植物生长与水分课件

第八章第八章 植物生长与水分植物生长与水分第八章植物生长与水分1第一节第一节水分在植物生命活动中的作用水分在植物生命活动中的作用一、植物含水量一、植物含水量一般植物组织含水量占鲜重的一般植物组织含水量占鲜重的60609090二、植物体内水分的存在状态二、植物体内水分的存在状态v细胞中的水可分为两类：细胞中的水可分为两类：v束缚水束缚水与细胞组分紧密结合不能自由移动、与细胞组分紧密结合不能自由移动、不易蒸发散失的水不易蒸发散失的水。v自由水自由水与细胞组分之间吸附力较弱，可以自由移动的水。与细胞组分之间吸附力较弱，可以自由移动的水。自由水自由水束缚水束缚水两者比值两者比值原生质原生质代谢代谢生长生长抗逆性抗逆性高溶胶旺盛快弱低凝胶活性低迟缓强第一节水分在植物生命活动中的作用一、植物含水量两者比值原2三、水分在植物生命活动中的作用三、水分在植物生命活动中的作用1.1.水分是原生质的组成成分水分是原生质的组成成分 含水量减少含水量减少 溶胶溶胶 凝胶凝胶 含水量增加含水量增加三、水分在植物生命活动中的作用32.2.水分是生命活动的介质和参与者水分是生命活动的介质和参与者 3.3.水分是物质吸收和运输物质的工具水分是物质吸收和运输物质的工具 4.4.水分能使植物保持固有的姿态水分能使植物保持固有的姿态 生理需水-满足植物生理活动所需要的水分 生态需水-利用水的理化特性,调节植物周围的环境所需要的水分2.水分是生命活动的介质和参与者4第二节植物对水分的吸收v满足植物生长发育的需要水分，主要是从土壤中吸取的。植物吸水的器官是根，吸水部位是根毛区。细胞是植物体结构和功能的基本单位，植物吸水首先是细胞吸水。第二节植物对水分的吸收满足植物生长发育的需5一、植物吸水原理v（一）水势v水势水势：相同温度下，一个系统中一摩尔的水与一摩尔的纯水之间的自由能差。溶液浓度愈大，水势愈低。v水的流动方向由水势的高低决定，水由水势高流向水势低的区域。v水在植物体内的移动主要形式为集流与扩散。渗透作用是扩散的一种特殊形式。一、植物吸水原理（一）水势6（一）细胞吸水v扩散作用：扩散作用：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。v渗透作用渗透作用：水分子通过半透膜由水势高向水势低的部位流动的现象。水分子通过半透膜由水势高向水势低的部位流动的现象。v半透膜半透膜：水分子可以自由通过，其他物质有水分子可以自由通过，其他物质有选择通过的特殊的膜。选择通过的特殊的膜。v原生质层：原生质层：包括质膜、细胞质和液泡膜看成一个半透膜，液泡内的细胞包括质膜、细胞质和液泡膜看成一个半透膜，液泡内的细胞液含许多溶解在水中的物质，具有水势。因此，细胞构成一个渗透系统液含许多溶解在水中的物质，具有水势。因此，细胞构成一个渗透系统。v细胞的吸水方式：细胞的吸水方式：渗透性吸水（细胞形成液泡后的主要吸水方式）；渗透性吸水（细胞形成液泡后的主要吸水方式）；吸胀吸水（未形成液泡的细胞的吸水方式）；吸胀吸水（未形成液泡的细胞的吸水方式）；代谢性吸水（直接消耗能量的吸水方式）。代谢性吸水（直接消耗能量的吸水方式）。v植物细胞主要是通过植物细胞主要是通过渗透作用渗透作用来吸收水分的来吸收水分的。（一）细胞吸水扩散作用：7质壁分离与复原质壁分离：细胞失水使原生质与细胞壁分离的现象。质壁分离复原：质壁分离的细胞吸水，原生质膨胀最终恢复与细胞壁相接触的现象。