第一章 植物的水分代谢课件

第一章植物的水分代谢没有水就没有生命，“有收无收在于水”水分代谢：植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程第一章植物的水分代谢二、物理化学性质：（一）水溶解性：1.自由水；2.束缚水；（二）水的物理化学：1.比热高；2.气化热高；3.内聚力、粘附力性质；第一节、植物对水分的需要一、水分子的结构组成：1.氧部分带负，电氢带部分正电；2.氢键；nH2O(H2O)n+热第一章植物的水分代谢三.植物体内水分含水量与存在状态（一）含水量：1.生长环境；2.植株器官；（二）存在状态与代谢关系1.自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。2.束缚水：靠近胶粒而被胶粒束缚不易流动的水分。3.与代谢关系：1）束缚水不参与代谢反应；2）自由水参与各种代谢反应；3）自由水／束缚水比值衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一；第一章植物的水分代谢四、水分在植物体内的作用1.细胞质的主要成分；2.代谢过程的反应物质和产物；3.植物对物质吸收和运输及生化反应的溶剂；4.能使植物保持固有的姿态；5.调节植物体温及大气湿度等。

第一章植物的水分代谢一、植物体内水分移动方式(一)分子扩散扩散：物质分子从高浓度(高化学势)区域向低浓度(低化学势)区域转移的现象，与物质浓度有关。叶片的蒸腾作用。(二)集流1.定义：液体中成群的原子或分子在压力梯度(水势梯度)作用下共同移动的现象，与物质浓度无关，与压力梯度有关；第二节、植物细胞对吸收水分第一章植物的水分代谢2.水分在木质部或韧皮部长距离移动主要机制。3.水孔蛋白(膜内在蛋白)1）.选择性、高效运转水分子的跨膜通道蛋白，离子（K+、Ca2+等）不能通过；2）.水孔蛋白合成受基因表达调节；外界环境—光照、ABA;3）.活性受到磷酸化依赖Ca2＋-蛋白质激酶Ser-磷酸化/去磷酸化第一章植物的水分代谢第一章植物的水分代谢二、渗透作用（细胞吸收水主要方式）（一）、自由能与化学势1.自由能：恒温、恒压条件下能够做最大有用功的那部分能量；2.化学势：体系中物质组分发生化学反应的本领及转移的潜在能力（μ）；3.偏摩尔自由能：体系中某一组分的化学势（μj）定义为组分j的偏摩尔自由能；第一章植物的水分代谢（二）、水的化学势与水势1.水的化学势：温度、压力及物质数量一定时，体系中1mol水分的自由能；判断水分参加化学反应的本领或移动的方向和限度。2.偏摩尔体积：在恒温恒压，其他组分浓度不变情况下，混合体系中1mol该物质所占据有效体积；3.水势：相同温度压力下,系统中偏摩尔体积水的化学势与纯水的化学势之间的差。ψW=（μw-μ0w

）/Vw_第一章植物的水分代谢（三）、细胞渗透作用与系统（1）.组成：原生质膜与胞外溶液；（2）.渗透作用：水分从水势高的体系经半透膜向水势低的体系移动的现象；纯水糖水半透膜第一章植物的水分代谢2.质壁分离及其复原：（1）质壁分离及其复原的现象证明植物细胞是一个渗透系统；（2）可以解决下列问题①确定细胞是否存活；②测定细胞的渗透势；③观察物质透过原生质层的难易程度，辨别原生质黏度；第一章植物的水分代谢高渗溶液第一章植物的水分代谢（四）.植物细胞的水势构成ψw=ψp+ψm+ψs1.ψs（渗透势）：由于溶质颗粒存在而使得水势降低的值；ψs=ψπ=-icRT2.ψp（压力势）：压力势：由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值；正值3.ψm（衬质势）：

细胞内亲水性物质(例如淀粉、蛋白质和纤维素等）的存在而引起体系水势降低值；第一章植物的水分代谢3.ψgisthegravitationalpotential（重力势）重力势是指由于高度的存在而使水势增加的值。规定海平面上的重力势为0，则10米高的水其水势为ρgh=0.1MPa,从实验室角度出发，重力势比较小因而认为可以忽略。第一章植物的水分代谢4.细胞水势与细胞体积的关系成熟细胞水势ψw（负值）=ψp（正值）+ψπ（负值）ψw<ψ外，细胞吸水；ψw>ψ外，细胞失水ψw<ψ外:细胞吸水，达体积最大时,ψw=0,ψp＝-ψs(Ⅱ)。ψw>ψ外:细胞失水，初始质壁分离时(Ⅲ)，ψp＝0，ψw＝ψs，细胞相对体积为1。ψw>ψ外;细胞相对体积<1(Ⅳ)。第一章植物的水分代谢5.细胞之间的水分运移水势高低决定水分的移动方向，从高水势向低水势移动。Φw>Φ外，细胞失水;Φw<Φ外，细胞吸水

