第一章植物的水分代谢.ppt

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1、第一章 植物的水分代谢,目的要求：通过本章学习，主要了解植物对水分的吸收、运输及蒸腾的基本原理，认识维持植物水分平衡的重要性，为作物合理灌溉提供理论基础。本章重点：1.植物细胞和根系对水分吸收机制。2.植物蒸腾作用的调控、气孔运动机制及其调控。,水分的吸收,水分的运输,水分的利用,水分的散失,水是植物的一个重要的先天环境条件,没有水就没有生命,也就没有植物。植物的水分代谢包括：,第一节 水分在植物生命活动中的重要性,一、植物的含水量 植物的含水量一般占组织鲜重的70%90%。它随植物种类、植物组织以及外界环境条件而变化。1、不同植物：水生植物：在90%以上；中生植物：70%90%；旱生植物：低

2、于中生植物；地衣：6%。2、同一植物生长在不同环境中,含水量有差异。3、不同发育时期、不同器官和组织中，含水量不同。,第一节 水分在植物生命活动中的重要性,二、水在植物生命活动中的重要性1.水是原生质的主要组分；2.水直接参与植物体内重要的代谢过程；3.水是各种生理生化反应和运输物质的良好介质；4.水能使植物保持固有的姿态；5.细胞分裂和延伸生长都需要足够的水；6.水具有重要的生态意义。,三、植物体内水分存在的状态 1.植物体内水分存在的状态有：自由水：距离胶体颗粒较远，可以自由移动的 水分。束缚水：较牢固地被细胞胶体颗粒吸附，不易 流动的水分。2.自由水/束缚水比值影响代谢和抗逆性 自由水/

3、束缚水比值高时，代谢旺盛，但抗逆性较强。；自由水/束缚水比值低时，代谢缓慢，但抗逆性较强。,第一节 水分在植物生命活动中的重要性,第二节 植物细胞对水分的吸收,一、植物细胞的水势 1.概念 水势指每偏摩尔体积水的化学势（差）。即水溶液的化学势（w）与同温同压同一系统中纯水的化学势（w0）之差除以水的偏摩尔体积（Vw）所得的商，用w表示。w,Vw,w,Vw,w-w0,第二节 植物细胞对水分的吸收,一、植物细胞的水势 2.水势的大小和单位：纯水的水势(w0)最大w0=0，植物细胞的水势都为负值。水势的单位：兆帕（MPa）、帕（Pa）、巴(bar)、大气压(atm)。1巴=0.1MPa=0.987

4、大气压=105 帕,第二节 植物细胞对水分的吸收,一、植物细胞的水势 3植物细胞水势的组分：1)溶质势：由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值,又称渗透势。用s表示。s=-P(渗透压)=-iCRT 细胞中含有大量溶质，其溶质势为各溶质势的总和。,第二节 植物细胞对水分的吸收,2)压力势：是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的数值，用p表示。原生质吸水膨胀，对细胞壁产生压力，而细胞壁对原生质会产生一个反作用力，这就是细胞的压力势。压力势等于提高了细胞液的水势。细胞压力势一般为正值。,第二节 植物细胞对水分的吸收,3)衬质势：由于压力的存在而使体系水势改变的数值，用p表示。原生质吸水膨

5、胀，对细胞壁产生压力，而细胞壁对原生质会产生一个反作用力，这就是细胞的压力势。细胞压力势一般为负值，只有在蒸腾过旺时为正值。,第二节 植物细胞对水分的吸收,4.细胞吸水过程中水势组分,第二节 植物细胞对水分的吸收,一、植物细胞的水势 5.相邻细胞水分移动的规律：水分总是从水势高的部位向水势低的部位流动。,第二节 植物细胞对水分的吸收,二、细胞吸水的方式：,方式,吸胀吸水,代谢吸水,渗透吸水,第二节 植物细胞对水分的吸收,二、细胞吸水的方式：1.渗透吸水：由于w的下降而引起细胞吸水。是含有液泡的细胞吸水的主要方式。,渗透作用：水分子（其他溶剂分子）通过半透膜扩散的现象。,渗透装置的条件,1、具有

6、半透膜,2、半透膜两侧具有浓度差,渗透装置,经过一段时间后，由于水分子可以自由通过半透膜，而蔗糖分子不可以。单位体积内，清水中水分子数多于蔗糖分子中的，因此，单位时间内由清水向蔗糖溶液扩散的水分子数多。故而导致蔗糖溶液的液面升高。,蔗糖分子,半透膜,水分子,一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置,细胞壁,原生质层,（全透性）,原生质层具有选择透过性，近似于半透膜,细胞膜,液泡膜,细胞质,细胞液,细胞核,细胞壁,原生质层,细胞液,细胞空腔,原生质层和细胞壁分离的现象。,细胞膜,液泡膜,细胞质,当外界溶液浓度大于细胞液浓度时(高渗溶液），细胞发生质壁分离。,当外界溶液浓度小于细胞液浓度时（低渗溶

