《水分生理》PPT课件.ppt

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1、植物的水分代谢植物的水分代谢（water metabolism)植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程，称为植物的水分代谢。程，称为植物的水分代谢。水分代谢 水分的吸收水分的吸收水分在植物水分在植物体内的运输体内的运输水分的利用水分的利用和排出和排出2.2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 植物的含水量植物的含水量植物体内水分存在状态植物体内水分存在状态水分在生命活动中的作用水分在生命活动中的作用一一、植物的含水量（植物的含水量（65%-90%65%-90%）1.1.植物种类不同，含水量不同植物种类不同，含水量不同2.2.同种植物不同生

2、长环境含水量不同同种植物不同生长环境含水量不同3.3.同一植株不同器官和不同组织含水量不同同一植株不同器官和不同组织含水量不同 测定植物含水量的方法测定植物含水量的方法-称重法称重法 称鲜重称鲜重杀青（杀青（105,15-20105,15-20分钟分钟)80)80 恒温恒温烘干烘干称干重称干重鲜重鲜重-干重干重植物含水量植物含水量=鲜重鲜重1.束缚水（束缚水（Boundwater)2.自由水（自由水（Freewater)（原生质是亲水胶体）（原生质是亲水胶体）亲水胶体亲水胶体 束缚水束缚水自由水自由水二、二、植物体内水分存在状态植物体内水分存在状态束缚水束缚水（Boundwater）：）：被胶

3、体粒子或被胶体粒子或渗透物质紧紧吸附的那部分水渗透物质紧紧吸附的那部分水（1）不能自由移动）不能自由移动（2）0时不结冰时不结冰（3）不能作为溶剂）不能作为溶剂（4）与植物的）与植物的抗性抗性有关有关自由水自由水（Freewater)：不被胶体粒子或渗不被胶体粒子或渗透物质紧紧吸附的那部分水透物质紧紧吸附的那部分水（1）能自由移动能自由移动（2）随温度的上升或下降气化或结冰随温度的上升或下降气化或结冰（3）可以作为溶剂）可以作为溶剂（4）其数量制约着植物）其数量制约着植物代谢代谢的强度的强度这两种状态水存在的数量或比例多少直接这两种状态水存在的数量或比例多少直接与代谢强度和植物的抗性有关。与代

4、谢强度和植物的抗性有关。自由水自由水 束缚水束缚水比例大比例大:溶胶状态，代谢旺盛溶胶状态，代谢旺盛,生长较快，抗性弱生长较快，抗性弱比例小比例小:凝胶状态，代谢较弱凝胶状态，代谢较弱,生长迟缓，抗性强生长迟缓，抗性强1、水对植物的生理作用、水对植物的生理作用 2、水对植物的生态作用、水对植物的生态作用 三、三、水分在生命活动中的作用水分在生命活动中的作用 水分是原生质的主要成分水分是原生质的主要成分水分是代谢过程的反应物质水分是代谢过程的反应物质水分是物质吸收和运输的溶剂水分是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保持植物的固有姿态细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水细胞的分裂和延

5、伸生长都需要足够的水 1、水对植物的生理作用、水对植物的生理作用水是植物体温调节器水是植物体温调节器 水对可见光的通透性水对可见光的通透性 水对植物生存环境的调节水对植物生存环境的调节 2、水对植物的生态作用、水对植物的生态作用1、束缚能和自由能、束缚能和自由能根据热力学原理，系统中物质的总能量可分为束根据热力学原理，系统中物质的总能量可分为束缚能和自由能两部分。缚能和自由能两部分。束缚能束缚能是不能用于作功的能量。是不能用于作功的能量。自由能自由能是在温度恒定的条件下可用于作功的能量。是在温度恒定的条件下可用于作功的能量。2、化学势、化学势（chemicalpotential)每偏摩尔物质所

6、具有的自由能就是该物质的每偏摩尔物质所具有的自由能就是该物质的化学化学势势，可反映体系中各组分发生化学反应的本领及，可反映体系中各组分发生化学反应的本领及转移的潜在趋势。含水体系中水参与反应的本领转移的潜在趋势。含水体系中水参与反应的本领及转移的趋势则可用系统中水的化学势来反映。及转移的趋势则可用系统中水的化学势来反映。2.3 化学势、水势化学势、水势水势水势水势水势（water potentialwater potential）:即水溶液的化学势与同温即水溶液的化学势与同温同压下同一系统的纯水的化学势之差，除以偏摩尔同压下同一系统的纯水的化学势之差，除以偏摩尔体积所得的商，即为水势。体积所得

