廣東省東莞中學生物競賽輔導植物生物學——植物的水分代謝(共51張PPT)

1、東莞中學東莞中學 生物科生物科東莞中學 13-14生物競賽輔導內(nèi)內(nèi) 容容植物對水分的需要植物對水分的需要1植物細胞對水分的吸收植物細胞對水分的吸收2植物根系對水分的吸收植物根系對水分的吸收3蒸騰作用和植物體內(nèi)水分的運輸蒸騰作用和植物體內(nèi)水分的運輸4合理灌溉合理灌溉5代謝維持各種生命活動過程中化學變化（物質的合成、轉化和分解）的總稱。合成代謝分解代謝（光合作用）（呼吸作用）體內(nèi)物質代謝外界吸收物質代謝 （糖、蛋白質、脂類和核酸）水分礦質元素空氣（光合作用）植物的代謝植物的代謝第一節(jié)植物對水分的需要第一節(jié)植物對水分的需要一、植物的含水量一、植物的含水量1. 不同植物含水量不同蓮含水量90%苔蘚含水

2、量6%水生中生旱生水生中生旱生草本植物含水量70-85%有收無收在于水，多收少收在于肥一、植物的含水量一、植物的含水量2. 同一植株不同器官、組織含水量不同根60%90%干種子10%14%新生旺盛衰老成熟新生旺盛衰老成熟3. 同一器官不同生長期，含水量也不同前期后期前期后期二、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)二、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)自由水自由水束縛水束縛水蛋白質親水膠粒蛋白質親水膠粒植物體內(nèi)不被親水膠粒吸附，可以自由移動，可起溶劑作用的水分。植物體內(nèi)吸附在親水膠粒周圍或被困于大分子空間中，不能自由移動的水分。二、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)二、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài) 植物組織含水量一般為70%90%。 存在

3、狀態(tài)：束縛水和自由水 v 束縛水（bound water）：被原生質組分吸附，不能自由移動的水分。v 自由水（free water）：不被原生質組分吸附，可自由移動的水分。 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：v 調(diào)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 介電常數(shù)高：有利于離子的溶解還有很多三、水分對植物的作用三、水分對植物的作用植物的三種吸水方式植物的三種吸水方式吸脹性吸水吸脹性吸水（未形成液泡的細胞）（未形成液泡的細胞）吸水方式吸水方式代謝性吸水代謝性吸水（主動吸水，直接耗能）（主動吸水，直接耗能）滲透性吸水滲透性吸水（具液泡細胞）（

4、具液泡細胞）第二節(jié)植物細胞對水分的吸收第二節(jié)植物細胞對水分的吸收 一、細胞的滲透性吸水（一）水勢的概念 水勢（ w ）， 就是水的化學勢。規(guī)定純水的化學勢為零，故水勢的概念為同溫同壓下， 一個體系中的水分與純水的化學勢之差除以體系中水的偏摩爾體積。純水的水勢最高，定為0 幾種常見化合物的水勢 溶液溶液 w /Mpa 純水純水 0 Hoagland營養(yǎng)液營養(yǎng)液 -0.05 海水海水 -2.50 1molL-1蔗糖蔗糖 -2.69 1molL-1 KCl -4.50 （二）滲透作用 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。 蔗糖溶液水經(jīng)過一段時間壓力（水勢

5、）半透膜液面上升 植物細胞就是一個滲透系統(tǒng) 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)。質壁分離與復原現(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。（三）植物細胞的水勢構成 w w = + + p p + + m m :滲透勢，也稱溶質勢（s s）由于溶質顆粒的存在而引起的水勢降低值。恒為負值。 = - -iCRTiCRTi:解離系數(shù)，C：溶質濃度 R：氣體常數(shù)，T：絕對溫度 p 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

6、壁分離時，壓力勢為零； 劇烈蒸騰時，壓力勢為負值。 正常的時候細胞壁是阻礙細胞滲透吸水增大的，但正常的時候細胞壁是阻礙細胞滲透吸水增大的，但是強烈蒸騰時，細胞質收縮快，細胞壁反而會牽扯細胞是強烈蒸騰時，細胞質收縮快，細胞壁反而會牽扯細胞質阻礙其失水縮小，因此壓力勢表現(xiàn)為負值，也就是表質阻礙其失水縮小，因此壓力勢表現(xiàn)為負值，也就是表示細胞壁給與了細胞變小的阻力。示細胞壁給與了細胞變小的阻力。 m ：襯質勢，由于細胞內(nèi)膠體物質的親水性對自由水的束縛而引起的水勢降低值。恒為負值。 w = + p + m 不同類型細胞的水勢組成vA. 分生組織：w= +p+mvB. 成熟細胞：w= +p 成熟細胞指已

