物质对水分的吸收与利用

课程信息年级高二学科生物版本人教版内容标题植物对水分的吸收和利用编稿老师乐建峰【本讲教育信息】教学内容：植物对水分的吸收和利用水分对于植物体来说是非常重要的，植物体的一切生命活动都离不开水。植物的水分代谢主要包括四个过程，即水分的吸收、水分的运输、水分的利用以及水分的散失，每一个过程都具有重要的生理作用，其中同学们学习的重点和难点是水分的吸收。本讲还要学习植物的矿质营养。包括植物必需的矿质元素，根对矿质元素的吸收，矿质元素的运输和利用，以及合理施肥的基础知识。初步学会确定植物必需的矿质元素的方法。学习的重点是根对矿质元素的吸收过程，学习的难点是确定植物必需的矿质元素的方法。本周学习重点与难点：（一）学习重点：生物界与非生物界的统一性和差异性。原生质。组成生物体的化合物水、无机盐、糖类、脂类的作用。（二）学习难点：组成生物体的化学元素，大量元素和微量元素。组成生物体的化学元素的重要作用。组成生物体的化合物水、无机盐、糖类、脂类的作用。学习内容及疑难解析：植物对水分的吸收和利用植物的光合作用需要有两种原料：二氧化碳和水。二氧化碳来自大气，通过植物的叶片吸收，再被利用。而水分则来自土壤，主要通过根吸收。水分的吸收：（1）水分吸收的部位和方式：不同的植物器官，或者同一植物器官的不同部位吸收水分的方式有可能是不同的，即有些器官、有些部位是利用吸胀作用；而有些器官、有些部位则是利用渗透作用吸收水分的。植物细胞吸收水分的两种方式：项目细胞特点吸水原理器官、部位举例吸胀吸水没有液泡的细胞吸胀作用干燥的种子细胞、根尖分生区的细胞渗透吸水具有液泡的细胞渗透作用绝大多数的植物细胞，如根尖成熟区的细胞在这里请同学们注意：<1>吸胀作用指的是植物体利用细胞内的亲水性物质如蛋白质、淀粉、纤维素等来吸收水分。<2>吸胀作用的原理是淀粉粒、纤维素和蛋白质等在细胞内都是凝胶状态，水分子以扩散作用或毛细管作用进入凝胶内部后，可通过氢键与亲水凝胶结合，使其膨胀。<3>蛋白质、淀粉、纤维素三者的亲水性逐次递减。所以含蛋白质较多的豆类种子吸

胀作用比较大。<4>渗透作用是植物体吸收水分的主要方式。<5>植物体吸收水分的主要器官是根，而具有中央液泡的根尖成熟区的表皮细胞是植物体吸收水分最旺盛的部位。<6>具有液泡的细胞利用渗透作用来吸收水分，不具有液泡的细胞利用吸胀作用来吸收水分，分生组织的细胞不具有液泡，如形成层的细胞。<7>植物细胞在形成液泡以前主要通过吸胀作用吸水，在形成液泡以后则通过渗透作用吸水。（2）渗透作用：一个有关渗透作用的实验：<1>实验操作：在长颈漏斗口处密封玻璃纸（半透膜），往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入到盛有清水的烧杯中，使管内外的液面高度相等。长颈漏斗清水<2>实验现象：漏斗管内的液面逐渐上升。<3>对实验现象的解释：烧杯内清水的中的水分子能够透过半透膜进入漏斗内的蔗糖溶液，漏斗内蔗糖溶液中的水分子也能够透过半透膜进入烧杯内的清水，而漏斗内蔗糖溶液中的蔗糖分子则不能透过半透膜向清水里扩散。漏斗内是蔗糖溶液，单位体积内水分子的数目比另一侧的清水单位体积所含水分子数目少；水是可以自由通过半透膜的，而蔗糖分子不能通过半透膜。