植物生理学全套教学课件

二、水分沿导管或管胞上升的动力
• 1.水分沿导管、管胞上升的动力： • （1）根压 • （2）蒸腾拉力：主要动力 • 2.如何保证导管内的水柱不断？ • 内聚力学说（cohesion theory）: • 3.有关内聚力学说的争论的焦点： • （1）水分上升是否需要活细胞参与； • （2）木质部有气泡，水柱不可能连续，为什么水柱还
（三）蒸腾作用的表示法 1.蒸腾速率（transpiration rate）： 植株在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量。用克/平方分
米.小时表示。 2.蒸腾比率（transpiration ratio）： 植株每消耗1千克水所形成的干物质克数。用克表示。 3.蒸腾系数（transpiration coefficient）： 又叫需水量，植株制造1克干物质所需水分的克数。用克
(四)植物细胞的水势
• 1.典型植物细胞的水势：水势=衬质势+压力势+渗透势 • 2.形成液泡前植物细胞的水势：水势=衬质势 • 3.细胞吸水饱和时水势为0。 • 4.衬质势：细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚
而引起的水势降低值（实质是增加吸水力），为负值。
• 5.压力势：由于细胞壁压力的存在而增加的水势（它阻 止吸水），一般为正值，但质壁分离时为0，剧烈蒸腾 时为负。
• 6.膨压：细胞吸水膨胀而对细胞壁产生的压力。 • 7.渗透势：又叫溶质势，由于溶质颗粒的存在而使水势
降低的部分（水的自由能降低），一般为负值。
（五）细胞间的水分移动
• 水势差异决定水流方向和速度
渗透势=-1.4Mpa 渗透势=-1.2Mpa 压力势=+0.8Mpa 压力势=+0.4Mpa
水势=-0.6Mpa 水势=-0.8Mpa
二、植物体内的水分存在状态
• 1.水分存在状态： • 束缚水（bound water） • 自由水（free water） • 2.形成不同水分存在状态的原因：（图1） • 3.两种水分存在状态与植物代谢的关系： • 4.原生质的两种存在状态 • 溶胶（sol）： • 凝胶（gel）： • 5.粘性（viscosity）
第二篇植物的物质生产和光能利用
• 代谢（metabolism）：维持生命各种活动过程中的化学 变化总称。
• 同化作用（assimilation）：植物从环境中吸收简单无 机物，经过各种化学变化形成各种复杂的有机物，综 合成为自身的一部分，同时把太阳能转变为化学能储 存于有机物中的过程。
• 异化作用（catabolism）：植物将体内复杂的有机物分 解为简单的无机物，并将储存于其中的能量释放，供 生命活动的过的速度
• 1.活细胞原生质体对水流阻力很大，因亲水性物质存在 形成水合膜。水流经过原生质的速度为每小时千分之 一厘米；
• 2.水分在木质部运输速率比薄壁细胞快得多，为每小时 3-45米。
第六节合理灌溉的生理基础
灌溉的基本任务是用最少量的水取得最大的效果。 一、作物的需水规律 作物需水量引种类而异；。如小麦生育期同一作物在不 同生育期对水分的需要量也有很大的差别分五个阶段 1.萌芽到分蘖前期：需水量不大； 2.分蘖末期到抽穗期：耗水量增多，出现第一个水分临 界期（critical period of water）； 3.抽穗到开始灌浆：水分重要； 4.开始灌浆到乳熟期：第二个水分临界期； 5.乳熟末期到完熟期：减少水分供应。
第二节植物细胞对水分的吸收
一、细胞的渗透性吸水
• 植物的吸水方式 （一）自由能和水势 • 自由能 • 化学势 • 水势
（二）渗透作用
• 渗透作用（osmosis）：
• 渗透系统：
（三）植物细胞是一个渗透系统
• 1.概念： • 质壁分离：植物细胞由于液泡失水而使原生质
体与细胞壁分离的现象。 • 质壁分离复原：把发生质壁分离的植物细胞放
一、根系吸水动力
（一）根压（root pressure）： • 根压：植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力