7、形成中央大液泡的細胞，這種細胞原生質被擠壓為一薄層，因此，襯質勢（m）很小忽略。vC.風干種子細胞的水勢：w=m 風干種子細胞原生質處于凝膠狀態(tài)，沒有溶液，即沒有滲透勢；膜失去彈性，也沒有壓力勢，只有襯質勢。（四）細胞間的水分移動（w w ，Map） A A-0.8-0.8 B B-0.6-0.6 C C-0.4-0.4（1）將細胞放入高水勢溶液中：（2） 將細胞放入低水勢溶液中：（3）將細胞放入等水勢溶液中: 假設一個細胞的滲透勢為假設一個細胞的滲透勢為-0.8Mpa ,將其放入滲透勢為將其放入滲透勢為-0.3Mpa溶液中，請計溶液中，請計算細胞的壓力勢為何值時才分別發(fā)生下算細胞的壓力勢為何

8、值時才分別發(fā)生下列三種情況？列三種情況？1、細胞體積變大、細胞體積變大 (0 P 0.5)2、細胞體積變小細胞體積變小 (0.5 淀粉 纖維素 干燥種子、根尖、莖尖分生細胞、果實和種子形成過程中果實和種子形成過程中靠吸脹吸水。三、細胞的代謝性吸水 代謝性吸水：利用細胞呼吸釋放的能量使水分透過質膜進入細胞的過程。 四、水分進入細胞的途徑 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。 水分跨膜移動途徑示意圖水分子經(jīng)水通道進入細胞：是一種自發(fā)過程，是由于分子的隨機熱運動所造成的，物質從濃度高的

9、區(qū)域向濃度低的區(qū)域移動的現(xiàn)象。細胞間水分的遷移（短距離）水孔蛋白磷脂雙分子層一、根系吸水區(qū)域v 根尖的根毛區(qū)吸水能力最強第三節(jié)植物根系對水分的吸收第三節(jié)植物根系對水分的吸收根毛區(qū)伸長區(qū)分生區(qū)二、根系吸水的途徑二、根系吸水的途徑細胞途徑質外體途徑v 1. 共質體途徑：共質體途徑：水分從一個細胞的細胞質經(jīng)過胞間連胞間連絲絲，移動到另一個細胞的細胞質，形成一個細胞質的連續(xù)體的途徑。v 2. 跨膜途徑：跨膜途徑：水分從一個細胞到另一個細胞，要兩次通過質膜，故稱跨膜途徑跨膜途徑。跨膜途徑和共質體途徑統(tǒng)稱為細胞途徑。v 3. 質外體途徑：質外體途徑：水分通過細胞壁、細胞間隙等沒有細胞質的移動途徑。二、根系

10、吸水的途徑二、根系吸水的途徑1. 主動吸水：根壓（葉片未展開時，是主要動力）傷流傷流吐水吐水證明根壓存在的兩種現(xiàn)象：證明根壓存在的兩種現(xiàn)象：三、根系吸水的動力三、根系吸水的動力2. 被動吸水：蒸騰拉力(主要動力) 在蒸騰作用中，首先是氣孔下腔細胞失水，水勢降低，它就向相鄰細胞吸水，使相鄰細胞水勢降低，這種水勢降低作用，通過一個個細胞傳遞到木質部導管，使導管水勢降低，導管向根系吸水，使根系水勢降低，產(chǎn)生吸水力。三、根系吸水的動力三、根系吸水的動力v影響根系吸水的土壤條件 土壤的可用水分 通氣狀況 土壤溫度 土壤溶液濃度植物失水方式：液態(tài)散失 吐水 氣態(tài)散失 蒸騰作用v 蒸騰作用（蒸騰作用（tra

11、nspiration）：）：指植物體內(nèi)的水分以氣態(tài)方式從植物的表面向外界散失的過程。第四節(jié)蒸騰作用第四節(jié)蒸騰作用1. 生理意義 a.水分吸收和運輸?shù)闹饕獎恿?b.是礦質元素和有機物運輸?shù)膭恿?c.降低葉溫第四節(jié)蒸騰作用第四節(jié)蒸騰作用一、蒸騰作用的生理意義和部位2. 部位a、植物幼小時，地面以上的全部表面b、皮孔蒸騰 高大木本植物，約占全部蒸騰的0.1%c、葉片蒸騰 （1）角質蒸騰 約占全部蒸騰的5%10% （2）氣孔蒸騰 主要方式1. 經(jīng)過氣孔的蒸騰速率 氣孔面積一般不超過葉面積的1%，但通過氣孔的蒸騰量卻達到葉片同樣面積的蒸發(fā)量的50%以上。 經(jīng)過小孔的擴散速率與孔的周長成正比,不與面積成正

