第二章 植物的水分生理.ppt

1、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”,叶片（蒸腾作用）,茎中运输,根系吸收,水分的吸收,水分的运输,水分的利用,水分的散失,植物的水分代谢,第一节 水分在植物生命活动中的重要性,一、植物的含水量,1、不同植物 2、同一植物生长在不同环境中,含水量有差异。 3、不同发育时期、不同器官和组织中，含水量不同。,二、水对植物的生理生态作用,1）水是植物细胞原生质的重要组分,2）水是植物体内代谢过程的反应物质,3）水是植物各种生化反应和物质运输的介质,4）水使植物保持挺立的姿态,5）细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水,1.水分的生理作用,1)水是植物体温调节剂 2) 水对可见光的

2、通透性 3) 水对植物生存环境的调节,2、水对植物的生态作用：,三、水在植物体内的状态：,自由水 / 束缚水,自由水/束缚水比值高时，代谢旺盛，但抗逆性较弱。,自由水/束缚水比值低时，代谢缓慢，但抗逆性较强。,第二节 植物细胞对水分的吸收,一、植物细胞的水势 1.概念 水势指每偏摩尔体积水的化学势（差）。即水溶液的化学势（ w ）与同温同压同一系统中纯水的化学势（w0 ）之差除以水的偏摩尔体积（ Vw ）所得的商，用w表示。,W = =,一、植物细胞的水势 2.水势的大小和单位： 规定：纯水的水势(w0)最大w0=0，植物细胞的水势都为负值。 水势的单位：兆帕（MPa）、帕（Pa）、巴(bar

3、)、大气压(atm)。, 3、植物细胞水势的组分： w=s +p+ m+ g 1)溶质势：由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值,又称渗透势。用s表示。 s=-P(渗透压)=-iCRT,举 例,计算300K时0.1mol/L蔗糖溶液的渗透势.,S = -iCRT=-1*0.1*0.0083*300=-0.249Mpa,3、植物细胞水势的组分：,2)压力势：是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的数值，用p表示。 原生质吸水膨胀，对细胞壁产生压力，而细胞壁对原生质会产生一个反作用力，这就是细胞的压力势。 细胞压力势一般为正值。,3)衬质势：由于衬质的存在引起体系水势降低的数值。用m 表

4、示。 衬质：表面能够吸附水分的物质（纤维素、蛋白质颗粒、土粒等）。 干种子萌发吸水的主要动力。 4)重力势:g，一般忽略不计。,3、植物细胞水势的组分：,细胞间的水分移动：,4、相邻细胞水分移动的规律：,植物细胞水势组成的几种情况（总结）,1. 典型的植物细胞，WSP m g 2.具有液泡的成熟植物细胞，m较小，可忽略不计，WSP 3.干种子， m =-100MPa, W = m 4.没有液泡的细胞（分生细胞）， P =0， S=0， W = m,细胞间的水分移动：,植物体内水势的变化,在同一植株中，地上器官的水势比根系的水势（ ） 。 对植物的同一叶片而言，距主脉越远的部位其水势也（ ）。,

5、低,越低,第二节 植物细胞对水分的吸收,二、 细胞吸水的方式：,方式,吸胀吸水,代谢吸水,渗透吸水,二、 细胞吸水的方式： 1.渗透吸水：含有液泡的细胞吸水的主要方式。,渗透作用：水分子（其他溶剂分子）通过半透膜扩散的现象。,1、具有半透膜,2、半透膜两侧具有浓度差,渗透装置的条件,半透膜,一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置,细胞壁,原生质层,（全透性）,原生质层具有选择透过性，近似于半透膜,细胞膜,液泡膜,细胞质,液泡,细胞核,细胞壁,原生质层,液泡,细胞间隙,质壁分离：原生质层和细胞壁分离的现象。,细胞膜,液泡膜,细胞质,当外界溶液浓度大于细胞液浓度时(高渗溶液），细胞发生质壁分离。

6、,当外界溶液浓度小于细胞液浓度时（低渗溶液），细胞发生质壁分离复原。,1.正常细胞 2. 3. 质壁分离的细胞,质壁分离现象,2、植物细胞的吸胀吸水,植物细胞的吸胀作用是指亲水胶体吸水膨胀的现象。 吸涨吸水：未形成液泡的细胞以吸涨作用为动力 的吸水过程，称为吸涨吸水。 不同物质吸胀能力的大小与它们的亲水性有关 蛋白质 淀粉 纤维素,二、 细胞吸水的方式,二、 细胞吸水的方式： 3、代谢性吸水：消耗能量，水分子经过原生质膜进入细胞。 ,三、细胞水分的跨膜运动,扩散,水孔蛋白,第三节 植物根系对水分的吸收,一、根系吸水的部位： 主要在根尖的根毛区,原因：1、根毛增大了吸收表面 2、根毛细胞壁结构利

