34.11: 水和矿物质采集

植物根部中的专门组织已经进化，从土壤中捕获水、矿物质和一些离子。根表现出各种分支模式，促进此过程。最外层的根细胞具有称为根毛的专门结构，可增加根面，从而增加土壤接触。水可以被动地穿过根部，因为土壤中的水的浓度高于根组织。相比之下，矿物被积极地运送到根细胞中。

土壤具有负电荷，因此正离子往往仍然附着在土壤颗粒上。为了规避这一点，根将二氧化碳泵入土壤，二氧化碳自发分解，将带正电荷的质子^（H+）释放到土壤中。这些质子取代了土壤相关的正电荷离子，这些离子可以泵入根组织，这个过程称为阳离子交换。带负电的阴离子利用^H+离子的倾向，通过共传输来扩散其浓度梯度并回到根细胞：像Cl-这样的离子与^H+离子一起被共同传递到根组织。

分子可以通过两种途径进入称为碑的根组织的核心。 质外体转运是分子在相邻细胞的连续细胞壁及其相应膜之间产生的空间中的运动。 相反，共生运输是分子通过植物细胞的细胞质的运动，这种运动利用称为胞浆菌的细胞连接，其允许分子在相邻细胞之间自由地通过细胞质。 为了进入碑，分子必须进入共生体，因为位于根部内胚层的里氏带阻止质外体中的溶质通过而进入石碑。 因此，为了进入共生体，溶质必须穿过细胞的半透膜，保护细胞免受土壤中有毒或有害分子的侵害。

水分占了多数植物80%的重量

水分对光合作用、新陈代谢以及养分

和其它分子的输送都至关重要

无机养料对植物的生长和繁殖

同样至关重要

例如 氮是关键生物分子比如

氨基酸的基本构成要素

而钾对气孔的

开合至关重要

植物是如何可靠地吸收养分和

大量的水？

多数植物是从其扎根的土壤

获取水和矿物质

植物的根释放出氢离子和二氧化碳

二氧化碳与水反应

形成碳酸氢离子和额外的氢离子

氢离子与带负电的土壤颗粒

相结合 将带正电的离子

比如钾释放到土壤溶液

这一过程叫做阳离子交换

为植物创造出可用的养分

根系结构是一种分支模式

对水和养分的吸取至关重要

例如 与土壤相接触的

细胞外层形成了细微的根毛

这些特化细胞的表面积很大

能同时通过主动和被动的过程吸收水分

例如 水和溶解的养分

会被动地扩散到质外体中

而质外体构成了所有细胞壁和细胞间隙

细胞膜以内的空间

叫做共质体

水分通过渗透作用穿过

细胞膜 养分则通过主动传输被吸收

水和矿物质进入共质体后

就会通过细胞间交换向着

根的中心自由移动

而质外体里的水和养分

却因为凯氏带而被阻挡

无法进入中柱

凯氏带是环绕中柱的内皮层的

细胞中不透水的几层木栓质

这些结构阻止

可能不良或有毒的元素通行

要想进入根的中心

所有溶质都必须经过细胞质膜

一旦进入共质体 水分和养分

就能进入中柱 被其分配到

植物体的各处 实现它们的基本功能