌幫助吸收養分供植物利用
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植物移植於肥沃土壤 植物不必再藉真菌為它吸收養分 兩者的共生現象就會消失,菌根中的真菌便成為寄生物
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菌根 外生菌根(ectomycorrhiza):真菌在植物根部表面形成菌氈(fungus mantle),且菌絲深入根部皮層細胞間隙者
內生菌根(endomycorrhiza):不形成菌氈而僅於植物根部表面形成菌叢,並以菌絲分枝穿進植物根部皮層細胞者
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菌根
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菌根 內生菌根共生:70 % ~ 90 %的植物 外生菌根:為森林林木的主要共生真菌
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固氮作用 土壤中的根瘤菌(Rhizobium)可以與豆科植物根形成互利共生的固氮體系
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固氮作用 根瘤菌分泌物質使根毛變形、彎曲 根瘤菌附著於植物根毛上,根瘤菌可誘導根部皮層細胞重新進入分裂狀態 發育成為一個根瘤(nodule)
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結瘤(nodulation) 根瘤菌與豆科植物相互作用的結果 形成期間涉及根瘤菌以及植物體相關基因的表達和調控 具有專一性
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非豆科植物根瘤 內共生細菌: 主要是放線菌 少數是藍綠菌 具固氮能力 例如: 固氮放線菌(Frankia):臺灣赤楊
念珠藻(Nostoc)等藍綠菌共生:蘇鐵
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非豆科植物根瘤 將藍綠菌自植物根瘤中分離出來,仍然具固氮功能 固氮作用須要消耗能量
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固氮作用 固氮微生物可分為兩類: 一、互利共生固氮型 二、非互利共生固氮型
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一、互利共生固氮型 根瘤菌在單獨生活時不行固氮作用 根瘤菌與豆科植物的根共生時才具有固氮作用
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二、非互利共生固氮型 某些藍綠菌可獨立生活 具固氮作用 不與植物的根共生
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