植物水分生理

植物水分生理第一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日第二章植物的水分代謝第一節(jié)水在植物生命活動中的作用

第二節(jié)植物細(xì)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(nèi)水分的運輸?shù)诹?jié)合理灌溉的生理基礎(chǔ)小結(jié)第二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日重點掌握★植物細(xì)胞和根系吸水機制；★

植物蒸騰作用的調(diào)控、氣孔運動機制及其調(diào)控。第三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日一、植物的含水量(水分占鮮重的百分比。）1.不同植物含水量不同

水生＞中生＞旱生草本植物含水量70-85%第一節(jié)水在植物生命活動中的作用蓮含水量90%苔蘚含水量6%第四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日一、植物的含水量

2.同一植物不同器官和組織含水量不同根60%－90%種子10%－14%新生旺盛＞衰老成熟3.同一器官不同生長期，含水量也不同前期＞后期第五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日二、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)自由水束縛水蛋白質(zhì)親水膠粒與細(xì)胞組分之間吸附力較弱，可以自由移動，起溶劑作用的水分。與細(xì)胞組分緊密結(jié)合而不能自由移動、不易蒸發(fā)散失的水分。第六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日思考：干旱時，自由水/束縛水高抗旱？

還是自由水/束縛水低抗旱？二、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)第七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日1.是細(xì)胞的重要組成成分。70－90%2.是代謝過程中的重要反應(yīng)物質(zhì)。如水解、脫氫反應(yīng)，光合作用。3.水分是各種生化反應(yīng)和運輸物質(zhì)的介質(zhì)（溶劑）。4.水分能保持植物的固有姿態(tài)和促進生長。（就像吹氣氣球）產(chǎn)生靜水壓，維持細(xì)胞緊張度。5.水具有重要的生態(tài)意義。蒸騰散熱，以水調(diào)肥。三、水分在植物生命活動中的作用生理需水生態(tài)需水生理需水:指用于植物生命活動和保持植物體內(nèi)水分平衡所需要的水分。生態(tài)需水:指利用水的理化特性,調(diào)節(jié)植物生態(tài)環(huán)境所需要的水分。

第八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)植物細(xì)胞對水分的吸收水的移動主要有三種方式一、擴散(diffusion)二、集流（massflow,bulkflow)三、滲透作用(osmosis)第九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日一、擴散（以濃度為動力）是一種自發(fā)過程，是由于分子的隨機熱運動所造成的。物質(zhì)從化學(xué)勢（或濃度）高的區(qū)域向化學(xué)勢（或濃度）低的區(qū)域移動的現(xiàn)象。－－細(xì)胞間水分的遷移（短距離）水孔蛋白磷脂雙分子層（質(zhì)膜）第十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日是指液體中成群的原子或分子在壓力梯度下共同移動。是水分長距離運輸?shù)闹匾绞剑瓕?dǎo)管二、集流（以壓力為動力）根壓和蒸騰拉力根壓：由于根系生理活動而促使液流從根部上升的壓力。蒸騰：植物體內(nèi)水分以氣態(tài)散失到大氣中的過程。第十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日三、滲透作用（以壓力和濃度兩者為動力）蔗糖溶液水經(jīng)過一段時間壓力（水勢）半透膜液面上升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。第十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日1.植物細(xì)胞是一個滲透系統(tǒng)：質(zhì)膜和液泡膜都是半透膜，同細(xì)胞質(zhì)和胞外環(huán)境組成了滲透系統(tǒng)。－－燒苗2.水勢：溶液中每偏摩爾體積水的化學(xué)勢差。實質(zhì)是壓力單位。3.細(xì)胞水勢的組成：

Ψw=ψπ+ψp+ψm三、滲透作用第十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日

Ψw=ψs+ψp(+ψm)3.1規(guī)定純水的水勢為0。3.2ψs—滲透勢(ψπ)或溶質(zhì)勢(ψs):由于溶質(zhì)的作用使細(xì)胞水勢降低的值。(<0)

ψs

＝－iCRTi—

等滲系數(shù)，與溶質(zhì)電離有關(guān)，如稀的KCl為2；蔗糖為1

C—

溶液的摩爾濃度(mol?L-1)R—

氣體常數(shù)：0.0083L?MPa?mol-1?

