植物生理学第二章课件
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《植物生理学》第二章 植物水分生理ppt课件
渗 透 装 置
图 2-1由渗透作用引起的水分运转 A、烧杯中的纯水和漏斗内液面相平； B.由于渗透作用使烧杯内水面降低而漏斗内液面升高
11
经过一段时间后，由于水分子可以自由通过半 透膜，而蔗糖分子不可以。单位体积内，清水中 水分子数多于蔗糖溶液中的，因此，单位时间内 由清水向蔗糖溶液扩散的水分子数多。故而导致 蔗糖溶液的液面升高。
3
第一节 植物对水分的需要
4
一、植物体内的含水量和水分存在的状态
水在植物体内的作用与组织的含水量和水分存在 的状态有关。
(一) 植物的含水量
1. 不同植物的含水量不同：一般绿色植物70%~90%，
草本>木本，水生>陆生。
2. 不同器官、组织含水量不同：幼根、幼芽>树干，休
眠的种子含水量很低。
3. 环境条件不同含水量不同：潮湿环境，阴生植物>干
扩散速度与物质的浓度梯度 成正比。
9
（三） 渗透作用 （扩散的一种特殊形式）
渗透作用：溶液中的溶剂分子(水)通过半透膜扩 散的现象。
半透膜：选择透性膜，是只容许混合物（溶液、 混合气体）中的一些物质通过，而不容 许另一些物质透过的薄膜。
渗透系统：把选择透性膜以及由它隔开的两侧溶 液称为渗透系统。
10
成熟细胞水势可用液泡的水势来代替，由 于液胞含水量很高，ψm趋于0，可忽略不 计，有液泡的细胞ψw = ψs+ψp ；无液泡 的分生组织和干燥种子，ψm是细胞水势 的主要组分，ψw = ψm
草本植物叶肉细胞的ψp，在温暖天气的
午后为0.3～0.5MPa，晚上则达1.5
定义式： Ψw=（μw-μow）/ Vw,m = △μw / Vw,m
式中， ψW 为水势， μW 是水溶液的化学势， μºW 是纯水的化学势，
植物生理学 第二章
（2）钙泵 又叫Ca+-ATP酶,它催化质膜内侧的 ATP水解，释放出能量，驱动细胞内的 钙离子泵出细胞。
细胞外侧 H+泵将H+泵出 A
K+（或其它阳离子） 经通道蛋白进入 B
C
阴离子与H+ 同向运输进入 细胞内侧
图2-5 质子泵作用机理
A 初级主动运输 ； B, C 次级主动运输
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A 外侧
第四节
矿质元素的运输
一、矿质运输形式、途径、速度 1、形式： N：NO3-、NH4+、尿素、氨基酸、酰胺 P：正磷酸、有机磷化合物 S：SO42- 、 蛋氨酸、谷胱甘肽 2、途径：导管（42K 示踪试验） 3、速度：30-100cm/h
木质部 蜡纸 树皮
42K
图2-13 放射性42K向上运输试验
五、植物的缺素症及诊断
◆N 吸收的主要形式 是 NH4+，NO3- 等: ◇ 构成蛋白质的主要 成分(16-18%)； 缺N ◇ 核酸、辅酶、磷脂、 叶绿素、细胞色素、植 物激素(CTK)、维生素 等的成分。 故称为 “生命元素” 缺N：矮小、叶小色黄或发红、分枝少、花少、 籽粒不饱满。
生理功能：
缺磷病症：
① 植株瘦小。分枝、分蘖很少，幼芽幼 叶生长停滞，花果脱落，成熟延迟。 ② 叶呈暗绿色或紫红色（花青素）。 ③ 老叶先表现病症（磷是可移动元素）。
◆ K
以离子状态存在 生理作用（1） 体内60 多种酶的活化剂；（2）促 进蛋白质、糖的合成及糖的 运输；（3）增加原生质的 水合程度，提高细胞的保水 能力和抗 旱能力；（4）影 响着细胞的膨压和溶质势， 参与细胞吸水、气孔运动等。 缺K：叶缺绿、生长缓 慢、易倒伏。
三、影响根系吸收矿质营养的因素
植物生理学ppt课件ch2 植物的物质生产与能量代谢
蛋白质分子的疏水基（如烷烃基、苯基等）在分子 内部，而亲水基（如－NH2，－COOH，－OH等） 则在分子的表面。
这些亲水基对水有很大的亲和力。其表面吸附着很 多水分子，形成一层很厚的水层。水分子距离胶粒 越近，吸附力越强。
靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分， 称为束缚水。
2）自由水（free water）：距离胶粒较远 而可以自由流动的水分，称为自由水 （free water）。
μw-μw0 ψw = ––––––––––– =
Vw
△μw –––––––
Vw
• 化学势是能量的概念，其单位为 J/mol(J=N·m)，而偏摩尔体积的单位为 m3/mol，两者相除并化简，得N/m2，成 为压力单位Pa，这样就把能量为单位的 化学势化为压力为单位的水势。
水势＝水的化学势/水的偏摩尔体积＝ N·m·mol－1/m3mol－1=N·m－2=Pa
第 植物的物质生产 一 篇 和能量代谢
1.代谢：维持生命活动过程中化学变化的 总称。
