植物生理学：第四节 蒸腾作用
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3 叶片上众多气孔增加了扩散水分的总的周长
2 气孔运动
• 植物气孔：2个保卫细胞
• 保卫细胞2种类型：
哑铃型：有一对副卫细胞，禾本科及莎草科等单子叶植物 肾型：无副卫细胞，多数植物
Arabidopsis Vicia faba
wheat maize
• 保卫细胞运动的结构基础
壁中存在径向排列的微纤丝
• 叶面积：气孔/叶面积＝1-2 / 100 • 蒸腾（发）量：气孔/相同于叶面积的自由水面 > 80/100 • 即：某叶片（通过气孔）的蒸腾量为相同面积自由水面
蒸发量的40－100倍
• 小孔扩散原理（See your text book）：
1 水分从大表面上蒸发时，蒸发速率与表面积成 正比 2水分从很小表面上蒸发时，蒸发速率 与表面的直径或周长成正比
• 某些植物气孔昼夜 开放，如甘蓝、马 铃薯等；
• 某些植物气孔夜间 开放，如景天科等 CAM植物；
• 一般情况下，外界 [CO2]下降，气孔开 放，[CO2]上升，气 孔关闭，
3 温度
• 10℃以下， 难以开放
• T升高，促进 开放
• 30－35℃， 达最大开度
• 温度（T）和相对湿度（RH）对叶
第四节 蒸腾作用
Transpiration
水分以气体状态通过植 物体表面从体内扩散 到大气中的过程（不 同于自由水面的蒸发）
一、蒸腾的部位和生理意义
植物需要解决的一 对矛盾：
截获光能&水分亏缺
解决矛盾的方式
• 覆盖角质层： 一层蜡样的不透 水的膜，其中间 杂有亲水的果胶 质，并有孔隙， 可使水分子透过
95 90 50 20
ψ（MPa） 0
–6.9 -14.2 -93.5 -271.1
大气中水蒸气含量越低，越有利于蒸腾的进行。
5 风速
• 风速对蒸腾的影响
Boundary layer thickness=length of water diffusion path (Triangles) Leaves for 1cm wide; (Circles) Leaves for 5 cm wide
• 微纤丝
难以伸长。以气孔口为中心，限制了保卫细胞沿短轴方向 直径的扩大
• 气孔运动调节蒸腾
保卫细胞吸水膨胀－气孔口张开 保卫细胞失水收缩－气孔口关闭
吸水后，作用于外壁上的（净）压力通过微纤丝传 到内壁，成为作用于内壁、背离气孔口方向的拉力
气孔运动的机理
• 以张开过程为例
1 质膜上H＋-ATP酶，被激 活（光等） ，运出H＋，产 生跨膜H＋梯度； 2 跨膜H＋梯度驱动K＋透过
RH=26%
(C) Leaf exposed to full sun
T=30℃
T=30℃
e=4.24kPa
e=0.61kPa
RH=100%
RH=26%
e -e leaf air
0.62kPa 1.73kPa 3.63kPa
4 湿度
• 20℃时不同的相对湿度（RH） 对大气水势的影响
RH（％） 100
• 导管或管胞运输 途径（死细胞途 径）
• 活细胞途径
• 根毛至根的微管束（导 管或管胞）；
• 对水分运输的阻力小 适合于长距离运输
• 叶部最小的微管束（叶 脉）至气孔下室 ；
• 阻力大，约2000倍于微 管组织
• 适合于短距离运输
二、水分运输的动力
• 水分运输的动力 ＝根系吸水动力 1 蒸腾拉力 2 根压
6 化学物质
• 抑制开放物质 （抗蒸腾剂）：
脱落酸
• 促进开放物质： 乙酰水杨酸
细胞分裂素
黄腐酸
阿特拉津（水光解抑制剂）
四、 蒸腾作用的指标
• 蒸腾速率（强度）：
一定时间内单位叶面积散失的水量(g/dm2·h)
• 蒸腾比例：
植物每消耗1Kg水所形成干物质的g数
• 蒸腾系数：
植物生产1g干物质所消耗水的（千）克数 （1/蒸腾比例）
二、气孔蒸腾
1 气孔的大小和分布
• 长7-40μm (H2O-0.54nm; CO2-0.46nm)
• 主要分布于叶片，另也 存在于花序、果实、叶 柄、卷须及幼茎
• 多数植物下表皮气孔数 目多于上表皮，水生植 物多位于上表皮上
• 通常，气孔总面积为叶 面积的 1－2％
扩散水的速率：气孔>>相同面积的自由水面
