Механизмы поступления и поглощения элементов питания корневой системой растений

Как питательные вещества попадают к корню: диффузия и водный ток

Поглощение элементов питания корнем снижает их концентрацию в прилегающей почве. Это запускает процесс диффузии: за счет теплового движения молекул элементы перемещаются из зон с высокой концентрацией к поверхности корня. Этот градиент сохраняется постоянно, пока корневая система продолжает функционировать.

Зона, из которой корень может пассивно «подтягивать» элементы за счет диффузии, очень мала. Расстояние, на которое распространяется этот процесс, составляет от 0,1 до 15 мм и зависит от скорости диффузии конкретного иона. На нее влияют тип почвы и прочность, с которой почвенный поглощающий комплекс удерживает элементы.

Почвенный раствор — самый доступный источник питания для растений, но в нем содержится лишь малая часть от общих запасов элементов. Для нормального питания ионы должны постоянно переходить из твердой фазы почвы в раствор. Этот процесс идет с высокой скоростью: например, скорость перехода фосфора из твердой фазы в раствор в 250 раз превышает скорость, с которой корень поглощает его из этого раствора.

«Свободное пространство» корня: первый барьер и резервуар питания

Поглощение минеральных веществ включает несколько этапов. Сначала элементы питания вместе с водой или путем диффузии попадают в клеточные оболочки и межклеточные промежутки тканей корня — так называемое «свободное пространство». Оно занимает около 10 % общего объема корня, заполнено водой и состоит из двух функциональных зон.

• Водное пространство. Из него вещества могут беспрепятственно мигрировать обратно в почву, поэтому концентрация ионов здесь и во внешнем растворе одинакова.
• Доннановское пространство. Здесь ионы адсорбируются обменно. Вытеснить их оттуда вглубь корня могут только ионы внешнего раствора с тем же знаком заряда и в эквивалентном количестве.

Обменная адсорбция в доннановском пространстве носит неспецифический характер. Быстрее и в больших количествах связываются те ионы, которые имеют более высокий заряд и меньшую гидратированность (согласно лиотропному ряду). Из-за отрицательного заряда клеточных стенок, который создают белки и карбоксильные группы пектиновых веществ (полигалактуроновых кислот), здесь происходит первичное концентрирование катионов в пространстве у плазмалеммы.

Накопление элементов в свободном пространстве клеточных оболочек — это подготовительный этап. Он создает в тканях корня своеобразный резервуар, из которого жизнедеятельная часть клетки затем избирательно поглощает необходимые элементы. Поступление ионов в этот резервуар идет пассивно — с конвекционным потоком воды и посредством диффузии.

• Расстояние диффузии ионов — 0,1–15 мм
• Объем свободного пространства корня — 10 %
• Скорость высвобождения фосфора — в 250 раз выше поглощения