2.植物的代谢 性质上分：1）物质代谢
2）能量代谢 方向上分：1）同化作用：
2）异化作用： 物质代谢、能量代谢同化作用和异 化作用的统一。
本篇内容包括三章：
第一章：植物的水分代谢 第二章：植物的矿质营养 第三章：植物的光合作用
面(主要是叶子)，从体内散失到体外的现象。
1 .蒸腾作用的生理意义和部位
生理意义 1）蒸腾作用是植物水分吸收和运输的主要
动力；
2）矿质盐类要溶于水中才能被植物吸收和 在体内运转，而蒸腾作用又是对水分吸 收和流动的动力；
3）蒸腾作用能够降低叶片的温度。 ？？？
蒸腾作用的部位
当植物幼小的时候，暴露在地面上 的全部表面都能蒸腾。
这些亲水基对水有很大的亲和力。其表面吸附着很 多水分子，形成一层很厚的水层。水分子距离胶粒 越近，吸附力越强。
靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分， 称为束缚水。
2）自由水（free water）：距离胶粒较远 而可以自由流动的水分，称为自由水 （free water）。
μw-μw0 ψw = ––––––––––– =
Vw
△μw –––––––
Vw
• 化学势是能量的概念，其单位为 J/mol(J=N·m)，而偏摩尔体积的单位为 m3/mol，两者相除并化简，得N/m2，成 为压力单位Pa，这样就把能量为单位的 化学势化为压力为单位的水势。
水势＝水的化学势/水的偏摩尔体积＝ N·m·mol－1/m3mol－1=N·m－2=Pa
第 植物的物质生产 一 篇 和能量代谢
1.代谢：维持生命活动过程中化学变化的 总称。
2.植物的代谢 性质上分：1）物质代谢
2）能量代谢 方向上分：1）同化作用：
2）异化作用： 物质代谢、能量代谢同化作用和异 化作用的统一。
本篇内容包括三章：
第一章：植物的水分代谢 第二章：植物的矿质营养 第三章：植物的光合作用
面(主要是叶子)，从体内散失到体外的现象。
1 .蒸腾作用的生理意义和部位
生理意义 1）蒸腾作用是植物水分吸收和运输的主要
动力；
2）矿质盐类要溶于水中才能被植物吸收和 在体内运转，而蒸腾作用又是对水分吸 收和流动的动力；
3）蒸腾作用能够降低叶片的温度。 ？？？
蒸腾作用的部位
当植物幼小的时候，暴露在地面上 的全部表面都能蒸腾。
植物生理学第2章
间接影响: 影响养分的溶解和沉淀
N
P K Ca Mg S Fe Mn B Cu Zn Mo
pH
图2-9 pH对植物养分可用性的影响
缺K
缺钾病症：
①抗性下降。植株茎杆柔弱，易倒伏。 ②叶色变黄，叶缘焦枯。叶片失水，叶绿 素破坏；叶子会形成杯状（叶中部生长较 快）。 ③老叶先表现病症（钾是可移动元素）。
◆S：SO42含S氨基酸(Cys,Met)几乎是所的蛋白 质的构成成分; Cys-Cys系统能影响细胞中 的氧化还原过程；是CoA、硫胺素、生物素 的成分，与体内三大类有机物的代谢密切 相关。
缺钙病症：
①顶芽死亡，嫩叶初呈钩状，后从叶尖或叶缘向 内死亡。 ②嫩叶先表现病症。
◆Mg：叶绿素的成分；光合作用和呼吸作 用中一些酶的活化剂；蛋白质合成时氨基 酸的活化需要， 能使核糖体结合成稳定的 结构；DNA和RNA合成酶的活化剂；染色体 的组成成分，在细胞分裂中起作用。
缺镁病症：
①叶脉仍绿而叶脉之间变黄，有时呈红紫色。 ②有坏死褐斑。 ③老叶先表现病症。
高 细胞外侧
电化学 势梯度
低
简单扩散（被动运输） 细胞内侧
图2-2 离子通道运输离子模式图
2、载体运输
质膜上的载体蛋白属于内在蛋白，它 有选择的与膜一侧的分子或离子结合，形 成载体-物质复合物，通过载体蛋白构象的 变化，透过质膜，把分子或离子释放到质 膜的另一侧。 载体运输既可以顺着电化学梯度（被 动运输），也可以逆着电化学梯度进行 （主动运输）。
图2-7 胞饮过程
A、膜被消化，物质留在胞质内 B、透过液泡膜，物质进入液泡
第三节 根系对矿质元素的吸收
• 根系吸收矿质元素的特点 • 根系对矿质元素的吸收过程 • 影响根系吸收矿质营养的因素
植物生理学课件第二章植物的水分代谢
式为：
µw＝(ΔG/Δnw)T.P.nj(j≠w)（J/mol）
式中μ为组w的化学势，G是体系的自由能， P. T及ni分别是体系的压力、温度及其它组分的摩尔数。
所以，体系中某组分化学势的高低直接反映 了每摩尔该组分物质自由能的高低。
化学势与物质的运动
化学反应的方向和物质转移的方向取决于反 应（转移）前后两种状态化学势的大小，它们总 是自发地从高化学势向低化学势移动。如：溶质 总是从浓度高（化学势高）的地方向浓度低（化 学势低）的地方扩散。
根据热力学的原理，系统中物质的总能量可分 为束缚能和自由能两部分。束缚能是不能转化为 用于作功的能量，而自由能则是在温度恒定的条 件下可以用于作功的能量。