利用细胞质壁分离和质壁分离复原的现象可以判断细胞死活。质壁分离与复原质壁分离：8（二）根系吸水v1.根系吸水的部位根系吸水的部位v主要在根的尖端，从根尖向主要在根的尖端，从根尖向上约上约10mm的范围内，包括的范围内，包括根冠、根毛区、伸长区和分根冠、根毛区、伸长区和分生区，以生区，以根毛区的吸水能力根毛区的吸水能力最强，最强，因为：因为：v根毛多，根毛多，增大了吸收面积增大了吸收面积(510倍倍)；v细胞壁外层由细胞壁外层由果胶质覆盖，果胶质覆盖，粘性较强粘性较强，有利于和土壤胶有利于和土壤胶体粘着和吸水；体粘着和吸水；v输导组织发达输导组织发达，水分转移，水分转移的速度快。的速度快。根冠分生区伸长区根毛区（二）根系吸水1.根系吸水的部位根冠分伸根毛区92.植物根系吸水动力v主动吸水主动吸水由植物根系生理活动而引起的由植物根系生理活动而引起的吸水过程。吸水过程。根的主动吸水具体反映在根压上。根的主动吸水具体反映在根压上。v被动吸水被动吸水植物根系以蒸腾拉力为动力的植物根系以蒸腾拉力为动力的吸水过程。吸水过程。2.植物根系吸水动力主动吸水由植物根系生理活动而引起的吸102.根系吸水的动力v根压根压是指由于植物根系生理活动而促使是指由于植物根系生理活动而促使液流从根部上升的压力。液流从根部上升的压力。v大多数植物的根压为大多数植物的根压为0.10.2MPa，v有些木本植物的根压可达有些木本植物的根压可达0.60.7MPa。v伤流和吐水伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象是证实根压存在的两种生理现象。2.根系吸水的动力根压是指由于植物根系生理活动而促使液流11 伤流伤流 从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象。从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象。伤流是由根压引起的。从伤口流出的汁液叫伤流是由根压引起的。从伤口流出的汁液叫伤流液伤流液。伤流液其中除含有大量水分之外，还含有各种无机伤流液其中除含有大量水分之外，还含有各种无机物、有机物和植物激素等。物、有机物和植物激素等。伤流和根压示意图伤流和根压示意图(1)伤流液从茎部切口处流出；(2)用压力计测定根压伤流伤流和根压示意图12吐水吐水 叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。滴的现象。吐水叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。133.产生根压的原因产生根压的原因v植物根系植物根系主动主动吸收土壤溶液中的离子。吸收土壤溶液中的离子。v离子转运到根的内皮层内，使中柱细胞和离子转运到根的内皮层内，使中柱细胞和导管的溶质增加。导管的溶质增加。v内皮层的水势低于土壤溶液的水势时，土内皮层的水势低于土壤溶液的水势时，土壤中的水分顺水势梯度从外部经内皮层渗透壤中的水分顺水势梯度从外部经内皮层渗透进入中柱细胞和导管。进入中柱细胞和导管。3.产生根压的原因植物根系主动吸收土壤溶液中的离子。14 （三）影响根系吸水的土壤条件（三）影响根系吸水的土壤条件v1.