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文档之家› 第二章 植物对营养物质的吸收(三)
第二章 植物对营养物质的吸收(三)
在根一土界面溶质扩散的推导过程如下:
假设研究的扩散体系是一个宽、 高均为1单位,
长为δx的立方体,则有体积δx。当溶质进入
该立方体时, 每进入N的数量,就有O的数量从 另一边出去。其中有(N-O)的数量被保留在立
方体内。如果溶质浓度为c,则立方体内的净吸 收为δx(əc/ət)。令F为溶质的扩散通量,则
(2)电化学势法 电化学势法也称电化学驱 动力法,是一个较为确切的方法。当离子 在半透膜内外达到物理化学平衡时,有
E差=E测一E计
第三节 养分吸收过程中离子的相互关系
一、不同离子间的相互作用 (一)拮抗作用(antagonism)或竞争作用
(competition) 1.物理化学性质相近的阳离子间的竞争
(二)协助作用 1.不同电性离子之间的协助作用 可以理解成电性的平衡问题。例如,植物因需
要而吸收了NO3- , H2P04- ,SO42-等阴离子后,细 胞有了多余的负电荷,这样就必须增加阳离子的吸 收以维持细胞的电性平衡。阳离子的存在也能增加 阴离子的吸收,但这个作用往往不明显,这主要是 因为过量吸收阳离子后,细胞除了吸收阴离子来维 持电性平衡外,还可以通过细胞内部有机阴离子的 积累来进行电性补偿,而且后者往往更为重要。
第四节 植物根系吸收养分的数学模型
• 经验性模型(empirical model):由实验 数据通过数学回归求出 某种拟合实Байду номын сангаас数据 的函数式 。
• 机制性模型(mechanistic model):是从 本质出发 ,借助物理、化学定律把研究对 象的各种因素之间的依从关系表达成数学 方程式的形式,然后运用解题所需的已知 数据进行运算而重新建立的函数式 。
2.相同电性离子之间的协助作用
相同电性离子之间的协助作用主要表现在阳 离子之间。这种高价离子的存在促进单价离子的 吸收的现象称为维茨效应。这种效应的原因可能 是高价离子对质膜有稳定作用。
二、吸收过程中的离子平衡
(一)离子选择吸收与盐的生理酸碱性 (二)选择吸收与电位补偿
酸碱平衡态包括生物物理酸碱平衡态 (biophysical pH state)和生物化学酸 碱平衡态(biochemical pH state)。其中, 生物物理酸碱平衡态是指通过原生质膜或 液泡膜发生的质子交换。生物化学酸碱态 则是通过羧基基团的形成或降解而导致质 子产生或消耗。
第三,对模型进行预测和验证。在得到模型的 理论解之后,就可以利用该模型对一些具体过 程进行预测,并通过试验进行验证。合理的模 型往往能较好地解决一些实际问题。
以Barber和Cushman提出的模型为例,说明根系吸收 营养元素的定量描述: (二)根系吸收的基本要素
1.扩散 静态条件下:
瞬时条件下: 斐克第二定律。
有
将裴克第一定律代入上式,则
2.质流
质流通常是由植物吸收水分的水流引起的, 因此,溶质的质流通量直接与水流的速度 (υ0 )和溶质在溶液中的浓度(с1)有关, 即
进一步的研究表明,细胞内的有机阴离子补偿主要是通过 苹果酸的合成与降解实现的。当植物对阳离子的吸收超过 阴离子时,细胞内的pH升高,HCO3-增加,激活磷酸烯醇式 丙酮酸羧化酶(PEP羧化酶),从而形成苹果酸。
相反,当植物对阴离子的吸收超过阳离子时,细 胞内pH下降,激活苹果酸酶,使苹果酸脱羧氧化 分解。
2.不同性质的阳离子之间的竞争
不同性质的阳离子之间发生拮抗作用 的主要原因是离子竞争细胞内部的负电势 (包括离子泵所产生的临时负电势)。结 合原生质膜上位点能力强的离子先进入原 生质,抵消细胞内负电势,从而对其他的 阳 离 子 吸 收 产 生 抑 制 作 用 。 K+ 、 Ca2+ 对 Mg2+的抑制。
一、数学模型的建立及应用
第一,建立合理简化的数学方程。建立的方程式 既要简单又要符合实际况,这就要求在建立方程 式时综合应用相关学科的知识。 第二,求既定数学模型的理论解。主要是对理论 上所建立的数学方程式进行运算。具体做法是: 选用适当的坐标系以及初始条件和边界条件。在 此前提下,对原简单模式进行一系列的数学变换 (或逆变换),使其从定义模型转化成应用模型。 另外,还需通过试验获得一些接近实际情况的参 数,最后才能求出既满足方程又满足定解条件的 理论解—解释解(函数形式)或数值解。
氮素的供应状况(NH4+;NO3-;N2固定)对 介质pH的影响
• 植物吸收NH4+后,NH4+在根系内同化时也会产生H+ (3NH4+ 3R·NH2+4H+)并分泌到介质。在此过程 中,NH4+同化时所分泌的H+与NH4+吸收时所分泌的 H+相当,可见供应NH4+对介质pH的影响远大于一般 的阳离子。
3.阴离子之间的拮抗作用 可能是由于不同阴离子竞争原生质膜上的结合位
点,而且原生质膜上的结合位点对不同离子的选择性
不同。AsO43-和PO43-是由同一系统吸收的,在含As高 的土壤上,植物常常因过量吸收As而中毒,而P的存
在可减轻这种现象。C1-和NO3-间竞争,则主要通过 细胞内阴离子浓度的反馈调节来解释。C1-和NO3-之 间的竞争在农学上具有十分重要的意义,可以利用
NO3-与C1-的竞争来抑制对C1-的吸收。
4.NH4+和NO3-间拮抗作用 NH4+和NO3-间拮抗作用的主要表现是NH4+抑制
NO3-的吸收。其可能的机制是(1)NH4+降低细胞 对阳离子的吸收,从而降低分泌到细胞膜外的H+
量,而NO3-主要靠H+-NO3-共运输进入原生质,所 以抑制NO3-的吸收。此外,(2)进入细胞内的 NH4+可能可能对外界氮的吸收具有反馈抑制作用 ,从而也会降低对NO3-的吸收。
生物固氮过程中植物对阳/阴离子的吸收比例 大于1,但有机酸和H+分泌量少于供应NH4+的植 物。
NO3-的选择吸收会导致介质pH的上升,这与其 他阴离子一致;但NO3-与其他阴离子不一致的 是在细胞内NO3-还会立即被还原同化,导致pH 的升高,而刺激了苹果酸等有机阴离子的形成。
这样就导致了阴离子过剩,需要从介质中吸收 阳离子来补充。实验证明,NO3-的吸收能提高 植物体内的有机酸和阳离子含量.