植物的水分生理精.ppt

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1、植物的水分生理植物的水分生理第1页，本讲稿共52页第二章第二章 植物的水分代谢植物的水分代谢第一节 水在植物生命活动中的作用 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 小结第2页，本讲稿共52页重点掌握重点掌握 植物细胞和根系吸水机制；植物细胞和根系吸水机制；植物蒸腾作用的调控、气孔运动机制及植物蒸腾作用的调控、气孔运动机制及其调控。其调控。第3页，本讲稿共52页一、植物的含水量(水分占鲜重的百分比。）1.不同植物含水量不同水生中生旱生水生中生旱生草本植物含水量70-85%第一节水在植物生命活动中的作用

2、第一节水在植物生命活动中的作用莲含水量90%苔藓含水量6%第4页，本讲稿共52页一、植物的含水量2.同一植物不同器官和组织含水量不同根60%90%种子10%14%新生旺盛衰老成熟新生旺盛衰老成熟3.同一器官不同生长期，含水量也不同前期后期前期后期第5页，本讲稿共52页二、植物体内水分存在的状态自由水自由水束缚水束缚水蛋白质亲水胶粒蛋白质亲水胶粒与细胞组分之间吸附力较弱，可以自由移动，起溶剂作用的水分。与细胞组分紧密结合而不能自由移动、不易蒸发散失的水分。第6页，本讲稿共52页思考：干旱时，自由水/束缚水高抗旱？还是自由水/束缚水低抗旱？二、植物体内水分存在的状态第7页，本讲稿共52页1.是细胞

3、的重要组成成分。7090%2.是代谢过程中的重要反应物质。如水解、脱氢反应，光合作用。3.水分是各种生化反应和运输物质的介质（溶剂）。4.水分能保持植物的固有姿态和促进生长。（就像吹气气球）产生静水压，维持细胞紧张度5.水具有重要的生态意义。蒸腾散热，以水调肥三、水分在植物生命活动中的作用生理需水生态需水生理需水生理需水:指用于植物生命活动和保持植物体内水分平衡所需要的水分。生态需水生态需水:指利用水的理化特性,调节植物生态环境所需要的水分。第8页，本讲稿共52页第二节植物细胞对水分的吸收在在植植物物的的生生命命活活动动中中，植植物物不不断断的的从从环环境境中中吸吸收收水水分分，也也不不断断的

4、的向环境中散失水分。向环境中散失水分。植植物物是是如如何何从从环环境境中吸收水分的呢？中吸收水分的呢？第9页，本讲稿共52页水的移动主要有三种方式一、扩散(diffusion)二、集流（mass flow,bulk flow)三、渗透作用(osmosis)第10页，本讲稿共52页一、扩散（以浓度为动力）是一种自发过程，是由于分子的随机热运动所造成的，物质从化学势（或浓度）高的区域向化学势（或浓度）低的区域移动的现象。细胞间水分的迁移（短距离）水孔蛋白磷脂双分子层（质膜）第11页，本讲稿共52页是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。是水分长距离运输的重要方式导管二、集流（以压力为动力）

5、根压和蒸腾拉力根压：由于根系生理活动而促使液流从根部上升的压力。蒸腾：植物体内水分以气态散失到大气中的过程。第12页，本讲稿共52页三、渗透作用（以压力和浓度两者为动力）蔗糖溶液水经过一段时间压力（水势）半透膜液面上升水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系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。统移动的现象。第13页，本讲稿共52页1.植物细胞是一个渗透系统：质膜和液泡膜都是半透膜，同细胞质和胞外环境组成了渗透系统。烧苗2.水势：溶液中每偏摩尔体积水的化学势化学势差差。实质是压力单位。3.细胞水势的组成：w=+p+m 三、渗透作用第14页，本讲稿共52页w=s+p(+m)3.1

6、 规定纯水的水势为规定纯水的水势为 0。3.2 s渗透势渗透势()或溶质势或溶质势(s):由于溶质的作用使细胞水势降由于溶质的作用使细胞水势降低的值。低的值。(0）,所以一般情况下压力势为正值。比较同一大气压下两个开放系统间水势差时，压力势可忽略不计。(质壁分离细胞的p=0）3.4m 衬质势：由于原生质中的亲水物质（衬质）的存在使细胞水势降低的值。(0)三、渗透作用第16页，本讲稿共52页3.5 不同类型细胞的水势组成A.分生组织：w=s+p+mB.成熟细胞：w=s+p 成熟细胞指已形成中央大液泡的细胞，液泡的含水量较大，因此，衬质势（m）很小忽略。C.风干种子细胞的水势：w=m 风干种子细胞