土壤温度土壤温度v土温低使根系吸水下降，原因：土温低使根系吸水下降，原因：粘度增加，扩散速率降低；粘度增加，扩散速率降低；根系呼吸速率下降，主动吸水减弱；根系呼吸速率下降，主动吸水减弱；根系生长缓慢，有碍吸水面积的扩大。根系生长缓慢，有碍吸水面积的扩大。v土温过高对根系吸水不利，原因：土温过高对根系吸水不利，原因：提高根的木质化程度，加速根的老化，提高根的木质化程度，加速根的老化，根细胞中各种酶蛋白变性失活。根细胞中各种酶蛋白变性失活。（三）影响根系吸水的土壤条件1.土壤温度15 2.2.土壤通气状况土壤通气状况 CO2浓度过高或浓度过高或O2不足，则根的呼吸减弱，不但会影响根压不足，则根的呼吸减弱，不但会影响根压的产生和根系吸水，而且还会因无氧呼吸累积较多的酒精而使根系的产生和根系吸水，而且还会因无氧呼吸累积较多的酒精而使根系中毒受伤。中毒受伤。3.土壤水分土壤水分土壤缺水时，植物细胞失水，膨压下降，叶片、幼茎下垂，这土壤缺水时，植物细胞失水，膨压下降，叶片、幼茎下垂，这种现象称为萎蔫。种现象称为萎蔫。4.土壤溶液浓度。土壤溶液浓度。土壤溶液浓度过高，土壤水势降低，若低于根系水势植物不能土壤溶液浓度过高，土壤水势降低，若低于根系水势植物不能吸水反而失去水分，这样导致生理性干旱。吸水反而失去水分，这样导致生理性干旱。（三）影响根系吸水的土壤条件（三）影响根系吸水的土壤条件2.土壤通气状况（三）影响根系吸水的土壤条件16 第三节第三节水分的散失水分的散失蒸腾作用蒸腾作用v一、蒸腾作用一、蒸腾作用v1.蒸腾作用：蒸腾作用：植物体内的水分以气态散失植物体内的水分以气态散失到大气中去的过程。到大气中去的过程。v2.蒸腾作用的生理意义蒸腾作用的生理意义v蒸腾拉力是植物吸水与转运水分的主蒸腾拉力是植物吸水与转运水分的主要动力要动力v促进木质部汁液中物质的运输促进木质部汁液中物质的运输v降低植物体的温度（夏季，绿化地带降低植物体的温度（夏季，绿化地带的气温比非绿化地带的气温要低的气温比非绿化地带的气温要低3-5）v有利于有利于CO的吸收、同化的吸收、同化v3.蒸腾作用的方式蒸腾作用的方式v皮孔蒸腾（茎、枝）皮孔蒸腾（茎、枝）v角质层蒸腾（叶）角质层蒸腾（叶）v气孔蒸腾（叶）气孔蒸腾（叶）植物蒸腾作用的最植物蒸腾作用的最主要方式主要方式第三节水分的散失蒸腾作用一、蒸腾作用17二、气孔蒸腾v1.气孔的形态结构及生理特点气孔的形态结构及生理特点：气孔是植物表皮上一对特化的细胞保卫细胞和由其围绕形成的开口的总称，是植物进行体内外气体交换的门户。植物叶片表面特别是叶缘部分分布着大量的气孔，但气孔很小。气孔所占面积，不到叶面积的1%，但气孔的蒸腾量却相当于所在叶面积蒸发量的1050，甚至100。v2.小孔扩散律：气体通过多孔表面扩散的速率,不与小孔的面积成正比，而与小孔的周长成正比。二、气孔蒸腾1.气孔的形态结构及生理特点：18三、气孔运动的机理三、气孔运动的机理v蔗糖淀粉假说蔗糖淀粉假说气气孔孔运运动动是是由由于于保保卫卫细细胞胞中中蔗蔗糖糖和和淀淀粉粉间间的的相相互互转转化化而而引引起起渗渗透透势势改改变而造成的。变而造成的。vv2.无机离子泵学说又称无机离子泵学说又称K+泵假说泵假说。K+从副卫细胞转运到保卫细胞中引起渗透势下降，气孔张开；K+反向转运，则气孔关闭。淀粉淀粉可溶性糖可溶性糖（pH6.17.3）（pH2.96.1）淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶三、气孔运动的机理蔗糖淀粉假说淀粉可溶性糖（pH6.119四、影响蒸腾的因素v1.