植物透过根吸收二氧化碳

2017-07-08

植物透过根吸收二氧化碳

2017-02-28 H. H.克柳柯娃 

本文孙济中译自《博物学教学法》1953年5月号


孙济中(1926~1998),农业教育家,棉花遗传育种学家,曾任国务院学位委员会学科评议组成员、农业部科教委员会委员,1984-1995年任华中农业大学任校长。1944-1948年在中央大学农学院农艺系学习,1956-1960年在苏联塔什干农学院学习等。

自从发现了绿色植物自空气中同化二氧化碳以建造自己躰躯的有机部分的能力以来,已经将近200年了。现在这个问题的研究,仅仅是在“空气营养”的观点下进行,没有考虑到二氧化碳和碳酸盐类(碳素化合物)由土壤透过根进入植物体的可能性。结果,关于植物透过根吸收二氧化碳的问题,竟缺乏研究。

但是在我国(前苏联——译者)为了获得高额稳定的产量的问题,迫使我们认真考虑植物从何处得到它们所必需数量的二氧化碳,因为在空气中的0.03%二氧化碳,在多数情形下,为了保证植物在广大的面积上,大量增加有机物质,显然是不够的。

关于土壤中二氧化碳利用问题的缺乏研究,同样的使得作为保证土壤中二氧化碳来源的土壤中腐殖质,和土壤中微生物过程的作用,在某种程度上被忽视了。此外,形成了对于矿物肥料应用的价值和可能性过分片面的理解。

关于仅仅以叶子同化二氧化碳的观念,使大多数研究者受约制到如此程度,甚至连权威学者如俄国的克?阿?季米里亚席夫[1],法国的雪耐比(Senebier)[2]关于这方面全部论述中的预先警告,也不能够影响他们对于“空气营养”学说的迷恋,而这些研究者们往往把这些论述,看作是假想的植物直接利用腐殖质组成部分的“腐殖质学说”复活的企图。甚至直接的试验材料(近二十年来)指出,二氧化碳有透过根和茎进入叶子的可能性,也不能使植物学家们和农学家们的这种观点有所转变。

然而许多土壤,特别是含有丰富碳酸盐类和微生物活动积极的显著的土壤,乃是二氧化碳无穷竭的源泉。已经知道,在土壤空气中含有0.5%到1.5%的二氧化碳,也就是说平均比较在游离大气中的二氧化碳多出50倍。大量的二氧化碳贮藏物业被溶解在浸润土壤的水中。在一升土壤溶液中,约含有一升的二氧化碳。这些数字中还应该增加可溶性的和不可溶性的碳酸盐类他们使植物可以吸收的二氧化碳储藏量提高数倍。

依据所有的这样一些理由,在苏联科学院,依照通讯院士阿?尔?库尔萨诺夫院士的建议,已经开始了系统的研究,来查明植物透过根系吸收二氧化碳的可能性。

第一个试验已经证明,把根浸没在含有重碳酸盐溶液(具体标记碳素C14)中的生长了20-30天的大豆植株,用它的根贪婪地吸收二氧化碳,并将其转运到叶子和其他绿色器官中去,在那里透过根进入的二氧化碳和空气中的二氧化碳一样,在光照下,被用在光合作用过程中。从这些叶子中所形成的糖、蛋白质、和其他化合物含有标记碳素(C14),这就应该是土壤中的二氧化碳可以用作构成植物躰躯有机部分的直接证明。

可以预料到,土壤中二氧化碳随着水流进入植物根。然而试验指明,被植物根吸收的碳酸盐类和二氧化碳的量,与水的吸入量无关,其进行要快数倍。

二氧化碳由根向叶子转运的速度,快到如此程度,有时甚至将根与碳酸盐类或二氧化碳接触几分钟后,它们已被发现在距离根部20厘米以上的上部叶子中。

碳酸盐类和二氧化碳在植物各个器官中的移动,进行得不平衡。特别是如果茎内含有叶绿素,例如大豆和其他草本植物,再遇到光线,那么部分由根移动的二氧化碳被茎的绿色细胞所“截获”,不能到达叶子里以转变成糖类和其他供茎组织营养的同化作用产物。这些事实就使得我们可以理解在茎和叶柄中的叶绿素的作用,虽然由于茎和叶柄外部有被覆物的缘故,空气渗透可能性很小,因此植物也很少可能从周围空气中同化碳素,然而在那里叶绿素却继续不断地被产生着。

根据新的材料,茎和叶柄中叶绿素作用,在于同化土壤中的二氧化碳,土壤中的二氧化碳是很容易透过根进入植物的。因此,一方面在某程度上满足了茎和叶柄细胞对于糖、蛋白质,以及其他营养物质的要求,另一方面,在这些器官内同化二氧化碳的结果,放出相当大量的为维管束和其他组织呼吸所必需的氧(6CO2+6H2O=C6H1206+6O2),而氧由外界空气进入这些器官是很困难的。

进一步研究新近发现的现象表明,被根吸收的二氧化碳,在黑暗中立即与有机酸(主要是苹果酸)相化合,并以这种状态到达叶中,在叶子里由于特殊的酵素作用,二氧化碳重新从有机酸中解放出来,在光照下被叶子用来进行光合作用。在黑暗中,大部分土壤中的二氧化碳被植物排出体外,小部分则被保留在叶子里。

因为这个缘故,应该指出,在本世纪二十年代,一系列的苏联学者如考斯托契夫、伏特察尔以及其他学者们,曾经观察到叶子常常排出相当大量的二氧化碳到周围空气中去,这种现象被称为“二氧化碳的喷泉”。这种现象直到近代仍然不明其理,而只是现在由于发现了植物根由土壤中吸收二氧化碳并将其运送到叶子里的能力,才能解释这种由于多余的土壤中的二氧化碳被植物通过叶子排出的“喷泉”现象。

由于上述的,作为植物二氧化碳补给泉源的土壤中二氧化碳作用的问题,是一个新问题,迄今未充分了解。仅仅可以说根据某些试验判断,幼龄的大豆植株,透过根吸收的二氧化碳,占植株全部吸收的二氧化碳的20—25%。

此外,可以提一提的是沙马哈伐洛夫不久前曾经做过的用碳酸盐透过根对作物追肥的大田试验,这个试验得到了良好的结果。但是这个问题还在精确的试验阶段。这个问题最后的解决,对于农业可能有重大的意义。


注:[1]现翻译为克里孟特·阿加狄也维奇·季米里亚捷夫,他对光合作用的研究做了五十年以上,其专门论文有四分之三是关于植物光合作用,收集在《太阳、生命和叶绿素》一书中。

      [2]应该是瑞士的琼·塞尼比尔(JeanSenebier),他的研究发现植物生长的碳来源于大气中的二氧化碳,光合作用中氧气的释放和二氧化碳的吸收是同时进行的。

                                                         

 20170708

 本文由三得农业科技有机碳肥技术中心整理发布


扫描二维码分享到微信