7、原生质处于凝胶状态，没有溶液，即没有渗透势；膜失去弹性，也没有压力势，只有衬质势。三、渗透作用第17页，本讲稿共52页三、渗透作用3.6 3.6 水势的应用水势的应用水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转，故水势可用于水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转，故水势可用于判断判断水分迁移的方向水分迁移的方向。如。如：1）相相邻邻细细胞胞的的水水分分转转移移：水水分分由由水水势势高高的的细细胞胞沿沿水水势势梯梯度度流流向向水水势势低低的的细胞细胞2）植植物物体体内内的的水水分分转转移移：植植株株地地上上部部分分的的水水势势低低于于根根系系，故故根根系系水水分分可可向向地地上上部分运转。部分运转

8、。3）土土壤壤-植植物物体体-大大气气连连续续体体系系(SPAC)的的水水分分转转移移：水水势势从从高高到到低低的的顺顺序序是是：土壤土壤-根系根系-叶片叶片-大气，水分也按此顺序迁移。大气，水分也按此顺序迁移。第18页，本讲稿共52页 例题1：C液C细，水的流向？C液C细，水的流向？C液C细，水的流向？三、渗透作用细胞细胞 溶液溶液溶液溶液 细胞细胞流动平衡流动平衡第19页，本讲稿共52页 例题2：判断甲、乙两细胞水分的移动方向？三、渗透作用-1.4MPap=+0.8MPa -1.2MPap=+0.4MPa甲乙？w=-0.6MPaw=-0.8MPa第20页，本讲稿共52页一、根系吸水区域 根

9、毛区吸水能力最强第三节植物根系对水分的吸收根毛区伸长区分生区第21页，本讲稿共52页二、根系吸水的途径细胞途径质外体途径第22页，本讲稿共52页1.共质体途径共质体途径：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的途径。2.跨膜途径跨膜途径：水分从一个细胞到另一个细胞，要两次通过质膜，故称跨膜途径。跨膜途径和共质体途径统称为细胞途径细胞途径。3.质外体途径质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质的移动途径。二、根系吸水的途径第23页，本讲稿共52页1.根压（叶片未展开时，是主要动力。主动吸水）三、根系吸水的动力证明根压存在的现象：证明根压存在的

10、现象：A:伤流伤流图图 伤流和根压示意图伤流和根压示意图 A.伤流液从茎部切口处流出 B.用压力计测定根压第24页，本讲稿共52页伤流液伤流液(bleeding sap)中含有多种无机物和有机物(植物激素)。有些伤流液是重要的工业原料，如松脂、生漆和橡胶等。伤流液的数量和成分，可作为根系生理活性的指标。割橡胶漆液采割从马尾松上收集松脂第25页，本讲稿共52页B:B:吐吐水水 是从植株的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。作物生长健壮，根系活动较强，吐水量也较多。因此，吐水现象可以作为根系生理活性的指标。图：植物叶片的吐水现象图：植物叶片的吐水现象 A.草莓叶的吐水 B.小麦叶的吐水第26页

11、，本讲稿共52页 2.蒸腾拉力(主要动力，被动吸水)蒸腾拉力蒸腾拉力：由于叶片的蒸腾作用而产生的水势梯度使植物体内水分上升的力量。三、根系吸水的动力第27页，本讲稿共52页四、影响根系吸水的土壤条件土壤水分状况:束缚水（-3.1MPa）重力水（-0.01MPa）毛管水（-0.01-3.1MPa）土壤通气状况：根系呼吸清沟理墒土壤温度：过低，过高“午不浇园”土壤溶液浓度：过高，烧苗第28页，本讲稿共52页水分存在形式水分存在形式水势水势(Mpa)(Mpa)植物能否利用植物能否利用束缚水 土壤颗粒所吸附的水分-3.1否毛管水 保持在土壤颗粒间毛管内的水分-3.1-0.01能，植物吸水的主要来源重力

