第二章 植物的水分生理

（3）作物的水分临界期
指植物在生命周期中对水分缺乏最敏感，最易受害的时期。
合理灌溉指标和灌溉方法
1、合理灌溉的指标
（1）土壤指标
（2）形态指标 （3）生理指标 2、灌溉方法 （1）沟渠排灌法
（2）滴灌法
（3）喷灌法
复 习 思 考 题
一、名词解释 自由水、束缚水、水势、压力势、渗透势、衬质势、蒸腾系数、蒸 腾效率、蒸腾拉力、田间持水量、小孔扩散规律、水分临界期 二、问答题 1、植物细胞的水势由哪几部分组成？说明成熟植物细胞从萎蔫到充 分膨胀的过程中，各个组分的变化情况。 2、被动吸水和主动吸水有何区别？它们各自在植物吸水过程中的地 位怎样？ 3、蒸腾作用有何生理意义？气孔蒸腾的主要路径是什么？气孔蒸腾 的主要特点是什么？ 4、简述气孔运动的机理。 5、水分与农业生产的关系怎样。
影响根系吸水的土壤条件
1、土壤水分状况
植物从土壤中吸水，实质上是植物和土壤争夺水分的问题。土 壤中的水分按其物理状态可分为三部分：重力水、吸湿水（又称束 缚水）和毛细管水。当排除所有重力保留所有毛细管水，此时土壤
的含水量称为田间持水量。
2、土壤温度
一定范围内，温度升高，根吸水也增多，但温度过高和过低 对根系吸水造成不利的影响。
细胞的吸水形式
1、吸胀吸水 吸胀作用——亲水胶体吸水膨胀的现象。 细胞吸胀力的大小，取决于衬质势的高低。 2、降压吸水
植物细胞吸水或失水，细胞体积会发生变化，
渗透势和压力势因之也会发生改变。
植物细胞吸水过程中水势组分的变化
植物细胞吸水或失水，细胞体积会发生变化，渗 透势和压力势因之也会发生改变。
气孔的开闭主要取决于保卫细胞中的pH值变化。
无机离子泵学说（K+泵学说）
20世纪60年代末，人们发现气孔运动和保卫细胞积累K＋有着 非常密切的关系。
苹果酸生成学说
保卫细胞中的苹果酸水平与气孔开度呈正相关。
影响气孔运动的因素

光照
光照是气孔运动的主要调节因素，其作用包括直接作用
和间接作用。


不同植物的含水量有很大的不同。
生长环境不同，植物含水量不同。
不同植物器官和组织的含水量不同。
年龄不同含水量不同。
水在植物体内的存在状态
水分在植物体内的作用，不但与其数量
有关，也与它的存在状态有关。
结合水：又叫束缚水,它存在于原生质胶体颗
粒的周围,被胶粒牢固地吸附着,不容易流动和流失;
自由水:不被胶体颗粒所束缚,在植物体内可以
自由移动。
水分在植物体内的生理作用


