植物的水分生理

植物的水分生理第一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三第二章植物的水分代謝第一節(jié)水在植物生命活動(dòng)中的作用

第二節(jié)植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收第三節(jié)植物根系對(duì)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(yùn)輸?shù)诹?jié)合理灌溉的生理基礎(chǔ)小結(jié)第二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三重點(diǎn)掌握★植物細(xì)胞和根系吸水機(jī)制；★

植物蒸騰作用的調(diào)控、氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制及其調(diào)控。第三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、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(dòng)中的作用蓮含水量90%苔蘚含水量6%第四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、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(zhǎng)期，含水量也不同前期＞后期第五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、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(dòng)，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(dòng)、不易蒸發(fā)散失的水分。第六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三思考：干旱時(shí)，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(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.是細(xì)胞的重要組成成分。70－90%2.是代謝過(guò)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(yùn)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(jìn)生長(zhǎng)。（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(dòng)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(dòng)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(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三第二節(jié)植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收在植物的生命活動(dòng)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？第九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三水的移動(dòng)主要有三種方式一、擴(kuò)散(diffusion)二、集流（massflow,bulkflow)三、滲透作用(osmosis)第十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、擴(kuò)散（以濃度為動(dòng)力）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)從化學(xué)勢(shì)（或濃度）高的區(qū)域向化學(xué)勢(shì)（或濃度）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（質(zhì)膜）第十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三是指液體中成群的原子或分子在壓力梯度下共同移動(dòng)。是水分長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹匾绞剑瓕?dǎo)管二、集流（以壓力為動(dòng)力）根壓和蒸騰拉力根壓：由于根系生理活動(dòng)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(guò)程。第十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、滲透作用（以壓力和濃度兩者為動(dòng)力）蔗糖溶液水經(jīng)過(guò)一段時(shí)間壓力（水勢(shì)）半透膜液面上升水分從水勢(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。第十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.植物細(xì)胞是一個(gè)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(shì)：溶液中每偏摩爾體積水的化學(xué)勢(shì)差。實(shí)質(zhì)是壓力單位。3.細(xì)胞水勢(shì)的組成：

Ψw=ψπ+ψp+ψm三、滲透作用第十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三

Ψw=ψs+ψp(+ψm)3.1規(guī)定純水的水勢(shì)為0。3.2ψs—滲透勢(shì)(ψπ)或溶質(zhì)勢(shì)(ψs):由于溶質(zhì)的作用使細(xì)胞水勢(shì)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—?dú)怏w常數(shù)：0.0083L?MPa?mol-1?

k-1T—熱力學(xué)溫度(K)：t℃+273三、滲透作用第十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三Ψw=ψπ

+ψp(+ψm)3.3ψp—壓力勢(shì)：細(xì)胞壁對(duì)原生質(zhì)體產(chǎn)生壓力引起的水勢(shì)變化值。因?yàn)楸趬涸龃笏畡?shì)（大于純水，>0）,所以一般情況下壓力勢(shì)為正值。比較同一大氣壓下兩個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)間水勢(shì)差時(shí)，壓力勢(shì)可忽略不計(jì)。(質(zhì)壁分離細(xì)胞的ψp=0）3.4ψm—襯質(zhì)勢(shì)：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(shì)降低的值。(<0)三、滲透作用第十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.5不同類型細(xì)胞的水勢(shì)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(shì)（ψm）很小忽略。C.風(fēng)干種子細(xì)胞的水勢(shì)：Ψw=ψm

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)。三、滲透作用第十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、滲透作用3.6水勢(shì)的應(yīng)用水分總是由水勢(shì)高的部位向水勢(shì)低的部位運(yùn)轉(zhuǎn)，故水勢(shì)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(shì)高的細(xì)胞沿水勢(shì)梯度流向水勢(shì)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(shì)低于根系，故根系水分可向地上部分運(yùn)轉(zhuǎn)。3）土壤-植物體-大氣連續(xù)體系(SPAC)的水分轉(zhuǎn)移：水勢(shì)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。第十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三

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(dòng)平衡第十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三例題2：判斷甲、乙兩細(xì)胞水分的移動(dòng)方向？三、滲透作用Ψπ

＝-1.4MPaΨp=+0.8MPaΨπ

＝-1.2MPaΨp=+0.4MPa

甲

乙？？Ψw=-0.6MPaΨw=-0.8MPa第二十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、根系吸水區(qū)域

根毛區(qū)吸水能力最強(qiáng)第三節(jié)植物根系對(duì)水分的吸收根毛區(qū)伸長(zhǎng)區(qū)分生區(qū)第二十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、根系吸水的途徑細(xì)胞途徑質(zhì)外體途徑第二十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.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。2.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(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、根系吸水的途徑第二十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.根壓（葉片未展開(kāi)時(shí)，是主要?jiǎng)恿?。主?dòng)吸水）三、根系吸水的動(dòng)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(jì)測(cè)定根壓第二十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三傷流液(bleedingsap)中含有多種無(wú)機(jī)物和有機(jī)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(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三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。作物生長(zhǎng)健壯，根系活動(dòng)較強(qiáng)，吐水量也較多。因此，吐水現(xiàn)象可以作為根系生理活性的指標(biāo)。圖：植物葉片的吐水現(xiàn)象A.草莓葉的吐水B.小麥葉的吐水第二十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三

