植物的水分生理

1、關(guān)于植物的水分生理現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共55頁 植物的水分生理“收多收少在于肥，有收無收在于水”。水分代謝水分吸收水分運輸和分配水分的排出現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共55頁一、植物對水分的需要水的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)： 結(jié)構(gòu)： 理化性質(zhì)： 高比熱 高汽化熱 表面張力大 高介電常數(shù)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共55頁OHHOHHOHHhydrogen bond-+104.9oHHWater is a polar molecule with hydrogen bond between them現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共55頁植物的含水量不同植物種類 木本草本同一植物不同環(huán)境 水生陸生；陽生陰生同一植物不同器官 生命活動旺

2、盛處含量高，如生長點現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共55頁木本植物草本植物現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共55頁植物體內(nèi)水分存在狀態(tài) 自由水（free water ）和束縛水（bound water）。 根據(jù)含水量的不同，細(xì)胞質(zhì)可呈溶膠和凝膠兩種狀態(tài)。 束縛水/自由水 比值大，原生質(zhì)呈凝膠態(tài)，生命活動微弱，但抗性強。反則反之。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共55頁水分在植物生命活動中的作用 水分是細(xì)胞質(zhì)的主要成分 水分是代謝作用過程的反應(yīng)物質(zhì) 水分是植物對物質(zhì)吸收和運輸?shù)娜軇?水分能保持植物的固有姿態(tài) 水分能維持植物體正常的溫度現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共55頁二、植物細(xì)胞對水分的吸收1、水分跨膜運輸?shù)膬煞N途徑：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九

3、頁，共55頁 A.擴散（diffusion） B.集流（mass flow） A. 單個水分子通過膜脂雙分子層進(jìn)入細(xì)胞 B多個水分子通過水孔蛋白形成的水通道進(jìn)入細(xì)胞 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共55頁2、水分跨膜運輸?shù)脑憩F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共55頁自由能和水勢 自由能（free energy） 化學(xué)勢（chemical energy） 1 mol物質(zhì)的自由能。 水勢（water potential） 每偏摩爾體積水的化學(xué)勢，用表示，單位Pa。即水溶液的化學(xué)勢與純水的化學(xué)勢之差，除以水的偏摩爾體積所得的商。=ww-0 0ww= wwV VwwV Vww現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共55頁滲透作用 滲透壓

4、= iCRT 滲透勢= - iCRT現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共55頁植物細(xì)胞是一個滲透系統(tǒng)植物細(xì)胞膜的特點生物膜（質(zhì)膜、液泡膜），半透膜，選擇透性，水分子易于通過，而對溶質(zhì)則有選擇性；而且細(xì)胞液與外界溶液具有w 差。質(zhì)壁分離（Plasmolysis）和質(zhì)壁分離復(fù)原（ Deplasmolysis）現(xiàn)象可以驗證之?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共55頁高濃度溶液中，細(xì)胞失水，質(zhì)壁分離。低濃度溶液中，細(xì)胞吸水，質(zhì)壁分離復(fù)原。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共55頁p膨壓膨壓w = = - iCRTw =+ ?現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共55頁植物細(xì)胞的水勢 w= + p + g + m（滲透勢/溶質(zhì)勢）：由于溶質(zhì)顆粒的存在

5、而使水勢降低的值。p（壓力勢）：細(xì)胞壁阻止原生質(zhì)體吸水膨脹的力量，是增加水勢的值。g（重力勢）：水分因重力下移而增加水勢的值。m（襯質(zhì)勢）：細(xì)胞內(nèi)膠體物質(zhì)的親水性而引起水勢降低的值。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共55頁p膨壓膨壓現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共55頁 為負(fù)值 p 一般為正值。質(zhì)壁分離時為零，劇烈蒸騰時為負(fù)值。 g一般為正值，但較小，可忽略不計。 形成液泡的細(xì)胞m很小，可以忽略不計。未形成液泡的細(xì)胞具有明顯的襯質(zhì)勢。 因此，一般植物細(xì)胞水勢: w=+ p （此式適用于有液泡的細(xì)胞或細(xì)胞群）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共55頁3、吸水飽和時w=0，p= -特例：特例：1、強烈蒸騰時 p為負(fù)值2、初始質(zhì)

