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无土栽培与植物根系Soillesscultureandplantrootsystem植物根系对于无土栽培的重要性•无土栽培的特点之一在于采用人工创造的根系环境代替土壤环境，研究植物的根系生理显得尤为重要。•植物产量的形成，不仅要求地上部分能进行良好的光合作用和高效的光合产物运转效率，而且要求地下部分具有良好的吸收与代谢功能，产量与根系的发育有密切的联系。第一节植物根系与地上部分的关系•根系地上部分•信息交流水分、矿质营养有机营养须根系的植物多为浅根性，直根系的植物多为深根性。在进行无土栽培时，要根据植物根系的特点选用适宜的无土栽培类型，如浅根性的植物可选用液层较浅的水培系统进行栽培，深根性的植物要求液层较深或基质比较深厚。一、植物根系的生育与分布特征a.须根系b.直根系FibrousrootsystemTaprootsystem直根系须根系•根系作物根系与作物种类和品种特性有关–果菜类蔬菜根系粗、多；叶菜类和根菜类根系小–瓜类作物中冬瓜和南瓜根系生长量大，分布广，而黄瓜根系少，分布浅–茄子粗根较多，纵向横向分布广，番茄主根少，细根多–地上部分较高的品种根系分布深，地上部分较矮的品种根系趋向横向分布•根系生长深度与作物根系生长方法、栽培方式有关二、植物根系与地上部分的关系•植物根系生长数量与根系活力直接影响到地上部分的生长状况。–植物根系的发育状况是影响产量的主要因素，同种作物的产量随着根量的增加而增加。–根系矿质营养吸收量和细胞分裂素产生量与产量密切相关。–根系的生长状况直接影响叶片的功能和寿命。•根系的优劣不仅在于根量有关，还与根系活力有关。粗根数及S/R值与产量的相关关系NPKCaMgFe根系木质部伤流液中无机养分含量与产量的关系CTKGAIAAABA根系木质部伤流液中激素与产量的关系根系活力•根系活力是指根系新陈代谢活动的强弱，是反映根系吸收功能的一项综合指标。根系作为植物重要的吸收器官和代谢器官，它的生长发育直接影响到地上部茎叶的生长和作物产量的高低。–伤流液测定–TTC还原染色法（氯化三苯基四氮唑）–根系吸收面积（甲稀兰作吸附物质）吸收面积（m2）=(C－Cˊ)×V×1.11mg甲烯蓝成单分子层时所占面积为1.1m2呼吸代谢途径中由脱氢酶催化所脱下来的氢可以将无色的TTC还原为红色、不溶性的甲月替三、地上部分生长状态及栽培管理对根系生长的影响•（一）整枝方式对根系走向的诱导•（二）摘心和侧枝数量对根系发育的影响摘心抑制根系生长•（三）坐果数量与根系生长关系坐果过程中，根系生长受到抑制；茄果类生产中常常出现产量波动现象；疏花疏果；及时采收；培育壮苗；降低夜温，提高根际温度。•（四）摘叶对根系的影响•根系数量与叶面积总量正相关。•摘除不同部位的叶片对根系生长和根系活力的影响不同。–摘除新叶抑制根系发育及伸长。–摘除成熟叶片使根系失去物质基础，导致根系早衰。•（五）植株管理和环境对根系的影响•日照充足、稀植、根际温高、夜温低、肥料浓度低，光合能力强，促进根系生长。第二节植物根系的结构•植物根系无论是直根系还是须根系，从结构上看都分为几个部分：根冠、分生区、伸长区、根毛区（成熟区），4个部分共同构成植物的根尖。scanningelectronmicrographofsoybeanroothairs.根毛的长度为0.1～1.5mm，直径为5～25µm根的初生结构•根的初生结构包括以下几个部分：表皮(epidermis)：根最外面的一层细胞构成。皮层(cortex)：位于表皮内，由薄壁组织构成，具有贮藏有机养分的功能，可分为外皮层(exodermis)与内皮层(endodermis)。中柱(stele)：皮层以内的部分称为中柱，一般由中柱鞘、木质部和韧皮部三部分组成，中柱主要起运输功能（水分和营养）。