园林植物水分与矿质营养生理

关于园林植物水分与矿质营养生理1.

植物体内水分含量植物种类：水生90%以上>陆生40-90%>旱生（沙漠）植物6%。木本<草本植物。

植物生长环境：阴生>阳生。植物器官：生长点、根尖、幼嫩茎等达90%以上>功能叶70-90%>树干40-50%>休眠芽40%>风干种子8-14%。

凡是生命活动越旺盛的部分，含水量也越高。一、植物的含水量及水分存在状态第一部分水的代谢

第一节水在植物体内的意义第2页,共73页，2024年2月25日，星期天2.植物体内水分存在的状态

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。第3页,共73页，2024年2月25日，星期天3.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。

第4页,共73页，2024年2月25日，星期天二、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5页,共73页，2024年2月25日，星期天第二节

植物细胞对水分的吸收

植物细胞吸收水分的主要方式渗透性吸水Osmosisabsorption:

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）。代谢性吸水metabolismabsorption: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imbibitionabsorption:亲水性胶体物质吸水膨胀的现象。第6页,共73页，2024年2月25日，星期天第三节植物根系对水分的吸收1根系吸水的途径1）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——水孔蛋白进行水孔蛋白第7页,共73页，2024年2月25日，星期天第8页,共73页，2024年2月25日，星期天2、吸水部位

根系主要吸水区域--根毛区数量度多，吸收面积大；细胞壁较薄，透水性好；输导组织发达。栽植物时要带土，尽量减少根毛损伤，以利成活。第9页,共73页，2024年2月25日，星期天（1）主动吸水：根系本身生理活动而引起植物吸收水分的现象。

伤流Bleeding--汁液从伤口（残茎）的切口溢出的现象--伤流液(bleedingsap)。3、主动吸水和被动吸水第10页,共73页，2024年2月25日，星期天吐水--土壤水分充足、大气温度和湿度较高的环境中或清晨，未受伤叶尖或叶缘向外溢出液滴的现象。荷叶、草莓及禾本科吐水较多。可利用吐水作为选择壮苗的一种生理指标。第11页,共73页，2024年2月25日，星期天根

压

产

生

的

机

制Rootpressure(根压)：由于根系的生理活动使液流从根部沿木质部导管上升的压力。一般为0.1-0.2MPa。它大小和成分代表根生理活动和强弱。第12页,共73页，2024年2月25日，星期天水分和溶质在根内的横向运输可能通过三条途径。

1通过质外体

2通过共质体

3通过细胞膜第13页,共73页，2024年2月25日，星期天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。

第14页,共73页，2024年2月25日，星期天被动吸水是指由于地上部的的蒸腾作用而引起根部吸水。（2）被动吸水第15页,共73页，2024年2月25日，星期天植物在蒸腾作用强烈时植株只有被动吸水，而植株在春季叶片尚未展开以及当植物蒸腾受抑制时，主动吸水才占主导地位。第16页,共73页，2024年2月25日，星期天根系吸水的动力

根压（rootpressure）

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。

第17页,共73页，2024年2月25日，星期天4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)

大气因子，土壤条件，其中土壤因子直接影响根系吸水能力

1)可用水分多少

2)通气状况

3)温度

4)土壤溶液浓度

第18页,共73页，2024年2月25日，星期天1)土壤有效水或土壤可利用水是指能被植物直接吸收利用，其含水量高于萎蔫系数(wiltingcoefficient)以上的水。萎蔫系数是指当植物发生永久萎蔫时，土壤中尚存的水分含量(以占土壤干重的百分率计)。萎蔫(wilting)：植物体内水分不足时，叶片和茎的幼嫩部分下垂，这种现象称为萎蔫(wilting)。大气因子，土壤条件，其中土壤因子直接影响根系吸水能力第19页,共73页，2024年2月25日，星期天暂时萎蔫Temporarywilting--当蒸腾作用大于根系吸水及转运水分的速度时，植物会产生萎蔫现象称暂时萎蔫。当蒸腾速率降低时，能消除萎蔫状态。如晚间、遮阴等。立即灌水可消除萎蔫状态。永久萎蔫Permanentwilting--土壤中缺少有效水，根系吸不到水而造成的萎蔫叫做永久萎蔫。降低蒸腾，不能消除萎蔫状态。第20页,共73页，2024年2月25日，星期天2)土壤通气状况

CO2、N2处理根部，吸水量降低；供O2，吸水量增加。缺乏O2使根细胞呼吸减弱，影响主动吸水；细胞进行无氧呼吸，产生和积累较多酒精等，使根系中毒，吸水更少。不同植物对土壤通气不良的忍受能力差异很大。原因有二：其一，结构；其二，生理原因。第21页,共73页，2024年2月25日，星期天3)土壤温度低温：水和原生质粘度增加，水扩散速率下降，不易通过原生质；呼吸作用减弱，影响主动吸水；根系生长缓慢，有碍吸水表面的增加。高温：根易木栓化，导水性下降。第22页,共73页，2024年2月25日，星期天4)土壤溶液浓度