2. 化学势
自由能的大小不仅与物质的性质有关，还与物质的分子
数目有关，分子数目越多，自由能含量就越高。每摩尔物 质的自由能就是该物质的化学势，其数学基本表达公
第二章 植物的水分代谢
植物主要从土壤中吸收水分，接着在植物体内运输，然 后不断地向空气散失水分。也就是水分在土壤osphere Cycle ， SPAC)中移动。
植物生活中对水分的吸收、 运输、散失的过程，称为植物 的水分代谢或水分生理。
水分代谢的作用是维持植物体内水分平衡
（二）水分存在状态
（依据其与原生质结合的情况）
1.自由水(free water)：一种远离原生质胶体微团、 与大分子有机物之间吸附力较弱、可以自由移动 的水； 2.束缚水(bound water)：一种为构成原生质的大 分子有机物紧密吸附、不易移动、不易蒸腾散失、 不易结冰、不能作为溶剂、也不易被夺取的水。
此外，水分还具有其特定的生态作用：通过水的理化性质调节植 物的环境条件，如增加大气湿度，改善土壤及土壤表面大气的温度。
µw＝(ΔG/Δnw)T.P.nj(j≠w)（J/mol）
式中μ为组w的化学势，G是体系的自由能， P. T及ni分别是体系的压力、温度及其它组分的摩尔数。
所以，体系中某组分化学势的高低直接反映 了每摩尔该组分物质自由能的高低。
化学势与物质的运动
化学反应的方向和物质转移的方向取决于反 应（转移）前后两种状态化学势的大小，它们总 是自发地从高化学势向低化学势移动。如：溶质 总是从浓度高（化学势高）的地方向浓度低（化 学势低）的地方扩散。
根据热力学的原理，系统中物质的总能量可分 为束缚能和自由能两部分。束缚能是不能转化为 用于作功的能量，而自由能则是在温度恒定的条 件下可以用于作功的能量。
2. 化学势
自由能的大小不仅与物质的性质有关，还与物质的分子
数目有关，分子数目越多，自由能含量就越高。每摩尔物 质的自由能就是该物质的化学势，其数学基本表达公
第二章 植物的水分代谢
植物主要从土壤中吸收水分，接着在植物体内运输，然 后不断地向空气散失水分。也就是水分在土壤osphere Cycle ， SPAC)中移动。
植物生活中对水分的吸收、 运输、散失的过程，称为植物 的水分代谢或水分生理。
水分代谢的作用是维持植物体内水分平衡
（二）水分存在状态
（依据其与原生质结合的情况）
1.自由水(free water)：一种远离原生质胶体微团、 与大分子有机物之间吸附力较弱、可以自由移动 的水； 2.束缚水(bound water)：一种为构成原生质的大 分子有机物紧密吸附、不易移动、不易蒸腾散失、 不易结冰、不能作为溶剂、也不易被夺取的水。
此外，水分还具有其特定的生态作用：通过水的理化性质调节植 物的环境条件，如增加大气湿度，改善土壤及土壤表面大气的温度。
植物生理学植物生理学 (2)
（3）促进植物体对矿质元素的吸收运输。 蒸腾作用引起木质部的上升液流，有助于根部吸收的无 机离子以及根中合成的有机物转运到植物体的各部分， 满足生命活动需要；
（4）蒸腾作用有利于气体交换。 蒸腾作用正常进行时，气孔是开放的，有利于CO2
的吸收和同化。
二、蒸腾部位
植物体的各部分都有潜在的对水分的蒸发能力。当植物幼 小的时候，暴露在地面上的全部表面都能蒸腾；木本植物长大以 后，茎枝上的皮孔可以蒸腾，称之为皮孔蒸腾。
陆生植物吸收的水分，只有约1%用来作为植物体 的构成部分，绝大部分都通过地上部分散失到大气中。
例如，1株玉米在生长期消耗的水量约200kg，作 为植株组成的水不到2kg，通过蒸腾作用散失的水量达 总吸水量的99%。
2、植物蒸腾作用的意义 植物通过蒸腾作用散失这么多水分，对植物生 命活动有什么意义呢？
2、气孔的特点 （1）面积小，膨压变化迅速 保卫细胞体积小，保卫细胞比其它细胞小的多，据估计1片叶子 所有保卫细胞的体积只为表皮细胞体积的1/13或更小，这非常 有利于保卫细胞膨压的迅速发生变化，只要有少量的可溶性物 质进入保卫细胞，便会引起气孔运动，使气孔关闭十分灵敏。
（2）保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁 细胞体积很小并有特殊结构，肾形保卫细胞外壁薄，内壁 厚，因此当保卫细胞吸水膨胀时，较薄的外壁易于伸长， 细胞向外弯曲，于是气孔张开，当保卫细胞失水而体积缩 小时胞壁拉直，气孔即关闭。有利于膨压迅速而显著地改 变；表皮细胞大而无特别形状。
夏日炎炎，人们都在树荫下乘凉，这是多美 的图画，那么你想过没有，这些大树又是如何来 消除高温的呢？为什么在树下反而感到凉爽呢？
通过今天的学习，你就知道了这是植物蒸腾 作用的结果。
一、蒸腾作用的概念及生理意义
植物生理学 第二章水分代谢
液泡内的 细胞液含许多 溶解在水中的 物质，具有水 势。
