三、植物水分生理教学资料

1、( (一一) ) 水在植物生命水在植物生命(shngmng)(shngmng)活动中活动中的意义的意义4.4.同一同一(tngy)(tngy)植物生长在不同环境中的含水量植物生长在不同环境中的含水量不同不同第一页，共72页。束缚水束缚水 与细胞组分紧密结合不能自由移动的水。束缚与细胞组分紧密结合不能自由移动的水。束缚水含量较为稳定，不易蒸发散失，也不作为溶剂或参与化学水含量较为稳定，不易蒸发散失，也不作为溶剂或参与化学反应。反应。自由水自由水 与细胞组分之间吸附力较弱与细胞组分之间吸附力较弱, ,可以自由移动的水。可以自由移动的水。自由水含量变化较大，可参与各种代谢自由水含量变化较大，可参与各

2、种代谢(dixi)(dixi)活动。活动。当自由水/束缚水比值高时,细胞原生质呈溶胶状态，植物的代谢旺盛，生长(shngzhng)较快，抗逆性弱；反之，细胞原生质呈凝胶状态，代谢活性低，生长(shngzhng)迟缓，但抗逆性强。第二页，共72页。2010年考研题 简答题：冬季到来之前，树木发生了哪些适应低温的生理变化？（8分） （1）含水量降低，束缚水的相对含量增高 （2）呼吸减弱，整个代谢强度降低 （3）ABA含量增多，生长停止，进入(jnr)休眠 （4）保护物质增多，细胞液浓度增大，冰点降低第三页，共72页。植物(zhw)细胞原生质的含水量为70%90%。1.水是细胞原生质的主要(zhyo

3、)组分 第四页，共72页。2.水在植物的生理活动中有着重要的作用(1)水是代谢过程的反应物质(wzh)(2)水是物质(wzh)运输吸收及生化反应的介质 (3)水使细胞维持膨压促进生长 (4)水使植物保持固有的姿态 第五页，共72页。3.水对植物生存有着重要的生态意义(1)水对植物体温的调节 (2)水对植物生存环境的调节 水分可以增加大气湿度、改善土壤及土壤表面大气的温度、改善田间小气候等。(3)水的透光性使水生植物的需光反应正常进行 水的透光性使水生植物的植物色素(s s)和光受体能吸收到可见光和紫外光，有利于光合作用和光形态建成。生理需水是指用于植物生命活动和保持生理需水是指用于植物生命活动

4、和保持植物体内水分平衡所需要的水分。植物体内水分平衡所需要的水分。生态需水是指利用水的理化特性生态需水是指利用水的理化特性(txng),(txng),调节植物生态环境所需要的水分调节植物生态环境所需要的水分。第六页，共72页。( (二二) ) 植物细胞植物细胞(xbo)(xbo)的水分的水分关系关系水势水势(water potential)(water potential)是是美国美国(mi (mi u)u)水分生理学家水分生理学家克雷默从物理化学中的化学势克雷默从物理化学中的化学势引导出并运用于植物生理学的引导出并运用于植物生理学的。第七页，共72页。植物生理学上采用的水势(shu sh)的

5、概念并不就是水的化学势差，而是“每偏摩尔体积的水的化学势差”:w (w-wo)/ (Vw,m) . w0=01MPa=106Pa=10bar=9.87atm海水为-2.5M Pa、 1M NaCl为4.46MPa水分是由水势高处流到水势低处，水分是由水势高处流到水势低处，直到直到(zhdo)(zhdo)两处水势差为两处水势差为0 0为止为止第八页，共72页。(1)(1)集流集流集流集流 液体中成群的原子或分子在压力梯度作用下液体中成群的原子或分子在压力梯度作用下共同移动的现象共同移动的现象(xinxing)(xinxing)。依靠水的集流能使土。依靠水的集流能使土壤中的无机养分和叶片制造的光合

