植物的水分生理理论讲义(ppt 99页).ppt

植物生理学PlantPhysiology,授课专业：生物科学授课教师：方元平swfyp,植物的水分生理,代谢:是维持生命各种活动（如生长、繁殖和运动）过程中化学变化（包括物质合成、转化和分解）的总称。植物代谢的特点：简单有机物复杂有机物，为地球上最重要的自养生物。植物代谢的类别:性质分:物质代谢和能量代谢。方向分:同化(合成),异化(分解)。二者是密切联系的对立统一.,第一篇植物的物质生产和光能利用,第一章植物的水分生理,植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程，被称为植物的水分代谢(watermetabolism)。,第一章植物的水分生理,第一节植物对水分的需要,一、植物的含水量,与植物种类，器官和组织本身的特性环境条件有关。,高(90%),低(6%),水生植物陆生植物,第一章植物的水分生理,第一节植物对水分的需要,一、植物的含水量,二、植物体内水分存在的状态,原生质含蛋白质,是胶体系统,其疏水基(烷烃基,苯基)在内,亲水基(-NH2、-COOH,-OH等)暴露分子表面。亲水基水和作用亲水性水分子水层。,第一章植物的水分生理,第一节植物对水分的需要,一、植物的含水量,二、植物体内水分存在的状态,束缚水（boundwater）：靠近蛋白质胶粒而被胶粒吸附不易自由移动的水。自由水（freewater）：距离蛋白质胶粒远而容易自由移动的水。,第一章植物的水分生理,第一节植物对水分的需要,一、植物的含水量,二、植物体内水分存在的状态,水的存在状态与代谢强度：自由水：参与代谢（光合、呼吸、物质运输），自由水含量越大，代谢越旺盛。束缚水：不参与代谢，可降低代谢强度，增强植物抵抗不良外界环境的能力。,第一章植物的水分生理,第一节植物对水分的需要,一、植物的含水量,二、植物体内水分存在的状态,水与原生质状态：溶胶态（sol）：自由水多，胶体溶液状态。凝胶态（gel）：自由水少，胶体近于固体状态。如休眠种子。,第一章植物的水分生理,第一节植物对水分的需要,一、植物的含水量,二、植物体内水分存在的状态,三、水分在生命活动的作用,1、是原生质的组成部分；（70-90%）2、是代谢过程的反应物质；3、植物对物质吸收和运输的溶剂；4、保持植物固有姿态。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,吸水三种方式：扩散集流滲透性吸水，前2种方式的组合。主要吸水方式,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,一、扩散是一种自发过程，是指分子的随机热运动所造成的物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动。适合短距离运输，不适合长距离迁徙。,二、集流是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。与浓度梯度无关。可以长距离迁徙。实施：通过膜上水孔蛋白完成。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,一、扩散,二、集流,三、滲透作用,是物质依水势梯度（浓度梯度和压力梯度之和）而移动。渗透是指溶剂分子通过半透膜而移动的现象。需作功。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,三、滲透作用,（一）自由能和水势,物质总能量=束缚能+自由能,束缚能：不能转化用于作功。自由能：温度恒定条件下用于作功。化学势：一种物质每摩尔的自由能。可衡量物质反应和转移所需要的能量。衡量水分反应或转移能量的高低，可用水势表示。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,三、滲透作用,（一）自由能和水势,偏摩尔体积（partialmolalvolume）在一定温度、压力和浓度下，1mol水中加入1mol某种溶液后，该1mol水所占的有效体积。不同于纯水的摩尔体积（Vw=18(m3/mol)。单位是m3mol-1。,第一章植物的水分生理,水势（）的单位：,化学势能量概念：单位为J/mol=1N.m/mol。