植物的水分生理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,植物的水分生理,第一章植物的水分生理,第一节植物对水分的需要,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,第四节蒸腾作用,第五节植物体内水分的运输,第六节合理灌溉的生理基础,第一章 植物的水分生理,水分作用,水分生理:水分的吸收,在体内的运输,水分的排出,第一节 植物对水分的需要,一,植物的含水量,不同植物的含水量,同一植物生长在不同环境,同一植株,不同器官和不同组织,二,植物体内水分存在的状态,束缚水和自由水,水的物理化学性质,高比热,高气化热,水分子是植物体内很好的溶剂,水具有很大的表面张力,三,水分在植物生命活动中的作用,水分是细胞质的主要成分,水分是代谢作用过程的反应物质,水分是植物对物质吸收和运输的溶剂,水分能保持植物的固有姿态,水分能具有特殊的理化性质,第二节 植物细胞对水分的吸收,细胞吸水有3种方式,扩散 集流 渗透作用,一,扩散,物质顺着浓度梯度进行的,短距离,二,集流,是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动,水分在木质部中远距离运输,.,水孔蛋白:质膜内在蛋白,液泡膜内在蛋白,2510,3,-3010,3,跨膜通道蛋白,只允许水分子通过,外界环境和植物激素都可诱导水孔蛋白基因的表达,三,渗透作用,溶剂分子通过半透膜而移动的现象,水分移动需要能量作功.,自由能和水势,物质的能量为束缚能和自由能,化学势,:,1摩尔物质的自由能,水势,:,每偏尔体积水的化学势,水溶液的化学势与纯水的化学势之差,除以水的偏摩尔体积所得的商-水势(Pa),渗透作用,水,蔗糖溶液,A,B,渗透现象,A 实验开始时,B 经过一段时间,植物细胞可以构成一个渗透系统,原生质膜是一个半透膜,质壁分离和质壁分离复原,细胞的水势,细胞的水势,W,渗透势,压力势,P,重力势,g,细胞的水势=渗透势+压力势+重力势,渗透势,:,决定于溶液中溶质颗粒总数.,压力势,:,由于细胞壁压力的存在而增加水势,重力势,:,是水分因重力下移与相反力量相等时的力量,常省略不计.,图,0,1.5,-2.5,1.5,不膨胀,完全膨胀,/MPa,压力势(,P,),水势(,W,),渗透势(,),植物细胞的相对体积变化与水势等之间的关系,1.0,细胞间的水分移动,=-1.4MPa,p,=+0.8MPa,W,=-0.6MPa,=-1.2MPa,P,=+0.4MPa,W,=-0.8MPa,两个相邻细胞之间水分移动的方向,移动的方向决定于两细胞间的水势差,X,Y,衬质势,:,细胞胶体物质,毛细管对自由水的束缚引起水势的降低.,渗透势取决于浓度,温度,等渗系数,=-ICRT,质壁分离现象,质壁分离复原,第三节 植物根系对水分的吸收,吸水的主要器官是根系,.,一,根系吸水的途径,质外体途径,:,是指水分通过细胞壁,细胞间隙等没有细胞质的部分移动,速度快,跨膜途径,:,是指水分从一个细胞移动到另一个细胞,要两次通过质膜,液泡膜,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,形成一个细胞质的连续体,速度慢.,细胞途径包括共质体途径和跨膜途径,二,根系吸水的动力,根压,由于根系的生理活动使液流从根部沿导管上升的压力 0.050.5MPa,伤流:,吐水:,根系吸水的机制:,共质体,质外体,产生根压的机理,渗透论,代谢论,蒸腾拉力,因蒸腾失水而水势下降,产生的拉力.