6、产物运往植物体的壤中的无机养分和叶片制造的光合产物运往植物体的各个部分。各个部分。尼亚加拉瀑布尼亚加拉瀑布(pb)(pb)黄果树瀑布黄果树瀑布第九页，共72页。(2)(2)扩散扩散扩散扩散(diffusion)(diffusion)是物质分子从高化学势是物质分子从高化学势区域向低化学势区域转移，直到均匀分布的区域向低化学势区域转移，直到均匀分布的现象。水的蒸发、叶片现象。水的蒸发、叶片(ypin)(ypin)的蒸腾作的蒸腾作用都是水分子扩散现象。用都是水分子扩散现象。第十页，共72页。半半透透性性膜膜 (3)(3)渗透渗透渗透作用渗透作用(zuyng) (zuyng) 是指溶液中的溶剂分是指溶

7、液中的溶剂分子通过半透膜的扩散现象。半透膜也称选择透性子通过半透膜的扩散现象。半透膜也称选择透性膜膜第十一页，共72页。(1)(1)植物细胞植物细胞(xbo)(xbo)的水势组分的水势组分1.细胞的溶质势 溶质势 由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值。为负值。溶液的溶质愈多，其溶质势愈低。溶质势又可称为(chn wi)渗透势。一般陆生植物叶片细胞的溶质势是-2-1 MPa，旱生植物叶片细胞的溶质势可以低到-10 MPa。第十二页，共72页。 2.细胞的压力势细胞的压力势 原生质体吸水膨胀，对细原生质体吸水膨胀，对细胞壁产生的压力称为膨压。细胞胞壁产生的压力称为膨压。细胞壁在受到膨压作用的

8、同时会产生壁在受到膨压作用的同时会产生与膨压大小相等、方向相反的壁与膨压大小相等、方向相反的壁压。压。压力势压力势 细胞壁对细胞的压细胞壁对细胞的压力而使细胞水势改变力而使细胞水势改变(gibin)的的值。压力势一般为正值。值。压力势一般为正值。在特殊情况下，压力势也在特殊情况下，压力势也可为负值或等于零。可为负值或等于零。p膨压膨压 第十三页，共72页。.衬质势 表面能够吸附水分的物质称为衬质衬质，如细胞中的纤维素、蛋白质、染色体属于衬质,由于衬质的存在引起体系水势降低的数值称为衬质势衬质势。干燥种子的m可达-100MPa； 4.细胞的水势组成细胞=细胞质=s+m+p v已形成液泡的细胞液泡

9、s+p 第十四页，共72页。2009年考研题干种子的吸水力取决于种子的（ ）A重力(zhngl)势；B压力势；C衬质势；D渗透势2010年考研题将一植物细胞放入0.1mol.L-1的蔗糖溶液中，水分(shufn)交换达到平衡时该细胞的w值A.等于0.1MPa B.大于0.1MPaC.等于0 MPa D.小于0 MPa第十五页，共72页。将将W=-1MPa的植物细胞置于下列溶液的植物细胞置于下列溶液(rngy)中，会导中，会导致细胞吸水的溶液致细胞吸水的溶液(rngy)是是 A. -1MPaNaCl溶液溶液(rngy) B. -1MPaNaCl2溶液溶液(rngy) C. -0.6MPa葡萄糖溶

10、液葡萄糖溶液(rngy) D. -1.5MPa蔗糖溶液蔗糖溶液(rngy)2012年考研题第十六页，共72页。1.渗透吸水 指由于(yuy)s的下降而引起的细胞吸水。含有液泡的细胞吸水，如根系吸水、气孔保卫细胞的吸水主要为渗透吸水。第十七页，共72页。2.吸胀吸水 指依赖于低m而引起的吸水。衬质吸引水分子的力量称为吸胀力，衬质吸水膨胀的现象称为吸胀作用吸胀作用是细胞(xbo)吸水的方式之一。第十八页，共72页。3.降压吸水因p的降低而引发(yn f)的细胞吸水。第十九页，共72页。 细胞细胞(xbo)(xbo)吸水过程中水势组分的变化吸水过程中水势组分的变化w (Mpa)Cell volume

