植物水分代謝課件

1、第一章 植物的水分代謝沒有水就沒有生命! 植物的一切生命活動(dòng)都只有在一定的細(xì)胞水分狀態(tài)下才能進(jìn)行，否則，植物正常生命活動(dòng)就會(huì)受阻，甚至停止。 農(nóng)諺說“有收無收在于水!”章節(jié)概述1.水分與植物生命活動(dòng)2.植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收 3.植物根系對(duì)水分的吸收4.蒸騰作用5.水分因子對(duì)園林植物生態(tài)習(xí)性影響6.合理灌溉的生理基礎(chǔ)與意義 1.1植物體內(nèi)的含水量 植物種類：一般植物含水量為70%90%；水生植物的含水量大于90%；旱生植物含水量可低至6%。 植物組織和器官：根的含水量為80%90%；莖：50%80%；葉：80%90%，果實(shí)：85%95%，休眠芽：40%；種子：5%15%。 環(huán)境條件：陰蔽、潮濕環(huán)

2、境中，含水量高；向陽、干燥環(huán)境中，含水量低。1.水分與植物生命活動(dòng) 水分代謝(water metabolism)：植物對(duì)水分的吸收、運(yùn)輸、利用和散失的過程。1.2 水分在植物中的存在形式 束縛水(bound water)是被原生質(zhì)膠體顆粒緊密吸附或存在于生物大分子結(jié)構(gòu)空間的水、這些水被束縛，不能自由移動(dòng)，不起溶劑作用。 自由水(free water)是指存在于原生質(zhì)膠粒之間、液胞內(nèi)、細(xì)胞間隙、導(dǎo)管和管胞內(nèi)以及植物體其他組織間隙中的不被吸附、能在體內(nèi)自由移動(dòng)、起溶劑作用的水。 自由水束縛水的比值可作為衡量植物代謝強(qiáng)弱和抗性的生理指標(biāo)之一。 1.3水分在植物生命活動(dòng)中的作用生理作用：1. 原生質(zhì)的

3、主要組成成分 植物細(xì)胞原生質(zhì)一般含水量在80%以上2. 植物體內(nèi)代謝過程的重要原料3. 各種生化反應(yīng)和物質(zhì)吸收、運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)4. 使植物保持固有的姿態(tài)5. 保持植物體正常的體溫 水的汽化熱高、比熱大生態(tài)作用：1.水對(duì)可見光的通透性2.水對(duì)植物生存環(huán)境的調(diào)節(jié) 增加大氣濕度、維持土溫、氣溫的相對(duì)穩(wěn)定2.植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收 對(duì)于一個(gè)典型的植物細(xì)胞，其水勢由3部分組成，即： 水勢=滲透勢+壓力勢+襯質(zhì)勢滲透勢（osmotic potential，）：溶液中溶質(zhì)顆粒的存在而引起的水勢降低值。用負(fù)值表示。亦稱溶質(zhì)勢（s）。壓力勢（pressure potential，p）：由于細(xì)胞壁壓力的存在而增加的水勢

4、值。一般為正值。初始質(zhì)壁分離時(shí)，p為0，劇烈蒸騰時(shí)，p會(huì)呈負(fù)值。襯質(zhì)勢（matric potential，m）：細(xì)胞膠體物質(zhì)親水性和毛細(xì)管對(duì)自由水束縛而引起的水勢降低值，以負(fù)值表示。2.2植物細(xì)胞的水勢組成2.植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收 2.3 植物細(xì)胞吸水的方式1.滲透性吸水：植物細(xì)胞與外部溶液環(huán)境共同構(gòu)成了一個(gè)滲透系統(tǒng)，借助滲透作用，即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(dòng)進(jìn)行吸水（最主要方式） 植物細(xì)胞由于液泡失水而使原生質(zhì)體和細(xì)胞壁分離的現(xiàn)象，稱為質(zhì)壁分離(plasmolysis) 發(fā)生了質(zhì)壁分離的細(xì)胞吸水后使整個(gè)原生質(zhì)體恢復(fù)原狀的現(xiàn)象，稱為質(zhì)壁分離復(fù)原(deplasmolysis)