12、水 水分饱和的土壤中，由于重力的作用，能自上而下渗漏出的水分-0.01影响土壤通气性，旱田应排除，水田可作为生态需水土壤中的水分和土壤水势表示土壤保水能力的指标为田间持水量田间持水量(field moisture capacity)，是指当土壤中重力水全部排除后，保留全部毛管水和束缚水时的土壤含水量，以水分占土壤干重的百分比表示。其土壤水势约为-0.01 MPa-0.03 MPa。通常土壤含水量为田间持水量的70%左右时，最适宜耕作和根系吸水。第29页，本讲稿共52页第四节第四节 植物的蒸腾作用植物的蒸腾作用 概念概念 蒸腾作用蒸腾作用（transpiration）：）：水分以气态方式从植水分

13、以气态方式从植物体的表面散失的过物体的表面散失的过程。程。第30页，本讲稿共52页1.生理意义a.水分吸收和转运的主要动力b.是矿质元素和有机物运输的动力c.降低植物体的温度d.有利于CO2的同化一、蒸腾作用的生理意义、方式和指标第31页，本讲稿共52页2.方式（蒸腾部位）一、蒸腾作用的生理意义、方式和指标枝、果枝、果皮孔蒸腾皮孔蒸腾Lenticular transpirationLenticular transpirationLenticular transpirationLenticular transpiration约约约约0.1%0.1%叶片叶片角质层蒸腾角质层蒸腾Cuticular

14、transpiration(510%)Cuticular transpiration(510%)气孔蒸腾气孔蒸腾Stomatal transpirationStomatal transpiration（主要方式主要方式）第32页，本讲稿共52页一、蒸腾作用的生理意义、方式和指标 3.蒸腾作用的指标蒸蒸腾腾速速率率（蒸腾强度，transpiration rate）：植物在单位时间内、单位面积上蒸腾散失的水量(gm-2h-1)。蒸蒸腾腾效效率率（蒸腾生产率，transpiration efficiency）：植物每蒸腾1kg水所形成的干物质的克数(gkg-1)。蒸蒸腾腾系系数数（需需水水量量，tr

15、anspiration coefficient）：植物每制造1g干物质所蒸腾水的克数(gg-1)。蒸蒸腾腾比比率率（transpiration ratio）：植物光合作用每固定1mol CO2所需蒸腾散失的水量（mol）。第33页，本讲稿共52页二、气孔蒸腾1.气孔的结构与特点 A.结构：B.特点：下表面数目上表面 孔口侧厚，背口侧薄 辐射状微丝双子叶半月形单子叶哑铃形第34页，本讲稿共52页2.气孔的运动及机制1）气孔的运动二、气孔蒸腾吸吸水水失失水水单子叶植物单子叶植物吸水吸水失水失水双子叶植物双子叶植物第35页，本讲稿共52页2）气孔运动机制 A.淀粉糖转化学说二、气孔蒸腾光合光合CO2

16、减少减少pH升高升高淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶淀粉淀粉葡萄糖葡萄糖水势降低水势降低白白天天吸水吸水气孔开放气孔开放OH-？第36页，本讲稿共52页2）气孔运动机制A.淀粉糖转化学说二、气孔蒸腾光合停止光合停止CO2增加增加pH降低降低淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶葡萄糖葡萄糖水势升高水势升高黒黒夜夜淀粉淀粉H+失水失水气孔关闭气孔关闭？第37页，本讲稿共52页2）气孔运动机制B.无机离子泵学说 (K+泵学说）K+是引起保卫细胞渗透势发生变化的最重要的离子。二、气孔蒸腾质子泵开放质子泵开放细胞内细胞内K增多增多水势降低水势降低气孔开放气孔开放光合光合ATP增加增加白白天天胞外胞外H+增加增加 K内流通道

17、开放内流通道开放H+泵出？第38页，本讲稿共52页二、气孔蒸腾2）气孔运动机制B.无机离子泵学说 K+是引起保卫细胞渗透势发生变化的最重要的离子。黑黑夜夜光合停止光合停止ATP减少减少质子泵关闭质子泵关闭细胞内细胞内K减少减少水势增加水势增加气孔关闭气孔关闭胞内胞内H+增加增加 K外流通道开放外流通道开放第39页，本讲稿共52页二、气孔蒸腾2）气孔运动机制C.苹果酸代谢学说葡萄糖葡萄糖PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）（磷酸烯醇式丙酮酸）OAA（草酰乙酸）（草酰乙酸）苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸2-+2H+ATP质子泵开放质子泵开放细胞内细胞内K增多增多水势降低水势降低气孔开放气孔开放离子泵离子泵淀粉糖淀

