第一章 植物的水分代谢

1、 植物的水分代谢包括：植物的水分代谢包括：水分的吸收水分的运输水分的利用水分的散失第一章第一章 植物的水分代谢植物的水分代谢 第一节：植物对水分的需要第一节：植物对水分的需要 第二节：植物细胞对水分的吸收第二节：植物细胞对水分的吸收 第三节：植物根系对水分的吸收第三节：植物根系对水分的吸收 第四节：蒸腾作用第四节：蒸腾作用 第五节：植物体内水分的运输第五节：植物体内水分的运输 第六节：合理灌溉的生理基础第六节：合理灌溉的生理基础【学习目的】了解水分对植物生命活动及其生长发育的重要作用，植物根系对土壤中水分的吸收利用及其体内运输，各种因素对植物吸收利用水分的影响。在了解植物需水规律的基础上，力争

2、做到合理灌溉 【难点】根系吸水的动力，蒸腾的部位、作用，蒸腾作用，植物体内水分的运输【重点】植物细胞的渗透性吸水，水分的运输，水分的散水第一节第一节 植物对水分的需要植物对水分的需要3 3 水分在植物生命中的作用水分在植物生命中的作用 如南美的瓶子树：可储水如南美的瓶子树：可储水4吨以吨以上。它的树干两头细中间粗，上。它的树干两头细中间粗，最粗的地方直径达最粗的地方直径达5米，纺锤树米，纺锤树的上端有少数生叶子的枝条。的上端有少数生叶子的枝条。远远看去，这种树又象一个插远远看去，这种树又象一个插着枝条的花瓶，因此又叫瓶子着枝条的花瓶，因此又叫瓶子树。旱季时，人们常砍棵纺锤树。旱季时，人们常砍棵

3、纺锤树作为饮水的来源。若以每人树作为饮水的来源。若以每人平均每天饮水平均每天饮水6斤计算，砍一棵斤计算，砍一棵纺锤树至少可供四口之家饮用纺锤树至少可供四口之家饮用半年。半年。 1 1）自由水（）自由水（free waterfree water）：距离胶粒较远）：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。而可以自由流动的水分。2 2）束缚水（）束缚水（bound waterbound water）：靠近胶粒）：靠近胶粒而被胶粒束缚不易流动的水分。而被胶粒束缚不易流动的水分。植物某些细胞和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

4、和干燥种子，仅以极弱的代谢维持生命活动，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；但抗性却明显增强，能度过不良的逆境条件； 水是细胞质的主要成分（含水量一般达70-90）；水分是代谢过程的反应物质和产物（光合、呼吸等）；细胞分裂及生长都需要水分；水分是植物对物质吸收和运输及生化反应的溶剂；水分能使植物保持固有的姿态（维持细胞紧张度）；调节植物体温及其大气湿度、温度等（蒸腾失水）。 水 + 二氧化碳 - 碳水化合物 + 氧 水分在植物细胞里膨胀，提供一种支撑植物由于缺水而枯萎第二节第二节 植物细胞吸收水分植物细胞吸收水分 1.1 扩散（扩散（diff

5、usion） 浓度梯度浓度梯度 1.2 集流集流（mass flow） 压力梯度压力梯度 1.3 渗透作用（渗透作用（osmosis） 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吸水（最主要方式）（最主要方式）。lFigure 1-1 3.1 溶液的水势溶液的水势 A) 自由能自由能（可（可用于作功的能量用于作功的能量） 化学势化学势：1摩尔物质的摩尔物质的自由能自由能。 B) 水势的概念水势的概念 水势水势（water potential， w）-某一系统中水的化学势与处于相同温度和压力的某一系统中水的化学势与处于相同温度和压

6、力的纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得的纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得的商商。它是水分转移本领大小的指标。它是水分转移本领大小的指标。 Figure 1-2 渗透装置渗透装置的条件：1、具有半透膜2、半透膜两侧具有浓度差一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置原生质层具有选择透过性，近似于半透膜细胞壁原生质层（全透性）细胞膜液泡膜细胞质细胞液细胞核细胞发生质壁分离和质壁分离复原质壁分离和质壁分离复原细胞壁原生质层细胞液细胞空腔原生质层和细胞壁分离的现象。细胞膜液泡膜细胞质 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时当外界溶液浓度大于细胞液浓度时(高渗溶液），细高渗溶液），细胞发生质壁分离。

