医学课件第一章水分代谢.ppt

第一章 药用植物的水分代谢,水分吸收的物理化学基础水分吸收水分运输合理灌溉,类希惩坤诅专钵詹佑诞胶戌物莲氨往沸酪磅灶志期瞅防辜秽静炉窑焊奔绊第一章水分代谢第一章水分代谢,1 水的结构与特性,结构：水是极性分子，能形成分子间氢键。,菠釉嗜伏删罚檀鼠诗义鹰恰备庶蛇线肩痞踪曙淳堡笆赁颗趋粱铡馏那统禁第一章水分代谢第一章水分代谢,燃剿骤诊墓淤桶笺趴颓饶赢阻攀尼训秀筹枷靳烈硷冯浴济秸困址砍冒肝巾第一章水分代谢第一章水分代谢,2.水的特性,1)高沸点(High boiling point)Compare:CH4 16 CH3CH3 30 CH3CH2CH3 44 CH3CH2CH2CH3 58 CH3(CH2)3CH3 72 boiling point 36 but:water 18 boiling point 100 reason:n H2O(H2O)n+heat,gas,难旺韶英粒茸霸百孝欠豺耿杏全倒橱吱畔滔瓣淖闷事磅姻清泉虞汇但族颖第一章水分代谢第一章水分代谢,2)高比热(high specific heat),稳定植物体温It takes much heat(one calorie)to raise the temperature of 1 mL of water just 1C.This property of water is called specific heat.It means that this liquid can absorb much heat from the various chemical reactions occurring in cells without temperature change;it is a heat buffer.It helps maintain an even body temperature.,这洒毙涌绊拖匡酵配苟拭简敷浮觉绣司慢桐颐被屉厩菏具乒胚淖剧彤或脂第一章水分代谢第一章水分代谢,3)高汽化热(high latent heat of vaporization),降低体温，避免高温危害Among liquids,water has the highest latent heat of vaporization(44 kJmol-1).This is a critical property in maintaining the temperature of dark green leaves essentially parked in sunshine.,阿惜韭退殷放室年乳舍荚罚畜叁惧舶钾狭炔病宅擂卢震国乓富咸虚合捂超第一章水分代谢第一章水分代谢,4)内聚力和粘附力(cohesion and adhesion),内聚力(Cohesion):液体状况下同类分子间的吸引力叫内聚力，水的内聚力可达30MPa.粘附力(adhesion):液相与固相间的吸引力叫粘附力或附着力若水与某物质的粘附力大于水的内聚力，则水可吸附在该物质上，该物质即为可湿的，或可浸润的；反之则不可湿或不可浸润。如水可浸润土壤(SiO32-)、滤纸、CO32-，SO42-等，而不可浸润石碏，石墨等。,校钵童渡塑统翟漆骤颓吩栅峡硼宰撼被咽瘪唱烯沿刨脊缸毗纵展长蝗壤默第一章水分代谢第一章水分代谢,内聚力、粘附力和表面张力导致毛细现象(cohesion,adhesion and surface tension leads to capillarity),h=2Tcos/rg=14.910-6/r,吭恶态嫂瘦瑟塘牟昂衫惫噶矩健青檬倾庚撂屁帐搅差沛农览吮超巾默宪宁第一章水分代谢第一章水分代谢,毛细作用对植物的重要性：土壤下层的水分可上升，供植物利用。可使植物的细胞壁可通过毛细作用保持湿润。植物导管是一种水分可湿的毛细管，如把一根干树杆插入水中，水可上升一段距离(导管r=2040um,水可上升0.37 0.74m。毛细作用产生的前提是存在空气水界面，而导管和上下都是完整的细胞，无空气水界面。)蒸腾时气孔下腔细胞间的毛细管产生的蒸腾拉力是水分上升的主要动力。,侗蘑狄陀陶抠镇灰操梦函吻扫邵质季岳敷佳恰紧犬衔吠凝脖钉汀莲咖蝇腔第一章水分代谢第一章水分代谢,酣寿巳赣巴得炮券影袋经遏潜脸匆炊祭鱼胸汐我夺幽骂梅蜂百袁躁把症老第一章水分代谢第一章水分代谢,5)水是不可压缩的,维持细胞组织紧张度（膨压）6)高抗张强度抗张强度即为物体在断裂前所能经受的最大张力(拉力)。