植物置于浓溶液中，由于细胞壁的伸缩性有限，而原 生质层的伸缩性较大，当细胞继续失水时，原生质层便和
细胞壁慢慢分离开来，这种现象被称为质壁分离。
洋葱上表皮细胞的质壁分离
刚开始发生质壁分离
明显发生质壁分离
把发生了质壁分离的细胞浸在水势较高的稀溶液或清
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、扩散（diffusion） 物质分子从高浓度（高化学势）区域向低浓
度（低化学势）区域转移，直到均匀分布的现象。 扩散速度与物质的浓度梯度成正比。 扩散适合水分的短距离移动。
水的蒸发、叶片的蒸腾作用都是水分子扩散现象。
二、集流（mass flow）
液体中成群的原子或分子在压力梯度作用下共 同移动的现象。
AQPs（水孔蛋白）调节水分子运转的机理
1.基因水平： 通过调节水孔蛋白基因的表达而影响其丰度及分布，
从而影响水分代谢。 干旱、蓝光、ABA、GA和BR可诱导水孔蛋白基因的
表达。 2.蛋白水平：
通过改变水孔蛋白的活性，可以在很大程度上快速而 灵活的调节水分子的跨膜运转。
水孔蛋白的磷酸化可使其活性提高，而HgCl2等则可 抑制水孔蛋白的活性。
况下，混合体系中1mol该物质所占的有效体积。
单位：水势=水的化学势/水的偏摩尔体积
=J • mol-1/m3 • mol-1 = N • m • mol-1/m 3• mol-1 =N • m-2 =Pa
纯水 Ψow=零
零值并不是没有水势，就好比定海平面为海拔高度为0 一样，作为一个参比值。
溶液： ➢溶液的水势为负值，浓度越大，水势越低。
4、5、6），形成5个 环（图中标为A、B、 C、D、E），其中B 环和E环最为重要。
植物置于浓溶液中，由于细胞壁的伸缩性有限，而原 生质层的伸缩性较大，当细胞继续失水时，原生质层便和
细胞壁慢慢分离开来，这种现象被称为质壁分离。
洋葱上表皮细胞的质壁分离
刚开始发生质壁分离
明显发生质壁分离
把发生了质壁分离的细胞浸在水势较高的稀溶液或清
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、扩散（diffusion） 物质分子从高浓度（高化学势）区域向低浓
度（低化学势）区域转移，直到均匀分布的现象。 扩散速度与物质的浓度梯度成正比。 扩散适合水分的短距离移动。
水的蒸发、叶片的蒸腾作用都是水分子扩散现象。
二、集流（mass flow）
液体中成群的原子或分子在压力梯度作用下共 同移动的现象。
AQPs（水孔蛋白）调节水分子运转的机理
1.基因水平： 通过调节水孔蛋白基因的表达而影响其丰度及分布，
从而影响水分代谢。 干旱、蓝光、ABA、GA和BR可诱导水孔蛋白基因的
表达。 2.蛋白水平：
通过改变水孔蛋白的活性，可以在很大程度上快速而 灵活的调节水分子的跨膜运转。
水孔蛋白的磷酸化可使其活性提高，而HgCl2等则可 抑制水孔蛋白的活性。
况下，混合体系中1mol该物质所占的有效体积。
单位：水势=水的化学势/水的偏摩尔体积
=J • mol-1/m3 • mol-1 = N • m • mol-1/m 3• mol-1 =N • m-2 =Pa
纯水 Ψow=零
零值并不是没有水势，就好比定海平面为海拔高度为0 一样，作为一个参比值。
溶液： ➢溶液的水势为负值，浓度越大，水势越低。
4、5、6），形成5个 环（图中标为A、B、 C、D、E），其中B 环和E环最为重要。
《植物生理学》第二章课件
由于根系的代谢活动，根主动吸收土壤的离子通 过内皮层进入中柱，内皮层外部的离子浓度降低， 水势增高；内皮层内部的离子浓度增高，水势降低 。这样在内皮层内外形成了水势梯度，水通过渗透 作用进入中柱，并沿着导管上升，形成向上压水的 力量，这就是根压（图2-10）。
原生韧皮部
中柱鞘
后生木质部
根毛细胞
中柱 原生 木质部 皮层 内皮层 凯氏带
（2）衬质势
衬质势是指细胞中的亲水物质（如蛋白质、淀粉粒、纤 维素、核酸等大分子）对水分子的束缚而引起水势下降的 数值，因此也为负值。已形成液泡的细胞，其亲水胶体已 被水饱和，衬质势忽略不计。
（3）压力势
压力势是指由于压力的存在而使水势发生改变的值。当细 胞吸水膨胀时，原生质体对细胞壁产生的压力称膨压。同时， 细胞壁产生大小相等方向相反的压力(称壁压)正向作用于原生 质体，使细胞液自由能增加，水势增大。压力势通常为正值。 当特殊情况如蒸腾作用很强时，压力势为负值。
（三）代谢性吸水
植物细胞利用呼吸作用产生的能量使水分经过质膜进入 细胞的过程，叫做代谢性吸水。
证据
当通气良好时，细胞呼吸加强，细胞吸水增强； 相反，减小氧气或以呼吸抑制剂处理时，细胞呼吸速率 降低，细胞吸水减少。
二、植物根系的吸水
（一）根系的吸水区域