k-1T—

熱力學(xué)溫度(K)：t℃+273三、滲透作用第十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日Ψw=ψπ

+ψp(+ψm)3.3ψp—壓力勢：細(xì)胞壁對原生質(zhì)體產(chǎn)生壓力引起的水勢變化值。因為壁壓增大水勢（大于純水，>0）,所以一般情況下壓力勢為正值。比較同一大氣壓下兩個開放系統(tǒng)間水勢差時，壓力勢可忽略不計。(質(zhì)壁分離細(xì)胞的ψp=0）3.4ψm—襯質(zhì)勢：由于原生質(zhì)中的親水物質(zhì)（襯質(zhì)）的存在使細(xì)胞水勢降低的值。(<0)三、滲透作用第十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日3.5不同類型細(xì)胞的水勢組成A.分生組織：Ψw=ψs+ψp+ψmB.成熟細(xì)胞：Ψw=ψs+ψp

成熟細(xì)胞指已形成中央大液泡的細(xì)胞，液泡的含水量較大，因此，襯質(zhì)勢（ψm）很小忽略。C.風(fēng)干種子細(xì)胞的水勢：Ψw=ψm

風(fēng)干種子細(xì)胞原生質(zhì)處于凝膠狀態(tài)，沒有溶液，即沒有滲透勢；膜失去彈性，也沒有壓力勢，只有襯質(zhì)勢。三、滲透作用第十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日三、滲透作用3.6水勢的應(yīng)用水分總是由水勢高的部位向水勢低的部位運轉(zhuǎn)，故水勢可用于判斷水分遷移的方向。如：1）相鄰細(xì)胞的水分轉(zhuǎn)移：水分由水勢高的細(xì)胞沿水勢梯度流向水勢低的細(xì)胞2）植物體內(nèi)的水分轉(zhuǎn)移：植株地上部分的水勢低于根系，故根系水分可向地上部分運轉(zhuǎn)。3）土壤-植物體-大氣連續(xù)體系(SPAC)的水分轉(zhuǎn)移：水勢從高到低的順序是：土壤-根系-葉片-大氣，水分也按此順序遷移。第十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日

例題1：C液＞C細(xì)，水的流向？

C液＜C細(xì)，水的流向？

C液＝C細(xì)，水的流向？三、滲透作用細(xì)胞溶液溶液細(xì)胞流動平衡第十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日

例題2：判斷甲、乙兩細(xì)胞水分的移動方向？三、滲透作用Ψπ

＝-1.4MPaΨp=+0.8MPaΨπ

＝-1.2MPaΨp=+0.4MPa

甲

乙？？Ψw=-0.6MPaΨw=-0.8MPa第十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)植物根系對水分的吸收在植物的生命活動中，植物不斷的從環(huán)境中吸收水分，也不斷的向環(huán)境中散失水分。

植物是如何從環(huán)境中吸收水分的呢？第二十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日

根毛區(qū)吸水能力最強根毛區(qū)伸長區(qū)分生區(qū)一、根系吸水區(qū)域第二十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日二、根系吸水的途徑細(xì)胞途徑質(zhì)外體途徑第二十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日1.共質(zhì)體途徑：水分從一個細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)經(jīng)過胞間連絲，移動到另一個細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)，形成一個細(xì)胞質(zhì)的連續(xù)體（共質(zhì)體）的途徑。2.跨膜途徑：水分從一個細(xì)胞到另一個細(xì)胞，要兩次通過質(zhì)膜，故稱跨膜途徑?？缒ね緩胶凸操|(zhì)體途徑統(tǒng)稱為細(xì)胞途徑。3.質(zhì)外體途徑：水分通過細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙等沒有細(xì)胞質(zhì)的移動途徑。二、根系吸水的途徑第二十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日1.根壓（葉片未展開時，是主要動力。主動吸水）三、根系吸水的動力證明根壓存在的現(xiàn)象：A:傷流圖