根系细胞水势必须低于土壤溶液的水势，才能从土壤中吸水(-0.1MPa)。化肥施用过量或过于集中时，可使土壤溶液浓度突然升高，阻碍根系吸水，产生"烧苗"现象。第23页,共73页，2024年2月25日，星期天

散失方式：

1)以液体状态散失到体外（吐水现象）

2)以气体状态散逸到体外（蒸腾作用）主要方式植物吸收的水分用于代谢散失1％—5％95%—99%第24页,共73页，2024年2月25日，星期天第四节

植物的蒸腾作用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。4.1蒸腾作用的部位与方式枝、果—皮孔蒸腾Lenticulartranspiration0.1%叶片—角质层蒸腾cuticulartranspiration(5~10%)

气孔蒸腾stomataltranspiration（主要方式）第25页,共73页，2024年2月25日，星期天第26页,共73页，2024年2月25日，星期天气孔--气体和水分交换的主要通道。马薯表皮气孔4.2气孔蒸腾第27页,共73页，2024年2月25日，星期天禾谷类上下表皮的气孔数较为接近；

双子叶植物气孔多半分布于叶片的下表皮。上表皮型：浮水植物--睡莲等下表皮型：苹果、桃、珊瑚树等上下表皮型：大多数植物1，气孔大小、数目及分布第28页,共73页，2024年2月25日，星期天小孔条件下面积、周长与水分扩散的关系水蒸汽通过多孔表面扩散的速率不与小孔的面积成正比，而与小孔的周长成正比。（气孔扩散的小孔定律）2，气孔扩散的小孔定律第29页,共73页，2024年2月25日，星期天在边缘处，扩散分子相互碰撞机会少，因此扩散速率就比在扩散面的中间部分要快。第30页,共73页，2024年2月25日，星期天意义(1)蒸腾作用可以降低叶片的温度;(2)蒸腾作用是植物对水分的吸收和运输的一个主要动力。(3)促进植物对矿质和其它溶质在体内传导与分布。4.3蒸腾作用的意义及其测定指标第31页,共73页，2024年2月25日，星期天(1)Transpirationrate(蒸腾速率)。植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量(g/m2×s)。昼1.5-7.5，晚<0.3。(2)Transpirationefficiencyortranspirationratio(蒸腾效率又名蒸腾比率)。植物每消耗1kg的水所形成的干物质的g数。野生1-8g/kg，作物2-10g/kg。(3)Transpirationcoefficientorwaterrequire-ment(蒸腾系数又名需水量）。植物制造1g干物质所需水分的克数。

野生植物125-1000g，作物为100-500g。指标第32页,共73页，2024年2月25日，星期天第五节植物体内水分的运输土壤→根毛→根的皮层→根的中柱鞘→根的导管和管胞→茎的导管和管胞→叶柄的导管和管胞→叶脉的导管和管胞→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气中5.1水分运输的途径第33页,共73页，2024年2月25日，星期天1，植物类型Planttypes：第六节合理灌溉的生理基础6.1植物的需水规律第34页,共73页，2024年2月25日，星期天2，生长期Growthstages第35页,共73页，2024年2月25日，星期天Criticalperiodofwater(水分临界期)指需水量不一定多，但植物对水分不足最敏感，最易受害的时期。花分母细胞减数分裂到四分体时期.禾谷类作物有两个水分临界期，即拔节期（相当于花分母细胞减数分裂到四分体时期）和灌浆期。第36页,共73页，2024年2月25日，星期天1，形态指标Morphologicalindex(1)幼嫩的茎叶易发生凋萎。

(2)茎叶颜色转深。

(3)茎叶颜色有时变红。

(4)植株生长速度下降。6.2合理灌溉的指标第37页,共73页，2024年2月25日，星期天2，生理指标Physiologicalindex(1)叶片相对含水量指叶组织实际含水量占水分饱和时含水量的百分率第38页,共73页，2024年2月25日，星期天(2)叶片水势和水势的日变化第39页,共73页，2024年2月25日，星期天3，灌溉方法Irrigationmethods(1)地面灌溉法。

(2)喷灌法。

(3)滴灌法。第40页,共73页，2024年2月25日，星期天第一节植物的必需元素1.矿质元素与非矿质元素1）矿质元素：将植物烘干并充分燃烧后，余下一些不能挥发的残烬称为灰分，而以氧化物形式存在于灰分中的元素称为灰分元素或矿质元素。2）非矿质元素：燃烧时以气态形式散失到空气中的元素，如C、H、O、N、S等）。