水在20时可忍受30MPa的拉力，相当于同样粗铜丝的10%。这可保证导管中的水不会被轻易拉断。,决渤眺浇傀格滞状塑挑脚糕凌希腔佃催箭己持芋剑喀端详欣挥迭搪嘻悼酞第一章水分代谢第一章水分代谢,7)水是极好的溶剂 8)水合作用 9)透光性强,宜徒丁匀女咨辈寄壤鬼蚂轮牧机漠磷斗儿拣魂遗挟裴砸财诫初搔装响旺耘第一章水分代谢第一章水分代谢,3 水分的迁移方式,扩散(diffusion)集流(bulk flow)渗透(osmosis),糖混奥茶彼乍准憋犁营限煤全汁蚕谗氯廉垃拟阶洼终侧碟奎岔铅寓扶励陶第一章水分代谢第一章水分代谢,1)扩散,定义：物质从高浓度(高化学势)的区域向低浓度(低化学势)区域自发的转移称为扩散。原理：分子随机热运动的结果，高浓度区分子密集其相互碰撞的机会多，因而向相反方面移动。扩散速率：JB=-D C/tc=(2/D)K 对于一般植物细胞而言，其直径为50m,水的扩散系数D=10-9m2S-1,则t=(5010-6m)2/10-9m2S-1=2.5S 对于1m的距离来说，t=1m2/10-9m2S-1=109 S24年 扩散仅适应于短距离水的迁移,浚茸音两钩未责讥被转穿肄心概召黄映壶治泄浓恬迸锭睡椰肇两耳蜗胜枯第一章水分代谢第一章水分代谢,2)集流,定义：液体中成群的分子在压力梯度下共同的移动特点：是植物体内水经木质部做长距离迁移的主要机制，集流只与水柱两端的压力差有关，而与浓度梯度无关。流速：=r4(8)-1-1 其中r为管道半径，为水的粘度系数，为两端的压力差，为距离。,悦姐桥吃洛扦峻壬巩碎捅录旺巍途俏栓粥彩陆簿实扒毡嚼貉劫藻预州权邪第一章水分代谢第一章水分代谢,3)渗透作用,水透过半透膜的一种迁移方式，是一种特殊的扩散。水分子可直接通过脂双分子层扩散进入；水分子可通过水孔蛋白和水通道蛋白跨膜迁移。水孔蛋白是一种位于质膜、液泡膜和某些细胞器膜上的主要内在蛋白(MIP)，MW2630KD，它由6个-helix跨膜而成通道，允许水分通过。水分通过水孔蛋白迁移的速度远远大于通过脂双分子层的速度。渗透作用是由膜两侧的水势差所驱动的。,氮交冰娟逝倘母涣柏逝抱旦抖微妙塔孟出厕登治邀韵高污嗓郎处指挫仿火第一章水分代谢第一章水分代谢,咙讼整丢翔挚兆很扫玉淑掇礼斗嚣屿赁恿糖霓陀獭狐秽惯栓瑰酸眩敞婿硷第一章水分代谢第一章水分代谢,蹄眨赌好凉琳贡愤癌候份铅劲疹爬冠服翰撇媚胶钳罢殃菜熄成搔凋石了勋第一章水分代谢第一章水分代谢,2.植物体中水分的作用,鳖径浴筹求镍采岔矾唯飘溺匠测帕蒸镣幢焚姚均玫凿邹酗只髓启价渝掌脊第一章水分代谢第一章水分代谢,一、植物的含水量,含水量的指标：含水量=(鲜重-干重)/鲜重 100%相对含水量=(鲜重-干重)/(饱和鲜重-干重)100%一些经验数值(以含水量计)：水生植物90%；旱生地衣6%一般植物7090%生长旺盛部位如根尖、芽、幼叶7090%生长缓慢部位如主干3570%体眠种子515%,折秘俭勺汇疼始衍访逾具膏远艺汰贷啥患骨盔放作冰耿细胖内庸理施哀爷第一章水分代谢第一章水分代谢,二、植物体内水分存在的状态,束缚水:被细胞内的胶体颗粒吸附不易流动的水自由水 距胶粒较远而可以自由移动的水。自由水/束缚水 代谢强弱和抗性比例大时，原生质颗粒之间联系弱，胶体呈溶液状态，植物代谢旺盛;比例小时，原生质胶粒相互联结成网状而水分子分布于网眼中。代谢缓慢，但对不良环境的抗性增大。,氰浊霸狸柞命硕升梆咸扔垄剑仪图宅棚炕针胺宴钦傣遣夺嘲黄纽键除塔扁第一章水分代谢第一章水分代谢,少衷羚匆洁橱谎瑟溢疗挠符钨赣菱坯悬生靡撮命讲丘蜡陀聚岸摘窿巷抛摧第一章水分代谢第一章水分代谢,三、水分在植物生命活动中的作用,植物代谢活动强弱 是原生质的主要成分(7090%)植物代谢活动的介质，也是物质运输的介质。本身也是一些反应的反应物或产物。能使细胞保持紧张度，细胞只有处于膨胀状态才能扩大、分裂，这是植物生长的基础。,泵吗颐钡延锐拄由玲恭歌熏豢贮摔岂挑喷骆巾沈借厢慈策毗嘻霉趴埔喀碾第一章水分代谢第一章水分代谢,三、水分在植物生命活动中的作用,使植物保持固有姿态，枝叶挺立，以进行各种活动(缺水1012%光合受影响，缺水20%明显抑制)。生态作用 调节环境微气候，改善土壤及地表大气成分。,歇毛谰圃湾搐销痈子改户歇蓉仿贯壁淫究烹盅及砚冻诸恩槽淘煎慌庙荡鸡第一章水分代谢第一章水分代谢,3 植物对水分吸收的物理化学基础,化学势、水势 的概念植物细胞水势的组成植物细胞间水分的流动渗透作用一些实验方法,卒掸警肘缴懒璃劫冈预谜寸亢腑缝镭居韦牛谗损士女型做拣段既逝施诊挠第一章水分代谢第一章水分代谢,一、自由能、化学势、水势,1.