根部吸水

发生的部位

吸水作用发生在幼根根冠后方区域、靠近根尖处的根毛细胞。

输入与输出

• 输入：土壤水，即保存在土壤颗粒间隙中、水势较高的稀溶液。
• 输入：溶解在土壤水中的矿物质离子，如硝酸根、磷酸根、钾离子与镁离子。
• 输入：根毛细胞呼吸作用产生的ATP，用于矿物质离子的主动运输。
• 输出：送入根部木质部的水，准备由蒸腾流向上拉动。
• 输出：装入木质部汁液并运往叶片的矿物质离子，用于合成蛋白质、叶绿素与其他化合物。

步骤

1. 根毛细胞具有细长的延伸部分（根毛），大大增加了与土壤水分接触的表面积。
2. 土壤水是稀溶液，因此其水势高于根毛细胞内细胞液的水势。
3. 水通过渗透作用，顺水势梯度，经半透性细胞膜进入根毛细胞。
4. 水接着从一个细胞传到下一个细胞，穿过根的皮层，每个细胞的水势都比前一个略低，直到到达木质部。
5. 硝酸根离子与镁离子等矿物质离子则另外通过主动运输，逆浓度梯度被吸收进根毛细胞，利用呼吸作用提供的能量。
6. 在内皮层，一条称为凯氏带的防水带阻断了细胞之间的通道，水与离子必须穿过内皮层细胞的细胞质才能进入木质部；这让根部能控制进入木质部的物质。
7. 进入木质部后，水加入由蒸腾拉力向上拉动的连续水柱，根部木质部降低的水势则持续把新的水从皮层吸入。

为何重要以及如何受控制

根毛细胞表面积大、细胞壁薄、液泡大，使吸水作用高效进行。由于土壤中的矿物质离子浓度常常低于根内，植物必须依靠主动运输而非渗透作用来获得足够的矿物质离子，这也是根毛细胞含有许多线粒体的原因。

吸水速率由地上部分而非根部本身控制。蒸腾旺盛时，水迅速从根部木质部被移走，穿过皮层的水势梯度变陡，吸水加快。

夜间气孔关闭时，吸水减慢。这种耦合意味着，当植物失水的速度超过根部供水的速度时，植物就会萎蔫。

土壤条件也会设定限制。积水的土壤含氧很少，根细胞无法进行有氧呼吸来产生主动运输矿物质离子所需的ATP，根毛还可能死亡。

盐浓度高的土壤，其水势可能低于根毛细胞的细胞液，水会经渗透作用离开根部，植物即使在湿润的土壤中也会萎蔫。这就是为何施肥过量会伤害植物。

矿物质离子的吸收具有选择性。根毛细胞膜上的载体蛋白识别特定的离子，因此植物按自身需要的比例吸收硝酸根与镁离子，而不是土壤中含量最多的离子。

如何考查

你可能被要求解释根毛细胞如何适应吸水、解释为何水通过渗透作用进入而矿物质离子需要主动运输，或解释为何根毛细胞含有许多线粒体。

结构题常展示土壤中一个根毛细胞的图，要求你画出水移动方向的箭头，然后用水势解释。得分点在于说明土壤水的水势高于细胞液，以及水通过渗透作用穿过半透膜移动。

另一种题型给出根部在供氧或加入呼吸抑制剂时离子吸收的数据，要求你解释为何缺氧时吸收减少。呼吸作用、ATP与主动运输之间的联系必须表述清楚。

常见误解

考试风格例题

题目。两株相同的幼苗被种在含有硝酸根离子的溶液中。

溶液A通入空气；溶液B通入氮气，使其不含氧气。24小时后，幼苗A根内的硝酸根浓度是溶液的五倍，而幼苗B根内的浓度与溶液大致相同。

(a) 说出幼苗A吸收硝酸根离子的过程名称。(b) 解释两株幼苗之间的差异。

(c) 说出根毛细胞如何适应这个过程。(d) 解释为何两株幼苗的吸水受到的影响比硝酸根吸收小。

参考答案。(a) 主动运输。

(b) 幼苗A有氧气，其根细胞进行有氧呼吸并产生ATP。ATP驱动载体蛋白把硝酸根离子逆浓度梯度运入，因此离子在根内积累。

幼苗B没有氧气，产生的ATP很少；硝酸根只能通过扩散进入，直到浓度相等。(c) 根毛细胞含有大量线粒体以供应ATP，并具有大的表面积与膜上的载体蛋白。

(d) 水通过渗透作用进入，这是被动过程，不需要ATP，只要溶液与细胞液之间存在水势梯度，吸水就会持续。

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题