植物生理 水課件

1、定義：研究生命活動規(guī)律的科學內容（規(guī)律）：生長發(fā)育、物質和能量轉換、 信息傳遞和信號轉導植物生理學Plant Physiology第一章 植物水分代謝第一節(jié) 水在植物生活中的重要性第二節(jié) 植物細胞對水分的吸收 第三節(jié) 植物根系對水分的吸收第四節(jié) 蒸騰作用 第五節(jié) 植物體內的水分運輸?shù)诹?jié) 合理灌溉的生理基礎沒有水就沒有生命 “有收無收在于水” 第一節(jié) 水在植物生活中的重要性 一、植物的含水量及其存在狀態(tài) 植物組織含水量一般為70%90%。 存在狀態(tài)：束縛水和自由水 束縛水（bound water）：被原生質組分吸附，不能自由移動的水分。 自由水（free water）：不被原生質組分吸附，可自

2、由移動的水分。 自由水/束縛水是衡量植物代謝強弱和抗性的生理指標之一。 生理作用： 1、水是原生質的主要組分 2、水直接參與植物體內重要的代謝過程 3、水是物質吸收、運輸?shù)牧己媒橘| 4、水保持植物的固有姿態(tài) 二、水對植物的生理生態(tài)作用 生態(tài)作用： 1、調節(jié)植物體溫 高比熱：穩(wěn)定植物體溫 高汽化熱：降低體溫，避免高溫危害 2、水對可見光有良好的通透性 3、水可調節(jié)植物的生存環(huán)境1、單個水分子通過膜脂雙分子層的間隙進入細胞 2、水集流通過質膜上水孔蛋白組成的水通道進入細胞 水孔蛋白：是一類具有選擇性地、高效轉運水分的 膜通道蛋白。 植物的水孔蛋白有兩種： 一種 是質膜上的質膜內在蛋白 另一種是液泡

3、膜上的液泡膜內在蛋白 水分子水通道類脂水分跨膜移動途徑示意圖 細胞的滲透性吸水滲透：溶劑分子通過半透膜而移動的現(xiàn)象滲透系統(tǒng)包括：低濃度溶液、高濃度溶液、半透膜 滲透作用（osmosis）：水分從水勢高的系統(tǒng)通過半透膜向水勢低的系統(tǒng)移動的現(xiàn)象。 純水 糖水 半透膜成熟細胞的原生質層（原生質膜、原生質和液泡膜）相當于半透膜。 液泡液、原生質層和細胞外溶液構成了一個滲透系統(tǒng)。植物細胞就是一個滲透系統(tǒng) 質壁分離現(xiàn)象可以解決下列問題：1、說明原生質層是半透膜 2、判斷細胞死活 3、測定細胞的滲透勢4、觀察物質通過細胞的速率。 植物細胞的水勢構成 細胞吸水與其細胞液的滲透勢有關，但并不完全決定于滲透勢，細

4、胞吸水情況決定于細胞水勢（ w ），典型細胞水勢是由3個勢組成的： w = +p + g :滲透勢，也稱溶質勢（s）由于溶質顆粒的存在而引起的水勢降低值。恒為負值。 = -iCRT i:解離系數(shù)，C：溶質濃度 R：氣體常數(shù)，T：絕對溫度p ：壓力勢，由于細胞壁壓力的存在而引起的水勢增加值。一般情況下，壓力勢為正值； 質壁分離時，壓力勢為零； 劇烈蒸騰時，壓力勢為負值（此時細胞失水縮小，但不發(fā)生質壁分離）。 故具有液泡的成熟細胞： w = + p g ：重力勢，可忽略不計 三、根吸水的途徑根吸水的途徑有3條：質外體途徑、跨膜途徑、共質體途徑1.質外體途徑：是指水分通過細胞壁、細胞間隙等沒有細胞質

5、 的部分移動，這種移動方式速度最快2.跨膜途徑：是指水分從一個細胞移動到另一個細胞，要兩次 通過質膜，還要通過液泡膜，故稱跨膜途徑3.共質體途徑：是指水分從一個細胞的細胞質經(jīng)過胞間連絲， 移動到另一個細胞的細胞質，形成一個細胞 質的連續(xù)體，移動速度較慢跨膜途徑和共質體途徑統(tǒng)稱為細胞途徑注意：內皮層細胞壁上的凱氏帶使水分只能通過共質體途徑 進入木質部2、土壤通氣狀況 土壤通氣不良:A、缺O(jiān)2，呼吸減弱，影響根壓； B、長時間無氧呼吸，根系中毒； C、土壤還原性物質過多，不利于根系 生長與吸收。 4、土壤溶液濃度 施肥過多產(chǎn)生“燒苗”現(xiàn)象。3、土壤溫度低溫和高溫均抑制根系吸水（原因之一是影響酶的活

6、性） 1、土壤中的可用水分 三、影響根系吸水的因素 第四節(jié) 蒸騰作用 失水方式：液態(tài)散失 吐水和傷流 氣態(tài)散失 蒸騰作用（植物吸收的水分95-99%用于蒸騰作用） 蒸騰作用（transpiration）：指植物體內的水分以氣態(tài)方式從 植物的表面向外界散失的過程。一、蒸騰作用的生理意義蒸騰作用的生理意義：1、有利于水分的吸收和運輸 蒸騰拉力是高大樹木吸水的主要動力 2、有利于礦物質和有機物的吸收和運輸 3、維持植物體溫的恒定二、蒸騰作用的部位及指標 （一）部位 1、植物幼小時，地面以上的全部表面 、皮孔蒸騰 高大木本植物，約占全部蒸騰的0.1% 3、葉片蒸騰 （1）角質蒸騰 約占全部蒸騰的5%-

