探索生命《生物學》133
Bach Easter Oratorio BWV 249 Osteroratorium Herreweghe
1.
植物根部吸收特定種類礦物質的速率，與根部吸收「水分和其他礦物質」的速率無關。
2.
每一種營養物（礦物質）進入根部的速率，與該營養物：(1)在根部內外的濃度，(2)穿透細胞膜的速率，(3)運送該物質的載體分子數量等因素有關。
3.
植物體內，某些礦物質的移動是沿著濃度梯度被動擴散。通常植物根部吸收營養的速率，遠比被動擴散快，所以植物能快速消化根部攝取的養份，必定是因為有某種中介輸送系統，便利了擴散作用或主動運輸物質。
4.
一般而言，土壤溶液的礦物質含量是稀釋的，植物根細胞的礦物質濃度比土壤溶液高，所以植物從土壤吸收營養素是以主動運輸對抗濃度梯度。
5.
主動運輸需要根細胞付出能量。證據顯示，絕大部分的離子營養物經由主動運輸吸收。
某些種類的細菌能將氮氣轉換成可供植物使用的氨
Certain Bacteria Convert Nitrogen Gas Into Ammonia That Can Be Used by Plants
6.
氮，是植物的其中一種主要營養素，必須持續攝取。氮是植物生長的主要限制因素，雖然氮氣佔大氣78%，可是植物無法直接從大氣取得氮。
7.
構成氮氣分子的2個氮原子之間是三條化學鍵，植物無法打斷氮分子的三鍵，因此大部分的植物，必須從土壤吸收氮離子（通常是硝酸NO3－）。
8.
這些離子從哪裡來？某種土壤細菌，將氮氣轉換成植物能吸收的銨離子NH4+，這個程序稱為固氮作用nitrogen
fixation。
9.
某些固氮細菌，生活在特定高等植物的根瘤中，豆科植物的根，即以有許多根瘤著稱，但是其他植物族群也有根瘤。這類植物和它的固氮細菌彼此互利共生，細菌提供植物固氮，植物提供細菌碳水化合物。
10.
根瘤內的細菌如何固氮？細菌有強力酵素，能打斷氮氣分子的三鍵，並且對斷裂獨立出來的氮原子，添加氫離子和電子。植物用「銨離子」合成胺基酸和其他含氮化合物，合成的位置是葉綠體的基質。
11.
整個流程是，植物的根細胞吸收「硝酸」和「銨離子」，然後，維管束組織，將「硝酸」和「銨離子」運送到莖、葉的光合作用細胞。
12.
現代生物科技的一個巨大挑戰是，研發出能夠直接將大氣固氮的農作物，這種作物的氮可以自給自足。很不幸地，固氮程序涉及20種酵素，那代表每一種酵素的基因碼，都需要轉殖到宿主細胞。
13.
此外，固氮相關的酵素中，有一個關鍵酵素只能在厭氧的條件下執行，而絕大多數細胞是充滿氧的環境。
14.
因為上述的困難，有些科學家嘗試其他解決方案，讓非豆科植物的根部長根瘤，以容納固氮細菌。
15.
初步實驗成功地讓稻米和麥子長出根瘤，然而，這些根瘤是否能在固氮上發揮作用，仍是未知數。此外，這些在實驗室條件下誘發出根瘤的植物，離農業生產還有很長的一段距離。
參考資料：
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