1.Epidermis表皮2.Cortex皮层3.Endodermis内皮层xylem(xy)木质部phloem(ph)韧皮部第三节植物根系功能PlantRootsFunctions•吸收功能(核心)•固定支撑功能•合成与分泌功能•输导功能•贮藏功能•繁殖功能•呼吸与气体交换功能•感应功能•攀援功能•寄生功能•根与菌的共生功能1、根系的吸收功能•根系的吸收功能：•根系吸收的物质包括水分、无机盐类的分子或离子、简单的小分子有机化合物以及气体等。•根系各个部位的吸收能力有较大差异，根毛区吸收能力最强。根系对水分的吸收动力是蒸腾拉力和根压。根系吸收的肥料，都是以无机盐的形态被植物吸收。水分吸收传导的主要动力是蒸腾拉力，属于被动吸收过程。矿质营养的吸收必须依靠呼吸作用所释放的能量，属于主动吸收过程。2、根系的固定支持功能•在无土栽培中，由于栽培方式的改变，这种功能表现不完全一样，如水培系统中根的支持作用不大，对植株的固定和支撑要靠人工措施来实现，而在基质栽培中，根的固定与在土壤栽培中同样重要。露兜树3、根的合成与分泌功能•植物根系能够合成许多有机物，包括氨基酸、维生素、植物激素（CTK）、生物碱等，对于植物地上部分的发育具有重要作用。•根在生长过程中还能分泌出糖类、有机酸等近百种物质。•根系分泌物包括多糖、有机酸、酚和各种氨基酸，在微生物作用下会生成CO2和低分子量的有机物质。根系分泌物按照作用性质可以分为专一性根系分泌物（肉桂酸）和普通根系分泌物(麦根酸)。根系分泌物的作用有些可以减少根部与基质的摩擦；有些可以溶解介质中的难溶性化合物，促进根对物质的吸收；有些可以抑制其他植物和某些细菌的生长；还有些可以促进根际微生物的生长；根系有不同程度的氧化还原能力：Fe2+--Fe3+4、根系的输导功能/Transportation•是指根系将其吸收的水分、无机盐类和其它物质以及根系代谢形成的物质输送到地上部供其生长所需，同时也可将地上部生产的有机物质运送到根部。(双向运输)•Rootscantransportwater,inorganicsaltsandmetabolitesgeneratedinrootsfromrootstoshoot,atthesametime,theorganicmatterscanalsotransportedfromshoottoroots.5、根系的贮藏功能•根系的贮藏功能：可以贮藏许多养分。有的植物根膨大后可以形成明显的贮藏器官，如萝卜、胡萝卜、芜菁的主根膨大肉质根，甘薯等是由侧根膨大形成养分贮存器官。人参、大黄、甘草、何首乌、百合的根为药材的重要部分。球根花卉的根部中贮藏了大量营养，可以为植株生长提供充足的营养。•干旱环境下，较大根冠比具有重要意义。•6、根的繁殖功能：许多植物的根可以产生不定芽，而这些不定芽可以产生新的植株，如甘薯、大丽花、芍药等。•7、根的呼吸功能：根系在生长过程中，要不断呼吸，与环境进行气体交换。多数情况下植物进行有氧呼吸。榕树、龟背竹、石斛的气生根较发达，可以弥补基质中氧气的不足。•8、根系的感应功能•根系在生长介质中会向营养丰富、水分和通气性良好的方向延伸•9、根系的攀缘功能（攀援根）•10、根与菌的共生功能•11、根系的寄生功能（寄生根）菟丝子菟丝子吸盘茎缠绕寄主，并在接触部位产生吸盘，侵入寄主植物维管束内吸取水分和养分。Ha:Haustoria（吸器）H:hostV:vessel第四节根系对水分的吸收•生命活动旺盛，水分含量较高–幼叶和根含水量90%–茎30-40%–成熟种子10%植物吸水的过程Theprocedureofwaterabsorption•水分从介质植物环境的过程：•1)由介质迁移到根系皮层组织，再运送到木质部导管；•2)由根系木质部导管向地上部运输并分配到各器官中；•3)由地上部器官(主要是叶片)以气态水的形式(水蒸汽)释放到空气中。