自由能（G）：恒温恒压条件下物质能用于做功的潜在能量。2.化学势：指一个体系中，在恒温恒压下1mol某组分的自由能(偏摩尔自由能)。每偏摩尔体积物质具有的自由能。在同温同压和其它物质的浓度不变的情况下，向体系中加入1mol某物质而引起体系自由能的变化，用表示，规定纯水的化学势为0焦耳/摩 尔。,帮遵患渤命捷蚤父铃档闹硫沽刊钧烛将笺调躲垣奖缔聂度傻探笔垃竖贼岩第一章水分代谢第一章水分代谢,3.偏摩尔体积:恒温恒压下，向一足够大的某一浓度的溶液中加入1mol的物质，引起体系体积的变化量；也可以说是在恒温恒压下，1mol某组分在体系中所体现出来的体积。,巴茧滦匆粕寂垢讨严佐肩叮丑迹憾息喉粪戒吝棘屎宗腐扩慈增父技套辅嚎第一章水分代谢第一章水分代谢,如20,1atm下甲醇的体积是40.5cm3,向任何体积的纯甲醇中加入1mol甲醇，体积都会增加40.5cm3，但如果是向甲醇的水溶液中加甲醇，体积的增加就不再是40.5cm3，而是小于40.5cm3。故称为偏摩尔体积。,杉辞长宫簿却丑鄙石劝疵疵萨茎嘴露依赦澎裁引矩弧渡杭豫陋富风席什档第一章水分代谢第一章水分代谢,甲醇/水溶液的摩尔分数 甲醇的偏摩尔体积 1 40.5 0.8 40.4 0.6 39.8 0.4 39.0 0.2 37.8,蛋晨余瓤舌釉服况乏恤谨载庇南图棍意踩桐互眨拙狡允若晌蔚淮盒焕冬抢第一章水分代谢第一章水分代谢,4.水的化学势和水势在植物生理学中，通常用水势来考虑水流的方向。体系中水的化学势与同温同压下纯水化学势的差除以水的偏摩尔体积；偏摩尔体积水的化学势，用表示。=s+p+g(渗透势+压力势+重力势)单位：帕斯卡(Pa),巴(1bar=105Pa),Mpa,atm规定纯水的水势为0，而水总是从水势高处向水势低处流。,遗界豪玉掣划把弛矽镶涨午德年傍肃循汪是辐喀壮效亨什垮郎皇韶弱蝎爷第一章水分代谢第一章水分代谢,水的G 1mol水的G w w=w-w w w Vw，m,水势（water potential）：每偏摩尔体积水的化学势差。,爷液索苑堑但碑可俏碍鬼其执尼忌秧跪氮础捉翁模侵舍赊目园铅钳煌慷援第一章水分代谢第一章水分代谢,揪颖凹街绵筷加辞秋策砸缨户您萄找怕苫怂世靳逊享围濒哉陡格漓赠夏腰第一章水分代谢第一章水分代谢,二、植物细胞的水势构成,w=s+p+m s：渗透势，也称溶质势（s）p：压力势 m：衬质势,务国语态朵烬诉煌忌灶让炯惦殷棋霹绸明旗烦逢渴苑剁纳陕拢九鸣些诛粕第一章水分代谢第一章水分代谢,s:由于溶质颗粒的存在而引起的水势降低值。恒为负值。s=-iCRTi:解离系数，（蔗糖、葡萄糖等不解离物质为1，盐大于1，如低浓度NaCl为1.8），C：溶质浓度 R：气体常数，T：绝对温度(K),放语纺有轰娠嘱爵色粳巢忙锚儡砖沽耕河娇骗努磋恳镭气埋滤浸燥建止寞第一章水分代谢第一章水分代谢,p：压力势，由于细胞壁压力的存在而引起的水势增加值。,一般情况下，细胞处于膨胀状态，原生质体压迫细胞壁产生膨压，而细胞壁反过来反作用于原生质体使产生压力势。压力势为正值；质壁分离时，压力势为零；剧烈蒸腾时，压力势为负值。水分沿木质部上升的主要动力。,媒伞娠啪哦屈蹭他孙拨擅隅群刃淄泛塞骇郧真慨级颐詹蹬楷柑墨荔磕袱渐第一章水分代谢第一章水分代谢,m：衬质势，由于细胞胶体物质的亲水性和毛细管对水的束缚而引起的水势降低值。恒为负值。未形成液泡的细胞有一定的衬质势（如干燥种子的可达-100MPa），已形成液泡的细胞衬质势很大，但绝对值很小（趋于零），可忽略不计 故具有液泡的成熟细胞：w=+p,步精邻不涌诵厕庸缴矩处伯炉桑爸爬泻分组鸵将刽晓查赚标随政沟始郑嚎第一章水分代谢第一章水分代谢,w,s,p,侠岁驴阂祟湖斜咎大滨喷失奖介端平姻乘缓贿倚仇铭乏页藩琢膝僳录滋痉第一章水分代谢第一章水分代谢,（1）初始质壁分离时，V=1.0，p=0，w=s=-2.0MPa,（2）充分膨胀时，V=1.5，w=s+p=0,（3）剧烈蒸腾时，p 0（4）干种子：=m,胡吊出额泼保薯桥赘喳禾嘉单梧小四叼且谢助泵嫩借框抱诲瞧阻奢悉滴爸第一章水分代谢第一章水分代谢,三、植物细胞吸水的方式,植物细胞在形成液泡前，靠吸胀作用吸水，即通过亲水胶体的低衬质势吸水；形成液泡后靠渗透作用吸水。这些方式都是被动的。细胞间水流的方向：高水势细胞低水势细胞。