6、壁分離時p=0, w= -2.5-2.5-2-2-1.5-1.5-1-1-0.5-0.50 00.50.51 11.51.50.90.91 11.11.11.21.21.31.31.41.41.51.5w (Mpa)Cell volume (times)初始質(zhì)壁分離充分吸水pw現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共55頁細(xì)胞間的水分移動 方向：取決于w 的高低 速度：取決于w 差的大小 當(dāng)有多個細(xì)胞連在一起時，如果一端的細(xì)胞水勢較高，另一端水勢較低，順次下降，就形成了一個水勢梯度（Water potential gradient)，水分便從水勢高的一端流向水勢低的一端?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共55頁= -

7、 1.4 MPap= + 0.8 MPaw= - 0.6 MPa= - 1.2 MPap= + 0.4 MPaw= - 0.8 MPaxy兩個相鄰細(xì)胞之間水分移動現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共55頁土壤植物大氣連續(xù)體系中的水勢現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共55頁三、植物根系對水分的吸收 根系吸水主要在根尖進(jìn)行，尤其是根毛區(qū)。根毛多，增大了吸收面積根毛細(xì)胞壁外部的果膠質(zhì)親水性強；輸導(dǎo)組織發(fā)達(dá)。根毛能不斷更新，改變吸水位置。 移植時要帶土，盡量減少根毛損傷，以利成活。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共55頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共55頁根的吸水主要在根尖進(jìn)行現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共55頁根系吸水的途徑質(zhì)外體途

8、徑 (apoplast pathway) 水分通過細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙等沒有細(xì)胞質(zhì)的部分移動。此途徑速度快。跨膜途徑 (transmembrane pathway) 水分從一個細(xì)胞移動到另一個細(xì)胞，要兩次通過質(zhì)膜，還要通過液泡膜。共質(zhì)體途徑 (symplast pathway) 水分通過胞間連絲的吸收。移動速度較慢?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共55頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共55頁根系吸水的動力根壓（root pressure) 由于水勢梯度引起水分進(jìn)入中柱后產(chǎn)生的壓力。 傷流（bleeding）和吐水（guttation）現(xiàn)象可以證明根壓的存在?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共55頁傷流（bleedin

9、g）吐水（guttation）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共55頁 水、無機鹽、有機物、植物激素（細(xì)胞分裂素）。 傷流液的數(shù)量和成分，可以作為根系活力強弱的指標(biāo)。 傷流液的成分？現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共55頁蒸騰拉力 植物因蒸騰失水而產(chǎn)生的吸水動力。 蒸騰作用 氣孔下腔葉肉細(xì)胞水勢下降 向鄰近細(xì)胞吸水 向葉脈吸水 向枝葉導(dǎo)管吸水 向莖中導(dǎo)管吸水 向根部吸水 向土壤吸水 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁，共55頁影響根系吸水的土壤條件土壤中可用水分 土壤中可用水與土壤結(jié)構(gòu)有關(guān)。土壤通氣狀況 通氣狀況影響根壓。土壤溫度 溫度低，呼吸弱，生長慢；溫度高，根老化，酶鈍化。土壤溶液濃度 土壤溶液濃度高，水勢低，易“燒

10、苗”?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共55頁Plant wilting現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共55頁四、植物體內(nèi)水分的運輸水分運輸?shù)耐緩?土壤根毛根的皮層根的中柱鞘根的導(dǎo)管和管胞莖的導(dǎo)管和管胞葉柄的導(dǎo)管和管胞葉脈的導(dǎo)管和管胞葉肉細(xì)胞葉細(xì)胞間隙氣孔下腔氣孔大氣中 土壤一植物一大氣 之間水分具有連續(xù)性現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁，共55頁水分運輸?shù)耐緩剿衷谇o、葉細(xì)胞內(nèi)運輸?shù)耐緩?經(jīng)過死細(xì)胞：裸子植物是管胞，被子植物是導(dǎo)管和管胞。適于長距離的運輸。 經(jīng)過活細(xì)胞：經(jīng)過原生質(zhì)體的滲透方式運輸。（根毛根部導(dǎo)管；葉脈導(dǎo)管、管胞氣孔下腔）不適于長距離?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共55頁水分運輸?shù)乃俣?水流經(jīng)過原生質(zhì)的速

