3-第二章植物的水分代谢

水势升高 向周围细胞排水 气孔关闭
(2)无机离子泵学说
气孔运动和GC积累K+有着密切的关系。 H+ 光活化
ATP酶
ψw下降，吸水
K+
Cl质膜
K+
Cl-
GC
(3)苹果酸代谢学说
GC在光下进行光合作用 消耗CO2 pH增高(8.0-8.5), 活化PEP羧化酶 PEP + HCO3- → 草酰乙酸→ 苹果酸
三、水分的生理生态作用
1、水分是细胞原生质的主要成分。
2、水分是代谢过程的重要反应物质。 3、水分是植物对物质吸收和运输的溶剂。 4、水分能保持植物的固有姿态。 5、水分能有效降低植物体温。
第二节 植物细胞对水分的吸收 Section 2 Absorption of Water by Plant cell
三、建立高效节水的合理灌溉的方式
1、从形态指标判断作物当前的水分供 应情况 2、改变灌溉方式 喷灌（spray irrigation） 滴灌(drip irrigation) 替代大水漫灌 3、提高作物的抗旱能力
长7~38µ m，宽1~12 µ m。
每个面积约10~300 µ 2。 m 每平方毫米的叶片上有40~500个气孔。
A. 双子叶植物的气孔
B. 禾本科植物的气孔
几种植物叶片气孔的数目及分布 （叶片气孔/mm2）
植物 小麦 玉米
向日葵 番茄 莲
上表皮 33 52
58 12 40
下表皮 14 68
156 130 0
3、土壤通气状况
通气不良会造成浓度O2低而CO2浓度高， 对植物生长不利。 4、土壤溶液浓度
化肥的过度依赖
盐碱地对作物生长的制约
第四节 植物的蒸腾作用 Section4 Plant Transpiration
一株玉米一生需要耗水200kg，有 20万张叶片的桦树夏季每天蒸腾散 失水分高达300~400kg。
2、蒸腾效率（ transpiration efficiency ）：指植 物每蒸腾1kg水时所形成的干物质的克数。一般 为1~8g/kg。 3、蒸腾系数（transpiration coefficient）：又称 需水量（water requirement），指植物每制造1g 干物质所消耗的水分的克数。玉米为370，小麦 为540，松树为40。
（五）气孔运动机理
淀粉——糖互变学说
无机离子泵学说 苹果酸代谢学说
(1)淀粉—糖转化学说 保卫细胞(GC)在光下进行光合作用 消耗CO2，使细胞内pH增高 淀粉磷酸化酶水解淀粉为G1P
水势下降 从周围细胞吸水
气孔张开
GC在黑暗中进行呼吸作用 释放CO2，使细胞内pH下降
淀粉磷酸化酶把G1P合成为淀粉
根压产生的机理 ① 渗透论 根部导管四周的活细胞由于新陈代谢，不 断向导管分泌无机盐和有机物，导管的水势下降， 而附近活细胞的水势较高，所以水分不断流入导管。 ② 代谢论 认为呼吸释放的能量参与根系的吸水过 程。
四﹑影响根系吸水的土壤因素
1.土壤水分状况
植物可利用的土壤水势范围为-0.05~0.3MPa。在选择土壤时，要根据根系的性质 和根系的大小选择土壤。
植物在维持水分循环和维持生态平 衡中有着特殊的供献，而蒸腾作用 又是这一供献的主要生理代谢过程。
一、蒸腾作用的生理意义
1、蒸腾作用能产生蒸腾拉力，是植物水 分吸收和运输的主要动力。
2、蒸腾作用促进木质部汁液中物质运输
3、蒸腾作用能降低植物体的温度。 4、蒸腾作用有利于
（physiological Significance of Transpiration）
一﹑吸水区域：根毛区吸水能力最强 ①根毛区有许多根毛，增大了吸收面积； ②根毛细胞壁的外部由果胶质组成，粘性 强，亲水性也强，有利于与土壤颗粒粘着和 吸水； ③根毛区的输导组织发达，对水分移动的 阻力小。
成熟区 (根毛区）
伸长区 分生区 根冠
图 2-4
根尖纵切
二﹑根系吸水途径
三﹑根系吸水的机理
第二章 植物的水分代谢
Chapter2 Water Metabolism of Plant
第一节 水在植物生活中的作用 Section1 Roles of Water in Plant Life
一﹑植物体内的含水量
不同植物的含水量有很大不同 ：水生植物的含水量 可达鲜重的90%以上，在干旱条件下生长的的植物则 仅为6%左右，草本植物的含水量为70~85%，木本植 物的含水量低于草本植物。 同一植物的不同器官和组织含水量不同。 不同的生育时期的同一组织或器官含水量不同。
对于一般植物，已形成液泡的成熟细胞，衬 质势较小，通常可以忽略不计。
3.压力势（pressure potential ）
Ψp表示压力势：由于静水压的存在，水势可随 静水压的增加而增大，为正值。
几种常见化合物水溶液的水势范围
溶液 水势/MPa
纯水
2.50
二﹑水分的运动方式及水通道蛋白

