01水分代谢.ppt

1、生命起源于水,第一章 植物的水分代谢,第一节 水分在植物为体内的作用 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 第四节 植物体内水分的运输 第五节 蒸腾作用 第六节 合理灌溉的生理基础,1.比热容 为4.187Jg-1-1，可作为热的缓冲剂。 2.汽化热 在1atm下，水的沸点是100，汽化热为2.257Jg-1 。 3.冰点 在4时，密度最大。冰的密度小，可浮在水面。 4.内聚力及不可压缩性 水分子的内聚力很大，达20-30MPa。 5.介电常数 水具有高的介电常数，可以溶解许多种类和数量的溶质。,一、水的物理化学性质,第一节 水分在植物体内的作用,束缚水（bound wa

2、ter）：被细胞内的胶粒吸附或存于大分子结构空间，不易移动的水。 自由水/束缚水比值高，代谢旺盛，生长较快，抗逆性弱；反之，代谢弱，生长缓慢，抗逆性强。,二、植物体内水分的作用,胶粒,自由水,束缚水,1.是细胞的重要组成部分（一般达70-90）； 植物体内水分存在的状态 : 自由水（free water）：不被细胞内的胶粒或大分子吸附，可自由移动、并起溶剂作用的水。,2.是代谢过程的反应物（光合、呼吸等）； 3.是植物体吸收和运输物质的介质； 4.能使植物保持固有的姿态（维持细胞紧张度）； 5.调节植物体温度等（蒸腾失水）。,第二节 植物细胞对水分的吸收,一、植物细胞吸水的方式 植物细胞吸水的

3、方式有3种：扩散、集流和渗透作用。 A）扩散：指分子的随机热运动所造成的物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动。 B）集流：指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。,水分跨过细胞膜的途径 A.单个水分子通过膜脂双分子层扩散或通过水通道 B.水分集流通过水孔蛋白形成的水通道,A,B,C）渗透作用： 1.水势（water potential，w） -某一系统中水的化学势与同温、同压、同系统中纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得的商。,1)、水势的符号是w，单位是帕； 2)、水分总是从水势高的地方往水势低的地方移动； 3)、标准情况下，0w=0，其他溶液的水势小于0。,2.渗透作用：即水分从

4、水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动（最主要方式）。,一个植物细胞可构成一个渗透系统,质壁分离现象可解决的问题： 1.判断细胞的死活； 2.测定细胞液的渗透势。,3.植物细胞的水势 对于一个典型的植物细胞，其水势由4部分组成，即： 渗透势（osmotic potential，）：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（s）。 压力势（pressure potential，p）：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，p为0，剧烈蒸腾时，p会呈负值。 衬质势（matric potential，m）：细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起的

5、水势降低值，以负值表示。 重力势（gravity potential，g）：由于重力的存在而增加了细胞水分自由能。g呈正值。,无液泡的风干种子等的细胞水势就等于衬质势： w = m 分生组织细胞的水势应表示为： w = s+ m+ p 成熟细胞的水势： w = s + p,多个细胞； 植物器官之间； 地上比根部低； 上部叶比下部叶低； 在同一叶子中距离主脉越远则越低； 在根系的内部低于外部。,第三节 植物根系对水分的吸收,一、吸水的部位 植物吸水的部位有：叶片和根系（主要）。根部吸水主要是在根毛区。,二、根系吸水的途径 在植物体中的水分传输可分为径向传输和轴向传输。径向传输有3条途径： 1）质

6、外体途径：水分经胞壁和细胞间隙移动，不越膜，移动快； 2）跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要经两次质膜； 3）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。,根部吸水的途径,三、根系吸水的方式和动力 1、主动吸水：由于根系本身的生理活动而引起的吸水方式，其动力是根压。 根压：植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力。 A伤流:将植物体沿近地面处切断，不久可以看到有液流溢出，这种现象称伤流现象，从伤口溢出的液流称伤流液； B吐水：在土壤水分充足，大气潮湿的情况下，未受到伤害植物叶尖和叶缘向外分泌液滴的现象。,2、被动吸水：由于地上部的蒸腾作用而引起的根部吸水方式，其动力是蒸腾

7、拉力。 蒸腾拉力：当气孔张开时，气孔附近的叶肉细胞，因蒸腾作用散发水分后，水势降低，于是就从旁边的细胞吸取水分。同理，这个细胞又从另一细胞吸水，这样依次下去，便可从导管夺取水分。最后根部就从环境中吸水。 植物吸水主要靠蒸腾拉力。但植物休眠期没有蒸腾作用，主要以根压为吸水动力。,四、根系吸水的影响因素 A) 植物本身因素 1) 木质部溶液的渗透势 2) 根系发达程度 B) 大气因子蒸腾拉力 C)土壤因子 1) 可用水分多少 2) 通气状况 3) 土壤温度 4) 土壤溶液浓度,第四节 植物体内水分的运输,一、水分运输途径 1、经过活细胞的运输 从根毛至中柱以及从叶脉到气孔下腔。一般为10-3cm.