7、的商，即为水势。w w =ww：水溶液的化学势（水溶液的化学势（水溶液的化学势（水溶液的化学势（J/mol=Nm/molJ/mol=Nm/mol）0 0：同温同压同一系统中纯水的化学势：同温同压同一系统中纯水的化学势：同温同压同一系统中纯水的化学势：同温同压同一系统中纯水的化学势 V Vww：水的偏摩尔体积水的偏摩尔体积水的偏摩尔体积水的偏摩尔体积(m(m3 3/mol)/mol)w w:水势水势水势水势 0w w w-V Vw w=w wV Vw w.3、水势、水势（Water potential，用，用w表示表示)水势水势:每偏摩尔体积水的化学势。每偏摩尔体积水的化学势。3、水势、水势（W

8、ater potential，用，用w表示表示)兆帕（兆帕（MPa)1Mpa=106 Pa1bar(巴巴)=0.1 MPa =0.987 atm(大气压大气压)1标准标准atm=1.013105 Pa =1.013 bar水势单位水势单位:帕（帕（PaPa）、巴）、巴(bar)(bar)、大气大气压压(atmatm)。偏摩尔体积偏摩尔体积偏摩尔体积偏摩尔体积偏摩尔体积是指（在一定温度和压力下）偏摩尔体积是指（在一定温度和压力下）偏摩尔体积是指（在一定温度和压力下）偏摩尔体积是指（在一定温度和压力下）1mol1mol水中水中水中水中加入加入加入加入1mol1mol1mol1mol 某溶液后某溶液

9、后，该该该该1mol1mol1mol1mol 水所占的有效体积水所占的有效体积。纯水的摩尔体积纯水的摩尔体积纯水的摩尔体积纯水的摩尔体积V Vww=18cm=18cm3 3/mol/mol在稀的水溶液中在稀的水溶液中在稀的水溶液中在稀的水溶液中V Vw w和和和和V Vw w相差很小，实际应用时，往相差很小，实际应用时，往相差很小，实际应用时，往相差很小，实际应用时，往往用往用往用往用V Vw w代替代替代替代替V Vw w .纯水的自由能最大，水势最大。纯水的自由能最大，水势最大。纯水的水势规定为纯水的水势规定为纯水的水势规定为纯水的水势规定为0 0。水中的溶质会增加束缚能，降低水的自由能，

10、所水中的溶质会增加束缚能，降低水的自由能，所水中的溶质会增加束缚能，降低水的自由能，所水中的溶质会增加束缚能，降低水的自由能，所以以以以溶液的水势均小于零，为负值溶液的水势均小于零，为负值溶液的水势均小于零，为负值溶液的水势均小于零，为负值。溶液越浓，水势越低溶液越浓，水势越低。纯水纯水-0Mpa1MKCl-4.5Mpa土壤水分供应充足生长迅速的叶片土壤水分供应充足生长迅速的叶片-0.2-0.8Mpa土壤干旱，生长缓慢的叶片土壤干旱，生长缓慢的叶片-0.8-1.5Mpa 水分的移动方向：水分的移动方向：水分的移动方向：水分的移动方向：水分由高水势区域流向低水势区域水分由高水势区域流向低水势区域

11、水分由高水势区域流向低水势区域水分由高水势区域流向低水势区域吸胀吸水吸胀吸水未形成液泡的细胞靠吸胀未形成液泡的细胞靠吸胀作用吸水作用吸水 渗透性吸水渗透性吸水具中心液泡的成熟细胞具中心液泡的成熟细胞以渗透性吸水为主以渗透性吸水为主 2.4 2.4 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收1.1.渗透作用（渗透作用（osmosisosmosis）：）：水分从水势高水分从水势高的系统通过选择透性膜向水势低的系统移的系统通过选择透性膜向水势低的系统移动的现象。动的现象。渗透作用是物质依渗透作用是物质依水势梯度水势梯度而移动而移动 T1 T2 T33.3.植物细胞是一个渗透系统植物细胞是一个渗透系统

12、质膜质膜质膜质膜液泡膜液泡膜液泡膜液泡膜细胞质细胞质细胞质细胞质半透膜半透膜半透膜半透膜（2 2 2 2）渗透系统）渗透系统）渗透系统）渗透系统（1 1 1 1）植物细胞结构）植物细胞结构）植物细胞结构）植物细胞结构质壁分离及质壁分离复原质壁分离及质壁分离复原质壁分离及质壁分离复原质壁分离及质壁分离复原质壁分离（质壁分离（plasmolysis）：）：植物细胞由于液泡失植物细胞由于液泡失水，原生质收缩而使原生质和细胞壁分离的现象。水，原生质收缩而使原生质和细胞壁分离的现象。质壁分离复原质壁分离复原(deplasmolysis)：已发生质壁分离已发生质壁分离的细胞再吸水而复原的现象。的细胞再吸水