细胞原生质的主要成分
代谢过程中的反应物质 各种生理生化反应和运输物质的介质
保持植物的固有姿态
具有重要的生态意义
水的化学势
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做 功的能量，而自由能则是在温度恒定的条件下可以用 于做功的能量。 在恒温恒压及其他组分不变的条件下，体系自由 能对某一组分的摩尔数取偏微分或偏导数是该物质的 化学势，用μ表示，或J/mol。 规定0℃，1atm下纯水的化学势为“0”。
根系是陆生植物吸水 的主要器官，吸水部位主
吸水能力 根毛区>根冠，分生区和伸长区
要在根尖。
根系吸水的途径
共质体途径：指水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移
动到另外一个细胞的细胞质，最后经中柱活细胞进入导管(慢)。
质外体途径：指水分通过细胞壁，细胞间隙等没有细胞质的 部分移动（快）。
根系吸水的方式
渗透作用
作为一个渗透系统必需 具备两个条件：半透膜和膜 两侧的溶液。 水分从水势高的系统通过 半透膜向水势低的系统移动
的现象为渗透作用。
细胞的吸水形式
1、渗透吸水 渗透吸水是指由于渗透势的下降而引起的细胞吸水。
具有液泡的植物细胞，于周围溶液一起，构成一个渗透
系统。
质壁分离与质壁分离复原 水孔蛋白是一类具有选择性，高效转运水 分的跨膜通道蛋白，仅允许水分通过，限制离 子和代谢物的通过；其活性受磷酸化和水孔蛋 白合成速度的调解。
3、土壤通气状况
影响呼吸，影响根压的产生，影响吸水。
4wk.baidu.com土壤溶液浓度
土壤溶液所含盐分的高低，直接影响其水势的大小。
蒸腾作用
蒸腾作用是指水分以气体状态，通过植物体的表 面（主要是气孔、皮孔和角质层缝隙），从体内散失 到体外的现象。 蒸腾作用的生理意义：
蒸腾作用是植物対水分吸收和运输的主要动力； 蒸腾作用是植物矿质营养吸收和运输的主要动力； 蒸腾作用能维持植物的适当体温； 蒸腾作用有利于光合作用；
温度
CO2浓度 水分 植物激素
影响蒸腾作用的内外条件
气孔蒸腾分两步，第一步是叶肉细胞中的水分通
过气孔下腔周围的细胞壁表面向气孔下腔蒸发；第二 步，气孔下腔的水蒸气通过气孔扩散到大气中。
外界条件：光照、湿度、温度、风速 内部因素：气孔频度、气孔大小、气孔下腔容积、 气孔开度、气孔构造
适当降低蒸腾作用的途径
物体内由于高度差不足引起明显的水势的变化， 因而通常忽略不计。
植物组织细胞，由于所处的状态不同而有不同的水势组成。对 于分生组织的细胞，其含水体系主要由细胞质构成，在细胞质中除 了小分子溶质外还存在许多大分子衬质，吸水膨胀也会引起一定的 膨压，所以分生组织细胞的水势应表示为：ψw=ψs+ψm+ψp。对
气孔蒸腾
气孔主要分布于叶片的上表面和下表面，不同
植物上下表面气孔的分布情况不同。
小孔率：气体通过多孔表面扩散的速率不与小
孔面积成正比，而与小孔周长成正比。
气孔由两个保卫细胞组成，单子叶植物的保卫
细胞呈哑铃型，双子叶植物的保卫细胞呈肾型。
气孔的运动
气孔是会运动的，其主要原因是保卫细胞吸水膨 胀和失水收缩。 淀粉－糖互变学说
1、根压与主动吸水
主动吸水也称代谢性吸水，是仅由植物根系本 身的生理活动而引起的吸水。根压是指由于根系的 生理活动而促使液流从根部上升的压力。
伤流是指从受伤或折断植物组织
的伤口处溢出液体的现象。
从未受伤叶片尖端或边缘向外溢 出液滴的现象，称为吐水。
根压产生的原因
根压产生的 原因一直是用渗 透理论来解释。
第二章 植物的水分生理
植物对水分的吸收，运输，利用和散 失的过程，被称为植物的水分代谢。 “哪里有水，哪里就有生命” “有收无收在于水”
水的理化性质