5、2.植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收 1、說明原生質(zhì)層是半透膜2、判斷細(xì)胞死活3、測定細(xì)胞的滲透勢4、觀察物質(zhì)通過細(xì)胞的速率。質(zhì)壁分離現(xiàn)象可以解決下列問題：2.吸脹性吸水：親水性膠體物質(zhì)吸水膨脹的現(xiàn)象。 在未形成液泡的細(xì)胞和干燥的種子細(xì)胞中的親水膠體包括原生質(zhì)和細(xì)胞壁組成成分以及細(xì)胞的貯藏物淀粉、蛋白質(zhì)等都呈凝膠狀態(tài)對(duì)水分有強(qiáng)大的吸引力，這種吸引水的力量稱為吸脹力。 豆類種子中膠體的襯質(zhì)勢可低于-100MPa，易發(fā)生吸脹吸水。2.植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收 水分總是由水勢高的部位向水勢低的部位運(yùn)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

6、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(yùn)轉(zhuǎn)。 2.植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收 2.4水分的移動(dòng)Title3）土壤-植物體-大氣連續(xù)體系的水分轉(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。3.2植物根系吸水的部位 根系是植物吸水的主要器官，其中根毛區(qū)為主要的吸水區(qū)域。 根毛細(xì)胞壁含有豐富的果膠質(zhì)，有利于與土壤接觸并吸水。 根毛區(qū)有成熟的輸導(dǎo)組織，便于水分運(yùn)輸。 根毛極大的增加了根的吸收面積。3.3植物根系吸水的途徑1 質(zhì)外體途徑(apoplast pathway) 2 共質(zhì)體途徑(symplast pathway)質(zhì)外體：是指由細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙、胞間

7、層以及導(dǎo)管的空腔組成的部分。當(dāng)水分在質(zhì)外體中移動(dòng)時(shí)，不越過任何膜，所以移動(dòng)阻力小，移動(dòng)速度快。共質(zhì)體：是指由一個(gè)個(gè)生活的細(xì)胞通過胞間連絲組成的連續(xù)整體。由于水分在共質(zhì)體內(nèi)運(yùn)輸時(shí)要跨膜，因此水分移動(dòng)阻力大。2、被動(dòng)吸水 由于枝葉的蒸騰作用(transpiration)而引起根部的吸水稱作被動(dòng)吸水。 被動(dòng)吸水的動(dòng)力是蒸騰拉力。 由于蒸騰作用產(chǎn)生的一系列水勢梯度，而使水分沿導(dǎo)管上升的力量稱為蒸騰拉力。 就大多數(shù)高等植物而言，春季葉片未展開之前，以主動(dòng)吸水為主；一旦葉片展開，蒸騰作用逐漸加強(qiáng)，便以被動(dòng)吸水為主。 1. 土壤水分狀況 土壤可用水分的水勢范圍： -0.45 Mpa -0.3 MPa 2.

8、土壤通氣狀況 土壤通氣良好，根系吸水性強(qiáng) 土壤通氣不良，根系吸水困難：(1) 根際缺O(jiān)2， CO2積累，呼吸受抑；(2)長時(shí)期缺氧時(shí)根進(jìn)行無氧呼吸，產(chǎn)生并積累乙醇，毒害根系；(3) 土壤處于還原狀態(tài)，加之土壤微生物的活動(dòng)，產(chǎn)生一些有毒物質(zhì)，對(duì)根系生長和吸收都不利 中耕耘田、排水曬田 增加土壤通氣3.5影響根系吸水的外部因素3. 土壤溫度 溫度過高或過低，對(duì)根系吸水均不利 低溫： (1) 原生質(zhì)粘性增大，對(duì)水的阻力增大，水不易透過生活組織，植物吸水減弱 (2) 水分子運(yùn)動(dòng)減漫，滲透作用降低 (3) 根系生長受抑，吸收面積減少 (4) 根系呼吸速率降低，離子吸收減弱，影響根系吸水 高溫：加速根系老