傷流和根壓示意圖A.傷流液從莖部切口處流出B.用壓力計測定根壓第二十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日傷流液(bleedingsap)中含有多種無機物和有機物(植物激素)。有些傷流液是重要的工業(yè)原料，如松脂、生漆和橡膠等。傷流液的數(shù)量和成分，可作為根系生理活性的指標(biāo)。割橡膠漆液采割從馬尾松上收集松脂第二十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日B:吐水是從植株的葉片尖端或邊緣的水孔向外溢出液滴的現(xiàn)象。吐水現(xiàn)象也是根系生理活性的指標(biāo)。

A.草莓葉的吐水B.小麥葉的吐水圖：植物葉片的吐水現(xiàn)象第二十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日2.蒸騰拉力(主要動力，被動吸水)

蒸騰拉力：由于葉片的蒸騰作用而產(chǎn)生的水勢梯度使植物體內(nèi)水分上升的力量。三、根系吸水的動力第二十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日四、影響根系吸水的土壤條件土壤水分狀況土壤通氣狀況：根系呼吸→清溝理墑土壤溫度：過低，過高→“午不澆園”土壤溶液濃度：過高，燒苗第二十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)

植物的蒸騰作用

蒸騰作用（transpiration）：植物體內(nèi)的水分以氣態(tài)散失到大氣中去的過程。第二十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日1.生理意義a.水分吸收和轉(zhuǎn)運的主要動力b.是礦質(zhì)元素和有機物運輸?shù)膭恿.降低植物體的溫度d.有利于CO2的同化一、蒸騰作用的生理意義、方式和指標(biāo)第三十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日2.方式（蒸騰部位）一、蒸騰作用的生理意義、方式和指標(biāo)枝、果—皮孔蒸騰Lenticulartranspiration約0.1%葉片—角質(zhì)層蒸騰Cuticulartranspiration(5～10%)氣孔蒸騰Stomataltranspiration（主要方式）第三十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日一、蒸騰作用的生理意義、方式和指標(biāo)

3.蒸騰作用的指標(biāo)蒸騰速率（蒸騰強度，transpirationrate）：植物在單位時間內(nèi)、單位面積上蒸騰散失的水量(g·m-2·h-1)。蒸騰效率（蒸騰生產(chǎn)率，transpirationefficiency）：植物每蒸騰1kg水所形成的干物質(zhì)的克數(shù)(g·kg-1)。蒸騰系數(shù)（需水量，transpirationcoefficient）：植物每制造1g干物質(zhì)所蒸騰水的克數(shù)(g·g-1)。蒸騰比率（transpirationratio）：植物光合作用每固定1molCO2所需蒸騰散失的水量（mol）。第三十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日二、氣孔蒸騰1.氣孔的結(jié)構(gòu)與特點

A.結(jié)構(gòu)：

B.特點：下表皮數(shù)目＞上表皮孔口側(cè)厚，背口側(cè)薄輻射狀微絲雙子葉－半月形單子葉－啞鈴形第三十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日2.氣孔的運動及機制1）氣孔的運動二、氣孔蒸騰吸水失水單子葉植物吸水失水雙子葉植物第三十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日2）氣孔運動機制A.淀粉－糖轉(zhuǎn)化學(xué)說（LioydFE.,1908）二、氣孔蒸騰光合CO2減少pH升高淀粉磷酸化酶淀粉葡萄糖水勢降低白天吸水氣孔開放[OH-]？？第三十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日2）氣孔運動機制A.淀粉－糖轉(zhuǎn)化學(xué)說二、氣孔蒸騰光合停止CO2增加pH降低淀粉磷酸化酶葡萄糖水勢升高黒夜淀粉[H+]失水氣孔關(guān)閉？？第三十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日2）氣孔運動機制B.無機離子泵學(xué)說

(K+泵學(xué)說）

K+是引起保衛(wèi)細(xì)胞滲透勢發(fā)生變化的最重要的離子。二、氣孔蒸騰質(zhì)子泵開放細(xì)胞內(nèi)K＋增多水勢降低氣孔開放光合ATP增加白天胞外H+增加

K＋內(nèi)流通道開放H+泵出？？第三十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日二、氣孔蒸騰2）氣孔運動機制B.無機離子泵學(xué)說

K+是引起保衛(wèi)細(xì)胞滲透勢發(fā)生變化的最重要的離子。黑夜光合停止ATP減少質(zhì)子泵關(guān)閉細(xì)胞內(nèi)K＋減少水勢增加氣孔關(guān)閉胞內(nèi)H+增加