• 成熟植株、蒸腾 作用强的白昼， 以蒸腾拉力为主
• 幼苗、空气潮湿 及蒸腾作用弱的 夜晚，以根压为 主
• 气孔调节： 通过调节叶片气孔的大小将水分散失到大气中
角质层蒸腾/气孔蒸腾：
• 成熟叶片，角质层蒸腾约占3－10％，主要形式为气孔蒸腾 • 幼嫩叶片，角质层蒸腾约占30－50％ • 遮阴、潮湿处，角质层蒸腾约占30％以上 • 水生植物，角质层蒸腾为主要散失水分的方式
• 蒸腾作用的生理意义
• 为水分吸收与运输的主要动力 • 促进植物对矿质元素的吸收 • 降低叶片的温度
质膜和液泡膜进入液泡中 （ K＋通道〕； 3 细胞内由淀粉经代谢产生 苹果酸，并从胞外运入Cl-, 与液泡内K＋保持电学平衡； 4 液泡内 K＋ 浓度达0.5M,
ψ降低至-2MPa左右，吸
水张开
三、影响气孔运动(蒸腾〕的因素（自学）
1光
2 CO2
• 一般植物由暗至光 中，经数分钟滞后 期，气孔开放；
片空气气压梯度的影响（假设大气 中的水分含量保持稳定）
Leaf
Atmosphere
(A) Early morning
T=10℃
T=10℃
e=1.23kPa
e=0.61kPa
RH=100%
RH=50%
(B) Sun comes up
T=20℃
T=20℃
e=2.34kPa
e=0.61kPa
RH=100%
第五节 植物体内 水分的运输
• 红杉树
生长在潮湿的雨林中， 高80米
一、植物体内水分运输的途径
单个微管束
• 韧皮部（薄壁）：输送光合产物等 • 木质部（厚壁）：水分在植物体内的主要运输通道
木质部中输送水的主要管状分子
• 管状分子包括管胞和导管 • 二者细胞壁增厚 • 成熟后为不含细胞质的长型死细胞 • 多个细胞并行排列
向日葵茎部排列的管胞
• 注：螺旋型加厚的壁 • 右部的管胞未完全伸长
• 直径10-50um; 长1-3cm
导管
• 为独立的细胞
• 大小差异显著，通 常大于管胞。例：
枫树，直径40－60um 长4－30cm 橡树，直径300－ 500um 长最高至10m
• 导管比管胞更为进 化
Baidu Nhomakorabea
• 导管的发育过程
植物体内水分运输途径（总结）
2 气孔运动
• 植物气孔：2个保卫细胞
• 保卫细胞2种类型：
哑铃型：有一对副卫细胞，禾本科及莎草科等单子叶植物 肾型：无副卫细胞，多数植物
Arabidopsis Vicia faba
wheat maize
• 保卫细胞运动的结构基础
壁中存在径向排列的微纤丝
• 叶面积：气孔/叶面积＝1-2 / 100 • 蒸腾（发）量：气孔/相同于叶面积的自由水面 > 80/100 • 即：某叶片（通过气孔）的蒸腾量为相同面积自由水面
蒸发量的40－100倍
• 小孔扩散原理（See your text book）：
1 水分从大表面上蒸发时，蒸发速率与表面积成 正比 2水分从很小表面上蒸发时，蒸发速率 与表面的直径或周长成正比
• 某些植物气孔昼夜 开放，如甘蓝、马 铃薯等；
• 某些植物气孔夜间 开放，如景天科等 CAM植物；
• 一般情况下，外界 [CO2]下降，气孔开 放，[CO2]上升，气 孔关闭，
3 温度
• 10℃以下， 难以开放
• T升高，促进 开放
• 30－35℃， 达最大开度
• 温度（T）和相对湿度（RH）对叶
第四节 蒸腾作用
Transpiration
水分以气体状态通过植 物体表面从体内扩散 到大气中的过程（不 同于自由水面的蒸发）
一、蒸腾的部位和生理意义
植物需要解决的一 对矛盾：
截获光能&水分亏缺
解决矛盾的方式
• 覆盖角质层： 一层蜡样的不透 水的膜，其中间 杂有亲水的果胶 质，并有孔隙， 可使水分子透过
95 90 50 20
ψ（MPa） 0
–6.9 -14.2 -93.5 -271.1
大气中水蒸气含量越低，越有利于蒸腾的进行。
5 风速
• 风速对蒸腾的影响
Boundary layer thickness=length of water diffusion path (Triangles) Leaves for 1cm wide; (Circles) Leaves for 5 cm wide
• 微纤丝