植物具有庞大的根系，根系能够从土壤中吸收 大量的水分，以满足植物生长发育的需要。但植物 根系各部分吸水能力是不同的，一般认为根尖是吸 水的主要区域。在根尖，位于伸长区后的根毛区表 皮细胞突起，形成大量根毛，这是根系吸水的主要 部位。
共质体途径也称细胞-细胞途径，是指水分依次 通过细胞原生质由皮层进入中柱导管的过程，移动 速度一般较慢。质外体途径即指水分通过根系质外 体由皮层进入中柱导管的过程，移动速度快分为主动吸水和被动吸水两种。
原生韧皮部
中柱鞘
后生木质部
根毛细胞
中柱 原生 木质部 皮层 内皮层 凯氏带
（2）衬质势
衬质势是指细胞中的亲水物质（如蛋白质、淀粉粒、纤 维素、核酸等大分子）对水分子的束缚而引起水势下降的 数值，因此也为负值。已形成液泡的细胞，其亲水胶体已 被水饱和，衬质势忽略不计。
（3）压力势
压力势是指由于压力的存在而使水势发生改变的值。当细 胞吸水膨胀时，原生质体对细胞壁产生的压力称膨压。同时， 细胞壁产生大小相等方向相反的压力(称壁压)正向作用于原生 质体，使细胞液自由能增加，水势增大。压力势通常为正值。 当特殊情况如蒸腾作用很强时，压力势为负值。
（三）代谢性吸水
植物细胞利用呼吸作用产生的能量使水分经过质膜进入 细胞的过程，叫做代谢性吸水。
证据
当通气良好时，细胞呼吸加强，细胞吸水增强； 相反，减小氧气或以呼吸抑制剂处理时，细胞呼吸速率 降低，细胞吸水减少。
二、植物根系的吸水
（一）根系的吸水区域
植物具有庞大的根系，根系能够从土壤中吸收 大量的水分，以满足植物生长发育的需要。但植物 根系各部分吸水能力是不同的，一般认为根尖是吸 水的主要区域。在根尖，位于伸长区后的根毛区表 皮细胞突起，形成大量根毛，这是根系吸水的主要 部位。
共质体途径也称细胞-细胞途径，是指水分依次 通过细胞原生质由皮层进入中柱导管的过程，移动 速度一般较慢。质外体途径即指水分通过根系质外 体由皮层进入中柱导管的过程，移动速度快分为主动吸水和被动吸水两种。
3植物生理学课件讲义_第二章
3 单盐毒害和离子对抗
⑴单盐毒害：
当溶液中只有一种金属离子时对植物产生有害作用的现象。 如 KCI溶液
⑵离子对抗：
在发生单盐毒害的溶液中，加入少量其它金属离子，即
能减弱或消除这种毒害，离子之间的这种作用就称为离子拮 抗作用。如 在KCI溶液中加入少量Ca2+，就不会产生毒害.
平衡溶液(balanced solution)：
三 、根部对被土粒吸附着的矿素的吸收
土粒表面带负电荷，
吸附矿质阳离子，排斥矿质阴离子， 但PO43 可被含有铝和铁的土粒束缚。 被土粒吸附的矿质阴、阳离子分别与根表面的
H+和HCO3-交换，进入根部。
-
四、 影响根部吸收矿物质的条件
㈠温度
在一定范围内，随土温的增高而加快， 因为土温影响了根部的呼吸速率，影响主 动吸收。 但温度过高或过低都不利于对矿素的 吸收。
五、 植物地上部对矿素的吸收
叶片营养(foliar nutrition):
植物地上部分也可吸收矿物质，其主要器官是叶片，所以也 称为叶片营养。
要使叶片吸收矿素，首先必使溶液吸附在叶面上。
可通过加入降低表面张力的物质如表面活性剂或沾湿剂.
叶片吸收矿素的途径:
气孔或角质层
外连丝 叶脉韧皮部
叶内
表皮细胞的细胞壁
当钾肥充分时，茎杆坚韧，抗倒伏，种子饱满，增产显著 当缺钾时，茎杆柔弱，易倒伏，抗旱、抗寒性差，叶片失水，
蛋白质和叶绿素破坏，叶色变黄而逐渐坏死
N、P、K 是植物需要量最大，且土壤易缺乏的元素，
称“肥料三要素”。
4钙
利用形式： Ca 土壤中有CaCI2、CaSO4等 生理作用：① 是细胞壁胞间层中果胶酸钙的成分
植物生理学第二章：矿质营养
叶片吸收：上行和下行都主 要通过韧皮部，也存在横 向运输。
运输速度：30～100cm/h。
3.矿物质在植物体内的利用（掌握） 是否可再利用： 1）参与循环的元素：呈离子状态、形成不
稳定化合物，可以转移到其他需要的器 官。 如： N 、K、P等，是可再利用元素。
2）不能参与循环的元素：在细胞中呈难溶 的稳定化合物，不能转移。
马铃薯 (缺镁)
（5）钙(Ca) A.吸收形式： B.存在形式： C.作用 D.供应 a.充足 b.不足：幼叶
马铃薯 (缺钙)
微量元素 （1）铁(Fe) A.吸收形式： B.存在形式： C.作用 D.供应 a.充足 b.不足
华北果树的“黄叶病”
（2）硼(B) A.作用:生殖生长 B.供应 a.充足 b.不足 花药、花粉发育不良 酚类，顶芽坏死
3.生物固氮 空气中的氮气：79％ 植物利用的限制：硝酸盐和铵盐
1）化肥生产： 条件：T:400~500℃,P:20MPa(200个大气压) 原料：氮、氢 年产量：2500万吨
2）生物固氮 年产量：9000万吨 定义：某些微生物将空气中的游离氮固定
转化为含氮化合物的过程。 （Biological nitrogen fixation）