光通常气孔在光下张开,暗中关闭。v2.水分水分胁迫条件下气孔开度减小，如蒸腾过于强烈，即使在光下，气孔也会关闭。v3.温度随温度的上升气孔开度增大，30左右开度最大。v4.风微风促进蒸腾，强风引起气孔关闭。v总之：外界较高的光强和温度、较低的湿度、较大的风速有于气孔的蒸腾。四、影响蒸腾的因素1.光通常气孔在光下张开,暗中关闭。20五、水分的传导五、水分的传导一、水分传导途径：一、水分传导途径：土壤土壤根毛根毛皮层皮层内皮层内皮层中柱鞘中柱鞘根根的导管的导管茎的导管茎的导管叶柄导管叶柄导管叶肉细胞叶肉细胞叶细胞间隙叶细胞间隙气孔下腔气孔下腔气孔气孔大气大气二、二、水分传导的速度水分传导的速度在根、茎、叶细胞内的运输有两种途径：在根、茎、叶细胞内的运输有两种途径：（1）经过质外体（导管等）。运输速度一般）经过质外体（导管等）。运输速度一般345mh-1（2）经过活细胞。以渗透方式进行运输，运输距离短，运输阻）经过活细胞。以渗透方式进行运输，运输距离短，运输阻力大，一般只有力大，一般只有10-3cmh-1五、水分的传导一、水分传导途径：21第四节土壤水分v水分作为土壤的重要组成部分，参与土壤中不断进行的各种物质和能量的转化。v水分的形态、数量和能量决定着物质和能量的转化强度，进一步影响着植物吸水和土壤对植物的营养和水分供应。第四节土壤水分水分作为土壤的重要组成部分，参与土壤中不断22一、土壤水的类型吸湿水吸湿水由于干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持由于干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持在土粒表面的水分称吸湿水。在土粒表面的水分称吸湿水。吸吸湿湿水水的的特特点点：吸吸湿湿水水受受土土粒粒的的吸吸持持力力很很大大，不不能能移移动动，具具有有固固态态水水的的性性质质，对对溶溶质质无无溶溶解解力力，为为无无效水。效水。膜状水膜状水吸湿水达到最大后，土粒剩余引力吸附的液态水。吸湿水达到最大后，土粒剩余引力吸附的液态水。在吸湿水层外形成液态水膜。在吸湿水层外形成液态水膜。膜状水的特点：膜状水的特点：艰难吸收的有效水。一、土壤水的类型吸湿水23一、土壤水的类型v毛管水：毛管水：靠土壤毛管引力而保持在土壤毛管孔隙中的水叫毛管水，运动较快，不再受土粒引力作用，是可以移动的自由水。属于有效水，是植物用水的主要来源。根据土层中地下水面与毛管水相连与否可分为：v1）毛管上升水：是指地下水沿着毛管上升而充满毛管孔隙中的水分。土壤中毛管上升水的最大值称为毛管持水量，毛管水上升高度与土壤质地相关。v2）毛管悬着水：借毛管力保持在土壤上层不与地下水相连的水分。毛管悬着水的最大时的土壤含水量称为田间持水量。是确定灌水量的重要参数。v重力水重力水超过田间持水量之后，不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿着大孔隙向下渗漏的水分。旱田无效，水田有效。一、土壤水的类型毛管水：24二、土壤水分的表示方法及有效性二、土壤水分的表示方法及有效性（一）（一）（一）（一）土壤水分的表示方法土壤水分的表示方法土壤水分的表示方法土壤水分的表示方法 1.1.质质量量含含水水量量：土土壤壤中中水水分分的的质质量量占占干干土土重重的的百分数。