13、而复原的现象。质壁分离解决的问题质壁分离解决的问题vv说明原生质层是半透膜说明原生质层是半透膜说明原生质层是半透膜说明原生质层是半透膜vv判断细胞死活，活细胞才有质壁分离判断细胞死活，活细胞才有质壁分离判断细胞死活，活细胞才有质壁分离判断细胞死活，活细胞才有质壁分离vv测定细胞渗透势测定细胞渗透势测定细胞渗透势测定细胞渗透势vv利用质壁分离复原速度确定物质进入细胞的速度利用质壁分离复原速度确定物质进入细胞的速度利用质壁分离复原速度确定物质进入细胞的速度利用质壁分离复原速度确定物质进入细胞的速度 y y w w=y y s +y y p p+y y g g+y y m4.4.细胞的水势细胞的水势

14、 s 渗透势渗透势（osmoticpotential）p 压力势压力势（pressurepotential)m m 衬质势衬质势（matricpotential)g 重力势（重力势（gravitypotential)渗透势（渗透势（渗透势（渗透势（osmoticpotentialosmoticpotential）或溶质势（）或溶质势（）或溶质势（）或溶质势（solutesolutepotentialpotential）定定定定义义义义：由由于于溶溶质质颗颗粒粒的的存存在在而而使使水水的的自自由由能能降降低低导导致致水势降低的部分，其大小决定于溶液中溶质颗粒数目。水势降低的部分，其大小决定于溶液

15、中溶质颗粒数目。电解质浓溶液渗透势计算公式电解质浓溶液渗透势计算公式电解质浓溶液渗透势计算公式电解质浓溶液渗透势计算公式 s s=-=-iCRTiCRT i:i:溶溶质质的的解解离离常常数数，依依依依盐盐盐盐的的的的种种种种类类类类和和和和温温温温度度度度不不不不同同同同而而而而变变变变化化化化;C C：摩摩尔尔浓浓度度，R R：气气气气体体体体常常常常数数数数（0.082大大气气压压/升升.摩摩尔尔.度度)，T T：绝对温度（绝对温度（273+t)压力势压力势（pressurepotentialpressurepotential）压力势：压力势：压力势：压力势：由于细胞壁压力的存在而增加的水

16、势。由于细胞壁压力的存在而增加的水势。由于细胞壁压力的存在而增加的水势。由于细胞壁压力的存在而增加的水势。细胞壁对抗细胞质向外膨胀而产生向内挤压原生质细胞壁对抗细胞质向外膨胀而产生向内挤压原生质细胞壁对抗细胞质向外膨胀而产生向内挤压原生质细胞壁对抗细胞质向外膨胀而产生向内挤压原生质体的压力，即为压力势，压力势使胞内水势升高，体的压力，即为压力势，压力势使胞内水势升高，体的压力，即为压力势，压力势使胞内水势升高，体的压力，即为压力势，压力势使胞内水势升高，是是是是正值正值正值正值。质壁分离初始阶段：质壁分离初始阶段：质壁分离初始阶段：质壁分离初始阶段：p p=0=0；细胞水分饱和状态细胞水分饱和

17、状态细胞水分饱和状态细胞水分饱和状态 p p 最大，水分不足最大，水分不足最大，水分不足最大，水分不足 p p变小；变小；变小；变小；剧烈蒸腾剧烈蒸腾剧烈蒸腾剧烈蒸腾(萎蔫萎蔫萎蔫萎蔫)时：时：时：时：p p000.31.50.31.5MPaMPa衬质势（衬质势（matricmatric potential potential）细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起水势降低的值。水势降低的值。水势降低的值。水势降低的值。未形成液泡细胞：可低达未形成液泡细胞：

18、可低达未形成液泡细胞：可低达未形成液泡细胞：可低达-100MPa-100MPa已形成液泡细胞：只有已形成液泡细胞：只有已形成液泡细胞：只有已形成液泡细胞：只有-0.01MPa-0.01MPa大多数植物细胞均有液泡，因此衬质势可忽略不计。大多数植物细胞均有液泡，因此衬质势可忽略不计。大多数植物细胞均有液泡，因此衬质势可忽略不计。大多数植物细胞均有液泡，因此衬质势可忽略不计。重力势（重力势（gravity potentialgravity potential）是水分因重力下移与相反力量相等时的力量，它增是水分因重力下移与相反力量相等时的力量，它增是水分因重力下移与相反力量相等时的力量，它增是水分因