7、胞发生质壁分离。 当外界溶液浓度小于细胞液浓度时（低渗溶液），当外界溶液浓度小于细胞液浓度时（低渗溶液），细胞发生质壁分离复原。细胞发生质壁分离复原。 对于一个典型的植物细胞，其水势由对于一个典型的植物细胞，其水势由3部分组成，即：部分组成，即：水势（水势（ w）= 渗透势渗透势( s s ) +压力势压力势( p ) +重力势重力势( g) +重力势重力势( m) 渗透势渗透势（osmotic potential， s s）：溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低）：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（值。用负值表示。亦称溶质势（ s）。）。 压力势压力势（pres

8、sure potential， p）：由于细胞壁压力的存在而增加的水势值。）：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，一般为正值。初始质壁分离时， p为为0，剧烈蒸腾时，剧烈蒸腾时， p会呈负值。会呈负值。 重力势重力势（gravity potential， g g）衬质势衬质势 （matric potential,m)细胞中的亲水衬质对自由水的束缚而引起水细胞中的亲水衬质对自由水的束缚而引起水势的降低值势的降低值 环境状况体积细胞状态pw等渗溶液V1松弛状态，临界质壁分离p0ws低渗溶液V1膨胀状态，细胞吸水p增大ws+p纯水中V最大饱和状态，充分膨胀p-sw0高渗溶

9、液V1萎蔫状态，失水，质壁分离p0w下降Fig. 1-3 水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转，故水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转，故水势可用于水势可用于判断水分迁移的方向判断水分迁移的方向。如。如：1）相邻细胞的水分转移相邻细胞的水分转移：水分由水势高的细胞沿水势梯：水分由水势高的细胞沿水势梯度流向水势低的细胞。度流向水势低的细胞。2）植物体内的水分转移植物体内的水分转移：植株地上部分的水势低于根系，：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故根系水分可向地上部分运转。3）土壤土壤-植物体植物体-大气连续体系的水分转移大气连续体系的水分转移：水势从高到：水势从高到低

10、的顺序是：土壤低的顺序是：土壤-根系根系-叶片叶片-大气，水分也按此顺大气，水分也按此顺序迁移。序迁移。 1) 吸涨性吸水主要发生在细胞形成液胞之前吸涨性吸水主要发生在细胞形成液胞之前（如（如干种子干种子和和分生细胞分生细胞等）；等）；2) 2) 由于蛋白质、淀粉和纤维素三者的亲水性由于蛋白质、淀粉和纤维素三者的亲水性依次递减，故含蛋白质较多的依次递减，故含蛋白质较多的豆类种子豆类种子吸吸涨现象最为显著。涨现象最为显著。 几个相关的概念质外体质外体：是一个开放性的连续自由空间，包括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。细胞壁、胞间隙及导管等。共质体共质体：是通过胞间连丝把无数

11、原生质体联系：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。起来形成的一个连续的整体。 胞间连丝胞间连丝：是贯穿胞壁的管状结构物内的连丝：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。微管，其两端与内质网相连接。 （2）胞间连丝）胞间连丝根尖根尖根的最先端到着生根毛的部位，一般长根的最先端到着生根毛的部位，一般长0.51cm。 根根 冠冠分生区分生区伸长区伸长区根毛区（成熟区）根毛区（成熟区）根尖分区及其生长动态自顶端起依次自顶端起依次 1、表皮： 一层细胞 由原表皮发育而由原表皮发育而来。表皮细胞向外突出形成根毛。根表皮主要来。表皮细胞向外突出形成根毛。根表皮主要起吸