难以伸长。以气孔口为中心，限制了保卫细胞沿短轴方向 直径的扩大
• 气孔运动调节蒸腾
保卫细胞吸水膨胀－气孔口张开 保卫细胞失水收缩－气孔口关闭
吸水后，作用于外壁上的（净）压力通过微纤丝传 到内壁，成为作用于内壁、背离气孔口方向的拉力
气孔运动的机理
• 以张开过程为例
1 质膜上H＋-ATP酶，被激 活（光等） ，运出H＋，产 生跨膜H＋梯度； 2 跨膜H＋梯度驱动K＋透过
RH=26%
(C) Leaf exposed to full sun
T=30℃
T=30℃
e=4.24kPa
e=0.61kPa
RH=100%
RH=26%
e -e leaf air
0.62kPa 1.73kPa 3.63kPa
4 湿度
• 20℃时不同的相对湿度（RH） 对大气水势的影响
RH（％） 100
• 导管或管胞运输 途径（死细胞途 径）
• 活细胞途径
• 根毛至根的微管束（导 管或管胞）；
• 对水分运输的阻力小 适合于长距离运输
• 叶部最小的微管束（叶 脉）至气孔下室 ；
• 阻力大，约2000倍于微 管组织
• 适合于短距离运输
二、水分运输的动力
• 水分运输的动力 ＝根系吸水动力 1 蒸腾拉力 2 根压
6 化学物质
• 抑制开放物质 （抗蒸腾剂）：
脱落酸
• 促进开放物质： 乙酰水杨酸
细胞分裂素
黄腐酸
阿特拉津（水光解抑制剂）
四、 蒸腾作用的指标
• 蒸腾速率（强度）：
一定时间内单位叶面积散失的水量(g/dm2·h)
• 蒸腾比例：
植物每消耗1Kg水所形成干物质的g数
• 蒸腾系数：
植物生产1g干物质所消耗水的（千）克数 （1/蒸腾比例）
二、气孔蒸腾
1 气孔的大小和分布
• 长7-40μm (H2O-0.54nm; CO2-0.46nm)
• 主要分布于叶片，另也 存在于花序、果实、叶 柄、卷须及幼茎
• 多数植物下表皮气孔数 目多于上表皮，水生植 物多位于上表皮上
• 通常，气孔总面积为叶 面积的 1－2％
扩散水的速率：气孔>>相同面积的自由水面
• 成熟植株、蒸腾 作用强的白昼， 以蒸腾拉力为主
• 幼苗、空气潮湿 及蒸腾作用弱的 夜晚，以根压为 主
• 气孔调节： 通过调节叶片气孔的大小将水分散失到大气中
角质层蒸腾/气孔蒸腾：
• 成熟叶片，角质层蒸腾约占3－10％，主要形式为气孔蒸腾 • 幼嫩叶片，角质层蒸腾约占30－50％ • 遮阴、潮湿处，角质层蒸腾约占30％以上 • 水生植物，角质层蒸腾为主要散失水分的方式
• 蒸腾作用的生理意义
• 为水分吸收与运输的主要动力 • 促进植物对矿质元素的吸收 • 降低叶片的温度
质膜和液泡膜进入液泡中 （ K＋通道〕； 3 细胞内由淀粉经代谢产生 苹果酸，并从胞外运入Cl-, 与液泡内K＋保持电学平衡； 4 液泡内 K＋ 浓度达0.5M,
ψ降低至-2MPa左右，吸
水张开
三、影响气孔运动(蒸腾〕的因素（自学）
1光
2 CO2
• 一般植物由暗至光 中，经数分钟滞后 期，气孔开放；
片空气气压梯度的影响（假设大气 中的水分含量保持稳定）
Leaf
Atmosphere
(A) Early morning
T=10℃
T=10℃
e=1.23kPa
e=0.61kPa
RH=100%
RH=50%
(B) Sun comes up
T=20℃
T=20℃
e=2.34kPa
e=0.61kPa
RH=100%
第五节 植物体内 水分的运输
• 红杉树
生长在潮湿的雨林中， 高80米
一、植物体内水分运输的途径
单个微管束
• 韧皮部（薄壁）：输送光合产物等 • 木质部（厚壁）：水分在植物体内的主要运输通道
木质部中输送水的主要管状分子
• 管状分子包括管胞和导管 • 二者细胞壁增厚 • 成熟后为不含细胞质的长型死细胞 • 多个细胞并行排列
向日葵茎部排列的管胞
• 注：螺旋型加厚的壁 • 右部的管胞未完全伸长
• 直径10-50um; 长1-3cm
导管
• 为独立的细胞
• 大小差异显著，通 常大于管胞。例：
枫树，直径40－60um 长4－30cm 橡树，直径300－ 500um 长最高至10m
• 导管比管胞更为进 化
Baidu Nhomakorabea
• 导管的发育过程
植物体内水分运输途径（总结）