1.扩散 2.集流

水通道蛋白:是一类具有选择性、高效转运水分的跨膜
通道蛋白，水分子可以通过，离子和代谢物不能通过，
水孔蛋白的活性可被磷酸化和水孔蛋白合成速度调节。

3.渗透作用
三﹑植物细胞的水势组成：
ψw = ψs +ψp+ ψm
1.溶质势（osmotic potential）
双子叶植物气孔的运动（张开、关闭）
(二）气孔蒸腾的过程
(三)小孔扩散定律
水蒸气通过气孔扩散的速率，不与 小孔的面积成正比而与小孔的周长成正 比。也称边缘效应。
（四）气孔的基本特点
1.气孔由保卫细胞、副卫细胞构成，细胞壁不均匀



加厚。单子叶植物哑铃形，双子叶植物半月形。 2.保卫细胞与表皮细胞之间具有胞间连丝，而与相 邻的叶肉细胞之间却无胞间连丝。 3.保卫细胞有许多细胞器、存在淀粉磷酸化酶、PEP 羧化酶等。 4.保卫细胞体积小，彭压变化迅速。 5.保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构。
三、植物的蒸腾作用部位及气孔调节
皮孔蒸腾：占0.1%左右 （lenticular transpiration ）
角质蒸腾: 幼嫩部位或幼小植株
（ cuticular transpiration ）
气孔蒸腾: 成年植株或长成叶片
（ stomatal transpiration ）
(一)气孔的分布、大小和数目
请大家回忆一下需水量的概念？
植物生理学中的需水量不是作物整个生活
周期中的需水量，而是指的蒸腾系数。
C3植物的蒸腾系数大，约为400~900；C4
植物的蒸腾系数约为250~400；
2、同一作物的不同生育时期对水分的需要量 不同 苗期较小，抽穗开花期最大，成熟期小。 3、作物的水分临界期 水分临界期（Critical period of water requirement） 是指植物在生命周期中对水分缺乏最敏感、 最易受害的时期。 一般植物的水分临界期多处于花粉母细胞四 分体形成期。
我国的水资源量多，人均水资源量为
世界平均的26%，属于水资源缺乏的国
家之一。
农业用水量占我国用水量比较大，其 中灌溉用水量偏多是一个突出的问题。 科学用水、节约用水，需要了解作物 的需水规律。
一、作物的需水规律
（Water requirement by crops）
1、不同作物对水分的需要量不同
第五节 植物体内水分的运输
一、水分运输的途径与速度
1.经活细胞的短距离运输途径 2.通过导管或官胞的长距离运输途径
二、水分沿导管上升的动力及其机制
蒸腾流-内聚力-张力学说
三 ﹑SPAC
第五节 合理灌溉的生理基础 Section5 Physiological Basis of Rational Irrigation
根系吸水的方式及动力： 主动吸水： 动力是根压，大多数植物的 （active） 根压为 0.05-0.5 MPa。 被动吸水： 由蒸腾作用所引起。 （passive） 动力是蒸腾拉力。 由根系的生理活动而引起。
伤流和吐水是证明根压存在的两种生理现象。 伤流量和吐水量可作用判断根系活动能力强 弱的指标。
二、合理灌溉的指标
（index for ration irrigation）
1、土壤指标
一般来说，适宜作物正常生长发育的根系
活动层，其土壤含水量为田间持水量的60~80%，
如果低于此含量时，应及时进行灌溉。 2、形态指标 生长速率下降、幼嫩叶片萎蔫、茎叶颜色变 红等。
3、生理指标
叶水势、细胞汁液浓度、气孔状况 小麦、高梁、玉米的叶水势分别达 到-1.25、 -1.40、-0.80MPa时光合 作用开始下降，
苹果酸根使细胞里的水势下降 从周围细胞吸水
气孔张开
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（六）﹑气孔运动的调节因素
1.昼夜节律 2.光 3.二氧化碳 4.温度 5.水分 6.风 7.植物激素

（七）影响蒸腾作用的内外因素
1.内部因素：气孔频度、气孔的结构特性 2.环境因素 ①光 照 引起气孔开放、提高叶温。 ②大气温度、湿度 温度 30～10℃之间，温度 越高，开度越大。 ③风 ④土壤条件
吸胀性吸水 渗透性吸水
其中渗透性吸水占主导地位。
一﹑水势（ water potential ）
1.概念：是溶液中每偏摩尔体积水的化学势差， 用ψw 表示。 2.单位：兆帕（Mpa) 1Mpa=106 Pa 1bar (巴)=0.1 Mpa=0.987 atm (大气压) 1标准大气压=1.013×105 Pa=1.013 bar 3.水是由高水势区流向低水势区,纯水的水势规 定为零。溶液的水势一般为负值。
Ψs 表示溶质势：指由于溶质颗粒（如蔗糖、KCl）的