干土重为百分数。干土重为105110下的烘干土重。下的烘干土重。2.容容积积含含水水量量：单单位位土土壤壤总总容容积积中中水水分分所所占占的的容积百分数。容积含水量容积百分数。容积含水量=质量含水量质量含水量容重容重3.土土壤壤水水贮贮量量：一一定定面面积积和和一一定定厚厚度度土土壤壤中中含含水量的绝对数量。由水深和绝对水体积表示。水量的绝对数量。由水深和绝对水体积表示。4.土土壤壤相相对对含含水水量量：土土壤壤实实际际含含水水量量占占该该土土壤壤田间持水量的百分数。田间持水量的百分数。二、土壤水分的表示方法及有效性（一）土壤水分的表示方法25（二）土壤水分的有效性v土壤最大有效水量田间持水量萎蔫系数v土壤实际有效水量土壤实际含水量萎蔫系数v速效水阶段：田间持水量-毛管断裂含水量v70%田间持水量v毛管水连续，移动迅速，供应及时，“水就根”。v缓效水阶段：毛管断裂含水量-45%田间持水量v70%田间持水量v粗毛管水断裂，移动缓慢，供应不足，“根就水”。v迟效水阶段：45%田间持水量-萎蔫系数v膜状水，移动更慢，难于利用，暂时萎蔫。（二）土壤水分的有效性土壤最大有效水量田间持水量萎蔫系数26三、土壤水分的能态三、土壤水分的能态（一）土壤水势（一）土壤水势 土水势：土壤在各种力（吸附力、毛管力、重力和静水压力等）的作用下，势（或自由能）的变化（主要是降低），称为土水势。土水势包括基质势、压力势、溶质势、重力势等分势。土壤水由水势高处流向低处。（二）（二）土壤水吸力土壤水吸力土壤水承受一定吸力的情况下所处的能态。为正值，数量上与土壤水负压力相等。土壤水由吸力低处流向高处。三、土壤水分的能态（一）土壤水势27（三）水分特征曲线v水分特征曲线用土壤水的能量指标和土壤水的数量指标制定的相关曲线。v意义：同时反映土壤含水量、土壤水吸力和土壤水分有效性之间的关系。（三）水分特征曲线水分特征曲线用土壤水的能量指标和土壤水28四、土壤水分的运动v土壤水汽的扩散与凝聚：v水气压高处水气压低处v水多处水少处v暖处冷处（夏季土壤回潮，春季土壤返浆）v土壤水分的蒸发：v大气蒸发力阶段-土壤含水量田间持水量，v自由蒸发，决定大气。v土壤导水率控制阶段-土壤含水量田间持水量v控制蒸发，干土层，早春顶v凌耙地，灌后适时松土。v扩散控制阶段-土壤含水量毛管断裂含水量v气态扩散，干土层，镇压。四、土壤水分的运动土壤水汽的扩散与凝聚：29五、土壤水分的调节v（1）发展节水灌溉v根据土壤的持水量确定灌水定额：灌水量=田间持水量-土壤自然含水量；v实行节水灌溉技术管道灌、喷灌、滴灌等。v（2）控制地表径流，增加土壤水分入渗。实行坡地等高耕作，沟、垄间套种植。v（3）加强栽培措施，减少土壤水分蒸发。雨后或灌水后及时中耕或地面覆盖，都能减少土壤水的损失。采取地面覆盖，如地膜覆盖、秸秆覆盖等可降低土壤蒸发强度。在疏松、漏风跑墒的土壤上，镇压也是保墒的有效措施。实行免耕栽培；应用土壤增温保墒剂。v（4）合理耕作、施用有机肥，提高土壤水分有效性：提高田间持水量，降低凋萎系数。改良土壤质地、结构，增加孔隙度，减少无效孔隙，提高土温。五、土壤水分的调节（1）发展节水灌溉30第五节第五节大气中的水分大气中的水分v一、空气湿度一、空气湿度大大气气中中的的水水分分有有三三种种形形态态存存在在，即即气气态态、液液态态和和固固态态。