试谈植物的水分生理培训课件

试谈试谈植物的水分生理植物的水分生理n n代谢：维持各种生命活动过程中各种化学变化(包括物质合成和转化、分解)的总称。包括合成代谢和分解代谢植物的水分生理植物的矿质营养光 合 作 用土壤营养空气营养2试谈植物的水分生理第二章第二章 植物的水分生理植物的水分生理3试谈植物的水分生理n n植物的水分代谢(water metabolism)：植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。2-1.水在植物生命活动中的作用2-2.植物细胞对水分的吸收 2-3.植物根系对水分的吸收 2-4.植物的蒸腾作用2-5.植物体内水分的运输 2-6.合理灌溉的生理基础4试谈植物的水分生理2-1.水在植物生命活动中的作用n n一.植物的含水量 n n二.植物体内水分存在的状态 n n三.水分在植物生命活动中的作用5试谈植物的水分生理n n一一.植物的含水量植物的含水量n n不同植物含水量不同不同植物含水量不同 水生植物水生植物鲜重的鲜重的9090以上以上 地衣、藓类地衣、藓类仅占仅占6 6左右左右 草本植物草本植物70708585 木本植物木本植物稍低于草本植物。稍低于草本植物。n n一种植物，不同环境下有差异一种植物，不同环境下有差异 荫蔽、潮湿荫蔽、潮湿 向阳、干燥环境向阳、干燥环境n n同一植株中，不同器官、组织含水量不同同一植株中，不同器官、组织含水量不同 根尖、幼苗和绿叶根尖、幼苗和绿叶60609090 树干树干40405050 休眠芽休眠芽4040 风干种子为风干种子为8 81414n n生命活动较旺盛的部分，水分含量较多。生命活动较旺盛的部分，水分含量较多。6试谈植物的水分生理二.植物体内水分存在的状态束缚水：束缚水：自由水：自由水：与细胞组分紧密结合而不能自由流动的水分未与细胞组分相结合，可以自由流动的水分7试谈植物的水分生理三.水分在植物生命活动中的作用1细胞质的主要成分 2代谢作用过程的反应物质 3水分是植物对物质吸收和运输的溶剂 4维持植物细胞和组织的紧张度，使植物保持固有的姿态 5.高的比热和气化热，有利于调节植物体的温度。8试谈植物的水分生理2-2 植物细胞对水分的吸收n n一、扩散(diffusion)：是物质分子(包括气体分子、水分子、溶质分子等)从高浓度(高化学势)区域向低浓度(低化学势)区域转移，直到均匀分布的现象。n n二、集流(mass flow或bulk flow)：指液体中成群的原子或分子在压力梯压力梯度度(水势梯度)作用下共同移动的现象。9试谈植物的水分生理水分子通道(water channel)水分在细胞膜系统内移动的途径有2种：单个水分子：通过膜脂双分子层的间隙或通过水通道进入细胞 水集流：通过质膜上水孔蛋白中的水通道进入细胞。水孔蛋白水孔蛋白是一类具有选择性、高效转是一类具有选择性、高效转运水分的膜通道蛋白。运水分的膜通道蛋白。10试谈植物的水分生理n n三、渗透水分从水势高的系统通过半透膜向水势水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象，就称为渗透作用。低的系统移动的现象，就称为渗透作用。n n是含有液泡的细胞吸水的主要方式。是含有液泡的细胞吸水的主要方式。渗透装置的条件1、具有半透膜2、半透膜两侧具有浓度差11试谈植物的水分生理（一）自由能和水势（一）自由能和水势物质能量物质能量束缚能(bound energy)：是不能用于做有用功的能量。自由能(free energy)：是在恒温、恒压条件下能够作功的能量。12试谈植物的水分生理化学势chemical potential,：1mol物质的自由能为该物质的化学势 物质总是从化学势高的地方自发地转移到化学势低的地方，而化学势相等时，则呈现动态平衡。水势水势(water potential):每偏摩尔体积水的化学势 即水溶液的化学势(w)与同温、同压、同一系统中的纯水的化学势(w0)之差(w)，除以水的偏摩尔体积(Vw)所得的商，称为水势。