7、于从土壤吸水 3、输导组织发达对水分移动阻力小,二、根系吸水的方式及其动力： 1、主动吸水：由于根本身的生理活动引起的植物吸收水分的现象，与地上部无关。 动力是根压。 2、被动吸水：由于地上部的蒸腾作用而引起的根部吸水。 动力是蒸腾拉力。 ,伤流和吐水证实根压确实存在,吐水现象,根压如何产生？,根中的质外体不连续,根压产生的机理：,根系主动吸收溶质,中柱和导管溶质增加，渗透势降低 水势降低,中柱和导管水势低于内皮层以外，吸水,中柱和导管内随着水柱上升，产生静水压力，即根压,根压的产生,中柱,导管,根毛,半透膜（内皮层）,根压的作用：使导管内充满水分，根压可对幼小植株，早春的树木未吐芽，蒸腾微弱

8、时的水分的转运起到一定作用。 根压最多使木质部水柱上升20.4m。,三、根系吸水的机理： 、被动吸水的机理 水势梯度使水分从土壤转移到叶片。,四、影响根系吸水的因素,1.根系的自身因素,根系密度、根系表面透性等,2.外部因素,A.土壤水分状况:只有超过永久萎蔫系数以上的土壤的水分才是植物可利用的水分,B.土壤通气:,短期缺氧：CO2积累-影响根压 -影响根系吸水,长期缺氧：无氧呼吸-根系中毒受伤 -吸水更少,C.土壤温度,低温：,原生质粘性增大,水分子运动减慢，渗透作用降低,根系生长受抑制，吸收面积减少,离子吸收减弱-根压下降,高温：加速根系老化，根吸收面积减少，吸水速率下降,D.土壤溶液浓度

9、：过高，植物失水，造成“烧苗”,第四节 植物的蒸腾作用,一、蒸腾作用的生理意义 1.蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力； 2.蒸腾作用能降低植物体和叶片的温度； 3.蒸腾作用有助于无机离子和根中合成的有机物转运到植物体各部分。 ,二、蒸腾的部位及度量,气孔蒸腾（主要） 角质蒸腾 皮孔蒸腾,部位,蒸腾作用的指标：,蒸腾速率 ：植物单位时间内，单位叶面积散失的水量。(g .dm-2.h-1),蒸腾效率（蒸腾比率）： 植物每消耗1Kg水所产生干物质的克数。(g干物质. Kg-1水).,蒸腾系数（需水量）：植物制造1g干物质所消耗的水量。,1、气孔的形态、结构,双子叶植物和大部分单子叶植物的

10、保卫细胞呈肾型，在靠近气孔的一侧细胞壁较厚，其余部分的细胞壁较薄,禾本科植物的保卫细胞呈哑铃状，中间壁较厚，两边壁较薄，细胞吸水时，两头吸水膨胀，气孔张开，失水关闭。,气孔复合体,三、气孔蒸腾,A,小孔扩散原理(边缘效应):气体通过多孔表面扩散的速率，不与小孔的面积成正比，而与其周长成正比，称为小孔扩散律。,2. 水分通过气孔的扩散速度-小孔扩散定律,3.气孔开闭的机理： 1)淀粉-糖转化学说,保卫细胞进行光合作用,CO2减少,PH升高,淀粉减少,w下降,保卫细胞吸水,体积膨胀,气孔张开,光照,糖增加,2）K+积累学说:,光照,光活化质膜上的H+-ATP酶,K+进入保卫细胞,保卫细胞w下降,保

11、卫细胞吸水,气孔张开,H+排出保卫细胞,3.气孔开闭的机理,3）苹果酸代谢学说：,MAL2-在电势上可平衡进入保卫细胞的部分K+,CO2消耗,PEP羧化酶活性升高,PEP +CO2,OAA,MAL,K+/H+泵,保卫细胞内K+增多,气孔张开,w下降,3.气孔开闭的机理,光照,保卫细胞吸水,四、影响蒸腾作用的外界因素 1、光：光促进气孔的开启，蒸腾增加。 2、大气湿度：,3、大气温度：气温增高，蒸腾加强。过高，气孔关闭 4、风：微风有利于蒸腾，强风蒸腾降低。 5、土壤条件 ：吸水状况影响蒸腾作用。,一 . 水分运输的途径:,土壤,根毛,皮层,中柱,导管,叶肉细胞间隙,气孔下腔,大气,第五节 植物

12、体内水分的运输,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 ：是指水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质。移动速度较慢。,根部吸水的途径,二、水分运输的动力：,（1）下部的根压； 根压一般较小，不超过0.2MPa，至多能使水分上升20.4米。只有在早春蒸腾很小时，根压才起较大的作用。 （2）上部的蒸腾拉力。 蒸腾拉力才是水分上升的主要动力。,水柱受两种力作用: 向下的重力 向上的拉力,分子间内聚力(30MPa)张力(0.5-3.0MPa),张力,导管中水柱如何保持不断呢？用内聚力学说可以解释这一问题。,蒸腾-内聚力-张力学说，又简称为内聚力学说： 由爱尔兰人狄克逊(H. H. Dixon)提出。主要论点：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。,一、土壤-植物-大气连续体 SPAC,第六节植物水分平衡与合理灌溉,二、植物的水分平衡 三、合理灌溉 （一）需水规律 .不同作物对水分的需要量不同； .同一作物不同生育期对水分的需要量不同； .作物的水分临界期； 水分临界期指植物对水分不足特别敏感的时期。,增加吸水，