2.蒸騰拉力(主要?jiǎng)恿?，被?dòng)吸水)

蒸騰拉力：由于葉片的蒸騰作用而產(chǎn)生的水勢(shì)梯度使植物體內(nèi)水分上升的力量。三、根系吸水的動(dòng)力第二十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三四、影響根系吸水的土壤條件土壤水分狀況:束縛水（<-3.1MPa）重力水（﹥-0.01MPa）毛管水（-0.01～-3.1MPa）土壤通氣狀況：根系呼吸→清溝理墑土壤溫度：過(guò)低，過(guò)高→“午不澆園”土壤溶液濃度：過(guò)高，燒苗第二十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三水分存在形式水勢(shì)(Mpa)植物能否利用束縛水土壤顆粒所吸附的水分＜-3.1否毛管水保持在土壤顆粒間毛管內(nèi)的水分

-3.1～-0.01能，植物吸水的主要來(lái)源重力水水分飽和的土壤中，由于重力的作用，能自上而下滲漏出的水分

＞-0.01影響土壤通氣性，旱田應(yīng)排除，水田可作為生態(tài)需水土壤中的水分和土壤水勢(shì)表示土壤保水能力的指標(biāo)為田間持水量(fieldmoisturecapacity)，是指當(dāng)土壤中重力水全部排除后，保留全部毛管水和束縛水時(shí)的土壤含水量，以水分占土壤干重的百分比表示。其土壤水勢(shì)約為-0.01MPa～-0.03MPa。通常土壤含水量為田間持水量的70%左右時(shí)，最適宜耕作和根系吸水。第二十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三第四節(jié)

植物的蒸騰作用概念

蒸騰作用（transpiration）：水分以氣態(tài)方式從植物體的表面散失的過(guò)程。第三十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.生理意義a.水分吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的主要?jiǎng)恿.是礦質(zhì)元素和有機(jī)物運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力c.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)第三十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.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）第三十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、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(qiáng)度，transpirationrate）：植物在單位時(shí)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）。第三十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、氣孔蒸騰1.氣孔的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

A.結(jié)構(gòu)：

B.特點(diǎn)：下表面數(shù)目＞上表面孔口側(cè)厚，背口側(cè)薄輻射狀微絲雙子葉－半月形單子葉－啞鈴形第三十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.氣孔的運(yùn)動(dòng)及機(jī)制1）氣孔的運(yùn)動(dòng)二、氣孔蒸騰吸水失水單子葉植物吸水失水雙子葉植物第三十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三2）氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制

A.淀粉－糖轉(zhuǎn)化學(xué)說(shuō)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(shì)降低白天吸水氣孔開(kāi)放[OH-]？？第三十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三2）氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制A.淀粉－糖轉(zhuǎn)化學(xué)說(shuō)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(shì)升高黒夜淀粉[H+]失水氣孔關(guān)閉？？第三十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三2）氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制B.無(wú)機(jī)離子泵學(xué)說(shuō)

(K+泵學(xué)說(shuō)）

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

K＋內(nèi)流通道開(kāi)放H+泵出？？第三十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、氣孔蒸騰2）氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制B.無(wú)機(jī)離子泵學(xué)說(shuō)

K+是引起保衛(wèi)細(xì)胞滲透勢(shì)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(shì)增加氣孔關(guān)閉胞內(nèi)H+增加

K＋外流通道開(kāi)放第三十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、氣孔蒸騰2）氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制C.蘋果酸代謝學(xué)說(shuō)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(kāi)放細(xì)胞內(nèi)K＋增多水勢(shì)降低氣孔開(kāi)放離子泵淀粉－糖白天糖酵解作用第四十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、氣孔蒸騰3.影響氣孔運(yùn)動(dòng)的外界因素1)光:促進(jìn)張開(kāi),暗:促進(jìn)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(jìn)開(kāi)放，高濃度促進(jìn)關(guān)閉。3)溫度：溫度越高（小于30℃），氣孔開(kāi)度越大。4)水分：含水量越低，氣孔開(kāi)度越小。5)植物激素：ABA，CTK第四十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、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(kāi)放氣孔阻力變小蒸騰加快2）空氣濕度增強(qiáng)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(qiáng)風(fēng)氣孔關(guān)閉蒸騰變慢第四十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、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四十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三第五節(jié)植物體內(nèi)的水分運(yùn)輸一、水分運(yùn)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(guò)死細(xì)胞：導(dǎo)管和管胞2.經(jīng)過(guò)活細(xì)胞：根皮層→內(nèi)皮層→根中柱葉脈→氣孔下腔第四十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、水分沿導(dǎo)管或管胞上升的機(jī)制1.動(dòng)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(shuō)（蒸騰流－內(nèi)聚力－張力學(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。第四十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三第六節(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(duì)水分的需要量不同：C4＞C32.同一作物不同時(shí)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(duì)水分不足最敏感、最易