因此，在分子热运动情况下，单位时间内进入漏斗的水分子比出漏斗的水分子数目多，因而漏斗内的液面逐渐上升。渗透作用的概念：水分子（其它溶剂分子）透过半透膜的扩散称渗透作用。渗透作用的原理：由于半透膜两侧的溶液具有浓度差，单位时间内水分子通过半透膜进出的数目不同。（3） 渗透系统必需具备的两个条件：具有半透膜该半透膜两侧的溶液具有浓度差（4） 一个具有液泡的植物细胞是一个渗透系统：细胞壁细胞膜细胞质（细胞核）液泡膜细胞壁细胞膜细胞质（细胞核）土壤溶液土壤溶液细胞液全透性选择透过性膜选择透过性膜土壤溶液土壤溶液细胞液全透性选择透过性膜选择透过性膜原生质层（选择透过性膜）细胞壁是全透性的，水分子和溶质分子都可以自由透过。细胞膜和液泡膜都是选择透过性膜，因此可以把原生质层（细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质）看成一层半透膜。原生质层（半透膜）的两侧都是溶液，一侧是土壤溶液，另一侧是液泡内的细胞液两者之间通常具有浓度差。因此，当成熟植物细胞与外界土壤溶液接触时，细胞液就会通过原生质层与外界土壤溶液发生渗透作用。当细胞液的浓度大于外界土壤溶液的浓度时，细胞可以通过渗透作用吸水。反之，当细胞液的浓度小于外界土壤溶液的浓度时，细胞就会通过渗透作用失水。在这里请同学们注意：选择透过性膜指的是允许水分子自由通过；也允许被选择透过性膜选择吸收的离子和小分子通过；不允许不被选择吸收的离子、小分子通过；大分子物质不能直接通过的膜。半透膜指的是只允许水分子（或其它溶剂分子）透过，而不允许溶质分子透过的膜。选择透过性膜肯定是半透膜，而半透膜则不一定选择透过性膜，选择透过性膜是一种活的特殊的半透膜。（5）植物细胞的吸水力：事实上，植物细胞究竟是吸水还是失水不仅仅取决于细胞液的浓度，它取决于植物细胞吸水力的大小。植物细胞的吸水力：指的是植物细胞的吸水能力。植物细胞吸水力的大小取决于：植物细胞的吸水力=细胞液的渗透压—外界土壤溶液的渗透压—细胞的膨压植物细胞的吸水与失水：<1>植物细胞的吸水力大于0，细胞就会通过渗透作用吸水。<2>植物细胞的吸水力小于0，细胞就会通过渗透作用失水。<3>植物细胞的吸水力等于0，细胞既不会吸水，也不会失水。在这里请同学们注意：植物细胞渗透压的大小与植物细胞的细胞液浓度成正比，即细胞液浓度越高，细胞的渗透压就越大。膨压指的是由于植物细胞吸水膨胀而造成的对细胞壁的侧压力。通常情况下，外界土壤溶液浓度比较低，而植物成熟区的表皮细胞细胞液浓度较高，细胞可以通过渗透作用吸水。一次性施肥过多，会造成外界土壤溶液浓度暂时性大于细胞液浓度，植物细胞就会通过渗透作用失水，造成植物体萎蔫，这就是所谓的“烧苗”。当细胞液的浓度大于外界土壤溶液的浓度时，细胞不一定能够通过渗透作用吸水。因为这时植物细胞的吸水力有可能等于0。反之，当细胞液的浓度小于外界土壤溶液的浓度时，植物细胞肯定会通过渗透作用失水。因为这时植物细胞的吸水力肯定小于0。水分的运输：（1） 水分在植物体内运输的途径：水分在进入导管以前的运输：<1>原生质途径：通过成熟区表皮细胞及内层细胞利用渗透作用向植物体内部层层渗入。<2>质外体途径：通过细胞之间的细胞壁以及细胞间隙向植物体内部运输。水分在进入导管以后的运输：通过根、茎、叶中的导管由下向上运输。