1）简单扩散：高浓度至低浓度，跨膜 2）协助扩散：蛋白 参与，不耗能，也 称协助扩散 通道蛋白和载体蛋白
离子通道（ion channel ）
质膜上蛋白质构成的圆形孔道； 可由化学方式或电化学方式激活；选择性
已知的离子通道有：K+,Cl-,Ca2+,NO3运输速度：107～108个/sec 密度：1个/15㎛2,
Models of K+ channel
载体 (carrier)与载体运输
运输速度：30～100cm/h。
3.矿物质在植物体内的利用（掌握） 是否可再利用： 1）参与循环的元素：呈离子状态、形成不
稳定化合物，可以转移到其他需要的器 官。 如： N 、K、P等，是可再利用元素。
2）不能参与循环的元素：在细胞中呈难溶 的稳定化合物，不能转移。
马铃薯 (缺镁)
（5）钙(Ca) A.吸收形式： B.存在形式： C.作用 D.供应 a.充足 b.不足：幼叶
马铃薯 (缺钙)
微量元素 （1）铁(Fe) A.吸收形式： B.存在形式： C.作用 D.供应 a.充足 b.不足
华北果树的“黄叶病”
（2）硼(B) A.作用:生殖生长 B.供应 a.充足 b.不足 花药、花粉发育不良 酚类，顶芽坏死
3.生物固氮 空气中的氮气：79％ 植物利用的限制：硝酸盐和铵盐
1）化肥生产： 条件：T:400~500℃,P:20MPa(200个大气压) 原料：氮、氢 年产量：2500万吨
2）生物固氮 年产量：9000万吨 定义：某些微生物将空气中的游离氮固定
转化为含氮化合物的过程。 （Biological nitrogen fixation）
1）简单扩散：高浓度至低浓度，跨膜 2）协助扩散：蛋白 参与，不耗能，也 称协助扩散 通道蛋白和载体蛋白
离子通道（ion channel ）
质膜上蛋白质构成的圆形孔道； 可由化学方式或电化学方式激活；选择性
已知的离子通道有：K+,Cl-,Ca2+,NO3运输速度：107～108个/sec 密度：1个/15㎛2,
Models of K+ channel
载体 (carrier)与载体运输
第二章-植物生理学 水分生理2
8. 保卫细胞与周围细胞的联系。
问题？
气孔开闭机制 气孔保卫细胞的信号转导
2.气孔运动机理 （ mechanisms of stomatal
movement）
渗透调节机理
气孔运动是保卫细胞水势的变化引起的，保卫细胞通过调 节其渗透势的变化来实现水分出入的调节。
（1）淀粉-糖转化学说
（2）无机离子泵学说，又称K＋学说 （inorganic ion pump theory）
一水分在植物体内运输的途径二水分在植物体内运输的方向三水分在植物体内运输的动力土壤根毛皮层内皮层中柱鞘根的导管或管胞茎的导管叶柄导管叶脉导管叶肉细胞叶细胞间隙气孔下腔气孔大气土壤根导管茎导管叶柄导管气孔植物体内水分向地上部的运输植物体内水分向地上部的运输从高水势区向低水势区水分的迁移是顺水势梯度三水分在植物体内运输的动力水分沿导管上升的机制植物体内水分向地上部的运输动力有两方面
动 力的吸水过程. 的大气中，从而导致叶片细胞水势下降，这样就
吸 水
蒸腾拉力可高达 十几个MPa.
产生了一系列细胞间的水分运输，并造成根冠间 导管中的压力梯度，结果造成根部细胞水分亏缺， 水势降低，从而使根部细胞从周围土壤中吸水。
主动吸水和被动吸水
主动吸水和被动吸水在植物吸水的过程中所占的比重，因 植物生长状况和蒸腾速率而异。通常正在蒸腾着的植株， 尤其是高大的树木，其吸水的主要方式为被动吸水。只有 春季叶片未展开或树木落叶后，以及蒸腾速率很底的夜晚， 主动吸水才是主要的吸水方式。
根部吸水的共质体途径和质外体途径
凯氏带
木栓化，膜与壁紧贴 在一起。水、溶质不 能自由通过。
外部质外体
内皮层外，包括根毛、 皮层的胞间层、细胞 壁和细胞间隙
内部质外体
问题？
气孔开闭机制 气孔保卫细胞的信号转导
2.气孔运动机理 （ mechanisms of stomatal
movement）
渗透调节机理
气孔运动是保卫细胞水势的变化引起的，保卫细胞通过调 节其渗透势的变化来实现水分出入的调节。
（1）淀粉-糖转化学说
（2）无机离子泵学说，又称K＋学说 （inorganic ion pump theory）
一水分在植物体内运输的途径二水分在植物体内运输的方向三水分在植物体内运输的动力土壤根毛皮层内皮层中柱鞘根的导管或管胞茎的导管叶柄导管叶脉导管叶肉细胞叶细胞间隙气孔下腔气孔大气土壤根导管茎导管叶柄导管气孔植物体内水分向地上部的运输植物体内水分向地上部的运输从高水势区向低水势区水分的迁移是顺水势梯度三水分在植物体内运输的动力水分沿导管上升的机制植物体内水分向地上部的运输动力有两方面
动 力的吸水过程. 的大气中，从而导致叶片细胞水势下降，这样就
吸 水
蒸腾拉力可高达 十几个MPa.