19、重力下移与相反力量相等时的力量，它增加细胞水分自由能，提高水势，是加细胞水分自由能，提高水势，是加细胞水分自由能，提高水势，是加细胞水分自由能，提高水势，是正值正值正值正值。0.01MPa0.01MPa可忽略不计。可忽略不计。可忽略不计。可忽略不计。有液泡的细胞有液泡的细胞y y w w=y y s +y y p p 水势水势 0.9 0.9 1.01.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.5 相对体积相对体积 1.5 1.0 0.5 0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5 cellcell水势、渗透势、压力势水势、渗透势、压力势/MPaMPa压力势

20、压力势渗透势渗透势w=p+s（1）细胞水分饱和，体积最大时，相对体积为细胞水分饱和，体积最大时，相对体积为1.5w=0p=-s（2）初始质壁分离，相对体积为初始质壁分离，相对体积为1.0时时p=0w=s（3）细胞水分不足，细胞水分不足，1相对体积相对体积1.5时时w=p+s（4）细胞萎蔫细胞萎蔫,相对体积相对体积1.0,即蒸腾作用剧烈时，细即蒸腾作用剧烈时，细胞胞不发生不发生质壁分离质壁分离，因为此时细胞壁表面蒸发失水多，因为此时细胞壁表面蒸发失水多于原生质失水，所以原生质不会脱离细胞壁，细胞壁于原生质失水，所以原生质不会脱离细胞壁，细胞壁随着原生质的收缩而收缩，压力势就从正值变为负值。随着原

21、生质的收缩而收缩，压力势就从正值变为负值。w 小麦、甘蔗小麦、甘蔗 高梁、玉米高梁、玉米水分临界期水分临界期：植物一生中对水分缺乏最敏感，最易受植物一生中对水分缺乏最敏感，最易受到伤害的时期。到伤害的时期。花粉母细胞四分体形成期花粉母细胞四分体形成期 小麦：小麦：拔节拔节-抽穗期抽穗期灌浆灌浆-乳熟期乳熟期玉米：玉米：开花开花-乳熟期乳熟期豆类：豆类：开花期开花期棉花：棉花：叶片展开期叶片展开期果实：果实：果实增大期果实增大期二、合理灌溉的指标：二、合理灌溉的指标：二、合理灌溉的指标：二、合理灌溉的指标：形态指标：茎叶颜色、株形、生长速度、土壤含水量。形态指标：茎叶颜色、株形、生长速度、土壤含

22、水量。生理指标：叶片水势、胞液浓度、气孔开度生理指标：叶片水势、胞液浓度、气孔开度三、合理灌溉增产原因：三、合理灌溉增产原因：三、合理灌溉增产原因：三、合理灌溉增产原因：合理灌溉可改善作物各种生理作用合理灌溉可改善作物各种生理作用合理灌溉可改变栽培环境，间接对作物生长产生影响。合理灌溉可改变栽培环境，间接对作物生长产生影响。四、灌溉方法：四、灌溉方法：四、灌溉方法：四、灌溉方法：沟灌、喷灌、滴灌、微灌等沟灌、喷灌、滴灌、微灌等漫灌漫灌喷灌喷灌滴灌滴灌节水灌溉喷灌滴灌调亏灌溉控制性分根交替灌溉章节重点掌握内容：章节重点掌握内容：1.1.植物体内水分存在的状态，植物体内水分存在的状态，两种水分比值

23、反映什么状况。两种水分比值反映什么状况。2.2.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。3.3.植物细胞吸水的三种方式。植物细胞吸水的三种方式。4.4.植物典型细胞水势构成。植物典型细胞水势构成。5.5.植物细胞相对体积变化和水势、渗透势、植物细胞相对体积变化和水势、渗透势、压力势之间的关系。压力势之间的关系。6.6.根系吸水的途径：质外体根系吸水的途径：质外体 、跨膜、共质体途径。、跨膜、共质体途径。7.7.根系吸水两种动力。根系吸水两种动力。8.8.影响根系吸水的土壤条件。影响根系吸水的土壤条件。9.9.蒸腾作用，生理意义，指标。蒸腾作用，生理意义，指标。10.10.气孔运动机制的学说：淀粉气孔运动机制的学说：淀粉-糖互变学说；糖互变学说；K K+吸收学说；苹果酸生成学说。吸收学说；苹果酸生成学说。11.11.影响蒸腾作用的外界条件。影响蒸腾作用的外界条件。12.12.水分运输的途经。水分运输的途经。13.13.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。14.14.水分临界期。水分临界期。