11、(times) 初始初始(ch sh)质质壁分离壁分离 3、充分、充分(chngfn)吸水细吸水细胞胞 w=0，p= -s特例特例 1、强烈蒸腾下细胞、强烈蒸腾下细胞 p为负值 充充分分吸吸水水 2、初始质壁分离细胞、初始质壁分离细胞 p=0, w= s第二十页，共72页。把一发生质壁分离的植物细胞放入纯水中，细胞的体积、水势(shu sh)、渗透势、压力势如何变化？（简答题，8分） 答案要点： 初始(ch sh)质壁分离细胞的压力势为0，水势等于其渗透势且小于0，放在纯水中，细胞吸水。随着细胞吸水的进行，细胞的体积、水势、渗透势、压力势逐渐增大； 达到平衡后，细胞水势等于纯水水势，此时压力势

12、和渗透势绝对值相等，细胞体积、水势、渗透势、压力势都达到最大。第二十一页，共72页。(1)液体(yt)交换法第二十二页，共72页。2011年考研题用小流液法测定某种植物(zhw)叶片的水势，得到下列实验数据试管编号123456蔗糖溶液浓度00.200.400.600.801.0小液流方向（1）R=0.0083Mpa L-1K-1,t=27,解离素数i=1。请计算出被测植物叶片的水势。如果要获得更精确的结果，仍然采用小液流法应该怎样进行进一步的实验？（写出简要实验思路(sl)即可）（2）小液流测定植物组织水势的原理是什么？第二十三页，共72页。参考答案（1） w=-iCRT=-1.245106P

13、a，浓度梯度设置为0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6（2）原理：植物体内细胞间和植物与外界环境间的水分移动方向都由水势(shu sh)差来决定。当植物细胞或组织放在外界环境中时，会发生水分交换。即组织水势(shu sh)大于外界水势(shu sh)时，组织失水，外液浓度降低 第二十四页，共72页。（2)蒸气(zhn q)压法第二十五页，共72页。(3)压力(yl)室法第二十六页，共72页。(4)压力(yl)探针法测定膨压(6)质壁分离法测渗透(shntu)势(5)冰点(bngdin)下降法测定渗透势第二十七页，共72页。（三）植物（三）植物(zhw)(zhw)根系对水根系对水分

14、的吸收分的吸收物理状态毛管水毛管上升水、毛管悬着水-植物吸水的主要来源束缚水重力水土壤胶体吸附，不能利用 水分饱和的土壤中，由于重力，自上而 下渗漏出来的水分1.土壤的水分土壤的水分(shufn)状况状况根系(gnx)吸水:土 根土壤中水的流动取决于水势梯度水势梯度和土壤导水率土壤导水率第二十八页，共72页。根系是陆生植物吸收水分的主要器官。根尖端(jindun)的根毛区是吸水的主要部位.第二十九页，共72页。 根部吸水主要在根尖进行根部吸水主要在根尖进行(jnxng)，根尖吸水能力最大，根尖吸水能力最大的部位是的部位是 A.分生区分生区 B.伸长区伸长区 C.根毛区根毛区 D.根冠根冠第三十

15、页，共72页。根部吸取的水分通过根毛、皮层(p cng)、内皮层(p cng)、中柱薄壁细胞进入导管。水分在根内的径向运转有质外体途径、共质体途径和跨膜途径 。图图2-10 2-10 植物根部吸收水植物根部吸收水分途径示意图分途径示意图水分可以经过质外体、共水分可以经过质外体、共质体和跨膜途径通过皮层质体和跨膜途径通过皮层。水分到达。水分到达(dod)(dod)内皮内皮层时被凯氏带阻断，必须层时被凯氏带阻断，必须通过跨膜运输才能进出内通过跨膜运输才能进出内皮层皮层第三十一页，共72页。(1)(1)主动吸水主动吸水由于根系代谢活动而引起由于根系代谢活动而引起(ynq)(ynq)的的根系吸水的过程

16、称为主动吸水。伤流和吐根系吸水的过程称为主动吸水。伤流和吐水都是主动吸水的表现。水都是主动吸水的表现。1.1.根压根压根压是木质部中的正压力。根压可使根根压是木质部中的正压力。根压可使根部吸进的水分沿导管输送到地上部分，同部吸进的水分沿导管输送到地上部分，同时土壤中的水分又不断地补充到根部，这时土壤中的水分又不断地补充到根部，这样就形成了根系的主动吸水。样就形成了根系的主动吸水。伤流和吐水是证实根压存在的两种生理伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象。现象。第三十二页，共72页。(1)(1)伤流伤流 是从植物伤口是从植物伤口(shngku)(shngku)溢出液体的现象（图溢出液体的现象（图2

