协助扩散需要ATP吗（根系是如何吸收矿质养分的？）

根系作为连接植物和土壤的纽带，是吸收养分的主要器官，对植物的生长发育起着至关重要的作用。那么，作物根系是如何从土壤中吸收矿质养分的呢？这主要涉及到以下三个核心过程（如图1所示）：

（1）土壤中的矿质养分（离子）向根表的迁移；

（2）这些离子在根部细胞膜表面的吸附；

（3）离子通过跨膜运输进入根细胞内部。

图1展示了根系矿质养分吸收过程的简要示意图。

01 根系的吸收部位

要理解根系如何吸收养分，首先需要了解根尖的结构。如图2所示，根尖从顶端依次分为根冠、分生区、伸长区和成熟区。无论主根还是侧根，其根尖都是生命活动最为活跃的部分，扮演着吸收养分的重要角色。根尖的成熟区寿命短暂，仅1-2周，之后由伸长区补充新的，因此区域会持续向前推移，改变了根系在土壤中吸收养分的位置。的形成大大增加了根系吸收养分的表面积，尽管它们对土壤湿度敏感，在干旱条件下几乎无法发育。

图2展示了根尖的示意图及各区域的功能。

02 根系吸收养分的过程

2.1 土壤矿质养分向根表的迁移

尽管根系在整个土壤中的分布只占据约3%的体积，但植物获取养分的重要途径之一是土壤中的养分向根表的迁移。这一过程主要通过三种途径实现：主动截获、质流和扩散，如图3所示。

表1概括了根系获取大量元素（养分）的途径。

对于根系来说，主动截获是指根在接触土壤时直接获取养分，但这只占获取养分的小部分。质流则依赖于根系的吸水和植物的蒸腾作用，形成向上的拉力，促使土壤溶液与根表面形成压力差，推动养分随水分向根表迁移。由于根系不断从土壤中吸收养分，导致根区土壤养分浓度降低，促使远离根区的土壤中的养分通过扩散迁移到根表。无论质流还是扩散，都需要水的媒介作用。也就是说，肥料必须溶解在水中才能被根系吸收，否则将成为无效养分。

图3详细描绘了土壤养分向根表迁移的过程。

2.2 养分离子在根部细胞膜表面的吸附

根表面的离子通过质外体途径到达根细胞膜上，并与由根呼吸产生的根细胞表面的离子（H+和HCO3-）发生交换，然后吸附在细胞膜上的吸附位点，如图4所示。这个过程是吸收矿质养分的关键环节之一。

图4展示了离子在细胞膜上的吸附过程（以钾离子为例）。

2.3 养分离子的跨膜运输

细胞膜是离子进入细胞的最主要和最终的屏障。到达细胞膜吸附位点的离子需要通过跨膜运输才能进入细胞质内部。离子的跨膜运输有三种主要方式：简单扩散、协助扩散和主动运输，如图5所示。这些运输方式共同协作，确保离子能够顺利进入细胞内部。主动运输是植物吸收矿质养分主要依靠的运输方式，需要载体和能量的支持。

图5展示了离子的跨膜运输过程。根系吸收矿质养分的过程受到许多因素的影响，如土壤养分浓度、光照、温度、土壤水分和pH等。这些影响因素在此不做详细讨论。一旦矿质养分被根系吸收，它们将通过共质体或质外体途径从根表运输到中柱，然后通过木质部输送到地上部分，供植物吸收利用。