第二部分

植物的矿质营养第41页,共73页，2024年2月25日，星期天第42页,共73页，2024年2月25日，星期天2.植物必需元素的种类A）大量元素：在植物体内含量较多，占植物体干重达万分之一以上的元素。包括C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S等9种元素。Si

B）微量元素：植物体内含量甚微，稍多即会发生毒害的元素包括：Cl、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Ni等8种元素。Na第43页,共73页，2024年2月25日，星期天第二节植物细胞对矿质元素的吸收1生物膜的结构与特性第44页,共73页，2024年2月25日，星期天植物细胞吸收溶质的方式

1）离子通道运输

2）载体运输

3）离子泵运输（质子泵和钙泵）

4）胞饮作用：物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折而转移到细胞内的获取物质的过程。第45页,共73页，2024年2月25日，星期天第三节植物对矿质元素的吸收1植物吸收矿质元素的特点

1）对水分和盐分的相对吸收；

2）选择性吸收；

3）单盐毒害和离子对抗。2根部对溶液中矿质元素的吸收过程

1）离子吸附在根部细胞表面；

2）离子进入根部内部。第46页,共73页，2024年2月25日，星期天3影响根部吸收矿物质的因素1）温度：过低、过高都不利。如温度过低，代谢弱，能量不足，主动吸收慢；胞质粘性增大，离子进入困难。其中以对钾和硅的吸收影响最大。2）通气状况：影响呼吸作用。3）溶液浓度：过低、过高都不利。第47页,共73页，2024年2月25日，星期天4）pH值：一般作物生育最适的pH值是6-7。在土壤溶液碱性的反应加强时，Fe、Ca、Mg、Zn呈不溶解状态，能被植物利用的量极少。在酸性环境中P、K、Ca、Mg等溶解，但植物来不及吸收易被雨水淋失，易缺乏。而Fe、Al、Mn的溶解度加大，植物受害。第48页,共73页，2024年2月25日，星期天4根外营养4.1植物根外营养的吸收特点

A）根外营养的主要器官为叶片，故又称为叶片营养；B）营养物质可经气孔或角质层进入叶内，并经胞壁中的外连丝抵达质膜，再进入细胞，最后到达叶脉韧皮部。

外连丝：是叶片表皮细胞通道，它从角质层的内侧延伸到表皮细胞的质膜。

第49页,共73页，2024年2月25日，星期天4.2根外施肥的优点

A）在生育后期根部吸肥能力衰退时或营养临界期时，可根外施肥补充营养；

B）某些肥料（如磷肥）易被土壤固定而根外施肥无此现象，且用量少；

C）补充植物缺乏的微量元素，用量省、见效快。

第50页,共73页，2024年2月25日，星期天第四节植物氮代谢1植物的硝酸盐还原1.1植物硝酸盐还原的主要过程

A)

硝酸还原

HNO3HNO2

B)

亚硝酸还原

HNO2NH3第51页,共73页，2024年2月25日，星期天1.2植物硝酸盐还原的主要特点1）发生反应的细胞器（硝酸还原在细胞质；亚硝酸还原在叶绿体）；2）参与反应的酶种类及其性质；

诱导酶：又称适应酶，指植物体内本来不含有，但在特定外来物质的诱导下可以生成的酶。如硝酸还原酶可为NO3-所诱导。3）与光合作用的关系。

第52页,共73页，2024年2月25日，星期天2植物的氨同化

2.1植物氨同化的主要方式1）还原氨基化：氨与α-酮酸结合生成相应氨基酸；2）氨基交换作用：一种氨基酸的氨基转到一种酮酸上形成另一种氨基酸和酮酸；3）氨甲酰磷酸化：氨与二氧化碳、ATP结合形成氨甲酰磷酸；4）酰胺化作用：氨与氨基酸结合形成酰胺。

第53页,共73页，2024年2月25日，星期天2.2植物氨同化的生理意义1）解除氨毒；2）形成新的物质（如氨基酸等）；3）酰胺化得到的谷氨酰胺和天冬酰胺在植物体内氨不足时可释放出氨。第54页,共73页，2024年2月25日，星期天第五节矿物质在植物体内的运输1矿物质运输的形式、途径和速度1.1矿物质运输的形式金属离子：以离子状态运输（P：主要以正磷酸根离子向上运输）（N：主要以氨基酸和酰胺形式向上运输，少量以硝酸根离子运输）（S：主要以硫酸根离子向上运输）

第55页,共73页，2024年2月25日，星期天1.2矿物质运输的途径1）根部吸收的矿质元素主要通过韧皮部向上运输；2）叶片吸收的矿质元素的上行和下行运输都以韧皮部为主；木质部中的矿质元素可横向运输到韧皮部，韧皮部中的矿质元素也可横向运输到木质部。

