植物生理学课件植物的水分代谢2

蒸腾拉力产生示意图
气
叶
孔
脉
蒸
↑ 茎导管
腾 气
↑
孔
根导管
下
↑
腔
土壤溶液
•
三、影响根系吸水的土壤条件
1、土壤水分和通气状况
土壤中的水分对植物来说，并不是都能被利 用的.土壤永久萎蔫系数以下的水分植物很难利用。
暂时萎焉和永久萎焉 永久萎焉系数：植物刚刚发生永久萎蔫时 的土壤含水量。
2、土壤温度
低温和高温均抑制根系吸水。
调节植物的体温，维持植物小环境的恒 定温度（水的理化性质：高气化热和比 热，较强的导热性）
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、植物细胞吸水方式 扩散 集流 渗透作用
1、扩散(Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ） 2、集流（Ｍａｓｓ ｆｌｏｗ）
水通道；水孔蛋白
• •• •
水通道 ••
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•
•
水分子
水分跨膜移动途径示意图
6、影响蒸腾作用的内外因素
第五节 植物体内水分的运输
一、水分运输途径 二、水分沿导管和管胞上升的动力 三、植物体内水分的再分配
一、水分运输途径 土壤 根导管 茎、叶导管 下腔 大气 1、经死细胞运输（木质部） 2、经活细胞运输
二、水分沿导管和管胞上升的动力 蒸腾拉力、根压 蒸腾--内聚力--张力学说
H+
H+ H+ H+
H+
H+ H+
K+
H+
（3）苹果酸生成学说：
PEPase
HCO3- +PEP
OAA
苹果酸脱氢酶
OAA +NADH
苹果酸+NAD+
5、影响气孔开闭因素
（1）光 （2）温度 （3）CO2 ( 4 ) ABA
◆ 影响气孔运动的因素 影响光合作用、叶子水分状况的因素等
均可影响气孔运动。 ◇ 内生昼夜节律：随一天的昼夜交替而开 闭。 ◇ 光照：光诱导气孔开放(一些植物除外)， 不同波长的光对气孔运动有着不同的影响， 蓝光和红光最有效(与光合作用相似)。
A、变大 B、变小 C、不变
2003年诺贝尔化学奖 获得者 阿格雷（Peter Agre）， 美国约翰霍普金斯大学
第三节 植物根系对水分的吸收
根系吸水的途径 根系吸水的动力 影响根系吸水的土壤条件
根系吸水的主要部位－根毛区
冬黑麦： 生长4个月后根总面
积为枝叶总面积的30 倍，每天长出的新根 为11万5千条，根毛1 亿1千9百万条，连接 起来88公里。
是植物失水的主要方式 失水方式：液态散失 — 吐水
气态散失 — 蒸腾作用
2、蒸腾部位 （1）当植物幼小的时候，全部表面 （2）当植物长大后，茎枝形成木栓
茎枝（很少）：皮孔蒸腾（0.1%） 叶片（主要）：气孔蒸腾（主要形式）
角质层 （ 5%~ 10%
3、蒸腾作用的意义
1、产生了植物被动吸水的动力---蒸腾拉力 2、促进了植物体内水分和矿质元素的运输 3、降低了植物的体温
气孔
蒸 腾 拉 力
重 力
根 压
水分上升的动力：根压和蒸腾拉力 水分上升的原因：蒸腾—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
三、植物体内水分的再分配
植物缺水时体内水分重新分配，幼 嫩器官、叶片争夺水分强，老叶先干枯 死亡，是植物的适应性。
②充分膨胀时，V=1.5，
Ψw = Ψs + Ψp = 0
cell水势、溶质势、压力势/MPa
1.5 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相对体积
质壁分离现象可以解决下列问题
√ 说明原生质层是半透膜 √ 判断细胞死活 √ 测定细胞的水势
（3）渗透势（Osmotic potential）
也称溶质势,用Ψπ表示 由于溶质的加入而降低的那一部分水势。 恒为负值。
溶液Ψπ和溶液摩尔浓度的关系：
Ψπ= － iRCT
i：溶质的解离常数 R: 气体常数（0 .082大气压.升/摩尔. 度) T：绝对温度（273+t) C：摩尔浓度
几种常见化合物的水势