（2） 植物体进行水分运输的动力：植物体进行水分运输的主要动力来自植物体通过蒸腾作用产生的拉力。植物体进行水分运输的另一部分动力来自毛细现象。植物体进行水分运输的动力还可以来自植物体的根压。在这里请同学们注意：蒸腾作用不仅仅是植物体进行水分运输的主要动力，还是植物体吸收水分的主要动力水分的利用：利用的数量：植物体吸收水分的1%〜5%。用途：参与植物体的光合作用，呼吸作用等各种生命活动。水分的散失：(1)水分散失的途径绝大部分通过蒸腾作用散失。一小部分通过胞吐作用散失。水分散失的数量：植物体吸收水分的95%〜99%。蒸腾作用的意义：对于植物体来说，蒸腾作用绝不是一种浪费，它具有重要的生理意义。蒸腾作用是植物体吸收水分的主要动力。蒸腾作用是植物体进行水分运输的主要动力。蒸腾作用是矿质元素(无机盐)在导管内运输的动力。蒸腾作用还具有降低叶片的温度，防止叶片被强光灼伤的作用。在这里请同学们注意：蒸腾作用仅仅是矿质元素(无机盐)在植物体的导管内运输的动力。它既不是植物体进行矿质元素吸收的动力，也不是矿质元素在植物体的导管外运输的动力。合理灌溉：我国水资源的主要特点：总体上说，我国是水资源十分紧缺的国家。总量丰富，但人均占有量很少。分布不均匀，南多北少。降水量的季节性变化大，水旱灾害经常发生。一部分水体受到污染。概念：根据植物的需水规律，适时、适量的灌溉。方法：项目方法效率用水量传统手段漫灌水分的利用效率很低用水量大，比较浪费先进方法喷灌、滴灌水分的利用效率比较咼用水量少，节约用水4)举例：小麦在200—250天需水量较大。植物的矿质营养1.植物必需的矿质元素矿质元素的概念：除C、H、O以外，主要由根系从土壤中吸收的元素。矿质元素的种类：—非必需的矿质元素矿质元素— 「■大量元素：N、P、S、K、Ca、Mg—植物必需的矿质元素^微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo在这里请同学们注意：根系所吸收的元素不一定是矿质元素。如h2o。矿质元素主要是由根系吸收的，此外叶片也能吸收少量的矿质元素。如根外施肥。不是矿质元素，而是植物所必需的矿质元素可以分为大量元素与微量元素。矿质元素的种类很多，但植物必需的矿质元素到目前为止仅确定了13种，其中大量元素6种，微量元素7种。植物必需的矿质元素特点：<1>它们对植物体的作用是其它元素所不能替代的，而且作用的效果是直接的。<2>缺乏时会表现特定缺乏症是专一的。<3>在补充该元素后，植物的缺乏症会消失。（3）确定某种元素为植物必需的矿质元素的主要研究方法：溶液培养法。—植物必需的矿质元素：比例合适。溶液培养法— 「固体—人工创造的植物根系的生活环境一^液体气体将人工配制的营养液中，除去某种矿质元素后，观察植物在营养液中生长发育的状况看植物是否会表现出特定的缺乏症。如果植物表现出特定的缺乏症，再加入该种矿质元素继续培养，观察植物的缺乏症是否会消失。在设计实验时请同学们注意：A单一变量的控制。B对照实验的等条件性。矿质元素的利用：（1）矿质元素在植物体内的生理作用：许多矿质元素是细胞内复杂化合物的重要组成成分。例如：<1>N是细胞内氨基酸、核苷酸、NADP+、ATP的组成成分。<2>P是细胞内核酸、磷脂、NADP+、ATP的组成成分。