植物的水分的生理-复习题

第二章 植物的水分的生理一.名词解释：束缚水(bound water)自由水(free water)化学势(chemical potential) 水势(water potential) 溶质势(solute potential,s) 渗透势（osmotic potential，）衬质势(matrix potential m)压力势(pressure potential p)重力势(gravitational potential g) 渗透作用(osmosis)：溶液中的溶质分子通过半透膜扩散的现象。水通道蛋白(water channel protein)：存在于生物膜上，分子量为28000，具有通透水分功能的内在蛋白，也叫水孔蛋白（aquaporins, AQPs）。吸胀吸水(imbibing absorption of water)：依赖于较低的衬质势而引起的吸水。吸胀作用(imbibition)：亲水胶体物质吸水膨胀的现象。根压（root pressure）：由于植物根系生理活动而促使液流从根部上升的压力。伤流(bleeding)：从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象。伤流液的数量和成分,可作根系活动能力强弱的生理指标。吐水(guttation)：生长在土壤水分充足，潮湿的环境中的植株叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。它可作为根系生理活动的生理指标,还可以用来判断苗的长势强弱。暂时萎蔫(temporary wilting)；蒸腾速率降低后，萎蔫植株可恢复正常的现象。永久萎蔫（permament wilting）若蒸腾速率降低后，仍不能使wilting植物恢复正常。永久萎蔫的实质是soil的水势等于或低于植物根系的水势，永久萎蔫持续过常会引起植株死亡。小孔扩散率(small pore diffusion law)：气体通过多孔表面扩散的速率，不与小孔的面积成正比，而与周长成正比。蒸腾速率(transpiration rate)：指单位时间，单位面积上通过蒸腾作用散失的能量，又叫蒸腾强度和蒸腾率。蒸腾系数(transpiration coefficient)：植物每制造出1g干物质所消耗水分的克数，它是蒸腾效率的倒数，又称需水量(water requirement)。蒸腾效率(transpiration ratio)：植物每蒸腾1Kg水时所形成的干物质的克数。内聚力学说(cohesion theory)：通常用爱尔兰人狄克逊（H.H.Dixon）提出的蒸腾流内聚力张力学说。即水分的内聚力大于张力，从而保证水分在植物体内向上运输的学说。该学说认为植物体内水分上升的动力主要是蒸腾拉力，尽管输导组织内的水柱自身存在重力及水流阻力，当受到上部蒸腾拉力的牵引时，水柱即受到一种张力作用。由于水的内聚力大于张力，还由于水与输导组织间有较强的附着力，所以水柱不会中断而使水分向上运输。内聚力学说也称蒸腾流内聚力张力学说。水分临界期(critical period of water):植物在生命周期中，对缺水最敏感、最易受害的时期。一般而言，植物的水分临界期多处于花粉母细胞四分体形成期。这个时期一旦缺水，就使性器官发育不正常。作物的水分临界期可作为合理灌溉的一种依据。田间持水量：（field capacity）指当soil中重力水全部排除，而保留全部毛管水和束缚水时的soil含水量，通常以水分占soil干重的百分比表示。田间持水量一般砂壤土1418%，中壤土2227%，黏土4147%。他是土壤耕作性质的重要指标，当土壤含水量为田间持水量的70%左右时，最适宜耕作。二.问答题1简述水分在植物生命活动中的作用？2植物体内水分存在的形式与植物的代谢、抗逆性有什么关系？3植物生理学引入水势的意义？成熟细胞水势、压力势、渗透势与细胞体积变化的关系? 4. 土壤溶液和植物细胞在水势的组分上有何异同点？5植物吸水有哪几种方式？6温度为什麽会影响根系吸水？7以下论点是否正确，为什么？.气孔开闭机理如何？植物气孔蒸腾是如何受光、温度、CO2浓度调节的？.高大树木导管中的水柱为何可以连续不断？假如某部分导管中水柱中断了，树木顶部叶片还能得到水分吗？为什么？.适当降低蒸腾的途径有哪些？.合理灌溉在节水农业中的意义如何？如何才能做到合理灌溉？.合理灌溉为何可以增产和改善农产品品质？8.说明气孔运动(stomatal movement)机理的三种学说，即淀粉-糖转化学说(starch-sugar coversion theoy);无机离子吸收学说(inorganic ion uptake theory);苹果酸生成学说(malate production theoy)主要论点是什麽?共同的本质是什麽? 三种学说共同的特点是保卫细胞与周围细胞之间pH值的变化；物质的变化；能量的变化；包括信号的传导，导致水势有变化，引起保卫细胞的结构变化。 气孔运动的本质是气孔细胞结构的特点和周围细胞及环境等物质、能量、信号传导的变化所引起保卫细胞与环境细胞的水势差的结果。9.如何理解土壤、植物、大气是一连续的统一体. 水分运动的途径: 土壤毛管水 根毛根尖 根皮层 根内皮层 凯氏带（质膜） 根中柱鞘初（次）生木质部（根的导管和管胞）初（次）生韧皮部（筛管和伴胞） 茎的导管 叶柄导管 叶脉导管叶肉导管叶肉细胞间隙 叶肉细胞间连丝 叶下表皮细胞 副卫细胞 保卫细胞 气孔下腔 气孔 大气. 