17、-11A2-11A）。把）。把丝瓜茎在近地面处切断后，伤流现象可持续数日。如果在切断丝瓜茎在近地面处切断后，伤流现象可持续数日。如果在切断部位用橡皮管连接一个压力计，可以测量到一个正压力值，这部位用橡皮管连接一个压力计，可以测量到一个正压力值，这就是根压。就是根压。图图2-11 2-11 伤流和根压伤流和根压示意图示意图A.A.伤流液从茎部切口伤流液从茎部切口(qi ku)(qi ku)处流出处流出 B.B.用压力计测定根压用压力计测定根压第三十三页，共72页。(2)(2)吐水吐水 是从植株的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。是从植株的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。在土壤水分充

18、足在土壤水分充足(chngz)(chngz)、潮湿温暖、蒸腾很弱的环境中，易观察、潮湿温暖、蒸腾很弱的环境中，易观察到植株吐水现象。到植株吐水现象。第三十四页，共72页。根系的生理活动及内皮层内根系的生理活动及内皮层内外的水势外的水势(shu sh)差有关差有关(3)产生产生(chnshng)根压的机制根压的机制第三十五页，共72页。(2)(2)被动吸水被动吸水由于蒸腾拉力由于蒸腾拉力而引起的根系吸水而引起的根系吸水称为被动吸水。称为被动吸水。蒸腾拉力是指蒸腾拉力是指因叶片蒸腾作用而因叶片蒸腾作用而产生的水势梯度使产生的水势梯度使植物体内植物体内(t ni)(t ni)水分上升的力量。水分上升

19、的力量。其大小与根系活力其大小与根系活力无关，物理过程无关，物理过程. .正在蒸腾着的正在蒸腾着的植株，尤其是高大植株，尤其是高大的树木，吸水的主的树木，吸水的主要方式是被动吸水。要方式是被动吸水。第三十六页，共72页。1.土壤(trng)水分状况 土壤(trng)中水分按物理状态可分为束缚水、毛管水和重力水。第三十七页，共72页。2.土壤温度 “午不浇园”是指在中午的烈日下不要用冷水浇灌作物(zuw)，骤然降温会使根系吸水减少，引起萎蔫。吸水速率(sl)温度(wnd)低温高温适温 第三十八页，共72页。3.土壤通气状况 O2CO24.土壤溶液浓度 “烧苗”现象。盐碱地可以采用灌水、洗盐等措施

20、(cush)来降低土壤溶液浓度。 第三十九页，共72页。( (四四) ) 植物植物(zhw)(zhw)蒸腾作用蒸腾作用物体内的水分以气态散失到大气中去的过程称为蒸腾作用。蒸腾作用是一个生理过程，受到植物体结构和气孔行为的调节，比一般的物理(wl)蒸发要复杂得多。第四十页，共72页。植物(zhw)蒸腾作用主要是靠叶片进行。蒸腾(zhngtng)方式：一是通过角质层的蒸腾(zhngtng)，称为角质层蒸腾(zhngtng)；二是通过气孔的蒸腾(zhngtng)，称为气孔蒸腾(zhngtng)。第四十一页，共72页。气孔是表皮组织上的两个(lin )保卫细胞和由其围绕形成的孔隙的总称。保卫细胞四周环

21、绕着表皮细胞，毗连的表皮细胞如在形态上和其它表皮细胞相同，就称之为邻近细胞，如有明显区别，则称为副卫细胞。(1)(1)气孔的形态气孔的形态(xngti)(xngti)结构结构及生理特点及生理特点第四十二页，共72页。植物类型气孔数/叶面积（ mm2）气孔口径气孔面积占叶面积(%)长（m）宽（m）阳性植物1002001020450.81.0阴性植物401001520560.81.2禾本科植物501002030340.50.7冬季落叶树100500715160.51.2表表2-1 2-1 不同类型植物不同类型植物(zhw)(zhw)的气孔数目和大小的气孔数目和大小1.不同植物气孔的数目不同植物气孔