稳定性 高比热、高气化热


高内聚力和亲附力 水是很好的溶剂

植物的含水量
表示组织含水量的方法有两种：一是以 干重为基数表示；二是以鲜重为基数表示。
水 势
水势就是溶液中每偏摩尔体积水的化学势差。
水势单位为Pa(帕)、Mpa(兆帕)或大气压(atm)。 1MPa = 106Pa = 10bar = 9.87atm(大气压)
纯水的水势为0，其他溶液中因含有溶质颗
粒降低了水的自由能，故其水势为负值。
水势的组成
含水体系的水势主要由四部分组成，即水势= 溶质势+衬质势+压力势+重力势。 溶质势(ψ s)：溶质势都小于0，为负值。
衬质势
衬质是指表面能够吸引水分子的物质，如蛋
白、纤维素等。由于衬质的存在而引起水势的降
低值称为衬质势，因此也为负值。 对于植物来说，由于未形成液泡的分生组织 细胞具有较浓的细胞质，因此具有一定的衬质势。 干燥的种子、干旱荒漠植物组织衬质势较高，是 细胞水势的重要构成因素。而对于一般植物，组
织中已形成液泡的成熟细胞，衬质势较小，通常
导管壁之间又有强大的附着力，叶片蒸腾失水后，便
从下部吸水，所以导管内的水柱不断。
作物的需水规律
（1）作物需水量因作物种类而异
大豆和水稻>小麦和甘蔗>高粱和玉米
（2）同一作物在不同生长发育时期对水分需要量不同
早稻：苗期，需水量小；分蘖期，蒸腾面积扩大，气温也逐 渐升高，水分消耗量增大；到孕穗开花期达到最大；进入成熟期 后，叶片逐渐衰老，脱落，需求量又逐渐减少。
可忽略不计。
压力势
由于压力的存在而引起体系水势的改变值。 压力势的大小与施加的压力有关，加正压力，压 力势大于0，加负压力，压力势小于0。若考虑处 在同一大气压力下两体系的水势差时，压力势可 以忽视。 压力势通常为正值，质壁分离时ψp=0，
剧烈蒸腾时ψp＜0。
重力势
由于重力的存在而引起水势的增加值。在植
初始质壁分离时,压力势为零，细胞的水势等于渗透势。 细胞吸水，体积増大时，渗透势増大，压力势増大，水势也 増大。 细胞吸水达到饱和时，渗透势与压力势的绝绝对值相等，但
符号相反，水势为零，不吸水。
蒸腾剧烈时，细胞虽然失水，体积缩小，但并不发生质 壁分离，压力势就变为负值，水势低于渗透势。
植物根系对水分的吸收
蒸腾作用的度量指标
1、蒸腾速率
又称蒸腾强度或蒸腾率，是指植物在单位时间、单位叶面 积上通过蒸腾作用散失的水量。
2、蒸腾效率
也称蒸腾比率，是指植物每蒸腾1kg水所形成干物质的克数。
3、蒸腾系数
也称需水量，植物每制造1克干物质所消耗水的克数，是蒸
腾系数的倒数。
水分蒸腾的部位
通过皮孔的蒸腾称为 皮孔蒸腾。通过角质层的 蒸腾，称角质蒸腾。通过 叶面气孔的蒸腾，称气孔 蒸腾。气孔蒸腾是中生和 旱生植物成熟叶子蒸腾作 用的最主要形式。
2）经过活细胞（共质体运输）
水分沿导管或管胞上升的动力
一般情況下，蒸腾拉力才是水分上升的主要动力。
内聚力学说：
导管内的水柱一方面受蒸腾作用产生的向上的拉
力，同时，水柱本身的重量又使水柱下降，这样上拉 下坠使水柱产生张力。水分子之间有相互吸引的力量 称为内聚力。水分子的内聚力很大，高达20MPa以上, 远远高于水柱张力，为0.5~3MPa。此外，水分子与
于已形成液泡的成熟细胞，其水势都用液泡水势来替代，即
ψw=ψs+ψp。而对无液泡的风干组织等细胞的水势，由于 ψs=ψp=0，所以其水势就等于衬质势，即ψw=ψm。
水分的移动
在自然界，水的移动不外乎两种形式：集流与扩 散，而渗透是扩散的一种特殊形式。 扩散是指物质分子的由浓度高的区域向低浓度的 区域转移，直到均匀分布的现象。 集流指液体中的成群原子或分子在压力梯度下共同 移动现象。 渗透作用是指溶剂分子通过半透膜的扩散作用。
这一理论认为，
根压的产生与根
系生理活动和内
皮层内外的水势 差有关。
根系吸水的方式
1、蒸腾拉力与被动吸水
蒸腾拉力：由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度
使导管中水分上升的力量。 被动吸水不需能量。
主动吸水和被动吸水在根系吸水过程中所占比重 因蒸腾速率而异。一般讲，蒸腾强的植物吸水主要是 由蒸腾拉力引起的，在春季叶片未展开时，蒸腾速率 很低的植株，根压才为主要吸水动力。
谢 谢！
（1）减少蒸腾面积 作物移栽时，要尽量保持幼根；去掉一部分枝叶，减 少蒸腾面积； （2）降低蒸腾速率 午后或阴天移栽，或栽后搭棚遮荫； （3）利用抗蒸剂 能降低蒸腾速率且对光合作用和生长影响不大的 物质称为抗蒸剂:①代谢型;②薄膜型;③反射型
植物体内水分的运输途径
水分的运输有两种途径：
1）经过死细胞（质外体运输）
ψs=-icRT
衬质势(ψ m)：为负值。 压力势(ψ p)：可为正值，也可为负值。 重力势(ψ g)：通常忽略不计 。
溶质势
由于溶液中溶质颗粒的存在而引起水势的降 低值，所以溶质势都小于0，为负值。 溶质总数越多，溶质势越低。 ψs=-icRT i —— 解离系数； c —— 溶质浓度，mol/kg； R —— 气体常数，0.0083kg.MPa.mol-1.K-1