9、化過程，收面積減少4. 土壤溶液濃度 土壤溶液濃度過高，水勢低，根系吸水困難 施肥過多或過于集中時(shí)，可使根部土壤溶液濃度急速升高，阻礙了根系吸水，引起“燒苗” 鹽堿地土壤溶液濃度太高，植物吸水困難，形成一種生理干旱。4.蒸騰作用4.2 蒸騰作用的部位與方式 1、植物幼小時(shí)，地面以上的全部表面 2、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(zhì)蒸騰 約占全部蒸騰的5%10% （2）氣孔蒸騰 主要方式4.1蒸騰作用的概念及生理意義 植物散失水分的方式： 以液態(tài)逸出體外-吐水； 以氣態(tài)逸出體外-蒸騰作用 蒸騰作用(transpiration)指植物體內(nèi)的水分以氣態(tài)方式從植物

10、的表面向外界散失的過程。 蒸騰作用是植物失水的主要方式，達(dá)植物吸水量的99%。 （2）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(dá)到葉片同樣面積的蒸發(fā)量的50%以上。 經(jīng)過小孔的擴(kuò)散速率與孔的周長成正比,不與面積成正比。此規(guī)率叫小孔擴(kuò)散定律。4.2氣孔蒸騰（1）氣孔的大小、數(shù)目及分布4.蒸騰作用擴(kuò)散層氣孔阻力大氣蒸汽壓氣孔下腔蒸汽壓4.4影響氣孔運(yùn)動(dòng)的因素 氣孔運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，本身具有內(nèi)生近似晝夜節(jié)律(endogenous circadian rhythms)：即隨一天的晝夜交替而開閉影響氣孔運(yùn)動(dòng)的外部因子： 1. CO2：一般來講，濃度低的CO2可促使氣孔張開，濃

11、度高的CO2則促使氣孔關(guān)閉。 2. 光：一般光照促使氣孔開放(藍(lán)光和紅光最有效)，黑暗促使氣孔關(guān)閉，即晝開夜關(guān)。 景天、落地生根和仙人掌類等植物的氣孔則是晝關(guān)夜開。4.蒸騰作用4.蒸騰作用 6. 植物激素: 細(xì)胞分裂素(CTK, cytokinin)促進(jìn)氣孔張開；脫落酸(ABA, abscisic acid)促進(jìn)氣孔關(guān)閉。 3. 溫度：氣孔開度一般隨溫度的升高而增大。在30以上，氣孔開度達(dá)最大，但過高(30-35)或過低溫度會(huì)引起氣孔開度減小。 4.水分：葉片的水勢對(duì)氣孔開張有著強(qiáng)烈的控制作用。缺水直接引起氣孔關(guān)閉；葉片被水飽和時(shí)，表皮細(xì)胞相互擠壓保衛(wèi)細(xì)胞，也引起氣孔關(guān)閉。 5. 氣孔的震蕩：

12、植物在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下，氣孔以數(shù)分鐘或數(shù)十分鐘為周期的節(jié)律開合的現(xiàn)象。光合速率幾乎不受影響。外部因素： 凡是影響葉片內(nèi)外蒸氣壓差和擴(kuò)散途徑阻力的外界條件，都會(huì)影響蒸騰速率的高低。例如光照、空氣濕度、溫度、風(fēng)等。(1)光照：光照，氣孔開度，氣孔阻力， ,蒸騰速率。光照， 氣溫和葉溫，但葉溫更大，葉內(nèi)外的蒸汽壓梯度，蒸騰速率 。(2)大氣溫度：一定范圍，溫度，蒸騰。溫度過低過高，蒸騰（氣孔關(guān)閉）(3)大氣濕度： 濕度 ，蒸騰 ；濕度 ，蒸騰 。(4)風(fēng)速：微風(fēng)促進(jìn)蒸騰。強(qiáng)風(fēng)可能會(huì)引起氣孔關(guān)閉或開度減小，內(nèi)部阻力加大，蒸騰減弱。(5)蒸騰作用的晝夜變化：光照是影響蒸騰的主要因素，一天中蒸騰速率的變化