12、收作用（初生保护组织）起吸收作用（初生保护组织）表皮皮层中柱(一一)双子叶植物根的初生结构双子叶植物根的初生结构2、皮层（1 1）外皮层）外皮层（2 2）皮层薄壁细胞）皮层薄壁细胞（3 3）内皮层：具有）内皮层：具有通道细胞通道细胞和和凯氏带凯氏带 凯氏带凯氏带根的内皮层细胞在两个径向壁和上、下根的内皮层细胞在两个径向壁和上、下 横壁上有木栓质加厚带，这一带状增厚结构称为横壁上有木栓质加厚带，这一带状增厚结构称为功能：控制和调节水分无机盐定量定向运输（1）中柱鞘：具有潜在的分裂能力）中柱鞘：具有潜在的分裂能力（2）初生木质部）初生木质部包括原生和后生包括原生和后生。 3、中柱、中柱（3）初生韧

13、皮部）初生韧皮部也包括原生和后生。也包括原生和后生。 （4）薄壁细胞）薄壁细胞 初生木质部与初生韧皮部之间初生木质部与初生韧皮部之间（5）髓：在外始式的分化中未到中央第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收质外体途径质外体途径：水分经胞壁和细胞间：水分经胞壁和细胞间隙移动，不穿越膜，移动快隙移动，不穿越膜，移动快 2 2）共质体途径共质体途径：水分依次从一个细胞：水分依次从一个细胞经过胞间连丝进入另一细胞经过胞间连丝进入另一细胞 3 3）跨膜途径跨膜途径： 水分从一个细胞移动水分从一个细胞移动到另一个细胞，要经两次膜。到另一个

14、细胞，要经两次膜。 Figure 1-5 植物根部的生理活动使液植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力。流从根部上升的压力。伤流伤流和和吐水吐水可证明根压的存可证明根压的存在在。 由于蒸腾作用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，产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量，为为主要动力。 植物本身因素植物本身因素 1) 根系发达程度根系发达程度 2) 根系活力强弱根系活力强弱 3) 根系细胞水势根系细胞水势 B) 土壤条件土壤条件 1) 可用水分多少（土壤湿度可用水分多少（土壤湿度6085%） 2) 通气状况通气状况 3) 温度温度 4) 土壤溶液浓度土壤溶液浓度 1水分运

15、输的途径水分运输的途径 土壤土壤根毛根毛皮层皮层中柱（木质部导管和中柱（木质部导管和管胞）管胞） 茎的木质茎的木质部部叶柄叶柄的木质部的木质部叶脉木质部末端叶脉木质部末端叶叶肉细胞肉细胞细胞间隙细胞间隙气孔下腔气孔下腔 气孔气孔2 水分运输的速度水分运输的速度 水分在导管的运输速度一般为水分在导管的运输速度一般为3-45 cm/h。在原生质中的速度为在原生质中的速度为10-3 cm.h -1 蒸腾蒸腾-内聚力内聚力-张力学说张力学说（transpiration-cohesion-tension theory），又简称为），又简称为内聚力内聚力学说学说： 由由H. H. DixonH. H. D

16、ixon提出。提出。 主要论点：主要论点：叶片因蒸腾失水而从导管或管胞吸水，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。大于张力，保证水柱的连续而使水分不断上升。第五节第五节 植物的蒸腾作用植物的蒸腾作用 1 1 蒸腾作用的概念蒸腾作用的概念 2 2 蒸腾作用的部位与方式蒸腾作用的部位与方式第四节第四节 植物的蒸腾作用植物的蒸腾作用1 1 蒸腾作用的概念蒸腾作用的概念 蒸腾作用蒸腾作用（transpirationtranspiration）：水分以气态）：水分以气态方式从植物体的表面散失的过程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蒸腾作用的部位与方式枝、果枝、果皮孔蒸腾皮孔蒸腾叶片叶片角质层蒸腾角质层蒸腾 气孔蒸腾气孔蒸腾 （主要方式主要方式）Figure 1-6 蒸腾速率蒸腾速率（transpirationaltranspirational rate rate）：又：又称称蒸腾强度蒸腾强度蒸腾比率蒸腾比率（transpirationaltranspirational ratio ratio）水分利用效率（水分利用效率（water use efficiencywater use efficiency） 4.1