（主动吸水）。 • 证据：伤流、吐水 • 伤流（bleeding）：从受伤或折断的植物组织溢出液体
的现象。 • 伤流液（bleeding sap）成分： • 吐水（guttation）：从未受伤的叶片的尖端或边缘的水
• 植物代谢的特点：能把环境中简单的无机物直接合成 复杂的有机物。
第一章植物的水分代谢
概述
第一节植物对水分的需要
一、植物的含水量规律
• 1.不同植物含水量不同； • 2.同种植物生长环境不同，含水量也不同； • 3.同株植物不同器官和组织含水量也不相同； • 4.同一器官在不同生长期含水量不一样。
• 3.苹果酸生成学说（malate production theory）: • PEP+HCO-3——OAA+磷酸 • OAA+NADH——苹果酸+NAD
（四）影响气孔运动的因素 （1）光照 为其主要因素，它促进糖、苹果酸的形成和K+、Cl-的积
累。 （2）温度 影响气孔开度 （3）二氧化碳浓度 低浓度促进气孔开放，高浓度促进气孔关闭 （4）叶片含水量
一、水分运输的途径 1.水分从被吸收到蒸腾到体外经过的途径： 土壤溶液——根部——皮层薄壁细胞——木质部导管和
管胞——茎或叶的木质部——叶片木质部膜端细胞— —气孔下腔附近的叶肉细胞细胞壁——蒸腾 2.根据原生质的有无植物组织分类： 质外体（apoplast，非原生质体）：没有原生质体的部分； 共质体（symplast）：原生质体 3.水分在茎、叶细胞内运输的两种途径： （1）经过死细胞：长距离运输 （2）经过活细胞：适于短距离运输
（四）土壤溶液浓度
第四节蒸腾作用
• 蒸腾作用（transpiration）：水分以气体状态，通过植 物体的表面（主要是叶子）从体内散发到体外的现象。
一、蒸腾作用的生理意义和部位 1.生理意义： （1）植物吸水和运输的主要动力； （2）有利于矿质、盐类的吸收； （3）能降低叶片温度。 2. 植株蒸腾部位：幼体、成体 3.叶片蒸腾的方式：皮孔蒸腾、角质蒸腾、气孔蒸腾
coefficioent）：植物叶片刚显示萎蔫之后，转到阴 湿之处仍不能恢复原状，此时的土壤含水量与土壤干 重的百分率（引起植物萎蔫不能因蒸腾的减弱而恢复 的土壤最高百分含水量）。 • 3.土壤水分的分类：重力水、毛管水和束缚水。
（二）通气状况 （三）土壤温度
1、高温： • 加速根的老化和木质化减少吸收面积； • 酶的活性下降甚至失活， • 原生质流动缓慢。 2、低温： • 水分粘性增大，扩散速率降低； • 原生质粘性增大，水分不易透过； • 呼吸速率下降，影响根压； • 根系生长缓慢，影响吸水面积。 3、适温：
（三）气孔运动及机理：
• 1.淀粉-糖变化学说（starch-sugar conversion theory）:
• 主要内容：
• 认为保卫细胞水势的变化是糖和淀粉互相转化的结果。 关键酶为淀粉磷酸化酶（在PH6.1-7.3促进淀粉水解， PH2.9-6.1促进葡萄糖-1磷酸合成淀粉）。
• 在光照条件下由于保卫细胞具有叶绿体进行光合作用 消耗二氧化碳细胞PH升高，促进淀粉水解，细胞内可 溶物质增加，水势降低，气孔打开吸水。
三、细胞的代谢性吸水
• 代谢性吸水（metabolic absorption of water）： 利用细胞呼吸释放的能量，使水分经质 膜而进入细胞的过程。
证据：呼吸与吸水正相关
第三节植物根系对水分的吸收
• 1.植物的吸水器官：根系 • 2.根系的吸水部位：根尖 • 3.根尖的吸水区域：根毛区（图） • 4.根毛区为吸水的主要区域原因何在？ （1）根毛多，吸收面积大； （2）细胞壁由果胶物质组成，亲水性强； （3）疏导组织发达。 • 5.其他区域： 细胞质浓厚，疏导组织不发达，对水阻力大。
二、植物生理学的产生和发展
（一）我国古代关于植物生理学方面的论述 1.水分代谢 2.矿质营养 3.光合作用 4.呼吸储藏 5.植物生长物质 6.生长发育
（二）植物生理学的产生与发展 1.研究开始时期（16-17世纪） 2.奠基与成长时期（18-19世纪） 3.飞跃发展时期（20世纪） （三）我国植物生理发展情况 • 起步晚，发展慢。 • 我国植物生理学起业人：钱崇澍（shu ） • 我国植物生理学奠基人：李继侗、罗宗洛、汤佩松 • 现在一些有影响的研究人员：
