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植物體內物質運輸

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即植物體內水分和養分的運動。植物生命活動中所需的多種物質是由其組成部分(器官、組織等)分別吸收和合成的。因此,植物體內各部分間必須有物質的相互交換,才能維持整體的生存。

1 植物體內物質運輸 -植物體內物質運輸

 

2 植物體內物質運輸 -正文

  即植物體內水分和養分的運動。植物生命活動中所需的多種物質是由其組成部分(器官、組織等)分別吸收和合成的。因此,植物體內各部分間必須有物質的相互交換,才能維持整體的生存。細胞是植物體各部分的構成單位,是外面由膜包圍的相對獨立的系統。物質交換可以通過細胞膜的轉移和細胞間的運輸進行。高等植物由於具有由根、莖、葉所組成的高大軀體,單靠細胞間物質運輸不足以應付不同器官間的物質交換,它們在進行中發展形成輸送效率較高的通道維管系統,以進行體內的長距離運輸。
  物質通過細胞膜的轉移  細胞膜由脂類物質組成,中間鑲嵌有少量蛋白質類物質,還有許多小孔。膜不僅使細胞內含物與外界分開,從而保持了自身成分的特點和穩定性,而且也是細胞內外進行有選擇的物質交換的通道。高分子顆粒以及帶有電荷的親水性強的分子通常都難於通過細胞膜。能溶於脂肪的小分子則可沿胞內外的濃度差,靠擴散透過胞膜出入細胞。在擴散中,物質由高濃度一側向低濃度一側的流動不需代謝能推動,稱為被動轉移。然而有些物質如K+離子、糖分子,在細胞內的含量可以超過外界很多倍,它們卻依然可以從外界通過胞膜吸收到細胞內。這種逆濃淡梯度的分子轉移需要消耗細胞的代謝能,故稱為主動轉移。在主動轉移中,分子先同在膜上的特異載體發生臨時結合形成複合體,隨後由複合體從膜外移入膜內。載體把該分子卸下后,又可重新轉到膜外接受新的被載運物質。還有一種轉移方式是:胞膜接觸到物質顆粒時在接觸處發生內陷,外口封閉形成小囊泡,向胞內移動而把顆粒帶入,稱為入胞作用。與此相反,細胞內部由於內質網與網體的合成活動也可形成充滿特殊汁液的囊泡;當囊泡轉移到泡膜時,囊泡膜能融合在胞膜內而將其內含物送出胞外,稱為出胞作用。胞壁在胞膜外圍的加厚和腺細胞的向外分泌等主要就是由出胞作用來實現的。
  細胞間短距離運輸  植物細胞與動物細胞的區別之一是細胞的原生質體外面存在細胞壁。許多細胞的細胞壁互相粘連,構成一個連續骨架,統稱為質外體。細胞壁之間有相互串通的空隙,是細胞間交換氣體、運輸水分和無機養料的通道。另外,細胞與細胞的原生質之間還有許多纖絲或稱胞間連絲溝通,將鄰接細胞的原生質相互貫穿,也構成一個與質外體相互交錯的連續體系,稱為共質體。它們所佔的面積雖然有限,但細胞累積的一些溶質由此通過它們在細胞間轉移時,無需再穿越鄰接的細胞質膜,因而是電解質和有機質在細胞間運輸最為有效的通道。
  器官間長距離運輸  高等植物器官間物質的長距離運輸在維管系統中進行。水分、礦質元素和有機物質各有其主要的運輸通道,如導管、篩管等。水分和礦質元素主要由木質部的導管運輸。導管由一連串已失去原生質和細胞壁端壁的細胞空腔連接而成,是質外體的主要組成部分。根系從土壤中吸收水分和礦質元素以後,靠根壓和由於葉片蒸騰失水而造成的蒸騰拉力將其運送至地上部分。導管空腔口徑較大,因而對液流的阻力小,蒸騰流的速度可以高達每小時幾十米。有機物質主要由韌皮部的篩管從有機物質的「源」向「庫」運輸。「源」通常指能進行光合作用的葉片;「庫」指消耗光合產物的器官,包括正在生長中的營養體的尖端以及正在形成中的果實、塊莖等。組成篩管的細胞內尚有原生質存在,端壁則特化為具有篩孔的篩板。篩孔內時常有一些纖絲結構(P-蛋白)。有機物質經由篩孔的纖絲結構運送時,阻力較大,除靠「源」與「庫」兩端間的膨壓差推動外,還可能需要輸導組織附近活細胞的中間推動作用。篩管運輸速度遠低於導管,每小時僅幾十厘米。一個器官是「源」還是「庫」,隨植物生長發育的情況而變。如葉片衰老時,光合功能漸趨微弱,將細胞內含物降解輸出至其他新生部位后,不再能合成新的有機物質,「源」的作用就逐漸消失。種子在形成期是消耗有機物的「庫」,到了萌發期就成為供應有機物的「源」。稻麥子粒在成熟後期,不僅調運營養體當時的同化產物,甚至會動員營養體長期積累的細胞內含物使之降解並向子粒集中。人工調節繁殖器官與營養器官之間的源、庫關係,可對作物產量發生重要影響。除了維管系統外,不少高等植物如橡膠樹還有乳管系統,乳汁在其中轉移。
  運輸途徑的交錯  一方面是質外體和導管,另一方面是共質體和篩管,構成了植物體內物質運輸途徑的兩大網路,分別承擔水分、礦物質和有機物質的運輸。但二者之間並不完全隔離。根部從土壤中吸收的水分和無機離子經由質外體向根的木質部進行橫向運輸時,由於內皮層有凱氏帶的阻礙,常要經過共質體,才能抵達導管。相反,葉肉細胞的光合產物除主要通過共質體外,也部分通過質外體移向篩管。另外,在維管束中的導管和篩管之間,還摻雜著機械組織和包括形成層、轉移細胞和伴胞等在內的多種薄壁組織。被運輸的物質還常通過這些組織,從一個系統向另一個系統轉移。因而不同的運輸途徑常交錯發揮運輸作用。植物體內的縱向運輸的阻力比橫向運輸的阻力小。葉的光合產物一般主要供應同側器官。只有當縱向運輸受阻時,橫向運輸才加強。

 

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