第56页,共73页，2024年2月25日，星期天2矿物质在植物体内的分布2.1可再利用元素

以离子或不稳定化合物形式存在，可转移至其他部位循环利用，如N、P、Mg、K、Zn等，其中以N、P最为典型。当植物缺乏这类元素时，它们就从衰老组织转移到新生的幼嫩部位，从代谢水平低的部位转移到代谢旺盛部位，所以衰老的叶片出现相应的缺素症。第57页,共73页，2024年2月25日，星期天第58页,共73页，2024年2月25日，星期天2.2不可再利用元素

以难溶解的稳定化合物形式存在，难以循环利用，如Ca、B、Cu、Mn、S、Fe，其中以Ca最为典型。这些元素在老叶中的含量高于幼叶中的含量，缺乏这些元素，幼叶或新生组织会表现出相应的缺素症。第59页,共73页，2024年2月25日，星期天第六节合理施肥的生理基础

要提高农作物的产量不仅要有足够的肥料，而且还要合理施用。合理施用就必须了解肥料在生长中的生理作用和作物需肥的一般规律，并与灌溉、密植等技术配合，适时、适量地施肥，这样才能收到施肥的良好效果，达到丰产的目的。第60页,共73页，2024年2月25日，星期天一、作物的需肥特点

1、不同作物需肥不同尽管农作物需要各种不同的必需元素，但不同作物对各种元素的相对需求量不同。例如以收获子粒为目的的作物（小麦、玉米、水稻）需多施N、P肥，以利于子粒饱满；栽培块根、块茎类作物（甘薯、马铃薯等）多施K、B肥，以促进地下部分肥大；栽培叶菜类（白菜、菠菜、甘蓝等）可偏施用氮肥，以使叶片肥大。第61页,共73页，2024年2月25日，星期天2、同一作物不同生育时期需肥不同植物对矿质元素的吸收与其生长发育时期有关。例如果树前期生长增施氮肥，后期增施磷、钾肥。需肥临界期：作物一生中对缺乏矿质最敏感的时期，又叫植物营养临界期。最高生产效率期：施肥对作物增产效果最好的时期，又叫植物营养最大效率期（一般为生殖生长时期）。3、不同作物，需肥形态不同例水稻适宜铵态氮而不适宜硝态氮，因为水稻体内缺乏硝酸还原酶；而烟草和马铃薯则施用草木灰比氯化钾效果好，因为氯可降低烟草的燃烧性和马铃薯的淀粉含量。第62页,共73页，2024年2月25日，星期天

合理施肥就是要满足作物对必需元素的需要，同时使肥料发挥最大的经济效益。确定作物是否需要肥，需要什么肥，需要多少，要有一定的指标，可以从形态指标和生理指标上进行确定。

二、合理施肥的指标第63页,共73页，2024年2月25日，星期天1、形态指标:反应植物需肥状况的外部形态。（1）相貌：一般来说，氮肥多，生长快，叶色浓，株形松散；氮肥不足时植株生长缓慢，叶短而直，株形紧凑。因此，可以把作物的相貌作为追肥的形态指标。（2）叶色：叶片颜色也是一个重要的追肥指标。这是因为，叶色反映快，敏感。例如叶色深N素与叶绿素含量高，叶色浅，两者含量均低。叶色还是反映植物代谢类型的良好指标，叶色深的植株为以扩大型代谢为主；叶色浅的植株以C素代谢即贮藏型代谢为主。前者大多数光合产物用于新生器官的形态建成，后者则主要分配到贮藏器官中去。第64页,共73页，2024年2月25日，星期天2、生理指标生理指标就是根据作物的生理活动与某些养分之间的关系，确定一些临界值，然后再进行追肥。（1）叶绿素含量：由于目测叶色有较大的误差，所以分析叶绿素的含量就更为精确。（2）酶类活性：植物组织中各种酶活性的高低常常与许多营养元素尤其是微量元素有关。例如缺Cu时，抗坏血酸氧化酶和多酚氧化酶的活性下降；缺Mo时硝酸还原酶和固氮酶的活性减弱；所以对比植物组织中某些酶类的活性，可以判断植物体内某些元素的含量水平，因此，可作为追肥的生理指标。第65页,共73页，2024年2月25日，星期天（3）营养元素含量：通过多次分析叶片营养元素的含量和反复对比试验，可以确定追肥的临界值以用作指标。例如水稻心叶下第三叶鞘为测定部位，氨基酸含量在150~200mg·L-1为正常，低于150mg·L-1为低量，低于100mg·L-1为缺乏，高于200mg·L-1为充足，达到250mg·L-1为过剩。（4）酰胺和淀粉