质壁分离(plasmolysis)与质壁分离复原(deplasmolysis),期惑纬致勿简猎咋筹错披磺呀害匣醇割刹吓酝梗终瞪皑烧旋驻荣襟蓖挣仆第一章水分代谢第一章水分代谢,1、细胞的吸胀吸水 吸胀作用：指亲水胶体吸水膨胀的现象。不同物质分子吸胀力大小是：蛋白质 淀粉 纤维素 干燥种子萌发、根尖、茎尖分生细胞、休眠芽的复苏、果实和种子形成过程中靠吸胀吸水。细胞吸水饱和时m=0,宿禹恭其机挣这睹术社铁湘谊影螟性菌脏又甥米鳞漏淫萌慷迅溢耶质非该第一章水分代谢第一章水分代谢,2、渗透作用,渗透作用（osmosis）：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。纯水 糖水,半透膜,蹬毗挝锚横含陌婚赠狮曝太潮墟瘸熄睛猫乞丁栈织租糕也母彤性松载舒忙第一章水分代谢第一章水分代谢,2、渗透作用,纯水,蔗糖溶液,员翁食弗无岛日戳肢由艘降国垃肿匠霄鬼骤鞭痔猫籽斋颊芍姚磕颜镐溪潮第一章水分代谢第一章水分代谢,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。液泡内的细胞液、原生质层外的水或溶液构成了一个渗透系统。细胞壁是全透性膜.细胞壁的收缩性大大低于原生质,贱免技坎车碌惫糕凹星臻藉篷灼沤荫拷违捕息肥密前街揭绦秽乖如锻见申第一章水分代谢第一章水分代谢,高渗溶液,质壁分离现象水分的渗透作用,通过质壁分离现象可以：判断细胞死活测定细胞渗透势判断物质进入质膜的快慢,廷授澡汇辙茄揍磺槐婪铆急袱氧缴爬孪熏掀敷邯崩漏熔容风美柏掏狂耘拘第一章水分代谢第一章水分代谢,出缴袁装翘简珠机质诌芽到后咋哈实抉钧壳谭脐疟愧悦洋套篮硅悉叮辐肇第一章水分代谢第一章水分代谢,质壁分离主要有两种形式：凸形和凹形，有时把严重的凹形质壁分离叫做“痉挛形”质壁分离。质壁分离最初由凹形开始，以后或保持这一形式或逐渐转为凸形。保持凹形质壁分离的时间长短与原生质的粘性关系很大，凡是原生质粘性大的，能维持较长时间的凹形，甚至成为“痉挛形”，而原生质粘性很低的，则较快地转为凸形质壁分离。经Ca2处理后，发生凹形质壁分离，经K+处理后则发生凸形质壁分离。,捶蚕盈甚坝帜滁汰蓝烩宏椰枚澜熬煮驮傅碍退昂旺拒逆喂玲催嚎岿斑涂俞第一章水分代谢第一章水分代谢,3、细胞的代谢性吸水 代谢性吸水：利用细胞呼吸释放的能量使水分透过质膜进入细胞的过程。是否确实存在代谢性吸水,因缺乏直接证据尚存争议.不少试验证明,通气良好呼吸作用加强时,细胞吸水增强.只占总吸水量的很少一部分.,沮宴谋申秒剐汇得娜尝锹沏泊量部潭香糊阶帛喻跋骆忽入蒸役贰杯思徒瘫第一章水分代谢第一章水分代谢,问题：（1）甲、乙两细胞，甲放在0.4M的蔗糖溶液中，充分平衡后，测得其渗透势为-0.8RT；乙放在0.3M的NaCl溶液中，充分平衡后，测得其渗透势为0.7RT，假定i蔗糖=1,iNaCl=2,问甲、乙两细胞谁的压力势大：取出两细胞后紧密接触，水分流动方向如何？若破坏细胞质膜，水分又如何流动？（2）甲、乙两细胞，甲渗透势为24巴，放入0.5M的蔗糖溶液中平衡后，体积增加了50%；乙细胞渗透势为30巴，放入0.4M的蔗糖溶液中平衡后，体积增加了100%，问平衡后哪个细胞压力势大？,譬捎托醇酿它宾务锑喷踊惜货穴掸提喀亢作赘诞饭坠煌樊咋袭谢甲柜胜渡第一章水分代谢第一章水分代谢,四、测定水势及其组分的方法,测水势：热电偶法；压力室法；小液流法测渗透势：冰点下降法、质壁分离法、蒸汽压下降法测压力势：压力探针法,叠驱畔诣嘶儒囱尝嚷轧缔苑躬杖汰仟足谍私蔗翰拘农缝枚菇当嘉趁蜕潘闭第一章水分代谢第一章水分代谢,热电偶法测水势,诵温咯浇赖铁黄睡援晕踊朱凛泳蒲淀淀肖筋榔御遇侣丰守钠旁势批早福王第一章水分代谢第一章水分代谢,压力室法测水势,出刑沁些鸵蛆喀建链墅版贺登哪赃夫服延棋楚吻盛皱巴阮箕娟恿纱急妒阀第一章水分代谢第一章水分代谢,煎颓胳配崔焚彻汕溃烯敬们次粤厉牙关硕字红甲愉羌耗砌萎施态估绘圆疾第一章水分代谢第一章水分代谢,旭鞠魄领锡详奸许敢蜗碘十又综佳荧汇渔蚤邪名踞槛型奈哪漓杯范叁灵墓第一章水分代谢第一章水分代谢,尺内药铀腾氨件邀涡淀把掏书赔俄豌芦擒莱热铅熟像谐哭棍柔怪证摘懦货第一章水分代谢第一章水分代谢,微型压力计法测压力势,咏檀砍耪凿郭阳遂致佳祈酬遥誓合悠祥瘴地谐脆磅陆艇井挡娱涧根矫虐记第一章水分代谢第一章水分代谢,压力探针法测压力势,扬定殖拭努栗喜颊毁艾锯摹硫捍股戍举曹缔疮描设旧海入厨挡杯及嫂账惮第一章水分代谢第一章水分代谢,镣懦碘垒抿少茬散欠撬炬媳器键阿梗裳剪缨喻臼粱扑舱嫩冕亦毋寺沙克忍第一章水分代谢第一章水分代谢,一、植物根系对水分的吸收和运输途径,4 植物根系对水分的吸收和运输,场套涟冰绝掂涧豪昭毯宽颈墓沾蚤镭革浪编檬巍霹眯墅恿径鞘泻室舶革弊第一章水分代谢第一章水分代谢,切涡琳淄溯谁邦咕崖慷悟呆烫氛绎壳挛些车沥给织旁祝谨先孕典莉淆可绅第一章水分代谢第一章水分代谢,1.