由枝叶形成的力量传到根部而引起的被动吸水,.,根系吸水的方式:,被动吸水,主动吸水,.,被动吸水:,蒸腾,主动吸水:,根压(吐水,伤,流,的现象),三,影响根系吸水的土壤条件,土壤中可用水分,土壤通气状况,土壤温度,土壤溶液浓度,第四节 蒸腾作用,蒸腾作用,:,水分从植物体内以水蒸汽状态向外界散失的过程.,一,蒸腾作用的生理意义和部位,意义:,1,是植物对水分吸收和运输的主要动力,2,是植物吸收矿质盐类和在体内运转的动力,3,能够降低叶片的温度,部位:,皮孔蒸腾 0.1%,叶片蒸腾,图,茎,幼嫩 表面蒸腾,成长老化 皮孔蒸腾 0.1%,叶,角质层 阴湿地区成长 5%,幼叶 40-70%,气孔 80-90%,气孔蒸腾是植物蒸腾作用的主要形式,气孔的作用,气孔数目和分布,气孔的扩散-小孔律(边缘效应),角质蒸腾 5%-10%,气孔蒸腾,二,气孔蒸腾,气孔运动,保卫细胞,气孔运动的机制,由细胞的水势所控制,淀粉-糖互变,pH值 淀粉磷酸化酶 表皮细胞或副卫细胞,可溶性糖 淀粉,钾离子的吸收,ATP质子泵 H,+,pH值 质膜超极化 钾离子通道 水势降低,苹果酸生成,糖酵解 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)PEP羧化酶,HCO,-,3,草酰乙酸 苹果酸 液泡,糖,K,+,CL,-,苹果酸进入液泡内,水势下降.,还有问题不能解释,1沙漠植物,2有内在节律性,3不同部位的气孔开放程度不同,4ABA的作用,影响气孔运动的因素,水分供应,叶子的温度,光和CO,2,浓度,脱落酸,:,会增加胞质Ca,2+,浓度和胞质溶胶pH,一主面抑制保卫细胞质膜上的内向K,+,通道蛋白活性,促进外向K,+,通道蛋白活性,促使细胞内K,+,浓度减少;与时同时,ABA活化外向CL,-,通道蛋白,CL,-,外流,保卫细胞内CL,-,浓度减少,保卫细胞膨压就下降,气孔关闭.,三,影响蒸腾作用的外,内条件,气孔蒸腾扩散的过程,蒸腾速率取决于水蒸汽向外扩散力量和扩散途径的阻力.,蒸腾速率=扩散力/扩散途径阻力,扩散力=叶内蒸汽压-叶外蒸汽压,扩散途径阻力=气孔阻力+扩散层阻力,蒸腾作用快慢决定于叶内外的蒸汽压大小.,光照,湿度,温度,风,蒸腾作用的指标,蒸腾速率:植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量.(g.m,-2,.h,-1,),蒸腾比率:植物在一定生长期内积累的干物质与蒸腾失水量的比值.即每消耗1kg水所形成干物质的克数(g.kg,-1,),蒸腾系数:植物制造累积1g干物质蒸腾消耗水分的克数(蒸腾速率的倒数),蒸腾作用的生理意义:,四,蒸腾作用的非气孔调节,大部分由气孔调节,棉花,初干:叶肉细胞的水分亏损,引起细胞壁水分饱和程度降低,使蒸腾减弱的现象.,萎蔫:植物在水分亏损严重时,细胞失去膨胀状态,叶子和茎的幼嫩部分下垂的现象.,暂时萎蔫:降低蒸腾,即能使萎蔫的植物消除水分亏缺,恢复原状.,永久萎蔫:降低蒸腾,仍不能消除水分亏缺以恢复原状.,第五节 植物体内水分的运输,一,水分运输的途径,土壤中的水分-根毛-根的皮层-根的中柱-根的导管-茎的导管-叶柄的导管-叶脉的导管-叶肉细胞-叶细胞间隙-气孔内室(气室)-气孔-空气中,二,水分运输的速度,3-45m.h,-1,三,水分沿导管或管胞上升的动力,根压 0.2MPa 水分上升20.2m,内聚力:分子之间有相互吸引的力量.300MPa,张力:水柱本身的重量使水柱下降,高大树木 2-3MPa,H.H.Dixon 爱尔兰人,内聚力学说(蒸腾-内聚力-张力学说):,内聚力,附着力,连续的水柱,异议:1,茎部局部死亡,水分仍然上升,2,木质部里有气泡,水柱不可能连续,为什么还继续上升,第六节 合理灌溉的生理基础,一,作物的需水规律,二,合理灌溉的指标,形态指标,生理指标:叶片水势,细胞汁液浓度,渗透势和气孔开度,三,灌溉的方法,沟渠排灌法,喷灌,滴灌,四,合理灌溉增产的原因,作业,名词解释,半透膜 水势 渗透势 根压 内聚力学说 气孔蒸腾 蒸腾拉力(作用,速率,系数)吐水 伤流,萎蔫(暂时,永久)质壁分离(复原)水分代谢,共质体途径,问答题,1试述植物水分代谢的过程.,2根据细胞质壁分离和质壁分离复原的实验,说明它可解决哪能些问题?,3试述蒸腾作用的生理意义,4试述在光照条件下气孔运动的机理,5水分如何进入根部的导管?又如何运输到叶片?,