一、根系吸水的途径
1、质外体途径（Apoplast pathway） 2、跨膜途径（Transmembrane pathway)
3、共质体途径（Symplast pathway） （1）质外体（Apoplast） （2）共质体(Symplast)
凯氏带(Casparian strip)
凯氏带
细胞途径 （共质体和跨膜）
四、细胞间水分移动
A -0.8
B -0.6
C -0.4
五、不同植物，不同器官Ψw、Ψπ之 间的差异
例如： 将一个细胞放入渗透势为-
0.2MPa的溶液中，达到动态平衡后，细 胞的渗透势为-0.6MPa，细胞的压力势等 于多少？
有一为水分充分饱和的细胞，将其放入 比细胞液浓度低100倍的溶液中，则其细 胞体积（ ）
1-磷酸葡萄糖
PH3-6(暗)
白天:在光下进行光合作用，消耗CO2，pH 增高，淀粉磷酸化酶催化淀粉分解为1-磷酸 葡萄糖，细胞内葡萄糖浓度升高，水势下降，
保卫细胞吸水，气孔张开。
（2）无机离子吸收学说:
光下保卫细胞叶绿体光合磷酸化产生ATP ，H+ATPase分解ATP释放能量，将H+从保卫细胞分泌 到细胞外，使得保卫细胞质膜超极化，质膜K+和Ｃ Ｉ＋内流通道打开， 胞外K+和ＣＩ＋进入保卫细 胞，保卫细胞水势降低，保卫细胞吸水膨胀，引发 气孔开张。
低温降低根系吸水能力的原因 （1）水本身滞性大，流动性减小 （2）原生质粘性大，对水分运动阻力增大 （3）呼吸降低，提供能量少 （4）根系生长缓慢，减少吸水面积
3、土壤溶液浓度
施肥过多产生“烧苗”现象。
第四节 植物的蒸腾作用
• 蒸腾作用及生理意义 • 蒸腾过程及蒸腾机理
一、蒸腾作用及生理意义
1、蒸腾作用（Transpiration）：指植物体 内的水分通过植物的表面以气态的方式 散失到大气中的过程。
4、蒸腾作用的指标
⑴、蒸腾强度（Transpiration rate）：又称蒸 腾速率或蒸腾率，指植物在单位时间内、单位 叶面积上的蒸腾失水量。 ⑵ 、蒸腾效率（Transpiration ratio）：植物每 蒸腾失水1kg通过光合作用形成干物质的克数。 ⑶ 、蒸腾系数（Transpiration coefficient）：植 物通过光合作用形成1g干物质所需要蒸腾失水
1Mpa=10 bar, 1 大气压=1.013 巴 标准状况下，纯水的水势为零
摩尔体积和偏摩尔体积:指在恒温恒压条件 下，往纯水(溶液)中加入1摩尔的水所引起 的体系体积的增量。
如：纯水的摩尔体积是18cm3,将其 加入极大体系的80%乙醇中，最终体系 体积的增量是16cm3，水的偏摩尔体积 是多少？（16cm3）
气孔完全张开时面积一般不超过叶面积 的1%，但通过气孔的蒸腾量却相当于叶片 同样面积自由水面的蒸发量。
经过小孔的扩散速率与孔的周长成正比, 不与面积成正比。此规律叫小孔扩散率。
图1-9 气孔蒸腾中水蒸气扩散途径
4、气孔开闭机理
实质：渗透调节保卫细胞
（1）淀粉-- 糖转化学说：
PH6-7(光)
淀粉+磷酸
溶液
Ψw /Mpa
纯水
0
Hoagland营养液
-0.05
海水
-2.50
1mol·L-1蔗糖
-2.69
1mol·L-1 KCl
-4.50
（4）压力势（Pressure potential） 用Ψp 表示
具有一定刚性的细胞壁对细胞内容物施加 的压力而引起细胞内水势的变化值。
一般情况下，压力势为正值； 初始质壁分离时，压力势为零。
类脂
３、渗透吸水
细胞和土壤溶液构成一个渗透系统
（1）渗透系统（Osmotic system) 用半透膜将两种不同浓度溶液分开 构成渗透系统
植物细胞就是一个渗
透系统
成熟细胞的原生质层 （原生质膜、原生质和液 泡膜）相当于半透膜。
液泡液、原生质层和细 胞外溶液构成了一个渗透 系统。
（2）水势（Water potential) 每偏摩尔体积的水与每摩尔体积纯 水的自由能差。 用ψw表示 单位：大气压、巴(bar )、 兆帕(Mpa)
二、细胞的水势构成：
Ψw=Ψπ + Ψp + Ψg + Ψm
重力势：水分因为重力下移而产生的一种水 分移动趋势.