偏摩尔体积单位是m3mol-1。故（）单位为N/m2或Pa。,纯水的水势定为零，溶液中水的自由能低于纯水，所以溶液的水势为负值。如25下：纯水为0MPa；Hoaglend氏培养液为-0.05Mpa；海水为-2.69MPa；1mol蔗糖液为-2.70MPa；1molKCl液为-4.5MPa。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,三、滲透作用,（一）自由能和水势,（二）渗透作用,1、蚕豆皮半透膜实验,由渗透作用引起的水分运转：a.烧杯中的纯水和漏斗内液面相平；b.由于渗透作用使烧杯内水面降低而漏斗内液面升高。,1、蚕豆皮半透膜实验,纯水的化学势规定为零，水中的溶质会增加束缚能，降低水的自由能，所以溶液的化学势均小于零，为负值。水分的移动方向：水分由高水势区域流向低水势区域。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,2、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。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,三、滲透作用,（一）自由能和水势,（二）渗透作用,（三）植物细胞是一个滲透系统,细胞壁：透性膜，由纤维素分子组成。细胞膜，液泡膜，为半透膜。液泡内的细胞液含有许多溶解在水中的物质，具水势。一个具有液泡的植物细胞，与周围溶液构成一个渗透系统。验证：质壁分离现象和质壁分离复原现象,植物细胞是一个渗透系统,质膜,液泡膜,细胞质,半透膜,（2）渗透系统,（1）植物细胞结构,质壁分离（plasmolysis）及质壁分离复原（deplasmolysis）,质壁分离：植物细胞液泡失水，使原生质体和细胞壁分离的现象。质壁分离复原：是其逆过程。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,三、滲透作用,（一）自由能和水势,（二）渗透作用,（三）植物细胞是一个滲透系统,（四）细胞的水势决定细胞吸水的因素。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,三、滲透作用,（四）细胞的水势,1、细胞水势的组成,w=+p+g,水势,渗透势,衬质势,压力势,1、细胞水势的组成,渗透势(osmoticpotential)亦称溶质势(solutepotential),是由于溶质颗粒的存在而降低的水势值。是负值。植物细胞渗透势因外界条件不同而异，温带植物为-1-2Mpa，旱生植物-10Mpa。,压力势(pressurepotential)P是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值。是正值。向外。细胞的原生质体吸水膨胀，对细胞壁产生一种作用力（膨压），引起细胞壁产生一种限制原生质体膨胀的反作用力。,重力势g是水分因为重力下移与相反力量相等时的力量。与水的高度、密度及重力加速度有关。水高1m，重力势是0.01MPa。,1、细胞水势的组成,渗透势(osmoticpotential)亦称溶质势(solutepotential),是由于溶质颗粒的存在而降低的水势值。是负值。,压力势(pressurepotential)P是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值。是正值。向外。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,三、滲透作用,（四）细胞的水势,1、细胞水势的组成,w=+p+g,水分在细胞中水平移动重力势较小，可忽略。此时,w=+p,适合于有液泡的细胞和细胞群。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,三、滲透作用,（四）细胞的水势,1、细胞水势的组成,2、细胞水势各组分与体积变化的关系,2、细胞水势各组分与体积变化的关系,（1）图解在细胞初始质壁分离时(相对体积=1.0)，压力势为0，细胞水势等于渗透势，两者都呈最小值(约-2.0MPa)。当细胞吸水时，体积增大，细胞液稀释，渗透势增大(使它负得少一点)，压力势增大，水势也增大。