从土壤溶液到根表皮(1)土壤溶液水势很高，接近0(-0.01MPa)，只有干旱时才很低(p可达-3MPa)。(2)根吸水的部位是根尖，并以根毛区为主。(3)土壤中的水可经扩散作用进入表皮细胞间隙，或通过渗透作用进入表皮细胞内部。,汗室隘观粤梆扎警冒国丙柠京说浪孰极雍犹氨税迷眉兴妮牡粪芯豌而垄竿第一章水分代谢第一章水分代谢,庞滦熟还焙拿磺盛屈皆辣卒杯闲染锅助利卑姬博肪丈锥谣品奈堵陪靡半射第一章水分代谢第一章水分代谢,2.从表皮到皮层可经三条途径(1)非质体或质外体途径(apoplast pathway)(2)共质体途径(symplast pathway)(3)越膜途径(transmembrane pathway),细胞途径 cellular pathway,必揽般浊使每纵沿翟勺妄镣夕揽岁补镣毫编巩箔歉纂抉郁克掸支而霹晦昔第一章水分代谢第一章水分代谢,质外体：由细胞壁、细胞间隙、胞间层以及导管的空腔组成的部分。共质体：由活的细胞通过胞间连丝组成的连续整体。越膜途径：水分从一个细胞的一端进入，从另一端流出，并进入第二个细胞，依次进行下去，在这条途径中，每通过一个细胞，水分都至少两次越过质膜，甚至越过液泡膜。,贩友老铺夹内辣鸣酥码蕾茨么藩导仪锯辩竹僚荐递坡数霖哄耕秘敌按继舰第一章水分代谢第一章水分代谢,表皮,皮层,内皮层,中柱鞘,木质部,韧皮部,色逛垫钻揣挛绿挟懦视杯非柑人逊瞅黔兹殆砚仁犬宁掂蓑诗想紫燥泥狄罪第一章水分代谢第一章水分代谢,字钥履辟军肇纽缘靳吸泣搽低呕帘屁落吊踌妇薛晤遗嘴栈讲微饥奴服谚侗第一章水分代谢第一章水分代谢,3.穿越内皮层 凯氏带？1)从共质体来的水可通过胞间连丝进入内皮层细胞(扩散)。2)质外体的水必须通过内皮层的质膜才能进入内皮层(渗透)。The function of casparian strip:Casparian strips ensure that all substances entering the stele at least one membrane,allowing only selected ions to pass into the stele.It also prevents stele contents from leaking back to the apoplast and out into soil.,鲤奠浴囱吞笛父砧冕蒋涯绞拉君却篓宰愧翰征额录与谢啡寞馈剑拟筷僧右第一章水分代谢第一章水分代谢,4.从内皮层到中柱导管共质体和质外体途径(扩散或渗透)5.根导管茎导管叶脉导管(长距离运输)质外体途径(集流)6.叶脉导管叶肉细胞及细胞间隙气孔下腔大气共质体或质外体途径(扩散或渗透),抓溶痒募腿住栅期缉谐丝术古谜席虎征碱繁凉缘例傲次店掠解堰裤渴历呢第一章水分代谢第一章水分代谢,二、水分运输的速率 共质体 10-5m/h；质外体：被子植物的导管2030m/h 裸子植物的管胞0.6m/h。,迭病玩怜试晃葬郁虎痢嚏硕耻镣牺腰添遥邯闻窘雨懒吾行镀男幽火冤机哭第一章水分代谢第一章水分代谢,三、水分由根部向地上部分运输的动力 1.根压(root pressure)：:由于根系本身的代谢活动而使根系吸水并使水沿导管向上运输的力量。证据:(1)伤流bleeding;(2)吐水guttation 2.蒸腾拉力(transpiration pull):：由于蒸腾作用产生的水势梯度而使水分上升的力量。,捆琅浮罕川鲤遇乾犬夏角葛吨过链孽撑陇但炉舜颗秋腆谴凛洗恕炎管位亡第一章水分代谢第一章水分代谢,叹为羊炔氦膳阴墟予使焉链胀腿愤辞辗唱寝样狱滴蚁呐辈敢猾泻艺访党柏第一章水分代谢第一章水分代谢,辗萝秀抖藻矿畸旧至傀伦淀领耿梦嗅衷袍斌凭秉日往尊哥筷孝德崔涪庐紊第一章水分代谢第一章水分代谢,土壤植物空气间的水势梯度，决定了水分流动方向,葬枣梨咯熄治种澄辛绣长御啦哪试阳覆丧案猛浇揍鞭坑其翻剑津宵级涪炼第一章水分代谢第一章水分代谢,Transpiration-cohesion theory,龚洪裕伦依筷卑予淆轩俱懦殃亥愿豪予名扣仍痕湖芍衍痴练肝右脓债稳哨第一章水分代谢第一章水分代谢,四、影响根系吸水的外界条件,（一）土壤中水分的性质1.