根部吸收水分與礦物質的方式（Mineral）

根部吸收水分與礦物質的方式（Mineral）
台北市立建國高級中學生物科朱芳琳老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

植物可以利用光能自行製造有機物以供生存之用，但是製造有機物所需要的各種無機物原料，仍須由環境中獲得。有些氣體，如氧氣與二氧化碳等，可以經由葉或莖的表皮氣孔進出植物體，但其餘的水分與礦物質等，則須藉由根部從環境中取得。植物根部吸收水分與礦物質的過程，有被動的純物理現象，也有耗能的主動運輸；途徑則有經細胞壁的質體外運輸，與經細胞質的共質體運輸。

水分進入中柱的過程，純粹是被動的物理現象。一般而言，在土壤與植物根部細胞間的滲透壓梯度為：土壤＜表皮＜皮層＜內皮層＜周鞘＜木質部，因此水分會順著滲透壓梯度，不斷的向根部運送。換句話說，若土壤中因為缺水，造成土壤的滲透壓加大時，水分便無法進入植物根部，植物便可能會因缺水而枯萎。

礦物質一般會溶解於水中，以離子的形式隨著水分運送，但是離子在經過細胞膜時，會受到細胞膜選擇性的控制，因此根部吸收離子的數量並不會與溶液中的離子數量成比例，科學家的實驗發現，菜豆吸水量增加一倍時，所吸收的鉀、磷與鈣只增加了0.1~0.7倍。主要原因便是水分完全是藉由被動的壓力進入根部，但是其他的離子則須透過細胞膜上的不同蛋白質，經篩選或耗能的方式送入根部，因此可能具有飽和效應。

水分與礦物質分子進入植物根部，主要可沿著兩種不同的途徑運送：共質體運輸與質外體運輸。共質體運輸是指水分子與礦物質分子一旦穿過細胞膜，進入表皮細胞的細胞質後，便可以直接經由原生質絲，穿梭於植物細胞的連續性胞質液中，而由表皮穿過皮層、內皮層與周鞘直達中柱；質外體運輸是指物質並不立刻進入細胞中，而是沿著胞外空間或是細胞壁的縫隙移動，但是當物質經由質外體運輸抵達內皮層時，因為內皮層的排列緊密，加上內皮層細胞壁上具有由防水的木栓質形成的構造-卡氏帶，因而阻斷了質外體運輸的路徑，使得物質必須經由進入內皮層細胞的方式，才得以進入中柱。內皮層的卡氏帶在此處扮演了有如控制閘門的角色，控制水分與礦物質進入中柱，並且也可以阻止維管束內的溶質倒流回皮層；因為卡氏帶阻止溶質回流，使得中柱內的滲透壓得以保持比皮層來得高（即水勢能保持比皮層來得低），讓水與礦物質得以源源不絕的流入維管束中。