当细胞吸水达到饱和时(相对体积=1.5)，渗透势与压力势的绝对值相等，但符号相反，水势便为0，不吸水。,2、细胞水势各组分与体积变化的关系,（1）图解,（2）压力势负值产生的原因当细胞剧烈蒸腾时，细胞表面蒸发失水多于原生质蒸发失水，所以原生质体不会脱离细胞壁，细胞壁便随着原生质体的收缩而收缩，压力势从正值变为负值，失水越多，压力势越负。,第一章植物的水分生理,第二节植物细胞对水分的吸收,三、滲透作用,（一）自由能和水势,（二）渗透作用,（三）植物细胞是一个滲透系统,（四）细胞的水势,（五）细胞间的水分移动,第一章植物的水分生理,（五）细胞间的水分移动,从水势高的细胞自发地向水势低的细胞移动,第一章植物的水分生理,（五）细胞间的水分移动,水势梯度：当有多个细胞连接在一起时，如果一端的细胞水势较高，另一端水势较低，顺次下降形成水势梯度。植物器官之间水分流动依据的规律：水分由水势高的流向水势低的。不同的细胞或组织的水势变化很大。细胞水势高低说明细胞水分充足与否，可作为作物灌溉是否适宜的指标。,第一章植物的水分生理,第三节根系对水分的吸收,根系植物吸水的主要器官。根尖根吸水的主要部位。根毛区吸水能力最大的区域。,根毛区吸水能力最大的原因：1、有很多根毛，扩大了吸收面积；2、根毛细胞壁外部由果胶物质组成，粘性强，亲水性也强，有利于与土壤颗粒粘着和吸水；3、根毛区的输导组织发达，对水分的移动阻力小。,第一章植物的水分生理,第三节根系对水分的吸收,一、根系吸水的途径,1、质外体途径：指水分通过细胞壁、细胞间隙等没有原生质的部分移动。速度快。2、跨膜途径：指水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次经过质膜，此途径只跨过膜而不经过细胞质，所以称为跨膜途径。3、共质体途径：指水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质。速度慢。途径2、3统称为细胞途径。三者共同作用，使根系吸水。,共质体和质外体途径,注意：根内皮层上的凯氏带，使水分只能通过内皮层的原生质体。使内皮层具有障碍物的作用。,植物细胞间胞间连丝,第一章植物的水分生理,第一章植物的水分生理,第三节根系对水分的吸收,一、根系吸水的途径,二、根系吸水的动力,被动吸收过程：蒸腾拉力主动吸水过程：根压,第一章植物的水分生理,第三节根系对水分的吸收,一、根系吸水的途径,二、根系吸水的动力,（一）根压,植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力。,根系吸水过程：根压将水压向地上部，土壤的水分补充根部。为主动吸水。,第一章植物的水分生理,根压证明,1、伤流现象：从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象。流出的汁液称伤流液。,第一章植物的水分生理,根压证明,1、伤流现象：从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象。流出的汁液称伤流液。,2、吐水现象：没有受伤的叶片尖端或边缘向外溢出液滴的现象，称为吐水。,第一章植物的水分生理,第三节根系对水分的吸收,一、根系吸水的途径,二、根系吸水的动力,（一）根压,（二）蒸腾拉力,第一章植物的水分生理,（二）蒸腾拉力,叶片蒸腾时，气孔下腔附近的叶肉细胞因蒸腾失水而水势下降，所以从旁边细胞取得水分。同理，旁边细胞又从另一个细胞吸水，如此下去，便从导管要水，最后，根部就从环境吸收水分。这种吸水完全是蒸腾失水而产生的蒸腾拉力所引起，是由枝叶形成的力量传到根部而引起的被动吸水。通常蒸腾植物的吸水主要是由蒸腾拉力引起的。,第一章植物的水分生理,第三节根系对水分的吸收,一、根系吸水的途径,二、根系吸水的动力,三、影响根系吸水的环境因素,三、影响根系吸水的环境因素,1、土壤中的可利用水分,根部有吸水的能力，而土壤也有保水的能力(土壤中胶体能吸附一些水分，土壤颗粒表面也吸附一些水分)。,根部吸水能力土壤保水能力，吸水根部吸水能力水的重力1.温带植物中，木质部导管中维持-0.5至-2.5MPa的梯度即可满足水分快速蒸腾所需的拉力；2.树根部水势远高于树冠水的内聚力水的张力据测定，20时纯水可抵抗-25至-30MPa的拉力，为铜的抗张力的10，1