11、度：10-3 cmh在木質(zhì)部導(dǎo)管運輸速度： 345 cmh裸子植物管胞水流速度慢： 0.6 cmh現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁，共55頁水分沿導(dǎo)管或管胞上升的動力 下部的根壓, 上部的蒸騰拉力 內(nèi)聚力學(xué)說現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁，共55頁五、蒸騰作用植物體散失水分的方式 以液體狀態(tài)散失，如吐水、傷流現(xiàn)象。 以氣體狀態(tài)散失蒸騰作用（主要）。蒸騰作用（transpiration） 水分以氣體狀態(tài)，通過植物體的表面（主要是葉片），從體內(nèi)散失到體外的現(xiàn)象?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁，共55頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁，共55頁蒸騰作用的生理意義蒸騰作用是植物對水分吸收和運輸?shù)闹饕獎恿ΑＵ趄v作用是植物吸收礦質(zhì)鹽類和在體內(nèi)

12、運轉(zhuǎn)的動力。蒸騰作用能夠降低葉片的溫度?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁，共55頁蒸騰作用的部位幼小植株全部表面都能蒸騰。皮孔蒸騰（lenticular transpiration）：通過皮孔，約占全部蒸騰的0.1%。葉片蒸騰：包括角質(zhì)蒸騰（cuticular transpiration）, 約占510%；氣孔蒸騰（stomatal transpiration ）, 約占8590%。水分散失蒸騰作用氣孔蒸騰現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁，共55頁氣孔蒸騰氣孔是葉片與外界發(fā)生氣體交換的通道，分布在葉片上下表皮，一般100個/mm2。氣孔的大小、數(shù)目與分布，隨植物種類的不同而不同。一般禾本科植物上下表皮氣孔數(shù)接近；

13、雙子葉植物分布于下表皮；浮水植物分布于上表皮。氣孔密度與CO2濃度有關(guān)，CO2濃度高，氣孔密度小?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁，共55頁馬鈴薯葉片下表皮氣孔現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁，共55頁Upper epidermis type：hydrophytes: lotus Lower epidermis type ：most trees: apple and peach trees. Both epidermis type ：most herbs including crops. But stomata are in the lower epidermis more than in the upper e

14、pidermis. In grain plants, those distribution is nearly equal in the lower epidermis to in the upper epidermis.現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十五頁，共55頁氣孔是會運動的，一般在白天開放、晚上關(guān)閉，這與保衛(wèi)氣孔是會運動的，一般在白天開放、晚上關(guān)閉，這與保衛(wèi)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點有關(guān)。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點有關(guān)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十六頁，共55頁雙子葉植物GC：腎形，內(nèi)壁厚、外壁薄，微纖絲輻射排列單子葉植物GC：啞鈴形，胞壁中間厚、兩頭薄，微纖絲徑向排列現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十七頁，共55頁氣孔運動的機理淀粉糖互變學(xué)說（2

15、0世紀(jì)20年代）鉀離子吸收學(xué)說（20世紀(jì)60年代）蘋果酸生成學(xué)說 （20世紀(jì)70年代） 歸根結(jié)底，說明保衛(wèi)細(xì)胞中無機物、有機物的變化，決定保衛(wèi)細(xì)胞水勢的大小，引起吸水膨大，氣孔開放；失水收縮，氣孔關(guān)閉。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十八頁，共55頁影響氣孔運動的因素光照 促進(jìn)糖、蘋果酸的形成和K+、Cl-的積累。 一般光照張開，黑暗關(guān)閉，但景天科植物例外。藍(lán)光最有效。溫度 溫度上升，氣孔開度增大； 10以下小，30最大，35以上變小?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十九頁，共55頁CO2 低濃度，促進(jìn)氣孔張開；高濃度，氣孔關(guān)閉。植物激素 ABA使氣孔關(guān)閉。ABA通過增加胞質(zhì)Ca2+濃度和胞質(zhì)溶膠pH，抑制K+通道蛋白，促使細(xì)胞內(nèi)K+濃度減少；又使保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)Cl-濃度減少，降低保衛(wèi)細(xì)胞膨壓，氣孔關(guān)閉。IAA、CTK促進(jìn)氣孔開放?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十頁，共55頁減少蒸騰效率的途徑在生產(chǎn)實踐上，盡可能地維持作物體的水分平衡：一方面要促使根系生長健壯，增加吸水能力；另一方面要減少蒸騰。在作物移栽時