22、的数目(shm)、大小及分布不同、大小及分布不同第四十三页，共72页。气体通过多孔表面扩散的速率,不与小孔的面积成正比，而与小孔的周缘(zhuyun)长度成正比，这就是小孔律。在一定范围内，孔越小, 边缘效应越明显，扩散的速率就越快。 2.气孔气孔(qkng)的面积小，蒸腾速率高的面积小，蒸腾速率高第四十四页，共72页。A.双子叶植物(zhw)烟草一对保卫细胞的电子显微照片(与叶面垂直) 3.保卫细胞保卫细胞(xbo)具有多种细胞具有多种细胞(xbo)器器叶绿体叶绿体第四十五页，共72页。4.4.保卫细胞具有保卫细胞具有(jyu)(jyu)不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构不均匀加厚的细胞壁及微纤

23、丝结构第四十六页，共72页。(2)(2)气孔运动的机理气孔运动的机理(j l)(j l)(调节机制调节机制) )气孔运动气孔运动 由于保卫细胞的膨压（水势）变化引起由于保卫细胞的膨压（水势）变化引起的。保卫细胞的水势变化是由的。保卫细胞的水势变化是由K+K+及苹果酸等渗透调节物及苹果酸等渗透调节物质进出保卫细胞引起的。质进出保卫细胞引起的。关于气孔运动(yndng)的机理有多种学说，如：K+泵学说、苹果酸代谢学说、淀粉与糖转化学说等。第四十七页，共72页。图图2-16 光下气孔开启的机理光下气孔开启的机理保卫细胞渗透调节的主要途径保卫细胞渗透调节的主要途径:钾离子在质子梯度的驱动下，从周围细胞

24、进入保卫细胞，带相反电荷的氯离子也伴钾离子在质子梯度的驱动下，从周围细胞进入保卫细胞，带相反电荷的氯离子也伴随进入；由淀粉降解生成苹果酸；蔗糖的积累：来自淀粉等光合产物的转化随进入；由淀粉降解生成苹果酸；蔗糖的积累：来自淀粉等光合产物的转化(zhunhu)，也可能从质外体或其它细，也可能从质外体或其它细胞输入胞输入第四十八页，共72页。2010年考研题下列学说中，不属于解释(jish)气孔运动机制的是A.K+累积学说； B.压力流动学说；C.淀粉-糖互变学说； D.苹果酸代谢学说第四十九页，共72页。(3)(3)影响气孔运动的外界因素影响气孔运动的外界因素1.1.光光 光是影响气孔运动的主要环

25、境因素。多数光是影响气孔运动的主要环境因素。多数植物的气孔光下张开植物的气孔光下张开, ,暗中关闭。引起气孔张暗中关闭。引起气孔张开所需的光强很低，只相当于全日照的开所需的光强很低，只相当于全日照的1/10001/10001/301/30。光促进气孔开启的效应有两种：一种是通光促进气孔开启的效应有两种：一种是通过光合作用发生的间接效应，这种效应可被光过光合作用发生的间接效应，这种效应可被光合电子传递抑制剂二氯苯基合电子传递抑制剂二氯苯基(bn j)(bn j)二甲脲二甲脲（DCMUDCMU）所抑制；另一种是通过光受体感受光）所抑制；另一种是通过光受体感受光信号而发生的直接效应，这种效应不被信号

26、而发生的直接效应，这种效应不被DCMUDCMU抑抑制。制。红光和蓝光都可引起气孔张开，红光是通红光和蓝光都可引起气孔张开，红光是通过间接效应；蓝光是调控气孔开放最为有效的过间接效应；蓝光是调控气孔开放最为有效的光质。蓝光活化质膜光质。蓝光活化质膜H+-ATPH+-ATP酶，将质子泵出细酶，将质子泵出细胞，直接对气孔开启起作用。另外，光可以提胞，直接对气孔开启起作用。另外，光可以提高大气与叶子温度，增加叶内外蒸气压差，加高大气与叶子温度，增加叶内外蒸气压差，加快蒸腾速率。快蒸腾速率。第五十页，共72页。简述光促进气孔开放简述光促进气孔开放(kifng)的机制。的机制。 (8分分)2012年考研题