K＋外流通道開放第三十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日二、氣孔蒸騰2）氣孔運動機制C.蘋果酸代謝學(xué)說葡萄糖PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）OAA（草酰乙酸）蘋果酸蘋果酸2-+2H+ATP質(zhì)子泵開放細(xì)胞內(nèi)K＋增多水勢降低氣孔開放離子泵淀粉－糖白天糖酵解作用第三十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日二、氣孔蒸騰3.影響氣孔運動的外界因素1)光:促進張開,暗:促進關(guān)閉。間接效應(yīng):光合電子傳遞抑制劑(二氯苯基二甲脲,DCMU)直接效應(yīng):藍(lán)光（直接作用，活化H+-ATP酶）和紅光2)CO2:低濃度促進開放，高濃度促進關(guān)閉。3)溫度：溫度越高（小于30℃），氣孔開度越大。4)水分：含水量越低，氣孔開度越小。5)植物激素：ABA，CTK第四十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日三、影響蒸騰的內(nèi)外因素1.外界因素1）光照葉溫升高內(nèi)外蒸汽壓增大蒸騰加快氣孔開放氣孔阻力變小蒸騰加快2）空氣濕度增強增大內(nèi)外蒸汽壓變小蒸騰變慢3）溫度增大內(nèi)外蒸汽壓增大蒸騰加快4）風(fēng)微風(fēng)內(nèi)外蒸汽壓增大蒸騰加快強風(fēng)氣孔關(guān)閉蒸騰變慢第四十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日三、影響蒸騰的內(nèi)外因素2.內(nèi)部因素氣孔葉面積氣孔頻度（多少）氣孔大小多大大蒸騰加快第四十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)植物體內(nèi)的水分運輸一、水分運輸?shù)耐緩酵寥馈印鷥?nèi)皮層→中柱鞘→根導(dǎo)管或管胞→莖導(dǎo)管→葉柄導(dǎo)管→葉肉細(xì)胞→葉肉細(xì)胞間隙→氣孔下腔→氣孔→大氣1.經(jīng)過死細(xì)胞：導(dǎo)管和管胞2.經(jīng)過活細(xì)胞：根皮層→內(nèi)皮層→根中柱葉脈→氣孔下腔第四十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日二、水分沿導(dǎo)管或管胞上升的機制1.動力:根壓和蒸騰拉力，以蒸騰拉力更為重要。2.水柱的連續(xù)性（1）內(nèi)聚力學(xué)說（蒸騰流－內(nèi)聚力－張力學(xué)說）：A.張力＝重力－蒸騰拉力（斷裂力）B.內(nèi)聚力：水分子之間的吸附力C.附著力：水分子與細(xì)胞壁之間的力B＋C＞A

水柱連續(xù)不中斷（2）氣穴現(xiàn)象，導(dǎo)管存在支路，氣泡的影響不大。第四十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日第六節(jié)合理灌溉的生理基礎(chǔ)一、作物的需水規(guī)律1.不同作物對水分的需要量不同：C4＞C32.同一作物不同時期需水不同：例：禾本科苗期抽穗期灌漿期小小大需水量：3.水分臨界期：植物對水分不足最敏感、最易受害的時期。

小麥為拔節(jié)→孕穗期和灌漿→乳熟期。第四十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日二、合理灌溉的指標(biāo)1形態(tài)指標(biāo)：萎蔫、變暗、變紅和生長放緩2生理指標(biāo)：相對含水量、葉片水勢、氣孔導(dǎo)度等。3土壤指標(biāo)：田間持水量（指土壤中重力水都排空后，保留全部束縛水和毛管水時的土壤含水量，以水分占土壤干重的百分比表示。）0－90cm土層，60%－80%為宜。第四十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日謝謝大家！復(fù)習(xí)思考題：P78第四十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日山東省巨野縣姚莊村受旱蒜苗2011-01-31

美國近2/3土地遭遇旱災(zāi)旱情為50年來最嚴(yán)重（2012年7月）第四十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日第四十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日仙人掌(Rhipsalisdissimilis)表面向內(nèi)凹陷的氣孔

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