廣東省東莞中學(xué)生物競(jìng)賽輔導(dǎo)植物生物學(xué)——植物的水分代謝(共51張PPT)

1、東莞中學(xué)東莞中學(xué) 生物科生物科東莞中學(xué) 13-14生物競(jìng)賽輔導(dǎo)內(nèi)內(nèi) 容容植物對(duì)水分的需要植物對(duì)水分的需要1植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收2植物根系對(duì)水分的吸收植物根系對(duì)水分的吸收3蒸騰作用和植物體內(nèi)水分的運(yùn)輸蒸騰作用和植物體內(nèi)水分的運(yùn)輸4合理灌溉合理灌溉5代謝維持各種生命活動(dòng)過(guò)程中化學(xué)變化（物質(zhì)的合成、轉(zhuǎn)化和分解）的總稱(chēng)。合成代謝分解代謝（光合作用）（呼吸作用）體內(nèi)物質(zhì)代謝外界吸收物質(zhì)代謝 （糖、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)和核酸）水分礦質(zhì)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(duì)水分的需要第一節(jié)植物對(duì)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(wú)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(zhǎng)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(zhì)親水膠粒蛋白質(zhì)親水膠粒植物體內(nèi)不被親水膠粒吸附，可以自由移動(dòng)，可起溶劑作用的水分。植物體內(nèi)吸附在親水膠粒周?chē)虮焕в诖蠓肿涌臻g中，不能自由移動(dòng)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(zhì)組分吸附，不能自由移動(dòng)的水分。v 自由水（free water）：不被原生質(zhì)組分吸附，可自由移動(dòng)的水分。 自由水/束縛水是衡量植物代謝強(qiáng)弱和抗性的生理指標(biāo)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(duì)植物的作用三、水分對(duì)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(xì)胞）（未形成液泡的細(xì)胞）吸水方式吸水方式代謝性吸水代謝性吸水（主動(dòng)吸水，直接耗能）（主動(dòng)吸水，直接耗能）滲透性吸水滲透性吸水（具液泡細(xì)胞）（

4、具液泡細(xì)胞）第二節(jié)植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收第二節(jié)植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收 一、細(xì)胞的滲透性吸水（一）水勢(shì)的概念 水勢(shì)（ w ）， 就是水的化學(xué)勢(shì)。規(guī)定純水的化學(xué)勢(shì)為零，故水勢(shì)的概念為同溫同壓下， 一個(gè)體系中的水分與純水的化學(xué)勢(shì)之差除以體系中水的偏摩爾體積。純水的水勢(shì)最高，定為0 幾種常見(jiàn)化合物的水勢(shì) 溶液溶液 w /Mpa 純水純水 0 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液營(yíng)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(shì)高的系統(tǒng)通過(guò)半透膜向水勢(shì)低的系統(tǒng)移動(dòng)的現(xiàn)象。 蔗糖溶液水經(jīng)過(guò)一段時(shí)間壓力（水勢(shì)

5、）半透膜液面上升 植物細(xì)胞就是一個(gè)滲透系統(tǒng) 成熟細(xì)胞的原生質(zhì)層（原生質(zhì)膜、原生質(zhì)和液泡膜）相當(dāng)于半透膜。 液泡液、原生質(zhì)層和細(xì)胞外溶液構(gòu)成了一個(gè)滲透系統(tǒng)。質(zhì)壁分離與復(fù)原現(xiàn)象可以解決下列問(wèn)題：1、說(shuō)明原生質(zhì)層是半透膜2、判斷細(xì)胞死活3、測(cè)定細(xì)胞的滲透勢(shì)4、觀察物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞的速率。（三）植物細(xì)胞的水勢(shì)構(gòu)成 w w = + + p p + + m m :滲透勢(shì)，也稱(chēng)溶質(zhì)勢(shì)（s s）由于溶質(zhì)顆粒的存在而引起的水勢(shì)降低值。恒為負(fù)值。 = - -iCRTiCRTi:解離系數(shù)，C：溶質(zhì)濃度 R：氣體常數(shù)，T：絕對(duì)溫度 p p ：壓力勢(shì)，由于細(xì)胞壁壓力的存在而引起的水勢(shì)增加值。 一般情況下，壓力勢(shì)為正值； 質(zhì)