大大多多数数情情况况下下，水水分分是是以以气气态态存存在在于于大大气气中中的的，三三种种形形态态在在一一定定条条件件下下可可相相互互转转化化。表表示示空气潮湿程度的物理量，称为空气湿度。空气潮湿程度的物理量，称为空气湿度。通通常常用用水水气气压压、相相对对湿湿度度、饱饱和和差差和和露露点点温温度度来来表示。表示。第五节大气中的水分一、空气湿度31一、空气湿度v水气压：水气压：空气中水气产生的压力，也称绝对湿度，以百帕（hpa）为单位。v相对湿度相对湿度：空气中的实际水气压与相同温度下的饱和水气压的百分比。v饱和差饱和差：一定温度条件下，饱和水气压与空气中实际水气压的差值。v露点温度：露点温度：空气中水气含量和水气压不变时，通过降低气温使空气达到饱和时的温度。一、空气湿度水气压：32二、水分蒸发v水分蒸发：由液态或固态水转变为气态水的过程包括水面蒸发，植物蒸腾和土壤蒸发三种。v影响因素水温（正相关）饱和差（正相关）风速（正相关）水气压（负相关）水面形状（凸面凹面）二、水分蒸发水分蒸发：33（三）水分凝结与降水v水分凝结：由气态水转变为液态或固态水的过程。v水分凝结的条件：水气达到饱和-增加水气含量、降温（露点温度）凝结核-对水分子有亲和力和吸附力的微粒。灰尘，烟粒，盐粒，花粉，SO2，SO3。v水气凝结物：露，霜，雾，雪，云，雨，雹。（三）水分凝结与降水水分凝结：34四、水分与植物v（一）植物的需水量（一）植物的需水量 (一一)不同作物对水分的需要量不同不同作物对水分的需要量不同 根据蒸腾系数估计水分的需要量：根据蒸腾系数估计水分的需要量：生物产量生物产量蒸腾系数蒸腾系数=理论最低需水量理论最低需水量(生物产量生物产量作物一生中形成的全部有机物的总量作物一生中形成的全部有机物的总量)(二二)同一作物不同生育期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v早稻苗期早稻苗期由于蒸腾面积较小，水分消耗量不大；由于蒸腾面积较小，水分消耗量不大；v分蘖期分蘖期蒸腾面积扩大，气温逐渐升高，水分消耗量增大；蒸腾面积扩大，气温逐渐升高，水分消耗量增大；v孕穗开花期孕穗开花期蒸腾量达最大值，耗水量也最多蒸腾量达最大值，耗水量也最多；v成熟期成熟期叶片逐渐衰老、脱落，水分消耗量又逐渐减少。叶片逐渐衰老、脱落，水分消耗量又逐渐减少。作物作物玉米玉米小麦小麦棉花棉花马铃薯马铃薯水稻水稻菜豆菜豆蒸腾系数蒸腾系数370540570640680700四、水分与植物（一）植物的需水量作物玉米小麦棉花马铃薯水稻菜35(三三)作物的水分临界期作物的水分临界期作物的水分临界期作物的水分临界期 -植物在生命周期中，对水分缺乏最敏感、最易受害的时期。植物在生命周期中，对水分缺乏最敏感、最易受害的时期。大多处于大多处于花粉母细胞四分体形成期花粉母细胞四分体形成期，这个时期一旦缺水，就，这个时期一旦缺水，就使性器官发育不正常。使性器官发育不正常。如小麦一生中有两个水分临界期：如小麦一生中有两个水分临界期：v孕穗期孕穗期。缺水，小穗发育不良，特别是雄性生殖器官发育受缺水，小穗发育不良，特别是雄性生殖器官发育受阻或畸形发展。阻或畸形发展。v开始灌浆到乳熟末期。开始灌浆到乳熟末期。缺水，影响旗叶的光合速率和寿命，缺水，影响旗叶的光合速率和寿命，减少有机物的制造和运输，影响灌浆，空瘪粒增多，产量减少有机物的制造和运输，影响灌浆，空瘪粒增多，产量下降。下降。(三)作物的水分临界期作物的水分临界期36