<3>Mg是叶绿素的组成成分。有些矿质元素具有调节细胞的代谢活动，维持生物体生命活动正常进行的作用。例如：<1>K与光合作用中糖类的合成与运输有关<2>B能够促进花粉的萌发和花粉管的伸长（2）矿质元素在植物体内的利用形式:利用的状态能否被再度利用能不能转移举例呈离子状态可以被植物体再度利用可以在植物体内转移K形成不稳定化合物不能被植物体再度利用不能在植物体内转移N、P、Mg形成稳定化合物不能被植物体再度利用不能在植物体内转移Ca、Fe在这里请同学们注意：对于在植物体内以离子或不稳定化合物形式存在的矿质元素，当这一类元素缺乏时，老叶中的元素将转移到幼叶，优先供给幼叶利用，植物体表现出幼叶正常，老叶受伤害的症状。对于在植物体内形成了稳定化合物的矿质元素，由于在植物体内不易分解，当缺乏时幼叶先受伤害而老叶正常。矿质元素的吸收（1）吸收的形式：离子。自然界中的矿质元素（无机盐），只有溶解于水，解离出矿质元素离子才可以被植物体吸收。

2）吸收的部位和原理:吸收部位吸收原理优点应用根成熟区表皮细胞的细胞膜是植物体的地下部分吸收矿质元素的主要部位主动运输不仅需要载体的协助而且需要消耗能量吸收量大是植物体吸收的矿质元素的主要途径松土叶叶片是植物体的地上部分吸收矿质元素的主要部位利用叶片表皮细胞细胞壁的角质层上的裂隙形成的微细的孔道来吸收用量少见效快根外施肥（3）矿质元素的吸收与水分的吸收：植物体吸收矿质元素与吸收水分是两个相对独立的 项目矿质兀素的吸收水分的吸收区别吸收的原理不同主动运输渗透作用（自由扩散）吸收的动力不同细胞呼吸产生ATP蒸腾作用产生的拉力受外界溶液浓度的影响不同细胞吸收水分受外界溶液浓度影响，只有在外界溶液的浓度低于细胞液浓度时细胞才能吸水，细胞吸收矿质兀素基本不受外界溶液浓度影响，细胞需要的元素可通过主动运输被吸收。联系矿质兀素必须溶于水解离出矿质兀素离子，才能被根细胞吸收矿质兀素的浓度影响植物对水分的吸收在这里请同学们注意:①根吸收土壤中游离的矿质元素离子，需经过交换吸附和主动运输两个主要的步骤交换吸附和主动运输的比较：项目矿质兀素离子到达的位置是否耗能原理第一步：交换吸附将离子吸附到根细胞膜的外表面需要消耗ATP阳离子换阳离子，阴离子换阴离子。维持细胞膜表面电荷的平衡。第二步：主动运输离子通过根细胞膜进入细胞内部不需要消耗ATP既需要细胞膜是载体的协助；又需要消耗ATP②矿质元素的吸收与植物细胞的呼吸作用:植物细胞的呼吸作用的强弱与细胞吸收矿质元素的多少具有直接的关系。其原因是<1>植物细胞的呼吸作用能为交换吸附提供供交换的离子：结合 解离呼吸作用产生的CO2+H2O *H2CO3 H++HCO3嘀子在根表面可与土壤溶液中的K+和N03分别交换。<2>植物细胞的呼吸作用能为主动运输提供所需要的能量。植物细胞吸收矿质元素离子的多少取决于：<1>植物细胞呼吸作用的强弱。<2>植物细胞膜上该种离子的载体的数量。矿质元素的运输：（1） 矿质元素进入导管前的运输：通过质外体途径运输：随水分运输，非主动运输。通过共质体途径运输：主动运输，需要消耗ATP。（2） 矿质元素进入导管后的运输：矿质元素离子进入导管后是随着水分的运输通过导管由下向上运输的。矿质元素离子在导管内运输的动力是植物体通过蒸腾作用产生的拉力。