A-0.8

B-0.6

C-0.4第一章植物的水分代谢以下论点是否正确？为什么？（1）将一个细胞放入某一浓度的溶液中，若细胞液浓度与外界溶液的浓度相等，则体积不变。（2）若细胞的ψp=-ψπ,将其放入0.001mol/L的溶液中，则体积不变。（3）若细胞的ψW=ψπ，将其放入纯水中，则体积不变。第一章植物的水分代谢（五）植物的生命活动中细胞吸水方式：1.渗透性吸水：具中心液泡的成熟细胞以渗透性吸水为主；2.细胞的吸胀吸水1）.动力：细胞中纤维素、蛋白质等亲水性胶体存在；—未成熟细胞、干燥种子、根尖、茎尖分生细胞2）.吸胀水：细胞内亲水性物质通过吸胀力而结合的水；大豆、小麦吸胀吸水能力？蛋白质>淀粉>纤维素第一章植物的水分代谢3.细胞代谢性吸水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，与相关呼吸代谢强度；三、水势的应用水势判断水分迁移的方向1)相邻细胞的水分转移；2)植物体内的水分转移；3)植株地上部分、根系；第一章植物的水分代谢作业题：设一个细胞的ψπ为-0.8Mpa，将其放入ψπ为-0.3Mpa的溶液中，试问细胞的压力势为何值时，才发生如下三种变化？（1）细胞体积减小；（2）细胞体积增大；（3）细胞体积不变。第一章植物的水分代谢一、根部吸水区域与途径（一）根毛区域根尖－根毛区？第三节、植物根系对水分的吸收第一章植物的水分代谢（二）.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，经两次膜。主要方式：水分子（直接越膜、水孔蛋白）；第一章植物的水分代谢（一）根压：由于植物根系的生理活动而使液流从根部沿导管上升的压力。——主动吸水1.根压产生（1）离子共质体运输至导管；（2）内皮层以内质外体渗透势降低；（3）内皮层以外的质外体水势较高；2.根压表现：伤流和吐水二.根系吸水的动力第一章植物的水分代谢（二）蒸腾拉力：由于蒸腾作用产生的系列水势梯度使导管中水分上升的力量。——被动吸水第一章植物的水分代谢四.影响根系吸水因素1.土壤中可利用的水分2.通气状况（O2、CO2）A、缺O2，呼吸减弱，影响根压；B、长时间无氧呼吸，根系中毒；3.温度：低温和高温均抑制根系吸水。4.土壤溶液浓度（合理施肥）施肥过多产生“烧苗”现象。第一章植物的水分代谢第四节、植物的蒸腾作用一.概念与意义

1.概念：水分以气态方式从植物体的表面向外界散失的过程。2.意义：蒸腾拉力；促进木质部物质运输；降低植物体的温度；有利于CO２的同化；第一章植物的水分代谢二.蒸腾作用的部位与方式枝、果—皮孔蒸腾叶片—角质层蒸腾、

气孔蒸腾三.气孔蒸腾（一）气孔的组成：保卫细胞的结构特点：（1）体积小，叶绿体少；（2）细胞壁不均匀加厚，外壁薄而内壁厚，且有微纤丝连接；（3）淀粉体：白天减少而夜晚增多；第一章植物的水分代谢（二）、气孔运动的机制：1.淀粉－糖互变：2.钾离子学说（无机离子泵）：3.苹果酸代谢学说；吸水失水第一章植物的水分代谢1.淀粉－糖互变:光合停止CO2增加PH降低淀粉磷酸化酶可溶性糖水势升高黒夜淀粉光合CO2减少PH升高淀粉磷酸化酶可溶性糖水势降低白天淀粉第一章植物的水分代谢光—保卫细胞（光合作用）ATP—驱动质膜的K+/H+泵—H+泵出保卫细胞，K+泵入保卫细胞—保卫细胞K+浓度增大，水势降低，气孔张开。2.钾离子吸收：吸水失水K+K+K+K+K+K+K+K+K+/H+泵细胞K+增多水势降低气孔张开第一章植物的水分代谢光下，CO2浓度降低，PH升高，淀粉水解为葡萄糖，经EMP成为PEP；PEP、CO2由PEP羧化酶（PH8.0-8.5）催化生成OAA，苹果酸脱氢酶作用下OAA还原为MAL，MAL进入液泡，水势降低气孔张开。消耗CO2光照保卫细胞光合淀粉分解葡萄糖PEPOAAMALMAL-1+H+PH升高光合作用ATP3.苹果酸代谢学说第一章植物的水分代谢（三）影响气孔运动的因素1.光-红光、蓝光；2.二氧化碳-低浓度促进，高浓度抑制；3.温度：25℃以上气孔开度最大，30-35℃时开度减小；4.水分-干旱、水涝；5.植物激素-ABA（关闭）、CTK（开放）；第一章植物的水分代谢(四)、影响蒸腾作用的因素

扩散力蒸腾速率=

扩散阻力

气孔下腔蒸气压-大气蒸气压

=

气孔阻力+

扩散层阻力第一章植物的水分代谢扩散层气孔阻力大气蒸汽压气孔下腔蒸汽压第一章植物的水分代谢（一）、内部因素1.气孔频度（气孔数/cm2）2.气孔大小3.气孔开度（二）、外部因素1.光照2.空气相对湿度3.温度4.风速水水蒸气大气气孔阻力界面层阻力第一章植物的水分代谢(五).蒸腾作用的表示方法1）蒸腾速率（蒸腾强度）：植物在单位时间内，单位面积通过蒸腾作用而散失的水分量。（克／平方分米·小时）2）蒸腾比率：植物每消耗l公斤水时所形成的干物质重量（克）。3）蒸腾系数（需水量）：植物制造1克干物质所需的水分量（克）。它是蒸腾比率的倒数。

第一章植物的水分代谢1.水分运输途径:2.水分运输速度:导管运输速度3-45m/h。第五节、植物体内水分的运输土壤根导管叶片第一章植物的水分代谢3.水分沿导管或管胞上升动力

蒸腾-内聚力-张力学说（简称内聚力学说）：要点：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，由于水分子内聚力大于张力，保证水柱的连续而使水分不断上升。蒸腾拉力内聚力重力张力第一章植物的水分代谢蒸腾拉力内聚力重力张力第一章植物的水分代谢第六节、合理灌溉的生理基础一、作物的需水规律1、不同作物需水量不同

C3植物比C4植物多1～2倍2、同一作物不同生育期需要的水量不同