产生了一系列细胞间的水分运输，并造成根冠间 导管中的压力梯度，结果造成根部细胞水分亏缺， 水势降低，从而使根部细胞从周围土壤中吸水。
主动吸水和被动吸水
主动吸水和被动吸水在植物吸水的过程中所占的比重，因 植物生长状况和蒸腾速率而异。通常正在蒸腾着的植株， 尤其是高大的树木，其吸水的主要方式为被动吸水。只有 春季叶片未展开或树木落叶后，以及蒸腾速率很底的夜晚， 主动吸水才是主要的吸水方式。
根部吸水的共质体途径和质外体途径
凯氏带
木栓化，膜与壁紧贴 在一起。水、溶质不 能自由通过。
外部质外体
内皮层外，包括根毛、 皮层的胞间层、细胞 壁和细胞间隙
内部质外体
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水势下降 保卫细胞吸水膨压↑ 气孔开放
5. 影响气孔运动的因素 光照：光照——张开 黑暗——关闭 景天科植物等例外
温度： 上升——气孔开度增大 10℃以下小，30℃最大，35℃以上变小 CO2 ：低浓度——促进张开 高浓度——迅速关闭 水分：水分胁迫——气孔开度减小
风 ：大风促进气孔关闭 微风有利于气孔开放和蒸腾
2、环境因素
（1）光照 主导因素 （2）空气相对湿度 大，蒸腾慢
（3）温度
高，有利蒸腾
（4）风 微风促进，强风抑制
植物体内的水分运输 一、水分运输的途径
土壤水 根毛 根皮层 根 中柱鞘 根导管 茎导管 叶 柄导管 叶脉导管 叶肉细胞 叶细胞间隙 气孔下腔 气孔 大气
短距：共质体与质外体 长距：木质部（导管）与韧皮部（筛管）
w 0
μ w-μ ψw ＝ Vw
＝
Δμ Vw
w
纯水的水势最高，定为0；
单位： Δμ Ψw = Vw，m J /mol N· m/mol N
=
=
m3/mol m3/mol
=
m2
故水势的单位是压强的单位，帕斯卡 （Pa）、大气压（atm）、巴（bar）。 1bar = 105Pa = 0.1MPa = 0.987atm
（1）自由能、化学势与水势
• 自由能（G）：物质中可用于做功的潜 在能量。 • 化学势（μ）：体系中组分发生化学反 映的本领及转移的潜在能力。 • 水势(water potential,ψw)：每偏摩尔体 积水的化学势或化学势差。
水的G
1mol水的G
μw
△μw=
μw - μ˚w
△μw
Ψw ＝
Vw，m
2、气孔的结构和特点
植物叶表面的小孔，由两个保卫细胞围 成，周围有表皮细胞，可开闭。
保卫细胞主要有两种形态： 哑铃形：单子叶植物 新月形或肾形：双子叶植物
保卫细胞的特点 体积小,膨压变化迅速；含多种细 胞器，代谢快；细胞壁不均匀加厚，并 有定向排列的微纤丝结构牵引细胞壁； 与周围的表皮细胞间没有胞间连丝。
水势梯度使导管中水分上升的力量。
◇
根压的实质：
根系耗能吸收的无机离子及代谢合成的
有机分子提高根内物质浓度，水势下降，与 根外高水势的土壤溶液间形成水势差ΔΨw ， 即表现为压力差的形式——根压。
伤流和吐水是由根压存在的证据。
叶片水分蒸腾使水势降低，导致水势： 叶＜茎＜根，即将蒸腾引起的水势梯度传递 到根部。 一旦叶片伸展开后，被动吸水成为 主要的吸水方式。
水通道
• • • • • • • • • • 类脂
•
•
•
• 水分子
•
水分跨膜移动途径示意图
H2O 小的中性 溶质
H2O
P
N N P N A P A P A
根系吸水
1. 根系吸水的部位
2. 根系吸水的途径
3. 根系吸水方式及其动力 4. 影响根系吸水的土壤因素
1、根系吸水的部位 吸水的主要器官是根系，根吸
H+泵出保卫细胞，K+进入保卫细胞
水势下降 保卫细胞吸水膨压↑ 气孔开放
K+-H+离子泵： 水解ATP转运H+ 梯度）转运K+。 ，利 用H + 电化学势（ H+
外 侧 H+ H+ K+
内 侧 ATP
ATPase
K+ + K K+
③ 苹果酸代谢学说：
光照
保卫细胞光合作用 CO2减少，糖合成
糖降解产物转化为苹果酸 苹果酸解离为苹果酸根离子和H+
当细胞水势低于外界水势时细胞将吸水 渗透性吸水（具液泡细胞）： 利用溶质存在使溶质势下降而 引起的细胞吸水
吸胀性吸水（未形成液泡的 细胞及干种子）：依赖于低 的衬质势而引起的吸水 代谢性吸水（直接耗能）： 耗能吸水或耗能吸收离子
植物细 胞的主 要吸水 方式
成熟细胞的原生质膜是一个半透膜， 再加上胞内的小分子溶质，构成细胞的各 种亲水大分子（衬质），细胞内的旺盛代 谢活动（合成、转运、分解物质），共同 调控细胞对水分的吸收。
几种常见化合物的水势
溶液 纯水 Hoagland营养液 海水 1mol· -1蔗糖 L 1mol· -1 KCl L Ψw /Mpa 0 -0.05 -2.50 -2.69 -4.50
水总是从高水势组分向低水势组分流动
相邻两细胞的水分移动方向，决定 于两细胞间的水势差。
水势高的细胞
水分
水势低的细胞
4、影响根系吸水的土壤因素