13、與光照變化基本一致。4.蒸騰作用4.5 降低蒸騰作用的途徑（1）減少蒸騰面積（2）降低蒸騰速率（3）使用抗蒸騰劑4.蒸騰作用5、水分因子對(duì)園林植物生態(tài)習(xí)性影響（1）旱生樹種：1.少漿植物或硬葉旱生植物 A、減少蒸騰量（縮小葉面積，角質(zhì)層，蠟質(zhì)）；。 B、根系發(fā)達(dá)。如駱駝刺。Title（2）多漿植物或肉質(zhì)植物 A、莖或葉具有發(fā)達(dá)的儲(chǔ)水組織而多肉 B、大多數(shù)種類氣孔下陷，數(shù)目不多， C、根系不發(fā)達(dá)（3）冷生植物或干矮植物 本類植物具有旱生少漿植物的旱生特性，但一般形體矮小，多成團(tuán)從狀或墊狀。（2）中生樹種：大多數(shù)植物屬于中生樹種，對(duì)于干與濕的忍耐程度方面有很大差異。中生耐水濕：具有濕生植物的性狀傾

14、向。桑樹、旱柳、紫穗槐等。中生耐干旱：具有旱生植物的性狀傾向。油松、側(cè)柏、荊條、白皮松等。5、水分因子對(duì)園林植物生態(tài)習(xí)性影響（3）濕生樹種：如水松、落羽杉、池杉、紅樹等。（4）水生植物： 通氣組織發(fā)達(dá)，表皮不發(fā)達(dá)，根系不發(fā)達(dá)5、水分因子對(duì)園林植物生態(tài)習(xí)性影響6.1灌水原則與依據(jù)灌水原則與依據(jù)：1.樹種的生物學(xué)特性及其年生長節(jié)律。樹種、物候期、樹齡、不同生長發(fā)育期、動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。2.氣候條件。年降水量、降水強(qiáng)度、降水頻度與分布。3.土壤條件。質(zhì)地與結(jié)構(gòu)(保水能力)、地下水位、鹽堿含量、地勢(保水與排水性能)。4.經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件(保證重點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)有效)。5.結(jié)合土壤及施肥等栽培措施。6.合理灌溉的生理基礎(chǔ)

15、與意義 (一) 灌溉的時(shí)期： 依據(jù)土壤含水量。一般作物生長較好的土壤含水量為田間持水量的60%80% 依據(jù)形態(tài)變化：形態(tài)上已顯露出缺水癥狀 (1）幼嫩的莖葉在中午前后易發(fā)生萎蔫； (2）葉、莖顏色由于生長緩慢，葉綠素濃度相對(duì)增大，而呈暗綠色。 (3）莖、葉顏色有時(shí)變紅 生理指標(biāo)可以比形態(tài)指標(biāo)更及時(shí)、更靈敏地反映植物體的水分狀況。 植物葉片的細(xì)胞汁液濃度、滲透勢、水勢和氣孔開度等均可作為灌溉的生理指標(biāo)。 6.合理灌溉的生理基礎(chǔ)與意義 6.合理灌溉的生理基礎(chǔ)與意義 (二) 主要物候期的灌水休眠期灌水：秋冬或早春。我國北方秋末冬初灌封凍水，提高樹木越冬安全性。早春灌水，利于新梢和葉片生長、利于開花座果。生長期灌水：花前灌水；花后灌水；花芽分化期灌水。 6.2節(jié)水灌溉方法1.噴灌2.微灌：滴灌、微噴灌、涌泉灌3.滲灌：利用地下管道系統(tǒng)4.膜上灌5.精確灌溉：遙感和計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)6.調(diào)虧灌溉控水灌溉7.控制性分根區(qū)交替灌溉8.肥水耦合，以肥調(diào)水6.合理灌溉的生理基礎(chǔ)與意義 1.明溝排水：在樹旁縱橫開淺溝排水。若成片栽植，則應(yīng)全面安排排水系統(tǒng)。2.暗道