7、10% （2）氣孔蒸騰 主要方式 （二）指標蒸騰速率：植物在一定時間內單位葉面蒸騰的水量。 g/m2h。蒸騰比率或蒸騰效率：植物每消耗水所生產(chǎn)的干物質的 克數(shù)。農作物為10g/（值越大消耗一定量的水積累的干物質越多） 蒸騰系數(shù)或需水量：植物制造1g干物質所消耗的水量（g） 農作物為100500三、氣孔蒸騰 （一）氣孔運動引起氣孔運動的主要原因是：保衛(wèi)細胞的吸水膨脹或失水收縮 保衛(wèi)細胞特點：1、腎型保衛(wèi)細胞：外壁薄內壁厚，這有利于膨壓迅速地改變。細胞壁中徑向排列有輻射狀微纖束與內壁相連，便于對內壁施加影響。吸水時較薄的外壁易用于伸展，細胞向外彎曲，氣孔張開。 2、啞鈴型：中間壁厚，兩端薄，微纖絲

8、徑向排列，吸水時較薄的兩端橫向膨大，氣孔張開。 （1）淀粉糖變學說 pH 7 淀粉 + n Pi nG-1-P pH 5 淀粉磷酸化E 黑暗中保衛(wèi)細胞光合作用停止，呼吸仍進行，CO2積累，pH上升到5.0，淀粉磷酸化酶催化逆向反應，糖轉化成淀粉，引起保衛(wèi)細胞滲透勢升高，水勢升高，保衛(wèi)細胞失水而膨壓喪失，因而氣孔關閉。 此學說符合觀察到的淀粉白天消失晚上出現(xiàn)的現(xiàn)象。但有些植物保衛(wèi)細胞內并沒有淀粉的積累，也并沒有檢測到糖的累積。 白天CO2下降，pH上升到7.0，淀粉磷酸化酶催化正向反應，淀粉水解成糖，引起保衛(wèi)細胞滲透勢下降，水勢降低，保衛(wèi)細胞吸水而膨脹，因而氣孔張開。 光下 光合磷酸化產(chǎn)生ATP

9、，活化H+-ATPE，分解ATP，分泌H+到細胞壁的同時，把外面的K+吸進保衛(wèi)細胞， Cl也伴隨進入，與蘋果酸根共同平衡K+的電中性 w下降 吸水膨脹 氣孔打開 （2）K+積累學說光下 保衛(wèi)細胞光合作用 CO2降低 pH 升高 PEPC（PEP羧化酶）活性增強 （ HCO3- + PEP OAA蘋果酸） w降低 細胞吸水膨脹 氣孔打開 （3）蘋果酸代謝學說 (PEP磷酸烯醇式丙酮酸） 風：大風可能加快蒸騰作用，使保衛(wèi)細胞失水過 多而促進氣孔關閉。微風有利于氣孔開放和蒸騰 脫落酸（ABA）：促進氣孔關閉。干旱時根產(chǎn)生的 ABA向上運輸?shù)降厣喜?，抑制內向K+通道活性； 促進保衛(wèi)細胞膜上Cl-外流通

10、道開啟，向外運送 的Cl-量增加，使保衛(wèi)細胞水勢增大而失水，從 而促進氣孔關閉 （三） 影響氣孔運動的因素 擴散力 蒸騰速率 = 擴散阻力 氣孔下腔蒸氣壓-大氣蒸氣壓 = 氣孔阻力 + 擴散層阻力四、影響蒸騰作用的因素 蒸騰速率取決于水蒸氣向外的擴散力和擴散途徑的阻力。葉內（即氣孔下腔）和外界之間的蒸汽壓差（即蒸汽壓梯度）制約著蒸騰速率。擴散層氣孔阻力大氣蒸汽壓氣孔下腔蒸汽壓（一）內部因素1、氣孔和氣孔下腔 氣孔頻度（氣孔數(shù)/cm2）和氣孔大小直接影響內部阻力， 氣孔下腔體積影響內部蒸氣壓。 2、葉片內部面積 指內部細胞間隙的面積。內部面積大，有利于蒸騰。 （二）環(huán)境因素 1、光照 最主要的外

11、界條件 光照提高葉溫，葉內外蒸氣壓差增大，有利蒸騰；光 使氣孔開放，氣孔阻力減小。 2、空氣相對濕度 大，蒸騰慢 3、溫度 高，有利蒸騰 4、風 微風促進，強風抑制 第五節(jié) 植物體內的水分運輸 一、水分運輸?shù)耐緩?土壤水 根毛 根皮層 根中柱鞘 根導管 莖導管 葉柄導管 葉脈導管 葉肉細胞 葉細胞間隙 氣孔下腔 氣孔 大氣二 、水分沿導管或管胞上升的動力水分上升的動力：根壓和蒸騰拉力 水分上升的原因：蒸騰內聚力張力學說 （1）水柱有張力，（0.53MPa） （2）水分子間有較大的內聚力（20 Mpa），內聚力張力 （3）水分子對導管壁有很強的附著力第六節(jié) 合理灌溉的生理基礎1、不同作物需水量不同 就利用等量水分所產(chǎn)生的干物質而言，C3植物比C4植 物多12倍 2、同一作物不同生育期需要的水量不同 水分臨界期：植物對水分不足最敏感、最易受害的時期。 小麥 ：孕穗期和開始灌漿乳