概念概念13试谈植物的水分生理 偏摩尔体积（partial molal volume）在一定温度、压力和浓度下，1 摩尔某组分在混合物中所体现出来的体积，称为该组分在该条件下的偏摩尔体积。偏摩尔体积的单位是m3mol-1 水势单位水势单位:兆帕（MPa)1Mpa=106 Pa 1bar(巴)=0.1 MPa=0.987(大气压)1标准大气压=1.013105 Pa=1.013 bar14试谈植物的水分生理几种常见化合物水溶液的水势范围几种常见化合物水溶液的水势范围 溶液溶液水势水势/MPa纯水纯水0Hoagland营养液营养液-0.05海水海水-2.501mol/L 蔗糖蔗糖-2.691mol/L KCl-4.5015试谈植物的水分生理（二）渗透作用(osmosis)水分从水势高的系统通过半透膜向水势低水分从水势高的系统通过半透膜向水势低水分从水势高的系统通过半透膜向水势低水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象，就称为渗透作用。的系统移动的现象，就称为渗透作用。的系统移动的现象，就称为渗透作用。的系统移动的现象，就称为渗透作用。半透膜的渗透作用16试谈植物的水分生理（三）植物细胞可以构成一个渗透系统（三）植物细胞可以构成一个渗透系统一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置细胞壁（全透性）细胞膜液泡膜细胞质原生质层细胞液细胞核具有选择透过性，近似于半透膜17试谈植物的水分生理（四）细胞的水势（四）细胞的水势细胞吸水情况决定于细胞水势。细胞吸水情况决定于细胞水势。典型细胞水势典型细胞水势w w是由是由4 4个组分组成的：个组分组成的：w=+p+m+g水势渗透势压力势衬质势重力势18试谈植物的水分生理渗透势渗透势渗透势渗透势(osmotic potential)(osmotic potential)亦称溶质势亦称溶质势亦称溶质势亦称溶质势(solute potential),(solute potential),是由于是由于是由于是由于溶质颗粒的存在而降低的水势值。溶质颗粒的存在而降低的水势值。溶质颗粒的存在而降低的水势值。溶质颗粒的存在而降低的水势值。是负值。是负值。是负值。是负值。压力势压力势压力势压力势(pressure potential)(pressure potential)p p 是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加值。一般是正值势增加值。一般是正值势增加值。一般是正值势增加值。一般是正值 。溶液溶液:w=s 因为因为p=0 衬质势衬质势衬质势衬质势(matric potential)(matric potential)mm 是是是是细细细细胞胞胞胞胶胶胶胶体体体体物物物物质质质质亲亲亲亲水水水水性性性性和和和和毛毛毛毛细细细细管管管管对对对对自自自自由由由由水水水水束束束束缚缚缚缚而引起水势降低的值，是而引起水势降低的值，是而引起水势降低的值，是而引起水势降低的值，是负值负值负值负值。重力势重力势g(gravity potential)由于重力的存在使体系水势增加的数值。19试谈植物的水分生理图：植物细胞的相对体图：植物细胞的相对体积变化与水势积变化与水势(w)渗透渗透势势(s)和压力势和压力势(p)之间之间的关系的图解的关系的图解 细胞初始质壁分离时：p=0,w=S 充分饱和的细胞:w=0 S=-p蒸腾剧烈时：p 0，w 土壤保水能力，吸水土壤保水能力，吸水根部吸水能力根部吸水能力 土壤保水能力，不吸水土壤保水能力，不吸水植物只能利用土壤中可用水分。32试谈植物的水分生理(2)土壤通气状况土壤通气状况土壤土壤通气不良通气不良使根系使根系吸水量减少吸水量减少。原因：原因：土壤缺氧、土壤缺氧、CO2浓度过高浓度过高短期内：可使细胞短期内：可使细胞呼呼吸减弱，影响根压吸减弱，影响根压，继而继而阻碍吸水阻碍吸水；时间较长：形成时间较长：形成无氧无氧呼吸呼吸，产生和累积较，产生和累积较多多酒精酒精，根系中毒受，根系中毒受伤，吸水更少。伤，吸水更少。