在这里请同学们注意：<1>植物体通过蒸腾作用产生的拉力是矿质元素离子在导管内运输的动力，但不一定是矿质元素离子进入导管前的运输的动力，更不是矿质元素吸收的动力。<2>植物吸收水与吸收矿质元素是两个相对独立的过程，但水和矿质元素在导管内的运输是同一个过程（动力与结构相同）。5.合理施肥：（1） 概念：根据植物的施肥规律适时适量的施肥（2） 原因：不同植物对各种必需的矿质元素的需要量不同。同一植物在不同的生长发育时期对矿质元素的需要量也不同。例如：小麦在开花期需水量最大，而对P的需要量则随发育生长而一直增加。（3）意义：使植物体茁状生长节约水肥，少肥高效6.无土栽培：（1） 无土栽培的概念：利用溶液培养法原理，按比例配制完全培养液培育植物的方法。（2） 无土栽培的方法：溶液培养法。—植物必需的矿质元素：比例合适。溶液培养法— 「固体—人工创造的植物根系的生活环境一^液体气体（3） 无土栽培的优点：可以扩大了栽培时间（全年栽培），缩短了栽培周期，产量高。可以节约水肥、产品清洁卫生。可以人工控制、调节根系生活环境，有利于实现农作物栽培的工厂化与自动化。可以扩大了农作物栽培的范围与面积（空间利用率高）。【典型例题及分析点评】［例1］植物主要的吸水器官和吸水部位是：根尖，根冠 B.根的成熟区表皮细胞C.根毛，根尖 D.根冠，根毛分析：根的成熟区有渗透吸水作用，是吸水的主要部位。答案：B［例2］在植物细胞间隙的溶液浓度为A,细胞液浓度为B,细胞质基质浓度为C,当细胞缺水萎蔫时：A.A>B>CB.A>C>B C.B>C>A D.B>A>C分析：由于是渗透失水,所以外界溶液浓度高,内部浓度低。答案：B［例3］盐碱地栽种植物,出苗率和成活率均较低,原因是：土壤pH太小土壤中缺少水分土壤溶液浓度高于植物细胞液浓度土壤中氧气太少分析：主要因为水分无法正常吸收，导致植物生长受阻。答案：C［例4］甜菜块根细胞的液泡中有花青素，使块根为红色。将块根切成小块放在蒸馏水中，水无明显变化。但用盐酸处理这些块根后则能使水变红。因为：花青素不溶于水而溶于盐酸盐酸破坏了原生质层的选择透过性盐酸破坏了细胞膜的选择透过性细胞壁被解离分析：盐酸处理破坏了原生质层的选择透过性，导致花青素自由散出。答案：B［例5］把菜豆幼苗放在含32P的培养液中培养，lh后测定表明，幼苗各部分都含32P。然后将该幼苗转移到不含32P的培养液中，数天后32P:不在新的茎叶中 B.主要在老的茎叶中主要在新的茎叶中 D.主要在老的根中分析：磷元素进入植物体形成不稳定化合物，老叶常先出现缺乏症。答案：C［例6］在根吸收无机盐离子的过程中，一般情况下，下列因素中最重要的是：蒸腾作用根尖表皮细胞内外无机盐离子的浓度差离子进入根尖表皮细胞的扩散速率根可利用的氧分析：吸收矿质离子是通过交换吸附来富集离子的，呼吸作用产生能量，并提供交换离子。答案：D［例7］庄稼经常要进行中耕松土，以下不能成立的理由是：增强根的呼吸作用促进矿质养料在植物体内的运输促进根细胞对矿质元素的吸收增加土壤的含氧量分析：运输过程靠蒸腾作用，吸收则与呼吸有关，所以与氧含量有关。答案：B［例8］植物对矿质元素的吸收和运输的主要动力分别来自：蒸腾作用，蒸腾作用渗透作用，光合作用呼吸作用，蒸腾作用呼吸作用，呼吸作用分析：运输的动力是蒸腾拉力，吸收动力来自根呼吸供能。答案：C【模拟试题】一.选择题：根吸收水分与吸收矿质元素离子的共同点是（）A.原理相同B.动力相同C.部位相同D.不消耗能量

