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钾吸收

植物细胞从介质中摄取钾(K)的过程。植物吸收钾的主要部位是根,吸收钾的形态是K+。其吸收方式有主动吸收和被动吸收两种。主动吸收要消耗能量,通过膜结合的H+-ATP酶;被动吸收不需要能量供应,可沿电化学势梯度进行。两种方式中主动吸收常占主导地位。K+的主动吸收主动吸收是直接与根内的ATP含量及根细胞质膜H+-ATP酶的作用相联系的。

植物细胞从介质中摄取钾(K)的过程。植物吸收钾的主要部位是根,吸收钾的形态是K。其吸收方式有主动吸收和被动吸收两种。主动吸收要消耗能量,通过膜结合的H-ATP酶;被动吸收不需要能量供应,可沿电化学势梯度进行。两种方式中主动吸收常占主导地位。

K+的主动吸收

主动吸收是直接与根内的ATP含量及根细胞质膜H-ATP酶的作用相联系的。在H-ATP酶的作用下,K的吸收可能通过H/K交换、K单向运输(uniport)或H-K共运输(symport)进行。

ATP是H-ATP酶的底物(substrate),在ATP酶作用下消耗ATP,裂解H2O分子形成H及OH-,H进入细胞壁中,使其酸化;OH-留在细胞质中。在H释放到细胞壁时,K即进入负电荷的细胞质,因而H能继续排出到细胞壁。

吲哚乙酸(IAA)诱导细胞伸长就是与质膜H-ATP酶的作用和K+的功能相联系的。

在介质中K浓度较低时(<1毫摩尔每升),K的吸收是直接与组织内ATP的含量和质膜H-ATP酶活性相联系的。土壤溶液中的K浓度常在此范围内,故根吸收K常是主动吸收的方式。

根所吸收的钾首先是满足细胞质内钾的需要,直到钾的供应达最适水平,在最适水平以上过多的钾即转移到液泡中。液泡膜有两种H泵,即H泵ATP酶和无机焦磷酸酶。H泵ATP酶以ATP为底物,催化ATP水解,将H泵入液泡,并启动H/阳离子反向运输(antiport),使阳离子包括K进入液泡,无专一的选择性;无机焦磷酸酶以焦磷酸(PPi)为底物,水解PPi→2Pi,并将H泵入液泡,同样启动阳离子包括K运入液泡。液泡如同一贮备的细胞器,其所贮备的K在代谢需要时可转移到细胞质中(见养分的主动吸收)。

K+的被动吸收

在土壤溶液中K浓度较高时,K的吸收可能为被动过程,它可沿电化学势梯度扩散,通过K-通道或载体入内。K通道由一些内嵌运输蛋白形成,它比载体蛋白对离子的周转率更大。四乙基氯化氨(TEA-Cl)能阻碍K通道,在介质中K浓度较高时,用TEA-Cl处理就使K的吸收受到抑制。1985年Kochian等用玉米根所做的试验表明约抑制75%。

根对K的吸收速度受根内K浓度及地上部对K的需要程度等的影响。当根组织内K浓度增高时,K吸收和H净排出的速度即减低;根组织内K浓度降低时则反之。当地上部对K的需要量增加时,例如蛋白质合成过程加强、地上部生长旺盛时,根内K通过木质部运到地上部的量增加,则根吸收K的速度亦加快,有自动调节的性质。