27、第五十一页，共72页。2.二氧化碳 低浓度CO2促进气孔张开,高浓度CO2促使(csh)气孔关闭。3.温度 气孔(qkng)开度 一般随温度的上升而增大。在30左右气孔(qkng)开度最大，超过30或低于10，开度变小或关闭。气孔(qkng)运动是与酶促反应有关的生理过程。第五十二页，共72页。4.水分 植物(zhw)含水量降低时，气孔开度减小，严重失水时，即使在光下，气孔也会关闭。5.植物(zhw)激素 细胞分裂素促进气孔张开，而脱落酸促进气孔关闭。第五十三页，共72页。第五十四页，共72页。2008年考研题某植物制造100g干物质(wzh)消耗了75kg水，其蒸腾系数为（ ）A.750；B

28、.75；C.7.5；D.0.75第五十五页，共72页。蒸腾速率的测定方法蒸腾速率的测定方法 1. 植物离体部分的快速称重法 切取植物体的一部分(叶、苗、枝或整个地上部分)迅速称重，23min后再次(zi c)称重，两次重量差即为单位时间内的蒸腾失水量。. 测量重量法 把植株栽在容器中，茎叶外露进行蒸腾作用，容器口适当密封，使容器内的水分不发生散失。在一定间隔的时间里，用电子天平称得容器及植株重量的变化，就可以得到蒸腾速率。第五十六页，共72页。 3.气量计测定法 应用(yngyng)灵敏的湿度敏感元件测定蒸腾室内的空气相对湿度的短期变化。 4. 红外线分析仪测定法 红外线分析仪可测定水的浓度，

29、即湿度，并用来(yn li)计算蒸腾速率。第五十七页，共72页。1.光照 光照,蒸腾速率。气孔开度，气孔阻力；气温和叶温；叶内外的蒸汽压梯度 。2.温度 一定范围，温度，蒸腾。温度过低过高，蒸腾。 3.湿度 RH，蒸腾大；RH太低，气孔关闭，蒸腾反而(fn r)又下降。第五十八页，共72页。4.风速 微风能带走气孔外边的水蒸气,加速蒸腾;风速过大时会引起气孔关闭(gunb),降低蒸腾速率。第五十九页，共72页。5.土壤状况 凡是影响根系吸水的土壤状况，如土壤水分、温度、气体、溶液浓度(nngd)等均可间接影响蒸腾作用。溶液溶液(rngy)浓度浓度水分水分(shufn)温度温度气体气体第六十页，

30、共72页。2009年考研题简述环境因素对蒸腾作用的影响(简答题,每小题8分)答案要点:(1)光照:光能促进气孔开放(kifng),提高大气和叶片温度,蒸腾加快;(2)大气湿度:湿度越小,蒸腾速率越快;(3)大气温度:温度越高,叶片气孔下腔与外界大气的蒸汽压越大,蒸腾速率越快;(4)风:微风能带走气孔外边的水蒸气,加速蒸腾;风速过大时会引起气孔关闭,降低蒸腾速率。第六十一页，共72页。( (五）植物体内水分五）植物体内水分(shufn)(shufn)的运输的运输1. 1.水分水分(shufn)(shufn)运输的途径运输的途径和速度和速度土壤根毛根皮层(p cng)内皮层(p cng)中柱鞘根导管或管胞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。第六十二页，共72页。 根皮层内皮层根中柱以及叶脉(ymi)叶肉细胞叶细胞间隙，距离短，阻力大，运输速度仅为10-3cmh-1; 导管的运输阻力小，速度快，一般160mh-1； 管胞中由于两管胞分子相连的细胞壁未打通，水分要经过纹孔才能在管胞间移动,运输速度不到0.6mh-1。第六十三页，共72页。一是动力(dngl)，二是水柱的连续