（1）土壤中的可用水分
① 土壤水分形式 ▽ 重力水：在重力作用下可通过颗粒 间空隙下降流失的水分。
▽ 毛细管水：保持在土壤颗粒间毛细 管内的水分，是植物可吸收水的主要形式。 ▽ 束缚水：土壤颗粒、胶体所吸附的 水合层中的水分，一般不能被吸收利用。
② 土壤含水量： ▽ 最大持水量：土 壤中所有孔隙完 全被水所占据时的土壤含水量，即饱合含 水量，约40%。 ▽ 田间持水量：排除重力水而保留 毛细管水时土壤含水量，约为20%。 ③ 永久萎蔫系数（PWC）：植物刚发生永 久萎蔫时土壤中存留的水量与土壤干重的 百分比，是土壤中不可用水的指标。 土壤中可利用水即为永久萎蔫系数以外 的水分。
二、合理灌溉的指标
三、灌溉方法 四、合理灌溉增产的原因
1、不同作物需水量不同 C3植物比C4植物多1～2倍 2、同一作物不同生育期需要的水量不同 水分临界期：植物对水分不足最敏感、 最易受伤害的时期。
小麦 ：孕穗期和开始灌浆—乳熟末期 豆类、花生：开花期 果树：开花一果实生长初期
最大需水期：一般为生长最旺盛的时期
二 、水分沿导管或管胞上升的动力
水分上升的动力：根压和蒸腾拉力
导管内形成连续水柱的基础：蒸腾拉 力—内聚力—张力学说 （1）水柱有张力，（0.5~3MPa）
（2）水分子间有较大的内聚力（20 Mpa），内聚力>＞张力
（3）水分子对导管壁有很强的附着力
蒸腾拉力
内聚力
重力
合理灌溉生理基础
一、作物的需水规律
A
-0.8
B
-0.6
C
-0.4
（2）细胞的水势组成 典型细胞水势ψw包含三种组分：
ψw = ψs +ψp+ ψm
水 势 渗 透 势 压 力 势 衬 质 势
①溶质势ψs：由于溶质颗粒的存在而引起 水势的降低值（溶质表面的水化层）
②衬质势 ψm：细胞中的亲水衬质（如细胞 壁）对自由水的束缚而引起水势的降低值 ③压力势ψp：细胞壁产生的壁压，即由膨 压的反作用力引起
风干种子、分生细胞（无液泡） ψs≈0 ，ψp=0，所以ψw = ψm
吸胀 吸水
已形成液泡的成熟细胞 ψm≈0 ，所以ψw =ψs +ψp
渗透吸水 代谢吸水
（1）部分水分子可直接通过膜脂双分子 层的间隙进入细胞 （2）水的集流可通过质膜上水孔蛋白 （ aquaporin）组成的水通道进入细胞
水通道的开闭控制可通过水孔蛋白 的磷酸化/去磷酸化来进行
蒸腾系数与蒸腾效率的关系：
1 蒸腾系数( g g ) 1000 蒸腾效率g kg
二、气孔蒸腾
1、蒸腾作用的部位
2、气孔的结构和特点
3、气孔运动过程
4、气孔运动的机理 5. 影响气孔运动的因素
二、气孔蒸腾
1、蒸量 成熟 植株 角质蒸腾：少量 气孔蒸腾：主要方式 叶片部
水分的作用
第二节 第三节
第四节 第五节
植物对水分的吸收 蒸腾作用
水分在植物体内的运输 合理灌溉的生理基础
一、植物的含水量
植物所含水分的量占鲜重的百分数(％)。
不同植物、不同环境、不同部位的含水 量不同。
二、植物组织中水的存在状态
束缚水（bound water）：被原生质组 分吸附，不能自由移动的水分。 自由水（free water）：不被原生质组 分吸附，可自由移动的水分。 自由水/束缚水是衡量植物代谢强弱 和抗性的生理指标之一。
产生CO2，细胞内pH↓ 淀粉磷酸化酶合成活性↑
G-1-P合成为淀粉 水势提高 保卫细胞失水膨压↓
淀粉水解为G-1-P
水势下降 保卫细胞吸水膨压↑ 气孔开放
气孔关闭
即：
大分子
小分子
Ψw
Ψw
② 无机离子泵学说：
光照
保卫细胞光合作用 产生ATP和苹果酸 质膜 ATPase水解ATP, 苹果酸解离产生H+
第二章 植物的水分生理
植物对水分的吸收、运输和散失的过程
教学目标
了解水分在植物体内存在的状况及其主 要生理生态作用； 掌握植物细胞和根系吸收水分的动力和 主要规律； 了解蒸腾作用的生理意义及气孔开闭机 理； 了解植物体内水分运输的特点及机理； 弄清作物合理灌溉的生理基础。
第一节
植物激素：细胞分裂素促进气孔开放， ABA促进气孔关闭。
三、影响蒸腾作用的因素
扩散力
蒸腾速率 = 扩散阻力 气孔下腔蒸气压-大气蒸气压
=
气孔阻力
+ 扩散层阻力
1、内部因素 （1）叶片内表面面积（即叶片内部面积） （2）气孔下腔（即气室）的容积 （3）气孔频度(叶片的气孔数/cm2) （4）气孔大小 （5）气孔开度与导度 （6）气孔的特殊构造
偏摩尔体积（partial molal volume ， Vw，m ） 在一定温度、压力和浓度下，1 摩尔某组分在混合物中所体现出来的体积， 称为该组分在该条件下的偏摩尔体积。偏 摩尔体积的单位是m3· -1。 mol 如：纯水的摩尔体积是18cm3,将其加 入100cm3的乙醇中，最终体积是118.07cm3， 水的偏摩尔体积是18.07cm3。
1、蒸腾作用（transpiration）：指植 物体内的水分以气态方式从植物的表面 向外界散失的过程。