8、h-1。 2、通过死细胞的运输 根的导管或管胞茎的导管或管胞叶的导管或管胞。一般3-45cmh-1。,二、水分沿导管和管胞上升的动力,水分上升的动力有根压和蒸腾拉力(主要动力)。 通常用内聚力学说解释水柱不中断的问题。 1、张力（0.5-3MPa）：水柱的一端受到蒸腾拉力的同时，水柱的重力又使水柱下降，这样上拉下拽便使水柱产生张力。 2、内聚力（20MPa）:水分子间具有相互吸引的力量。 水柱张力比内聚力小得多，所以水柱不会中断。,重力,蒸腾拉力,附着力,内聚力,蒸腾内聚力张力学说,张力,第五节蒸腾作用,水分以气态形式通过植物体表面向大气扩散的过程，称为蒸腾作用。 一、生理意义 1、蒸腾作用是

9、植物对水分吸收和运输的一个主要动力； 2、将根系吸收的矿物质和有机物运到植物体的各部位； 3、降低叶片的温度，防止植物被烧伤； 4、有利于CO2的同化。 二、部位和指标 1、部位：幼小地上部分 长大叶片：角质蒸腾、气孔蒸腾,2、指标 常见的有三种： 1）蒸腾强度（速率）：单位时间内，单位叶面积的植物蒸腾的水量。单位：gdm2h1。 2）蒸腾比率：植物每消耗1kg的水所形成的干物质的克数。单位：g kg 1 。 3）蒸腾系数(需水量)：植物每制造1克干物质需要水的克数。,三、蒸腾作用的气孔调节 1、气孔的数量、分布及大小 一般植物的气孔频度为40-500个mm2 。 单子叶植物上下表皮均有气孔分

10、布。双子叶植物气孔主要分布在下表皮。 气孔一般长约20-40m，宽约5-10m。 全部气孔开放面积只占叶总面积的1%2%，失水量可高达与叶面积同样大小的自由水面蒸发量的50%以上。,2、小孔律 气体分子通过小孔表面扩散的速率，不是与小孔的面积成正比，而是与小孔的周长成正比。,肾形保卫细胞,哑铃形保卫细胞,3、气孔运动及其机理 1）气孔运动 一般是白天开放，夜间关闭，仙人掌和景天科植物除外。,植物气孔的开放与关闭,2）气孔运动的机理 A、淀粉糖转化学说,B、无机离子吸收学说 光下-产生ATP-供给H+/K+交换泵做功-H+从保卫细胞分泌到周围细胞-K+通过内向通道，进入保卫细胞-保卫细胞水势降低

11、-吸水-气孔张开 C、苹果酸生成学说 光下-CO2下降-PH上升-PEP羧化酶活化-PEP与HCO3-结合形成OAA-OAA还原成苹果酸-保卫细胞水势降低-吸水-气孔张开,4、影响气孔运动的因素 （1）内生昼夜节律：随一天的昼夜交替而开闭。 （2）光照：光诱导气孔开放(一些植物除外)。不同波长的光对气孔运动有着不同的影响，蓝光和红光最有效。 （3）温度：在一定温度范围内,气孔开度随温度的升高而增大，30达到最大，35以上开度变小，低温促进气孔关闭。,（4） CO2：低浓度的CO2促进气孔张开，高浓度的CO2使气孔迅速关闭。 （5） 叶片含水量：含水量过低，气孔关闭。雨天叶片含水过多，表面细胞体

12、积膨大，挤压保卫细胞，使气孔关闭。 （6）风：大风促进气孔关闭，微风有利于气孔开放。 （7） 植物激素：CTK促进气孔开放，而ABA促进气孔关闭。,四、影响蒸腾的内外因素 1、内部因素 （1）气孔频度：频度大，蒸腾快。 （2）气孔大小：孔径大，蒸腾快。 （3）气孔下腔：容积大，蒸腾快。 （4）气孔开度：开度大，蒸腾快。 （5）气孔构造：气孔下陷，蒸腾较慢。 2、外部因素 光照，空气相对湿度，温度，风。,五、 减少蒸腾的措施 1.减少蒸腾面积 2.降低蒸腾速率 3.使用抗蒸腾剂,第六节 合理灌溉的生理基础,一、作物的需水规律 1、不同的作物对水分的需要量不同 可根据蒸腾系数的大小估计作物的水分需

13、求量。 2、同一作物不同生育期对水分的需要量不同 苗期蒸腾面积小，消耗量不大；分蘖期蒸腾面积增大，气温上升，消耗增大；孕穗期蒸腾量达最大，耗水量最多；成熟期，叶片衰老脱落，消耗减少。 水分临界期是指植物在生命周期中对水分缺乏最敏感、最易受害的时期。一般在生殖器官形成与发育时期。,二、合理灌溉的指标 1、土壤指标 一般要求土壤含水量为田间持水量的60-80%，低于此含水量要求进行灌溉。 2、形态指标： （A）生长速率下降 （B）幼叶调萎 （C）茎叶变红 3、生理指标： 叶片水势、细胞汁液浓度或渗透势、气孔开度等,三、灌溉的方法 A）漫灌 B）喷灌 C）滴灌 四、合理灌溉增产的原因 可改善各种生理作用，特别是光合作用；能改变栽培