把洋葱表皮浸入5%酒精溶液中，并未发生质壁分离现象。但把该细胞转入30%，蔗糖溶液后，发生质壁分离，转入清水中，发生了质壁分离复原现象，植物细胞在5%酒精溶液中不发生质壁分离的原因是()细胞被杀死 B.细胞膜被破坏C.酒精分子不亲水 D.酒精分子迅速进入细胞施肥过多，会出现“烧苗”的主要原因是()细胞液浓度小于土壤溶液浓度，细胞严重失水细胞液浓度大于土壤溶液浓度，液泡涨破土壤酸碱度平衡失调细胞中矿质元素含量多图3中所示在U形的中部C处装有半透膜，在a侧加入细胞色素c(分子量为1.3万道尔顿)水溶液(红色)，b侧加入清水，并使a、b两侧液面高度一致，经过一段时间后，实验结果将是()A.ab两液面高度一致，b侧为无色A.ab两液面高度一致，b侧为无色C.a高于b液面，b侧为红色ab两液面高度一致，b侧为红色D.a高于b液面，b侧为无色b处于30%处于30%蔗糖溶液的下列各种细胞，图3有可能发生质壁分离的是：()干种子细胞 B.根类生长点细胞成熟的番茄果肉细胞 D.红细胞将小麦种子浸在红墨水中10分钟后，取出剖开发现，胚为白色，胚乳为红色。这说明A.胚仍成活，胚乳死亡 B.胚已死亡，胚乳成活C.胚与胚乳都成活 D.胚与胚乳均已死亡桃的种子有坚硬的内果皮而不易发芽，播种前要沙埋处理，这是利用：()细胞的吸胀原理使种子吸足水分，胀破硬壳细胞的渗透作用吸水水的浸泡作用，使内果皮变软尽快使种子烂掉坚硬的外衣把蚕豆叶表皮浸在7%的尿素溶液中，开始表皮细胞发生了质壁分离，然后又自动复原发生自动复原的原因是：()A.原生质层受破坏 B.尿素分子进入细胞C.细胞壁破坏 D.尿素溶液浓度低于细胞液的浓度向猪膀胱注入一半30%的蔗糖溶液，扎紧入口，然后将其浸入5%的蔗糖溶液中，每隔半小时称一次重量，下列坐标图象中，能正确表示测定结果的是：()落叶中Mg的含量比绿叶中的少，这说明Mg在植物体内：（ ）A.呈离子状态 B.呈不稳定化合物状态C.呈稳定化合物状态 D.是一次性利用的根吸收水分与吸收矿质元素离子的共同点是：（）A.原理相同B.动力相同C.部位相同D.不消耗能量某菜农移栽的大白菜，由于缺乏某些矿质元素而出现枯心现象，最可能缺乏：（）A.N、P B.Ca、Fe C.N、K D.P、Mg植物生活必需的元素目前已知的有16种，下列属于矿质元素的一组是：（）A.N、P、O、Mg B.N、P、S、HC.K、Ca、Mg、Fe D.C、H、O、N下列生理过程中，要消耗ATP的是：（ ）A.植物细胞质壁分离 B.根毛细胞吸水C.叶片蒸腾作用 D.根细胞对矿质离子的吸收农谚说“锄土出肥”，这一俗话的道理是：（）A.土壤疏松保水力强 B. 土壤疏松贮肥多C.土壤疏松地温高 D. 土壤疏松根的呼吸作用旺盛，有利于离子吸收进入植物细胞的矿质元素能够再度利用的一组是：A.K、N、Mg B. N、P、CaC.Mg、Fe、K D. Fe、Ca、P图2中四个图表示呼吸强度与根对矿质元素离子吸收的数量关系（横坐标呼吸强度，纵坐标离子吸收量），其中正确的是：图2二.非选择题：把洋葱表皮细胞和人的红细胞分别放入30%的蔗糖溶液和清水中