33试谈植物的水分生理(3)土壤温度土壤温度低温低温能降低根系的吸水速率能降低根系的吸水速率原原因因：水分本身的粘性增大，扩散速率降低；细胞质黏性增大，水分不易通过细胞质；呼吸作用减弱，影响根压；根系生长缓慢，有碍吸水表面积的增加。34试谈植物的水分生理土壤温度过高对根系吸水也不利土壤温度过高对根系吸水也不利!原因：原因：高高温温加加速速根根的的老老化化过过程程，吸吸收收面面积减少，吸收速率下降。积减少，吸收速率下降。温度过高使温度过高使酶钝化酶钝化，影响根系主，影响根系主动吸水。动吸水。35试谈植物的水分生理(4)土壤溶液浓度土壤溶液浓度根根系系要要从从土土壤壤中中吸吸水水，根根部部细细胞胞的的水水势势必须必须 土壤溶液的水势。土壤溶液的水势。在一般情况下，土壤溶液浓度较低，水势较高，根系吸水；盐碱土则相反施用化学肥料时不宜过量，产生“烧苗”低于低于36试谈植物的水分生理第四节 蒸腾作用n n一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标 1.1.概念概念概念概念 2.2.生理意义生理意义生理意义生理意义 3.3.指标和部位指标和部位指标和部位指标和部位n n二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾 1.1.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的形态结构及生理特点气孔的形态结构及生理特点 2.2.气孔运动气孔运动气孔运动气孔运动 3.3.气孔运动的机理气孔运动的机理气孔运动的机理气孔运动的机理 4.4.影响气孔运动的因素影响气孔运动的因素影响气孔运动的因素影响气孔运动的因素37试谈植物的水分生理植物吸收的水分植物吸收的水分用于代谢用于代谢散失散失1595%99%散失方式：散失方式：1)以以液体状态液体状态散失到体外（吐水现象）散失到体外（吐水现象）2)以以气体状态气体状态散逸到体外（蒸腾作用）散逸到体外（蒸腾作用）主要方式主要方式 38试谈植物的水分生理一、蒸腾作用的概念、生理意义和部位 n n1.概念概念 蒸腾作用蒸腾作用(transpiration)是指水分以是指水分以气体状态，通过植物体的表面气体状态，通过植物体的表面(主要是主要是叶子叶子)，从体内散失到体外的现象。，从体内散失到体外的现象。概念概念39试谈植物的水分生理2.生理意义生理意义（1 1）植物水分吸收和运输的）植物水分吸收和运输的主要动力主要动力。（2）促进木质部汁液中物质的）促进木质部汁液中物质的运输运输。（3）能够）能够降低叶片的温度降低叶片的温度。(1 g水变成水蒸气需要吸收的能量，水变成水蒸气需要吸收的能量，在在20时是时是2444.9J，30时是时是2430.2J)（4）有利于）有利于气体交换气体交换。利于光合作用的。利于光合作用的进行。进行。40试谈植物的水分生理n n3.指标和部位指标和部位(1)指标指标n n蒸腾速率蒸腾速率(transpiration rate)植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用散失的水量。腾作用散失的水量。单位：单位：(g m-2 h-1)或(mmol m-2 s-1)n n白天的蒸腾速率白天的蒸腾速率15250 g m-2 h-1n n晚上的蒸腾速率晚上的蒸腾速率120 g m-2 h-1。概念概念41试谈植物的水分生理n n蒸腾比率(transpiration ratio)植物每消耗1 kg水时所形成的干物质克数。(也称蒸腾效率)一般植物的蒸腾比率是1-8。n n蒸腾系数(transpiration coefficient)(或需水量)是指植物制造 1 g 干物质所需水分(g)。n （蒸腾比率的倒数）蒸腾系数越大，利用水分的效率 。越低越低 一般：125-1000。玉米为370，小麦为540。42试谈植物的水分生理（2）部位幼小全部表面都能蒸腾木本植物长大后皮孔蒸腾(约占0.1)植物的蒸腾作用绝大部分是在叶片上进行。