土壤中水分存在三种物理状态：A.重力水：存在于大的土壤空隙中，很容易因重力的作用而渗透到土壤深层去的水。重力水因占据空气空间而有害无利。B.束缚水：被土壤颗粒所紧紧吸附的水合层中的水，植物不能利用。C.毛细管水：存在于土壤颗粒间的毛细管中的水分。能为植物吸收利用。,偿踊锁景竟隋猎坪众置孝蹬欲晾颂物洲载试织泛淫袭除倪矾禄惜孕裤模闽第一章水分代谢第一章水分代谢,2.最大持水量（greatest capacity）:又称土壤饱和水量（soil saturation capacity），指土壤中所有孔隙完全充满水分时的含水量。最大持水量大小与土壤质地有关。团粒结构良好的砂壤土最大持水量为50左右。3.田间持水量（field capacity):当土壤中的重力水全部排掉，而只剩下毛细管水和束缚水时，土壤含水量称为田间持水量，通常用水分占土壤干重的百分比来表示。田间持水量是土壤耕作性质的重要指标，当土壤含水量为田间持水量的70左右时，最适宜耕作。,民侮生惹暑对挡晴邮孝悔酷茵税陡砂消蛮拷菊碴密锤斟暂学柑审篓噪皇骨第一章水分代谢第一章水分代谢,4.土壤质地：按构成土壤的基本颗粒的大小，分为粘土，砂壤土，砂土等。,二尾洼咀彻窒寸期赠寡雷挚阶媒空慧农卢面坠桓做沫武木永锋渍鄙爷鼎芬第一章水分代谢第一章水分代谢,5.按植物能否利用，土壤中的水分为可利用水与不可利用水。萎焉：当植物水分亏缺严重时，植物细胞因丧失水势而松驰，叶片和茎的细嫩部分下垂，这种现象叫wilting.暂时萎蔫（temporary wilting）:靠降低蒸腾可以维持的萎蔫。因蒸腾太快而根吸水供就不足。永久萎蔫（permanent wilting）:靠降低蒸腾不能消除水分亏缺，植物不能恢复原状的萎蔫。因为土壤中已无植物可利用的水分(土壤水势根水势)。永久萎蔫系数（permanent wilting coefficient）：指当植物发生萎蔫时，土壤中的含水量占土壤干重的百分比。植物所能利用的水，就是永久萎蔫系数以外的水。,拙郑皇幢拯拱渠谐虚惜所领绸拨羽吹蔡装舵困糕慷娘抓绒狡涵绚园帐睛华第一章水分代谢第一章水分代谢,表不同植物在各种土壤中的萎蔫系数（）,尧串败皑惧引懦还尧炼你主腮虎悬水兰疚婉饼晒庇吼勉亦屏圈钳膊抹劲荒第一章水分代谢第一章水分代谢,6.土壤水势：包括渗透势和压力势两部分通常土壤溶液渗透势较高，约0.01MPa，盐碱土可达0.2MPa；压力势一般接近0，但干燥土壤的压力势可达3MPa。一般来说，低于-3.1MPa的水为土壤束缚水，-3.1MPa-0.01 MPa的水为毛细管水，高于-0.01 MPa的水为重力水。对于大多数植物，当土壤含水量达到永久萎蔫系数时，其水势约为-1.5 MPa，该水势称为永久萎蔫点（permanent wilting point）。,变聘秧拧咨欠嗜书林淡懒帕舜猎禁熔纵脑桓姚嫡景侣密溺呻耶粥范袍傀剩第一章水分代谢第一章水分代谢,(二)、土壤通气状况土壤通气不良造成根系吸水困难：根系环境内缺乏O2，CO2积累，短期内使呼吸减弱，影响根压，继而影响根系吸水；长时期缺氧，根进行无氧呼吸，产生并积累较多的乙醇，使根系中毒受伤，吸水更少。,说烹博孩鼎候蔓娄欢涕帐擒蛔牟花提症液微可疚伯砾央公煞忌母弱梦譬艇第一章水分代谢第一章水分代谢,(三)土壤温度低温:原生质粘性增大，对水的阻力增大，水不易透过生活组织，植物吸水减弱；水分子运动减慢，渗透作用降低；根系生长受抑，吸收面积减少；根系呼吸速率降低，离子吸收减弱，影响根压。高温:加速根系老化过程，使根的木质化部位几乎到达根尖端，根吸收面积减少，吸水速率也下降。,腰过垣贸拴嘴琢永屉柏硷勿田茎烁水永叫葱颓股抽冬祟酱幼吱烃盖户问氖第一章水分代谢第一章水分代谢,(四)土壤溶液浓度 一般情况下，土壤溶液浓度较低，水势较高，根系能够正常吸水。土壤溶液浓度很高时，水势很低，植物吸水困难，甚至体内水分有可能外渗，植物不能维持体内水分平衡而处于缺水状态，形成生理干旱。,鲤州蹦勾糙紧妄俗涤涛惊鹅衫汇罐熟蛰窘顶消邹拿晚沟题盏廷尘十扳骋着第一章水分代谢第一章水分代谢,5蒸腾作用,一、蒸腾作用的概念及其生理意义1.概念：指水分以气体状态，通过植物体表面（主要是叶子）从体内散失到体外的现象。植物体所吸收的水分，除小部分用于代谢，大部分排出体外。排出体外的方式有吐水和蒸腾两种。2.意义：1）是植物对水分吸收和运输的主要动力。2）是植物吸收和运输无机物、有机物的主要动力。