第一章 植物的水分代谢.ppt

第一章植物的水分代谢 教学目标 了解水分在植物体内存在的状况及其主要生理生态作用 掌握植物细胞和根系对水分吸收的主要规律 了解蒸腾作用的生理意义与影响因子 了解植物体内水分运输的特点及机理 弄清作物合理灌溉的生理基础 没有水就没有生命 有收无收在于水 第一节植物对水分的需要 1植物的含水量1 exe2植物体内水分存在的状态2 1自由水和束缚水的概念1 自由水 freewater 距离胶粒较远而可以自由流动的水分 2 束缚水 boundwater 靠近胶粒而被胶粒束缚不易流动的水分 2 2植物体内水分状态与代谢的关系 1 束缚水一般不参与植物的代谢反应 植物某些细胞和器官主要含束缚水时 则代谢活动非常微弱 如越冬植物的休眠和干燥种子 仅以极弱的代谢维持生命活动 但抗性却明显增强 能度过不良的逆境条件 2 自由水主要参与植物体内的各种代谢反应 其含量多少还影响代谢强度 含量越高 代谢越旺盛 3 自由水 束缚水的比值可作为衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一 3植物体内水分的生理生态作用 1 水是细胞质的主要成分 含水量一般达70 90 2 水分是代谢过程的反应物质和产物 光合 呼吸等 3 细胞分裂及生长都需要水分 4 水分是植物对物质吸收和运输及生化反应的溶剂 5 水分能使植物保持固有的姿态 维持细胞紧张度 6 调节植物体温及其大气湿度 温度等 蒸腾失水 第二节植物细胞吸收水分 1植物细胞吸收水分的主要方式渗透性吸水 借助渗透作用 即水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动进行吸水 最主要方式 半透膜演示 swf 代谢性吸水 利用细胞呼吸释放出的能量 使水分经过质膜进入细胞的过程 吸涨性吸水 亲水性胶体物质吸水膨胀的现象 渗透作用 osmosis 水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象 纯水糖水半透膜 植物细胞就是一个渗透系统成熟细胞的原生质层 原生质膜 原生质和液泡膜 相当于半透膜 液泡液 原生质层和细胞外溶液构成了一个渗透系统 2吸涨性吸水的特点 1 吸涨性吸水主要发生在细胞形成液胞之前 如干种子和分生细胞等 2 由于蛋白质 淀粉和纤维素三者的亲水性依次递减 故含蛋白质较多的豆类种子吸涨现象最为显著 3渗透性吸水的原理 水势 3 1溶液的水势A 红墨水扩散现象自由能 可用于作功的能量 化学势 1摩尔物质的自由能 B 水势的概念水势 waterpotential w 某一系统中水的化学势与处于相同温度和压力的纯水的化学势之差 除以水的偏摩尔体积所得的商 它是水分转移本领大小的指标 3 2典型植物细胞的水势 对于一个典型的植物细胞 其水势由3部分组成 即 水势 渗透势 衬质势 压力势渗透势 osmoticpotential 溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值 用负值表示 亦称溶质势 s 压力势 pressurepotential p 由于细胞壁压力的存在而增加的水势值 一般为正值 初始质壁分离时 p为0 剧烈蒸腾时 p会呈负值 衬质势 matricpotential m 细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起的水势降低值 以负值表示 质壁分离与质壁分离复原 质壁分离现象可以解决下列问题 1 说明原生质层是半透膜2 判断细胞死活3 测定细胞的渗透势 4 观察物质通过细胞的速率 3 3水势的应用 水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转 故水势可用于判断水分迁移的方向 如 1 相邻细胞的水分转移 水分由水势高的细胞沿水势梯度流向水势低的细胞1 exe2 植物体内的水分转移 植株地上部分的水势低于根系 故根系水分可向地上部分运转 3 土壤 植物体 大气连续体系的水分转移 水势从高到低的顺序是 土壤 根系 叶片 大气 水分也按此顺序迁移水分 swf 第三节植物根系对水分的吸收 1根系吸水的途径1 exe1 质外体途径 水分经胞壁和细胞间隙移动 不越膜 移动快2 共质体途径 水分依次从一个细胞经过胞间连丝进入另一细胞3 跨膜途径 水分从一个细胞移动到另一个细胞 要经两次膜 有研究表明 水分在细胞膜内的移动又有两种方式 一是单个水分子直接越膜 二是经过一种膜通道蛋白 水孔蛋白进行1 exe 几个相关的概念 质外体 