12、比。此規(guī)率叫小孔擴散率。二、氣孔蒸騰二、氣孔蒸騰2. 氣孔的結構與特點v A.結構：v B.特點：上表皮數(shù)目下表皮 孔口側厚，背口側薄 輻射狀微纖絲雙子葉半月形單子葉啞鈴形保衛(wèi)細胞特點：細胞體積小，孔口側厚，背口側薄，孔口側厚，背口側薄，這有利于膨壓迅速地改變。吸水時較薄的外壁易用于伸展，細胞向外彎曲，氣孔張開。 細胞壁中徑向排列有輻射狀微纖絲輻射狀微纖絲與內(nèi)壁相連，便于對內(nèi)壁施加影響。細胞質中有一整套細胞器一整套細胞器，且數(shù)目較多.葉綠體具明顯的基粒結構，常有淀粉積累淀粉積累。淀粉是白天減少而夜晚增多。表皮細胞無葉綠體3. 氣孔的運動及機制v1）氣孔的運動吸吸水水失失水水單子葉植物吸吸水水失

13、失水水雙子葉植物2）氣孔運動機制A.淀粉糖互變學說光合光合CO2減少減少PH升高升高淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶淀粉淀粉葡萄糖葡萄糖水勢降低水勢降低白白天天吸水吸水氣孔開放氣孔開放OH-？實質：滲透調(diào)節(jié)保衛(wèi)細胞實質：滲透調(diào)節(jié)保衛(wèi)細胞2）氣孔運動機制A.淀粉糖互變學說光合停止光合停止CO2增加增加PH降低降低淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶葡萄糖葡萄糖水勢升高水勢升高黒黒夜夜淀粉淀粉H+失水失水氣孔關閉氣孔關閉？2）氣孔運動機制B.無機離子泵學說質子泵開放質子泵開放細胞內(nèi)細胞內(nèi)K增多增多水勢降低水勢降低氣孔開放氣孔開放光合光合ATP增加增加白白天天胞外胞外H+增加增加 K內(nèi)流通道開放內(nèi)流通道開放H+泵出 ？

14、2）氣孔運動機制B.無機離子泵學說黑黑夜夜光合停止光合停止ATP減少減少質子泵關閉質子泵關閉細胞內(nèi)細胞內(nèi)K減少減少水勢增加水勢增加氣孔關閉氣孔關閉胞內(nèi)胞內(nèi)H+增加增加 K外流通道開放外流通道開放2）氣孔運動機制C.蘋果酸學說葡萄糖葡萄糖PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）（磷酸烯醇式丙酮酸）OAA（草酰乙酸）（草酰乙酸）蘋果酸蘋果酸蘋果酸蘋果酸2-+2H+ATP質子泵開放質子泵開放細胞內(nèi)細胞內(nèi)K增多增多水勢降低水勢降低氣孔開放氣孔開放離子泵離子泵淀粉糖淀粉糖白白天天糖酵解作用 光照 保衛(wèi)細胞進行 呼吸作用 光合作用 CO2降低 光合磷酸化 氧化磷酸化 淀粉 pH升高 水解 EMP ATP PEP + H

15、CO3- PEPC 蘋果酸 光活化H+-ATPE 糖、蘋果酸、K+、Cl- 保衛(wèi)細胞水勢下降 排出 H+ 向周圍細胞吸水，膨壓升高 氣孔張開 氣孔運動機理三、影響蒸騰的因素三、影響蒸騰的因素1. 外界因素1）光照）光照葉溫升高葉溫升高內(nèi)外蒸汽內(nèi)外蒸汽壓增大壓增大蒸騰加快蒸騰加快氣孔開放氣孔開放氣孔阻力氣孔阻力變小變小蒸騰加快蒸騰加快2）空氣濕度）空氣濕度增強增強增大增大內(nèi)外蒸汽壓變小內(nèi)外蒸汽壓變小蒸騰變慢蒸騰變慢3）溫度）溫度增大增大內(nèi)外蒸汽壓增大內(nèi)外蒸汽壓增大蒸騰加快蒸騰加快4）風）風微風微風內(nèi)外蒸汽壓增大內(nèi)外蒸汽壓增大蒸騰加快蒸騰加快強風強風氣孔關閉氣孔關閉蒸騰變慢蒸騰變慢三、影響蒸騰的因

16、素三、影響蒸騰的因素2. 內(nèi)部因素氣孔葉面積氣孔頻度（多少）氣孔大小多多大大大大蒸騰加快 第五節(jié)第五節(jié) 植物體內(nèi)的水分運輸植物體內(nèi)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1. 經(jīng)過死細胞：導管和管胞2. 經(jīng)過活細胞： 葉脈 氣孔下腔二、水分沿導管或管胞上升的動力二、水分沿導管或管胞上升的動力1. 動力是根壓和蒸騰拉力，以蒸騰拉力更為重要。2. 水柱連續(xù)不中斷的原因（1）內(nèi)聚力學說： A. 張力重力蒸騰拉力（斷裂力） B. 內(nèi)聚力：水分子之間的吸收力 C. 附著力：水分子與細胞壁之間的力（2）導管存在支路，氣泡的影響不大。水柱連續(xù)不中斷水柱連續(xù)不中斷BCA第六節(jié)合理灌溉的生理基礎第六節(jié)合理灌溉的生理基礎一、作物的需水規(guī)律1. 水分利用率不同：C4C32. 不同時期需水不同： 禾本科：苗期