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

7、形成中央大液泡的細(xì)胞，這種細(xì)胞原生質(zhì)被擠壓為一薄層，因此，襯質(zhì)勢(shì)（m）很小忽略。vC.風(fēng)干種子細(xì)胞的水勢(shì)：w=m 風(fēng)干種子細(xì)胞原生質(zhì)處于凝膠狀態(tài)，沒(méi)有溶液，即沒(méi)有滲透勢(shì)；膜失去彈性，也沒(méi)有壓力勢(shì)，只有襯質(zhì)勢(shì)。（四）細(xì)胞間的水分移動(dòng)（w w ，Map） A A-0.8-0.8 B B-0.6-0.6 C C-0.4-0.4（1）將細(xì)胞放入高水勢(shì)溶液中：（2） 將細(xì)胞放入低水勢(shì)溶液中：（3）將細(xì)胞放入等水勢(shì)溶液中: 假設(shè)一個(gè)細(xì)胞的滲透勢(shì)為假設(shè)一個(gè)細(xì)胞的滲透勢(shì)為-0.8Mpa ,將其放入滲透勢(shì)為將其放入滲透勢(shì)為-0.3Mpa溶液中，請(qǐng)計(jì)溶液中，請(qǐng)計(jì)算細(xì)胞的壓力勢(shì)為何值時(shí)才分別發(fā)生下算細(xì)胞的壓力勢(shì)為何

8、值時(shí)才分別發(fā)生下列三種情況？列三種情況？1、細(xì)胞體積變大、細(xì)胞體積變大 (0 P 0.5)2、細(xì)胞體積變小細(xì)胞體積變小 (0.5 淀粉 纖維素 干燥種子、根尖、莖尖分生細(xì)胞、果實(shí)和種子形成過(guò)程中果實(shí)和種子形成過(guò)程中靠吸脹吸水。三、細(xì)胞的代謝性吸水 代謝性吸水：利用細(xì)胞呼吸釋放的能量使水分透過(guò)質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程。 四、水分進(jìn)入細(xì)胞的途徑 1、單個(gè)水分子通過(guò)膜脂雙分子層的間隙進(jìn)入細(xì)胞 2、水集流通過(guò)質(zhì)膜上水孔蛋白組成的水通道進(jìn)入細(xì)胞 水孔蛋白：是一類(lèi)具有選擇性地、高效轉(zhuǎn)運(yùn)水分的膜通道蛋白。 水分跨膜移動(dòng)途徑示意圖水分子經(jīng)水通道進(jìn)入細(xì)胞：是一種自發(fā)過(guò)程，是由于分子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)所造成的，物質(zhì)從濃度高的

9、區(qū)域向濃度低的區(qū)域移動(dòng)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一、根系吸水區(qū)域v 根尖的根毛區(qū)吸水能力最強(qiáng)第三節(jié)植物根系對(duì)水分的吸收第三節(jié)植物根系對(duì)水分的吸收根毛區(qū)伸長(zhǎng)區(qū)分生區(qū)二、根系吸水的途徑二、根系吸水的途徑細(xì)胞途徑質(zhì)外體途徑v 1. 共質(zhì)體途徑：共質(zhì)體途徑：水分從一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)經(jīng)過(guò)胞間連胞間連絲絲，移動(dòng)到另一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)，形成一個(gè)細(xì)胞質(zhì)的連續(xù)體的途徑。v 2. 跨膜途徑：跨膜途徑：水分從一個(gè)細(xì)胞到另一個(gè)細(xì)胞，要兩次通過(guò)質(zhì)膜，故稱(chēng)跨膜途徑跨膜途徑?？缒ね緩胶凸操|(zhì)體途徑統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)胞途徑。v 3. 質(zhì)外體途徑：質(zhì)外體途徑：水分通過(guò)細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙等沒(méi)有細(xì)胞質(zhì)的移動(dòng)途徑。二、根系

10、吸水的途徑二、根系吸水的途徑1. 主動(dòng)吸水：根壓（葉片未展開(kāi)時(shí)，是主要?jiǎng)恿Γ﹤鱾魍滤滤C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(dòng)力三、根系吸水的動(dòng)力2. 被動(dòng)吸水：蒸騰拉力(主要?jiǎng)恿? 在蒸騰作用中，首先是氣孔下腔細(xì)胞失水，水勢(shì)降低，它就向相鄰細(xì)胞吸水，使相鄰細(xì)胞水勢(shì)降低，這種水勢(shì)降低作用，通過(guò)一個(gè)個(gè)細(xì)胞傳遞到木質(zhì)部導(dǎo)管，使導(dǎo)管水勢(shì)降低，導(dǎo)管向根系吸水，使根系水勢(shì)降低，產(chǎn)生吸水力。三、根系吸水的動(dòng)力三、根系吸水的動(dòng)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(guò)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(yùn)輸?shù)闹饕獎(jiǎng)恿?b.是礦質(zhì)元素和有機(jī)物運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力 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(shí)，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(zhì)蒸騰 約占全部蒸騰的5%10% （2）氣孔蒸騰 主要方式1. 經(jīng)過(guò)氣孔的蒸騰速率 氣孔面積一般不超過(guò)葉面積的1%，但通過(guò)氣孔的蒸騰量卻達(dá)到葉片同樣面積的蒸發(fā)量的50%以上。 經(jīng)過(guò)小孔的擴(kuò)散速率與孔的周長(zhǎng)成正比,不與面積成正