植物生理学
绪
论
一、植物生理学的定义和任务
1.定义：
• 植物生理学（plant physiology）：是研究植物尤其是高 等绿色植物生命活动规律的科学。
• 植物的生命活动：在水分代谢、矿质营养、光合作用 和呼吸作用等基本代谢基础上，表现出种子萌发、生 长、开花、结果等生长发育过程。
2.植物生理学的任务：研究和了解植物在各种环境条件下， 进行生命活动的规律和机理，从而将这些成果应用于 一切利用植物生产的事业中。
二、气孔运动
气孔结构特点： 1.细胞壁不均匀加厚； 2.细胞器与表皮细胞不同； 3.体积小于表皮细胞； 4.与表皮细胞间无胞间连丝。
（一）经过气孔的蒸腾速率 1.气孔扩散速率特点： 比同面积自由水面的蒸发速率快50倍以上。 2.扩散速率快的原因——小孔扩散原理 （二）气孔运动 1.气孔周期性运动 2.气孔运动的原因 保卫细胞的吸水和失水
三、影响蒸腾作用的内外条件
• 气孔蒸腾水蒸气扩散过程
• 蒸腾速率=扩散力/扩散途径阻力=（气孔下腔蒸腾压-叶外蒸腾压）/（气孔阻力+扩散层阻力
（一）外界条件对蒸腾作用的影响
• 1.光照：最主要条件 • 2.大气的相对湿度 • 3.温度 • 4.外界空气流动速率 • 5.昼夜变化
（二）内部因素对蒸腾作用的影响 1.气孔频度 2.气孔大小 3.气孔开度 4.气孔下腔大小 5.气孔的特殊构造 6.叶片内部面积
• 在黑暗条件下，
。
• 存在问题：
• （1）对某些植物的保卫细胞无叶绿体，但气孔仍然开 闭，难以解释；
• （2）气孔开/关在先，糖变化在后。
• 2.无机离子吸收学说（inorganic ion uptake theory）: • 细胞膜上有H-ATP酶，它可被蓝光和红光激活，利用
ATP将H+从保卫细胞运到周围细胞，同时吸收K+和Cl-， 降低了细胞的水势，气孔张开。
X
Y
• 水势梯度：当多个细胞连在一起时，如果一端细胞的 水势高，另一端的水势低，顺次下降就形成一个水势
梯度。水分从水势高的地方流向水势低的地方。植物
器官水分流动就遵循这一规律。
二、细胞的吸涨作用
• 吸涨作用（imbibition）：亲水胶体吸水 膨胀的现象。
• 大分子物质的亲水性强弱： 蛋白质>淀粉>纤维素
入清水或水势较高的溶液中，液泡变大，整个 原生质体慢慢恢复原来状态的过程。
•2.发生质壁分离的条件： （1）外界环境水势低于细胞水势； （2）原生质层具有选择性； （3）细胞壁与细胞质的收缩能力不同。 •3.质壁分离说明以下问题： （1）原生质层具有半透膜的性质； （2）判断细胞的死活； （3）能测定细胞的渗透势。
（四）近年来植物生理学发展的特点 1.研究层次越来越广 2.学科之间相互渗透 3.理论联系实际 4.研究手段现代化
三、植物生理学发展展望
• 研究重点：能量转变 • 研究焦点：膜的结构和功能 • 我国植生研究的主要任务： • 1.深入基础理论研究（有所为，有所不为） • 2.大力开展应用基础研究和应用研究
三、水分在植物生命活动中的作用
• 1.水分是构成原生质的主要成分 • 2.水分是代谢作用中的反应底物 • 3.水分是植物对物质吸收和运输的溶剂 • 4.水分能保持植株的固有姿态 • 5.水具有特殊的理化性质
• （1）高比热利于体温稳定 • （2）高气化热避免高温伤害 • （3）具极性原生质交体稳定 • （4）表面张力大利于吸附和运输 • （5）透光性好利于光合。
表示。 蒸腾系数是蒸腾比率的倒数。
（四）减慢蒸腾速率的途径 1.减少叶面积 2.应用抗蒸腾剂 • （1）抗蒸腾剂（antitranspiration）：能阻碍蒸腾作用
而对光合作用和生长影响不大的物质。 • （2）抗蒸腾剂种类： 代谢型: 薄膜型: 反射型: 3.遮光遮风处理
第五节植物体内水分运输
孔向外溢出液滴的现象。
• 产生根压的机理
（1）渗透理论
（2）代谢理论
（二）蒸腾拉力 大气——叶片——气孔下腔——下腔叶肉
细胞——旁边细胞——导管——根 土壤
二、影响根系吸收水分的主要外界条件
• 外界条件：大气因子和土壤因子 • 本节主要讲述土壤因子 （一）土壤可用水分 • 1.定义：永久萎蔫系数以外多余的水分。 • 2.永久萎蔫系数（permanent wilting