叶片蒸腾两种方式角质蒸腾角质蒸腾(仅占仅占5 51010)气孔蒸腾气孔蒸腾 43试谈植物的水分生理 水蒸气、水蒸气、COCO2 2、O O2 2都要共用气孔这个通道，气孔的都要共用气孔这个通道，气孔的开闭会影响植物的蒸腾、光合、呼吸等生理过程。开闭会影响植物的蒸腾、光合、呼吸等生理过程。二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾气气孔孔蒸蒸腾腾的的过过程程44试谈植物的水分生理45试谈植物的水分生理(一一)气孔运动气孔运动气孔运动与保卫细胞的结构有关46试谈植物的水分生理(二二)气气孔孔运运动动的的机机制制(1)(1)淀粉淀粉糖转化学说糖转化学说保卫细胞保卫细胞(GC)在在光光下进行下进行光合作用光合作用消耗消耗CO2，使细胞内，使细胞内pH增高增高淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶水解淀粉为水解淀粉为G1P水势下降水势下降从周围细胞吸水从周围细胞吸水气孔气孔张开张开二十世纪初提出47试谈植物的水分生理GC在在黑暗黑暗中进行中进行呼吸作用呼吸作用释放释放CO2，使细胞内，使细胞内pH下降下降淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶把把G1P合成为淀粉合成为淀粉水势升高水势升高向周围细胞向周围细胞排水排水气孔气孔关闭关闭二十世纪初提出48试谈植物的水分生理(2)(2)K K+离子吸收学说离子吸收学说气孔运动和气孔运动和GCGC积累积累K K+有着密切的关系。有着密切的关系。20世纪60年代末提出w降低降低，水分，水分进入进入GC，气孔气孔张开张开GC质膜上具有质膜上具有光活化光活化ATP酶酶-H+泵泵水解水解ATP，泵出，泵出H+到细胞壁，造到细胞壁，造成膜电位差成膜电位差激活激活K+通道通道和和Cl-通道，通道，K+和和Cl-进入进入GC49试谈植物的水分生理(3)(3)苹果酸代谢学说苹果酸代谢学说 GCGC在在光光下进行光合作用下进行光合作用消耗消耗COCO2 2 pHpH增高增高(8.0-8.5),(8.0-8.5),活化活化PEPCPEPCPEP+HCO3-草酰乙酸草酰乙酸 苹果酸苹果酸苹果酸根苹果酸根使细胞里的使细胞里的水势下降水势下降从周围细胞从周围细胞吸水吸水气孔气孔张开张开20世纪70年代初50试谈植物的水分生理（三）影响气孔运动的因素（三）影响气孔运动的因素n n光照：是影响气孔运动的主要因素光照光照景天科植物例外景天科植物例外 温温度度CO2水分水分脱落酸 增加胞质Ca2+浓度和胞质溶胶PH光照光照张开张开 黑暗黑暗关闭关闭上升上升气孔开度增大气孔开度增大10以下小，以下小，30最大，最大，35以上变小以上变小低浓度低浓度促进张开促进张开高浓度高浓度迅速关闭迅速关闭水分胁迫水分胁迫气孔开度减小气孔开度减小52试谈植物的水分生理三、影响蒸腾作用的内外条件三、影响蒸腾作用的内外条件n n蒸腾速率取决于水蒸气向外的扩散力水蒸气向外的扩散力和扩散途径的阻力扩散途径的阻力。n n叶片内（气孔下腔）和外界之间的蒸汽蒸汽压差压差（蒸汽梯度）制约着蒸腾速率53试谈植物的水分生理n n光照：光照：n n空气相对湿度空气相对湿度n n温度温度n n风风（二）内部因素（二）内部因素n n气孔频度气孔频度n n气孔大小气孔大小n n气孔下腔气孔下腔n n叶片内部面积大小叶片内部面积大小（一）外界条件（一）外界条件54试谈植物的水分生理（三）减慢蒸腾速率的途径（三）减慢蒸腾速率的途径n n.减少蒸腾面积减少蒸腾面积减少蒸腾面积减少蒸腾面积 移栽植物时，可去掉一些枝移栽植物时，可去掉一些枝叶，降低蒸腾失水量，维持植物体内水分平衡，利叶，降低蒸腾失水量，维持植物体内水分平衡，利于成活。于成活。n n2 2.降低蒸腾速率降低蒸腾速率降低蒸腾速率降低蒸腾速率 避开促进蒸腾的外界条件。避开促进蒸腾的外界条件。如：在午后或阴天移栽植物、或栽后遮荫搭棚；如：在午后或阴天移栽植物、或栽后遮荫搭棚；实行设施栽培，降低移栽植株的蒸腾速率。实行设施栽培，降低移栽植株的蒸腾速率。n n.