根系吸水的部位根尖端包括：根冠根毛区伸长区分生区吸水能力最强根毛基质水分基质颗粒根毛区吸水能力最强的原因有三：1、根毛多，增大吸水面积（5~10倍）2、根毛外壁，果胶质覆盖，粘性较强亲水性好3、根毛区输导组织发达，阻力小，水分移动速度快根系吸水的途径基质（溶液）中的水分根渗透扩散内皮层的径向迁移根毛皮层中柱细胞导管质外体途径共质体途径凯氏带根中的质外体常常是不连续的，被内皮层的凯氏带分隔成为两个区域。外部质外体壁木栓化，膜与壁紧贴在一起。水、溶质不能自由通过。内皮层外，包括根毛、皮层的胞间层、细胞壁和细胞间隙内部质外体内皮层内，包括成熟的导管和中柱各部分。根系吸水的机制按其吸水动力分为1.主动吸水2.被动吸水1.主动吸水（activeabsorptionofwater）根压（rootpressure）由植物根系的生理活动引起的吸水（10-20cm）主动吸水的动力证据伤流（bleeding）吐水（guttation）吐水（2）产生根压的机制根压的产生与根系生理活动和内皮层内外的水势差有关。根系呼吸作用释放的能量主动吸收营养液中的离子内皮层内溶质势下降水进入中柱和导管2.被动吸水（passiveabsorptionofwater）蒸腾拉力（transpirationalpull）由蒸腾拉力引起的根系吸水指因叶片蒸腾作用而产生的使导管中的水分上升的力量。蒸腾叶片水势下降水分运输压力梯度水分在植物体内运输的动力(水分沿导管上升的机制)上端原动力蒸腾拉力下端原动力根压中间原动力水分子间的内聚力及导管壁附着力。内聚力学说认为维持导管中水柱连续不断的原因是水分子的内聚力大于水柱的张力。EvaporationCohesionUptakeWatermoleculesare“sticky”蒸腾作用和蒸腾系数Transpirationandtranspirationcoefficient•蒸腾作用是指水分由植物体的地上部以水蒸汽的形式扩散的过程。•Transpirationistheprocedurethatthewaterdiffusesaswatervaporfromshootintoair.蒸腾作用的生理意义ThephysiologicalsignificancesofTranspiration•首先是提供了一个水分从地下部到地上部上升的垂直拉力，保证了水分在植株中的运输，为各种生理代谢的正常进行提供了充足的水分。•其次，通过茎叶的蒸腾作用而使得植物在夏季高温时植株体内及叶表面保持一定的温度，避免或减少高温的危害。•第三，有利于植物根系对养分的吸收。•第四，利于植物生物合成的物质在体内的进一步分配。蒸腾作用的指标1.蒸腾速率（transpirationrate）g.m-2.h-12.蒸腾效率（transpirationratio）g.kg-13.蒸腾系数（transpirationcoefficient）又称蒸腾强度或蒸腾率。指植物在单位时间内、单位叶面积上通过蒸腾作用散失的水量。植物每蒸腾1Kg水时所形成的干物质的克数。又称需水量。指植物每制造1克干物质所水消耗水分的克数，它是蒸腾效率的倒数。大多数植物的蒸腾系数在125~1000之间。蒸腾系数越小，表明该植物利用水分的效率越高。%(干重)%(干重)%(干重)(干重)矿质元素与水分之间的吸收呈一定相关性表观吸收成分组成浓度Apparentabsorptionconstituteconcentration•正常生长的植株对水分和养分的吸收是同时的，并提出了表观吸收成分组成浓度这一概念•表观吸收成分组成浓度(n/w)是植物对各种养分的的吸收量(n,mmol)和吸收消耗的水量(w,L)的比值，单位为mmol/L。它既可以是指植株对所有养分的吸收量和消耗的水量之比，也可以是指植株对某一种养分离子的吸收量和消耗的水量之比。吸收•n/w值反映植物吸水和吸肥的关系，即植物吸收一定量的水就相应地吸收一定量的营养元素。也可以理解为在向植物提供一定量的水分时，也应同时提供相应数量的各种养分。实际上就是营养液的浓度指标。•由于植物对水分和养分的吸收受许多外界因素影响，因此，不同生长季节、不同的作物长势以及不同的作物品种之间n/w值存在着很大的差异。•表观吸收成分组成浓度(n/w