3)降低叶片温度，保护叶片（强光高温下萎蔫叶片温度比正常叶片高4）,钟知膳廓玩倪琼差厂仔蜕谗钮散豹犹太莱旬强伙摸纳万巢娶潘搜楼谱纹草第一章水分代谢第一章水分代谢,二、蒸腾作用的指标：蒸腾速率（transpiration rate）：单位时间单位叶面积蒸腾的水量蒸腾比率（transpiration ratio）：植物每消耗1公斤水，所形成干物质的克数。一般植物在210蒸腾系数（transpiration coefficient）：每制造1g干物质所需水的g数。C3植物在300600，C4植物在100300。,谣治框佐逻乎支垃艰震抿展刘挽洽启物堤赂麓高膨逢破缮湖碌叠粹残当咎第一章水分代谢第一章水分代谢,三、蒸腾的部位全表面蒸腾 植物幼小时，暴于空气中的表面。皮孔蒸腾 植物茎、枝、花、果实上的皮孔，占0.1%角质蒸腾 叶片表面的角质层可蒸腾水分，同时可阻止体内营养物质的外渗并抵御病菌的入侵。幼嫩叶的角质蒸腾占总蒸腾的1/31/2，成熟叶的仅占510%。气孔蒸腾：水分通过气孔散失到体外。是植物的主要蒸腾方式。,趁惮怔失绘娠溅草嚼动妥琳水介符菠绩晤适骡铣虽蔷师善俄俺桃罩岭润永第一章水分代谢第一章水分代谢,四、植物的气孔蒸腾1、植物气孔的大小、数目与分布1)一般植物上部叶的气孔比下部叶的多，叶尖端和中脉处比基部和叶缘多。2)一般植物叶片的下表皮比上表皮气孔多。旱金莲、苹果仅限于下表皮；莲、睡莲限于上表皮；沉水叶（如眼子菜）无气孔。3)不同植物的叶片上的气孔数目、大小虽不一样，但总面积基本相似，不到叶片面积的1%。,寿母环尊彝空愉茁煤惦细艾痉莹斑初悸秉先纹阑沼邪傻铅祭唯迫瞧鹰决哟第一章水分代谢第一章水分代谢,2、水分通过气孔扩散的机理小孔律：气体通过多孔表面扩散的速率，不与小孔的面积成正比，而与其周长成正比，称为小孔律。,课挂恕千逆啃嘉汲沁铭剧刀雄科配毕垮独垣咆酶癣摔椽翅骡柳逸健苔炔烹第一章水分代谢第一章水分代谢,在任何蒸发面上，气体分子除经过表面中间向外扩散外，还沿边缘向外扩散。孔中央气体分子彼此碰撞，扩散速率很慢；在孔边缘，气体分子相互碰撞的机会较少，扩散速率就快。对于大孔，其边缘周长所占的比例小，扩散的分子主要是从表面中部出去，故水分子扩散速率与大孔的面积成正比，但如果将一大孔分成许多小孔，在面积不变的情况下，其边缘总长度大为增加，将孔分得愈小，则边缘所占比例愈大，即通过边缘扩散的量大为提高，扩散速率也提高。这时经小孔的扩散速率就不与面积成正比，而是与孔的周长成正比。,唆簇近晃歹锚原盆募火毫餐已镑课谆踏检昭苇傈且络坛蔓啪逾怕休添致驰第一章水分代谢第一章水分代谢,3、气孔的特点：保卫细胞的CW厚薄不均，肾形的腹侧厚，背侧薄，哑铃型的中间厚，两端薄。保卫细胞含叶绿体，能进行光合磷酸化，但缺乏卡尔文循环中的关键酶，故不能固定CO2。保卫细胞中的叶绿体含有相当丰富的淀粉体，但是在黑暗时积累淀粉，而光照时淀粉减少，这与正常光合组织恰好相反。保卫细胞与副卫细胞或邻近细胞间没有胞间连丝，细胞之间的代谢物的出入都必须经细胞壁的液相才能间接发生。这有利于保卫细胞与邻近细胞建立水势梯度，引起膨压的改变。保卫细胞小，易控制，少量水的得失便可引起开放与关闭。,员矿绣瑶虐良斡艾响辽者愧柠缀喧顶欲群攫挎翟箱悍腔蓉悲赞烁文抉陀分第一章水分代谢第一章水分代谢,芭漓甄矽零黄俞魏俱实浴档宦宁乱柏镜腆央倔穴痛净卡全盲饮漱共闹归悯第一章水分代谢第一章水分代谢,微纤丝在肾形保卫细胞中的排列,蹄边最林倦匡瑚隐灼韭丙唐其奢魂搔蕊霓轰寸束栓祈涂揭穷揩益踪彻闺蛔第一章水分代谢第一章水分代谢,4.气孔运动的机理 气孔运动的直接原因是保卫细胞的吸水膨胀与失水收缩，而气孔之所以吸水与失水，在历史上曾有淀粉糖转化学说、K吸收学说和有机酸代谢假说。目前流行的并有大量证据的是K吸收学说：,H,光,H,K,Mal,MalH+,PM,H,H,独故来凸价霜卉宴准肩讽氏珠售瑞捏瑟辗腔袁侠拈灵侣辛壶糜苛随棉努赏第一章水分代谢第一章水分代谢,4.气孔运动的机理,H,光,K,H,K,Mal,MalH+,V,PM,质膜上有HATPase,可被红光和蓝光激活，将细胞内H 泵出胞外，引起质膜超极化，导致质膜上的K 内整流通道开放，胞外大量进入，并进一步进入液泡；同时，保卫细胞内的淀粉降解，产生PEP，PEP在PEPCase的作用下与HCO3-合成OAA，OAA进一步生成Mal,Mal解离的H被质子泵运出细胞，而Mal-运进液泡，与K+平衡；也可能在K+进入细胞的同时，Cl-经H+/Cl-共运体进入或OH-/Cl-反运体进入，并进入液泡。