使用抗蒸腾剂使用抗蒸腾剂使用抗蒸腾剂使用抗蒸腾剂某些能降低植物蒸腾速率而对某些能降低植物蒸腾速率而对光合作用和生长影响不太大的物质，称为抗蒸腾剂光合作用和生长影响不太大的物质，称为抗蒸腾剂55试谈植物的水分生理第五节第五节 植物体内水分的运输植物体内水分的运输一、一、水分运输的途径水分运输的途径 二、二、水分运输的速度水分运输的速度三、三、水分沿导管或管胞上升的动力水分沿导管或管胞上升的动力 56试谈植物的水分生理整个植物体内的运输途径：一、水分运输的途径质质外外体体途途径径 共共质质体体途途径径土壤一植物一大气土壤一植物一大气 之间水分具有连续性之间水分具有连续性 水分从根向地上部水分从根向地上部运输的途径运输的途径57试谈植物的水分生理二、水分运输的速度二、水分运输的速度水流经过原生质的速度：水流经过原生质的速度：10-3 cmh在木质部导管运输速度：在木质部导管运输速度：345 mh裸子植物管胞水流速度慢，裸子植物管胞水流速度慢，0.6mh同一枝条，被太阳直接照射时快。同一枝条，被太阳直接照射时快。同一植株，白天快于晚上。同一植株，白天快于晚上。58试谈植物的水分生理三、三、水分沿导管或管胞上升的动力 1.1.动力有动力有2 2种种根压根压蒸腾拉力蒸腾拉力2.2.水柱连续性水柱连续性内聚力学说内聚力学说 （蒸腾（蒸腾内聚力内聚力张力学说）张力学说）爱尔兰人爱尔兰人H HH HDixonDixon提出提出上端原动力蒸腾拉力下端原动力根压中间原动力水分子间的内聚力及导管壁附着。59试谈植物的水分生理拉力重力内聚力内聚力：相同分子之间有相互吸引的：相同分子之间有相互吸引的力量。力量。水分子的内聚力很大，水分子的内聚力很大，20 MPa以上。以上。上拉下拖使水柱产生上拉下拖使水柱产生张力张力。木质。木质部水柱张力为部水柱张力为0.53 MPa。水分子内聚力大于水柱张力，故水分子内聚力大于水柱张力，故可使水柱连续不断。可使水柱连续不断。水分子与细胞壁分子之间又具有强大水分子与细胞壁分子之间又具有强大的的附着力附着力，所以水柱中断的机会很小。，所以水柱中断的机会很小。60试谈植物的水分生理第六节第六节 合理灌溉的生理基础合理灌溉的生理基础一、作物的需水规律 二、合理灌溉指标及灌溉方法61试谈植物的水分生理一、作物的需水规律一、作物的需水规律作物的需水量因作物种类而异n n同一作物不同生育期对水分的需要量不同 小麦一生中对水分的需要大致可分为四个小麦一生中对水分的需要大致可分为四个时期：时期：.种子萌发到分蘖前期，消耗水不多；种子萌发到分蘖前期，消耗水不多；.分蘖末期到抽穗期，消耗水最多；分蘖末期到抽穗期，消耗水最多；.抽穗到乳熟末期，缺水会严重减产；抽穗到乳熟末期，缺水会严重减产；.乳熟末期到完熟期，消耗水较少。供水过多乳熟末期到完熟期，消耗水较少。供水过多会使小麦贪青，籽粒含水量增高，影响品质。会使小麦贪青，籽粒含水量增高，影响品质。n n作物的水分临界期62试谈植物的水分生理灌溉的原则：适时、适量、高质、高效 灌溉的最适时期：水分临界期，最大需水期63试谈植物的水分生理二、合理灌溉的指标二、合理灌溉的指标灌溉的指标灌溉的指标1.1.土壤指标土壤指标：田间持水量低于田间持水量低于60%-80%60%-80%时需灌溉。时需灌溉。2.2.形态指标形态指标：幼幼嫩嫩茎茎叶叶凋凋萎萎；茎茎叶叶转转深深或或变变红红；植植株株生生长长速度下降。速度下降。3.3.生理指标生理指标：细细胞胞汁汁液液浓浓度度，叶叶片片渗渗透透压压，叶叶片片水水势势，气气孔开度，气孔阻力。孔开度，气孔阻力。叶叶片片水水势势下下降降，细细胞胞汁汁液液浓浓度度升升高高，溶溶质质势下降，气孔开度减小，甚至关闭势下降，气孔开度减小，甚至关闭。64试谈植物的水分生理三、合理灌溉的方法三、合理灌溉的方法灌溉方式：漫灌、沟灌、喷灌、滴灌n n喷、滴灌技术n喷灌：既可解除大气干旱和土壤干旱，保持土壤团粒结构，防止土壤盐碱化，节约用水。n滴灌：让作物根系经常处于保持在良好的水分、空气、营养状态下。65试谈植物的水分生理四、合理灌溉增产的原因四、合理灌溉增产的原因n n生理效应：改善作物生理作用n n生态效应：改变栽培环境66试谈植物的水分生理