12、比。此規(guī)率叫小孔擴(kuò)散率。二、氣孔蒸騰二、氣孔蒸騰2. 氣孔的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)v A.結(jié)構(gòu)：v B.特點(diǎn)：上表皮數(shù)目下表皮 孔口側(cè)厚，背口側(cè)薄 輻射狀微纖絲雙子葉半月形單子葉啞鈴形保衛(wèi)細(xì)胞特點(diǎn)：細(xì)胞體積小，孔口側(cè)厚，背口側(cè)薄，孔口側(cè)厚，背口側(cè)薄，這有利于膨壓迅速地改變。吸水時(shí)較薄的外壁易用于伸展，細(xì)胞向外彎曲，氣孔張開(kāi)。 細(xì)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(duì)內(nèi)壁施加影響。細(xì)胞質(zhì)中有一整套細(xì)胞器一整套細(xì)胞器，且數(shù)目較多.葉綠體具明顯的基粒結(jié)構(gòu)，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(xì)胞無(wú)葉綠體3. 氣孔的運(yùn)動(dòng)及機(jī)制v1）氣孔的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)機(jī)制A.淀粉糖互變學(xué)說(shuō)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(shì)降低水勢(shì)降低白白天天吸水吸水氣孔開(kāi)放氣孔開(kāi)放OH-？實(shí)質(zhì)：滲透調(diào)節(jié)保衛(wèi)細(xì)胞實(shí)質(zhì)：滲透調(diào)節(jié)保衛(wèi)細(xì)胞2）氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制A.淀粉糖互變學(xué)說(shuō)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(shì)升高水勢(shì)升高黒黒夜夜淀粉淀粉H+失水失水氣孔關(guān)閉氣孔關(guān)閉？2）氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制B.無(wú)機(jī)離子泵學(xué)說(shuō)質(zhì)子泵開(kāi)放質(zhì)子泵開(kāi)放細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)K增多增多水勢(shì)降低水勢(shì)降低氣孔開(kāi)放氣孔開(kāi)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(kāi)放內(nèi)流通道開(kāi)放H+泵出 ？

14、2）氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制B.無(wú)機(jī)離子泵學(xué)說(shuō)黑黑夜夜光合停止光合停止ATP減少減少質(zhì)子泵關(guān)閉質(zhì)子泵關(guān)閉細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)K減少減少水勢(shì)增加水勢(shì)增加氣孔關(guān)閉氣孔關(guān)閉胞內(nèi)胞內(nèi)H+增加增加 K外流通道開(kāi)放外流通道開(kāi)放2）氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制C.蘋(píng)果酸學(xué)說(shuō)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(píng)果酸蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸2-+2H+ATP質(zhì)子泵開(kāi)放質(zhì)子泵開(kāi)放細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)K增多增多水勢(shì)降低水勢(shì)降低氣孔開(kāi)放氣孔開(kāi)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(xì)胞進(jìn)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(píng)果酸 光活化H+-ATPE 糖、蘋(píng)果酸、K+、Cl- 保衛(wèi)細(xì)胞水勢(shì)下降 排出 H+ 向周?chē)?xì)胞吸水，膨壓升高 氣孔張開(kāi) 氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)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(kāi)放氣孔開(kāi)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(qiáng)增強(qiáng)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(fēng)）風(fēng)微風(fēng)微風(fēng)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(qiáng)風(fēng)強(qiáng)風(fēng)氣孔關(guān)閉氣孔關(guān)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(yùn)輸植物體內(nèi)的水分運(yùn)輸 一、水分運(yùn)輸?shù)耐緩?土壤水 根毛 根皮層 根中柱鞘 根導(dǎo)管 莖導(dǎo)管 葉柄導(dǎo)管 葉脈導(dǎo)管 葉肉細(xì)胞 葉細(xì)胞間隙 氣孔下腔 氣孔 大氣1. 經(jīng)過(guò)死細(xì)胞：導(dǎo)管和管胞2. 經(jīng)過(guò)活細(xì)胞： 葉脈 氣孔下腔二、水分沿導(dǎo)管或管胞上升的動(dòng)力二、水分沿導(dǎo)管或管胞上升的動(dòng)力1. 動(dòng)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(xué)說(shuō)： 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(xì)胞壁之間的力（2）導(dǎo)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(chǔ)第六節(jié)合理灌溉的生理基礎(chǔ)一、作物的需水規(guī)律1. 水分利用率不同：C4C32. 不同時(shí)期需水不同： 禾本科：苗期