衬质势：细胞胶体物质如蛋白质、淀粉粒、 纤维素等亲水性和毛细管对自由水束缚而引 起水势降低的值，以负值表示。
三、细胞体积和Ψw、Ψπ、Ψp的关系
①初始质壁分离时，V=1.0，
Ψp= 0， Ψw = Ψs = -2.0MPa
光促进光合作用，促进苹果酸的形成， 促进K+和Cl-吸收等
◇ CO2：叶片内部低的CO2分压可使气孔 张开，高的CO2则使气孔关闭。温度和 光照很可能是通过影响叶内CO2浓度而 间接影响气孔开关的。
◇温度：在一定温度范围内气孔开度一般随 温度的升高而增大。在25℃以上时气孔 开度最大，30-35℃时开度会减小。低
第六节 合理灌溉的生理基础
• 一、作物的需水量 • 二、水分临界期 • 三、农作物的灌溉指标
一、作物的需水量
1、不同作物需水量不同 2、同一作物不同品种需水有差异 3、同一作物不同生育期需要的水量不同
二、水分临界期 植物一生中对水分缺乏最敏感，最易受
到伤害的时期。 花粉母细胞四分体形成期 小麦：①分蘖期 ②幼穗分化期 ③灌浆期 玉米： 开花-乳熟期 豆类： 开花期 棉花： 叶片展开期 果实： 果实增大期
韧皮部 木质部
根毛 表皮
质外体途径 内皮层
凯氏带
皮层 中柱
图1-5 根部吸水的途径
共质体和质外体途径
二、根系吸水的动力
1、根压（Root pressure) ----主动吸水 ２、蒸腾拉力(Transpiration pull)
----被动吸水
（1）伤流现象(Bleeding) （2）吐水现象(Guttation) （３）蒸腾着的植物能通过被麻醉的根吸水 （４）没有根的切条也可以吸水
的克数。
二、蒸腾过程及蒸腾机理
1、气孔的构造、大小和分布 气孔由一对保卫细胞组成。单子叶
植物的保卫细胞呈哑铃形，双子叶植物 的保卫细胞呈半月形。
气孔开关机制 细胞壁中的微纤丝在气孔开关 中的作用。
不同部位细胞壁弹性不同导致 细胞吸水和放水时形状变化的 不均衡，在微纤丝牵拉下气孔 打开。
2、蒸腾过程： 3、小孔扩散律
温下开度减小或关闭。
◇ 叶片含水量：白天剧烈蒸腾时失水过多， 气孔关闭。雨天叶片含水过多，表面细 胞体积膨大，挤压保卫细胞，使气孔关 闭。叶片水势降低时气孔开度减小或关 闭。
◇ 风：大风可能加快蒸腾作用，使保卫细 胞失水过多而促进气孔关闭。微风有利 于气孔开放和蒸腾
◇ 植物激素：细胞分裂素促进气孔开放， 而ABA促进气孔关闭。干旱时根产生的 ABA向上运输到地上部，促进保卫细胞 膜上K+外流通道开启，向外运送的K+量 增加，使保卫细胞水势增大而失水，从 而促进气孔关闭
Chapter 1 Water Relationship in Plant
植物水分代谢 （Water metabolism)： 水分的吸收，运输，蒸腾
第一节 植物对水分的需要 第二节 植物细胞对水分的吸收 第三节 植物根系对水分的吸收 第四节 植物的蒸腾作用 第五节 植物体内水分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
没有水就没有生命 “有收无收在于水”
蛋白质
自由水 束缚水
自由水和束缚水分布示意图
这两种状态水存在的数量或比例多少直接 与代谢强度和植物的抗性有关。
自由水 束缚水
比例大:溶胶状态，代谢旺盛, 生长较快，抗性弱
比例小:凝胶状态，代谢较弱, 生长迟缓，抗性强
2、水的生理作用
①细胞的重要组成成分 ② 代谢过程的反应物质 ③ 各种生理生化反应和物质运输的介质 ④使植物保持固有的姿态 生态作用：
三、农作物的灌溉指标 1、土壤含水量 2、形态指标 3、生理指标