18、粉糖白白天天糖酵解作用第40页，本讲稿共52页二、气孔蒸腾3.影响气孔运动的外界因素1)光:促进张开,暗:促进关闭。间接效应:光合电子传递抑制剂(二氯苯基二甲脲,DCMU)直接效应:蓝光（直接作用，活化H+-ATP酶）和红光2)CO2:低浓度促进开放，高浓度促进关闭。3)温度：温度越高（小于30），气孔开度越大。4)水分：含水量越低，气孔开度越小。5)植物激素：ABA，CTK第41页，本讲稿共52页三、影响蒸腾的内外因素1.外界因素1）光照）光照叶温升高叶温升高内外蒸汽压内外蒸汽压增大增大蒸腾加快蒸腾加快气孔开放气孔开放气孔阻力变气孔阻力变小小蒸腾加快蒸腾加快2）空气湿度）空气湿度增强增强增大

19、增大内外蒸汽压变小内外蒸汽压变小蒸腾变慢蒸腾变慢3）温度）温度增大增大内外蒸汽压增大内外蒸汽压增大蒸腾加快蒸腾加快4）风）风微风微风内外蒸汽压增大内外蒸汽压增大蒸腾加快蒸腾加快强风强风气孔关闭气孔关闭蒸腾变慢蒸腾变慢第42页，本讲稿共52页三、影响蒸腾的内外因素2.内部因素气孔叶面积气孔频度（多少）气孔大小多多大大大大蒸腾加快第43页，本讲稿共52页第五节植物体内的水分运输一、水分运输的途径 土壤根毛根皮层内皮层中柱鞘根导管或管胞茎导管叶柄导管叶肉细胞叶肉细胞间隙气孔下腔气孔大气1.经过死细胞：导管和管胞2.经过活细胞：根皮层内皮层根中柱 叶脉 气孔下腔第44页，本讲稿共52页二、水分沿导管或

20、管胞上升的机制1.动力动力:根压根压和和蒸腾拉力蒸腾拉力，以，以蒸腾拉力更为重要蒸腾拉力更为重要。2.水柱的连续性（1）内聚力学说（蒸腾流内聚力张力学说）：A.张力重力蒸腾拉力（断裂力）B.内聚力：水分子之间的吸附力C.附着力：水分子与细胞壁之间的力BCA水柱连续不中断（2）气穴现象，导管存在支路，气泡的影响不大。第45页，本讲稿共52页第六节合理灌溉的生理基础一、作物的需水规律1.不同作物对水分的需要量不同：C4C32.同一作物不同时期需水不同：例：禾本科苗期抽穗期灌浆期小小大需水量：3.水分临界期：植物对水分不足最敏感、最易水分临界期：植物对水分不足最敏感、最易受害的时期。受害的时期。小麦

21、为拔节孕穗期和灌浆乳熟期。第46页，本讲稿共52页二、合理灌溉的指标1 形态指标形态指标：萎蔫、变暗、变红和生长放缓2生生理理指指标标：相对含水量、叶片水势、气孔开度等。3土土壤壤指指标标：田田间间持持水水量量（指土壤中重力水都排空后，保留全部束缚水和毛管水时的土壤含水量，以水分占土壤干重的百分比表示。）090cm土层，60%80%为宜。第47页，本讲稿共52页谢谢大家！复习思考题：P78第48页，本讲稿共52页山东省巨野县姚庄村受旱蒜苗2011-01-31 第49页，本讲稿共52页第50页，本讲稿共52页仙人掌仙人掌(Rhipsalis dissimilis)表面向内凹陷的气孔表面向内凹陷的

22、气孔（上图为表面，下图为横切面）（上图为表面，下图为横切面）第51页，本讲稿共52页图图 蓝光诱导气孔开放的信蓝光诱导气孔开放的信号转导示意图号转导示意图保卫细胞中的向光素(phot1和phot2)作为蓝光受体被蓝光激活，发生自身磷酸化作用，继而与14-3-3蛋白结合；通过某种信号转导途径，H+-ATP酶羧基端在激酶作用下发生磷酸化，14-3-3蛋白与之结合，使H+-ATP酶活化；活化H+-ATP酶水解ATP，使H+从质膜内侧向外“泵”出；H+外运形成跨膜的电势梯度，质膜内侧带负电荷；在电化学势梯度的驱动下，钾离子内向通道打开，细胞内K+浓度升高,苹果酸根进入细胞与K+在电学上保持平衡；细胞内K+和苹果酸的存在降低了保卫细胞水势，导致细胞吸水膨胀；细胞膨压增加使气孔开放。第52页，本讲稿共52页