是一个开放性的连续自由空间 包括细胞壁 胞间隙及导管等 共质体 是通过胞间连丝把无数原生质体联系起来形成的一个连续的整体 胞间连丝 是贯穿胞壁的管状结构物内的连丝微管 其两端与内质网相连接 2根系吸水的动力根压 rootpressure 植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力 伤流和吐水可证明根压的存在1 exe蒸腾拉力 transpirationalpull 由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量 主要动力 3根系吸水的影响因素A 植物本身因素1 根系发达程度2 根系活力强弱3 根系细胞水势B 土壤条件1 可用水分多少2 通气状况3 温度4 土壤溶液浓度 第四节植物的蒸腾作用 1蒸腾作用的概念蒸腾作用 transpiration 水分以气态方式从植物体的表面散失的过程 2蒸腾作用的部位与方式枝 果 皮孔蒸腾叶片 角质层蒸腾气孔蒸腾气孔 swf 主要方式 1 植物幼小时 地面以上的全部表面 皮孔蒸腾 高大木本植物 约占全部蒸腾的0 1 3 叶片蒸腾 1 角质蒸腾 约占全部蒸腾的5 10 2 气孔蒸腾 主要方式 3 气孔蒸腾 1 气孔的大小 数目及分布 2 经过气孔的蒸腾速率气孔面积一般不超过叶面积的1 但通过气孔的蒸腾量却达到叶片同样面积的蒸发量的50 以上 经过小孔的扩散速率与孔的周长成正比 不与面积成正比 此规率叫小孔扩散率 3 气孔运动的机理实质 渗透调节保卫细胞 影响气孔运动的因素影响光合作用 叶子水分状况的因素等均可影响气孔运动 内生昼夜节律 随一天的昼夜交替而开闭 光照 光诱导气孔开放 一些植物除外 不同波长的光对气孔运动有着不同的影响 蓝光和红光最有效 与光合作用相似 光促进光合作用 促进苹果酸的形成 促进K 和Cl 吸收等 CO2 叶片内部低的CO2分压可使气孔张开 高的CO2则使气孔关闭 温度和光照很可能是通过影响叶内CO2浓度而间接影响气孔开关的 温度 在一定温度范围内气孔开度一般随温度的升高而增大 在25 以上时气孔开度最大 30 35 时开度会减小 低温下开度减小或关闭 叶片含水量 白天剧烈蒸腾时失水过多 气孔关闭 雨天叶片含水过多 表面细胞体积膨大 挤压保卫细胞 使气孔关闭 叶片水势降低时气孔开度减小或关闭 风 大风可能加快蒸腾作用 使保卫细胞失水过多而促进气孔关闭 微风有利于气孔开放和蒸腾 植物激素 细胞分裂素促进气孔开放 而ABA促进气孔关闭 干旱时根产生的ABA向上运输到地上部 促进保卫细胞膜上K 外流通道开启 向外运送的K 量增加 使保卫细胞水势增大而失水 从而促进气孔关闭 4关于气孔蒸腾的试验 试验当天 试验三天后 5 蒸腾作用的生理意义 1 有利于水分的吸收和运输蒸腾拉力是高大树木吸水的主要动力2 有利于矿物质和有机物的吸收和运输3 维持植物体温的恒定 6 蒸腾作用的表示方法 1 蒸腾速率 transpirationalrate 又称蒸腾强度 指植物在单位时间内 单位面积通过蒸腾作用而散失的水分量 克 平方分米 小时 2 蒸腾比率 transpirationalratio 植物每消耗l公斤水时所形成的干物质重量 克 3 蒸腾系数 transpirationalcoefficient 又称为需水量 waterrequirement 植物制造1克干物质所需的水分量 克 它是蒸腾比率的倒数 7 蒸腾作用的影响因素7 1内部因素1 气孔频度 气孔数 cm2 2 气孔大小3 气孔开度7 2外部因素1 光照2 空气相对湿度3 温度4 风速 第五节植物体内水分的运输 水分运输的途径 土壤水根毛根皮层根中柱鞘根导管茎导管叶柄导管叶脉导管叶肉细胞叶细胞间隙气孔下腔气孔大气2水分运输的速度水分在导管的运输速度一般为3 45m h 3水分沿导管或管胞上升的动力蒸腾 内聚力 张力学说 transpiration cohesion tensiontheory 又简称为内聚力学说 由H H Dixon提出 主要论点 叶片因蒸腾失水而从导管或管胞吸水 使导管或管胞的水柱产生张力 由于水分子内聚力大于张力 保证水柱的连续而使水分不断上升 第六节合理灌溉的生理基础 1作物需水规律不同作物或同一作物不同时期需水量不同 水分临界期 植物对水分缺乏特别敏感的时期 2合理灌溉的指标1 形态指标2 生理指标3灌溉的方法1 沟渠排灌法 常用 2 喷灌 滴灌等 较先进 作业一 名词解释 束缚水 自由水 水势 溶质势 压力势 衬质势 渗透作用 吸胀作用 主动吸水 被动吸水 集流 根压 吐水 伤流 蒸腾拉力 蒸腾作用 蒸腾强度 蒸腾效率 蒸腾系数 水分