第八章 植物生长与水分.ppt

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1、第八章第八章 植物生长与水分植物生长与水分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

2、旺盛快弱低凝胶活性低迟缓强 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、水对植物的生理作用三、水对植物的生理作用v1.水分是原生质的组成成分水分是原生质的组成成分v2 2.水直接参与植物体内重要的代谢过程。v3、水是各种生理生化反应和运输物质的介质。v4、水能使植物保持固有的姿态。v5、细胞分裂和延伸生长都需要足够的水。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三、水对植物的生理作用三、水对植物的生理作用四、水对植物的生态作用v1、水是植物体温调节器。v2、水对可见光的通透性高。v3、水对植物生存环境的调节。第二节植

3、物细胞对水分的吸收v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。v一、水势：是指在同温同压下一个水系统中1mol体积的水与同温同压下纯水的自由能差。v在任何两个相邻部位之间或两个相邻细胞之间，水分总是从水势高处移向水势低处，直到两处水势差为零为止。二、植物细胞水势的构成v.细胞的溶质势（渗透势细胞的溶质势（渗透势s）v.细胞的压力势（细胞的压力势（P）v.细胞的衬质势（细胞的衬质势（m）v细胞=s+p+m三、细胞吸水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

4、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）。水分跨膜运送水分跨膜运送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。植物细胞构成一个渗透系统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。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水分子通过半透膜由水势高向水势低的部位流动的现象。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，其他物质有选择通选择通过的特殊的膜。

5、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，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具有水势。因此，细胞构成一个渗透系统。渗透吸水（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。水分跨膜运送第三节植物根系对水分的吸收v一、土壤水势v二、根系吸水的主要区域v三、根系吸水机理v四、影响根系吸水的土壤条件一、土壤水势

6、一、土壤水势（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。（二）（二）一、土壤水势v基质势（m）：是指土壤基质的吸附力和毛管力所产生的土壤水分自由能变化。v渗透势（s）：由于溶解在土壤水分中的溶质所引起的土壤水分自由能变化。v压力势（p）：是指在土壤水饱和后，由静水压力作用而产生的分势。v重力势（g）：是指由于重力场位置不同于参比状态水平面而引起的势能变化。v土壤水势构成：wmspg。v土壤水由水势高处流向低处水分特征曲线v土壤水吸力土壤水吸力土壤水

7、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。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。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。五、土壤水分的调节v

8、（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。二、根系吸水主要区域v主要在根

9、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三、植物根系吸水机理动力v主动吸水主动吸水由植物根系生理活动而引起的吸水过由植物根系生理活动而引起的吸水过程。程。根的主动

10、吸水具体反映在根压上。根的主动吸水具体反映在根压上。根压根压是指由于植物根系生理活动而促使液流从根部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。上升的压力。大多数植物的根压为大多数植物的根压为0.10.2MPa，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。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。v被动吸水被动吸水植物根系以蒸腾拉力为动力的吸水过植物根系以蒸腾拉力为动力的吸水过程。程。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

11、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。四、影响根系吸水的土壤条件四、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

12、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。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中毒受伤。积较多的酒精而使根系中毒受伤。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、幼土壤缺水时，植物细胞

13、失水，膨压下降，叶片、幼茎下垂，这种现象称为萎蔫。茎下垂，这种现象称为萎蔫。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。势植物不能吸水反而失去水分，这样导致生理性干旱。四、影响根系吸水的土壤条件四、影响根系吸水的土壤条件 第四节第四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1.蒸腾作用：蒸腾作用：植物体内的水分以气态植物体内的水分以气态散失到大气中去的过程。散失到大气中去的过程。2.蒸腾作用的生理意义蒸腾作用的生理意义蒸腾拉力是植物吸水与转运水分蒸腾

14、拉力是植物吸水与转运水分的主要动力的主要动力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降低植物体的温度（夏季，绿化降低植物体的温度（夏季，绿化地带的气温比非绿化地带的气温要低地带的气温比非绿化地带的气温要低3-5）有利于有利于CO的吸收、同化的吸收、同化二、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

15、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、蒸腾作用的方式v1.蒸腾作用的方式蒸腾作用的方式皮孔蒸腾（茎、枝）皮孔蒸腾（茎、枝）角质层蒸腾（叶）角质层蒸腾（叶）气孔蒸腾（叶）气孔蒸腾（叶）植物蒸腾作用的最主要方式植物蒸腾作用的最主要方式v2.蒸腾作用的度量蒸腾速率蒸腾系数三、气孔蒸腾作用三、气孔蒸腾作用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

16、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。第五节第五节植物体内水分运输植物体内水分运输一、水分传导途径：一、水分传导途径：1.水分在植物体内的运输。水分在植物体内的运输。土壤土壤根毛根毛皮层皮层内皮层内皮层中

17、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2.水分在根、茎、叶细胞内的运输：水分在根、茎、叶细胞内的运输：（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

18、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。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

19、到饱和时的温度。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）（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。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

20、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，

21、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(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。