水势差决定水分运动的方向和速度，而且是彼此联系的动态平衡过程。soil-plant-air三者之间水分具有连续性。10.植物体或细胞中水分运动的规律? 水分的运动规律总是由水势高的向水低的方向移动.其水势差越大，流速越快。11.细胞(成熟细胞)吸水或失水过程中水势及其组分的变化与细胞体积变化的关系如何?12.transpiration的特点: 水分以气态形式散逸到植物体外。它是植物散失水分的主要形式。 水分的散失受植物结构和气孔的调节。它是一种生理过程。13.水的理化性质 1781年，卡文迪西首先发现氢气在空气中燃烧生成的唯一产物是水，证明水是氢和氧元素的化合物。几年后，拉瓦西测定了水的质量和组成。近代结构理论的研究指出，H2O分子呈V字型结构，经X射线对的晶体（冰）结构的测定，证明两个0-H键形成104.5的夹角。由于分子的不对称结构形成的水是极性分子。 高比热，仅次于液氮。这对植物体温有巨大调节作用。高汽化热，在液体中水的汽化热最大。这有利于植物通过蒸腾作用有效地降低体温。水在3.98时体积最小密度最大。由于冰的密度小，而浮在水面上。从而时下面的水层不易结冰，有利于水生动植物的生存。水的蒸气压，与液体达到动态平衡的蒸气称为饱和蒸气压。在一定的温度下，每种液体的饱和蒸气压为常数，温度升高饱和蒸气压增高。这与植物的蒸腾，环境湿度，植物的生长发育密切相关。水的内聚力和黏附力及表面张力，水的内聚力很大（同类分子间具有的分子间引力成为内聚力）；水与极性分子有较强的黏附力（液相与固相间的相互引力叫做黏附力）水具有较强的表面张力（处于界面的水分子均受着垂直向内的拉力，这种作用于单位表面上的力成为表面张力。由于水的内聚力大于其表面张力才产生了爱尔兰人H.H.Dixon提出的蒸腾流-内聚力-张力学说(transpiration-tension-theory)。毛管作用（指在液体与固体相接触的表面的一种相互作用，它是内聚力黏着力和表面张力的共同作用产生的）产生了毛管水即植物根系能够利用的水。水具有很高的抗张强度，可以抵抗水柱中的水分子彼此被拉开。水具有不可压缩性，这于植物气孔开闭叶片运动保持植物固有姿态有关。水的电化学性质，它是一种极弱的电解质，是许多电解质和极性分子的良好溶剂。14植物体和植物细胞中水分运动的规律：其运动的方向：水势高的向水势低的方向移动；其运动速度：取决于二者之间的水势差大小，大则快，小则慢；在生命体中总是处于一种动态平衡中。15扩散作用 特点：由分子热运动造成；自发过程；顺物质浓度梯度进行；适于细胞间的短距离迁徒。扩散的方向和速度和空间取决于浓度梯度；扩散的趋势趋向于热运动平衡，即物质浓度平衡。16集流 集流(mass flow或bulk flow) 是指液体中成群的原子、分子，包括各种微粒等在压力梯度作用下共同移动的现象。 特点：由压力梯度造成；与扩散作用相反；水分集流与溶质浓度梯度无关；受水孔蛋白(aquaporin)控制。集流的方向和速度和空间取决与压力的大小和并受管道的空间限制；扩散的趋势趋向于压力平衡。17.吸胀作用（imbibition）胶体吸引水分子的力称为吸胀力，而亲水胶体物质吸水膨胀的现象则称为吸胀作用（imbibition）。由于这些凝胶是亲水的，故而使水分子以氢键与亲水凝胶结合，后者膨胀。蛋白质、淀粉、和纤维素三者的亲水力依次递减。所以，豆类种子吸胀现象最显著。它是亲水胶体吸水膨胀的现象。通常所说的吸胀吸水也主要是依靠衬质水势吸水。干燥种子的衬质势常低于-10Mpa，有的则达-100Mpa。吸胀过程与细胞的代谢活动无直接关系，故为非代谢性吸水。细胞吸胀作用的两个必备条件：1水分具极性特征；2均呈凝胶状态。18细胞（成熟细胞）吸水过程中，水势组分与细胞体积形态变化的关系： 当细胞吸水，（与环境比w低），体积增大，p增高，增高，w也随之增高；当细胞失水（与环境比w高）体积变小，p和也相应降低，w也随之降低；当细胞达到初始质壁分离时，（与环境比w相等）p=0，=w；当细胞极度失水，先使发生质壁分离，在壁与原生质之间充满外界溶液。此后，细胞体积不再缩小（由于植物细胞壁具有一定的钢性所至），而原生质体包括膜系统继续缩小。此时，其水势组分p为负值（膨压大于壁压时），w比s更负，细胞体积1。当细胞吸水达饱和时（相对体积=1.5，-s=p；均为1.5MPa,但符号相反。）, 水势为零，细胞不再吸水.结论：植物细胞为一个自动调节的渗透系统，而且是一连续系统；19根系吸水的途径共有三条途径，即外质体途径（apoplast pathway，一般指通过自由空间。）、跨膜途径（transmembrane pathway，一般指通过质膜和液泡膜等生物膜。）、共质体途径（symplast pathway一般指通过胞间连丝。），三者共同作用使根部吸收水分。20气孔运动机理1.淀粉-糖类变化学说2.无机离子泵学说（inorganic ion pump theory）保卫细胞质膜上有H+-ATPase先活化氢质子泵ATPase，光下K+高于副卫细胞，暗下则相反。H+-ATPase分解，氧化磷酸化或光合磷酸化产生的ATP，在分泌H+到细胞壁的同时，其对应离子K+吸收进来，同时伴随Cl-的进入保卫细胞。保卫细胞了较多的K+、Cl-降低水势，气孔便张开。此为耗能过程。在暗中，光合作用停止，H+-ATPase得不到所需的ATP，而停止做功，保卫细胞质膜内外侧H+发生变化，驱使K+经K+通道向周围细胞转移，包括Cl-导致保卫细胞水势升高，水分外气孔关闭。 3.苹果酸代谢学说malat metabolism theory