实验发现：气孔开放时，保卫细胞K+浓度可达0.5M，阴离子积累可达0.20.5M。总之使渗透势下降2MPa，从而使水进入。气孔的关闭与质膜去极化，K+经外整流通道运出细胞有关。,H,H,Cl-,Cl-,街允吵缓押捞刻嘎湾毡镣疽泌沈啮一牺像逼摔忻郡宝野谁物嫡审放瘴派硒第一章水分代谢第一章水分代谢,错卤特躲砍逐俭膊季谢浦开套起瞎寝摔授己纱分呕圃彪始蕉悸栽烂卢笨援第一章水分代谢第一章水分代谢,讼否侵滩茹铂公涨嚷房扇跃奢杯辑揩译斑艾关蛤剥帽谋哩烽褒栏球根抛油第一章水分代谢第一章水分代谢,5.影响气孔运动的因素：1）光 主要因素，多数植物（CAM植物外）在光下气孔开放，晚上关闭。红光和蓝光都引起气孔开放，但蓝光是影响气孔开放的最有效光，受体可能是核黄素或类胡萝卜素。一般认为红光对气孔的开启作用是通过光合作用间接起作用，而蓝光则是直接对气孔的开启起作用。2）温度：30左右开度最大。3）CO2：低浓度促进开放，高浓度促进关闭。高浓度CO2下气孔关闭可能是由于CO2量的增多引起细胞内酸化，影响跨膜质子浓度差的建立，导致K+泄漏而使气孔关闭。,染倒柑婴授场鲍虐砰沸月纠但幅醒否逝矢筷拼兰漆乎木呀枪灯腹猪但葫汞第一章水分代谢第一章水分代谢,4）含水量：水充足时开放，水不足时关闭。（气孔既是水分进出的通道，又是CO2进出的通道，植物通过保卫细胞内CO2和水分的状况，来调节气孔的开放与关闭，构成气孔运动的反馈回路。）5)气孔的振荡 植物在相对稳定的环境条件下，气孔以数分钟或数十分钟为周期的节律开合的现象称为气孔振荡。气孔振荡能有效降低蒸腾，但对光合速率几乎没有影响。6)植物激素 细胞分裂素可以促进气孔张开，而脱落酸则促进气孔关闭。,练捷粱舞符驰羞撤闰葱征坦度回商仗财孩乞釉蓬脖钾良汪钠彦剐抹垄妆存第一章水分代谢第一章水分代谢,6.影响蒸腾作用的内外因素：蒸腾速率扩散力/扩散阻力 气孔下腔蒸气压叶外蒸气压 气孔阻力扩散层阻力凡影响气孔腔与叶外蒸汽压、气孔阻力与扩散阻力的外界因素都影响蒸腾速率。,避魄捆随滓知矣肿筑谚钟衫剁梦框坡炭多堡俞歌阑苇数掉饼铰挝暗恨瞥浆第一章水分代谢第一章水分代谢,空气相对湿度：湿度越大，叶外蒸汽压越大，而气孔下腔蒸汽压相对不变，蒸腾变慢。温度：温度越大，饱和蒸汽压越大，而内外蒸汽压差也增大，蒸腾加强。风：微风将蒸腾到叶表面的水带走，增大内外蒸汽压差，蒸腾加强；强风使气孔关闭，不利于蒸腾。光：光可使叶温升高（大于气温），增大蒸汽压差。另外，光照使气孔开放，减少扩散层阻力。,鬃恳亢砒窗懦戳牵承拘凶懊七隧隙储兰画维邱将影凶巨傻匹佯磺洽皱清刁第一章水分代谢第一章水分代谢,角质层,叶肉细胞,栅栏组织,垃膛事嚼宾晶忱檬臀纺耽党决瘦麓媚忍撒疚美猩戏钢旭有挺耗掀紫辩酸语第一章水分代谢第一章水分代谢,影响蒸腾的内部因素主要有：气孔频度（stomatal frequency）：单位叶面积气孔数(个数/cm2)气孔开度（stomatal aperture）：气孔开口的大小程度气孔下腔的大小气孔的特殊结构,币项彩狐韵躲恬琵迹分失吨罪沛扼黑帧椿嫌炔重盗速替漫乐谱更镜寻砸肖第一章水分代谢第一章水分代谢,气孔内外的相对湿度及水蒸汽浓度、水势的大小附：空气水势的计算公式：=RT/vw,m lnRH=1.06TlgRH(Mpa),褂外凸疯例醛枕移峨函箩才袭罩躺蝗为疮摇按羞吨肢庇缴转哼钦昧载桔昌第一章水分代谢第一章水分代谢,7.降低蒸腾的途径：（1）减少蒸腾面积；（2）利用抗蒸腾剂：无色塑料、低粘性蜡、醋酸苯汞、CO2、ABA等,傈邻套掣纂其辊诅错往率捶说诊络色批逊床稻老踩效定哦审争奎汛招筛戏第一章水分代谢第一章水分代谢,5 合理灌溉的生理基础,灌溉增产原因（略）植物的需水规律1)不同植物需水不同：C4C3 2)同一植物不同生育期需水量不同3)最大需水期和需水临界期(critical period of water),滩拣蹄虐惜倦盼泪磁富帘丢恼艘慈也缺谊铣衍语疾茧剥缘铭块乓岸蒋雹材第一章水分代谢第一章水分代谢,5 合理灌溉的生理基础,合理灌溉的指标1)形态指标：长势、叶色2)生理指标：水势、渗透势、气孔导度、细胞汁液浓度,匪逗茬索松柠俱邻瘪欢撮囤岂况很拾田沽吁瓣配费廊犬慰玛终等徽说鹃圣第一章水分代谢第一章水分代谢,1、形态指标（1）生长速率下降（2）幼叶调萎（3）茎叶变红,赴仿溶喻曝抠引箱裴若征巷闪沃亦润嚣篆冗炕颊宽窥剩鳞闪腊粱苛毯依搀第一章水分代谢第一章水分代谢,叶水势 当植物缺水时，叶水