7、液），细胞发生质壁分离复原。,第二节 植物细胞对水分的吸收,二、细胞吸水的方式：2.吸胀吸水：依赖于低的m而引起的吸水。是无液泡的分生组织和干燥种子细胞的主要吸水方式。,原理：淀粉、纤维素和蛋白质这些亲水性物质吸水而膨胀。,第二节 植物细胞对水分的吸收,二、细胞吸水的方式：3.降压吸水：由p的降低而引发的细胞吸水。蒸腾过旺盛时，可能导致的细胞吸水方式。,第三节 植物根系对水分的吸收,一、根系吸水的部位：主要在根尖的根毛区。具体的说是在根尖木质部已成熟的伸长区及邻接伸长区的部分成熟期。地上部也可吸收水分。,伸长区,分生区,根冠,根毛区,第三节 植物根系对水分的吸收,二、根系吸水的方式：1.主动吸

8、水：由于根本身的生理活动引起的植物吸收水分的现象，与地上部无关。其动力是根压。2.被动吸水：由于地上部的蒸腾作用而引起的根部吸水，被动吸水的动力是蒸腾拉力。,第三节 植物根系对水分的吸收,三.根系吸水的机理：.主动吸水的机理：主动吸水的动力是根压：根压：指植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力。伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象。吐水：未受伤的叶片尖端或边缘向外溢出液滴的现象，是由根压引起的。伤流：是指从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象。伤流是根压引起的。,第三节 植物根系对水分的吸收,三.根系吸水的机理：.主动吸水的机理,第三节 植物根系对水分的吸收,三.根系吸水的机理：.主动吸水的

9、机理：根压产生的机理,第三节 植物根系对水分的吸收,三.根系吸水的机理：.被动吸水的机理被动吸水的动力是蒸腾拉力,第三节 植物根系对水分的吸收,三.根系吸水的机理：主动吸水各被动吸水所占的比例,第三节 植物根系对水分的吸收,四、影响根系吸水的土壤条件 1.土壤通气状况：通气状况良好，有利于根吸水；2.土壤温度：适宜的温度范围内土温愈高，根系吸水愈多；3.土壤溶液浓度：根细胞水势小于土壤水势有利于根系吸水,第四节 植物的蒸腾作用,一、概念：蒸腾作用指水分从植物地上部分以水蒸汽状态向外散失的过程叫蒸腾作用。蒸腾作用与蒸发不同，它是一个生理过程，受植物体结构和气孔行为的调节。,第四节 植物的蒸腾作用

10、,二、蒸腾作用的生理意义 1.蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力；2.蒸腾作用促进植物对矿物质的吸收和运输；3.蒸腾作用能降低植物体和叶片的温度；4.蒸腾作用的正常进行，气孔开放，有利于光合作用中CO2固定。,第四节 植物的蒸腾作用,三、蒸腾的器官：叶片（主要）茎及地上部其它器官。,第四节 植物的蒸腾作用,四、蒸腾的方式：气孔蒸腾（主要）角质蒸腾 皮孔蒸腾,第四节 植物的蒸腾作用,五、气孔蒸腾.气孔的形态结构和特点:气孔数目多，分布广。气孔数目，大小，分布因植物种类和生长环境而异。气孔的面积小，蒸腾速率遵循小孔律。保卫细胞的体积小，膨压变化迅速。保卫细胞具有多种细胞器，特别是含有叶绿

11、体，对气孔开闭有重要作用。保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构。保卫细胞与周围细胞联系紧密，便于物质及水分的交流。,第四节 植物的蒸腾作用,2.气孔开闭的机理：1)淀粉-糖转化学说。在光下，光合作用消耗了CO2，于是保卫细胞细胞质pH增高到7，淀粉磷酸化酶催化正向反应，使淀粉水解为葡萄糖-1-磷酸，引起保卫细胞渗透势下降，水势降低，从周围细胞吸取水分，保卫细胞膨大，气孔张开。反之，即在黑暗中，气孔关闭。,第四节 植物的蒸腾作用,2.气孔开闭的机理：2)离子泵学说。,第四节 植物的蒸腾作用,2.气孔开闭的机理：3)苹果酸代谢学说。,第四节 植物的蒸腾作用,六、影响蒸腾作用的外界因素 1.光

12、：光促进气孔的开启，蒸腾增加。2.水分状况：足够的水分有利于气孔开放，过多的水分反而使气孔关闭。3.温度：气孔开度一般随温度的升高而增大，但温度过高失水增大也可使气孔关闭。4.风：微风有利于蒸腾，强风蒸腾降低。5.CO2浓度：CO2浓度低促使气孔张开，蒸腾增强。,第四节 植物的蒸腾作用,七、蒸腾作用的指标：.蒸腾强度：又叫蒸腾速度、蒸腾率，即一定时间内单位叶面积上蒸腾的水量。一般用每小时每平方米蒸腾水量的克数来表示。2.蒸腾效率：亦称蒸腾比率，指植物消耗每千克水所形成的干物质的克数。3.蒸腾系数：亦称需水量，指植物制造一克干物质所需要水分的克数。蒸腾系数与蒸腾效率互为倒数关系。,第四节 植物的

13、蒸腾作用,八、降低蒸腾的途径：1.减少蒸腾面积；2.改善植物生态环境；3.应用抗蒸腾剂。,第五节 植物体内水分的运输,一、水分运输的途径：土壤水分 根毛 皮层 内皮层 木质部薄壁细胞 茎的导管 叶脉导管 叶肉细胞 气孔下腔 气孔 大气。,第五节 植物体内水分的运输,一、水分运输的途径：,土壤水分,根毛,皮层,内皮层,木质部薄壁细胞,茎的导管,叶脉导管,叶肉细胞,气孔下腔,气孔,大气,二、水分运输的动力：,上端原动力蒸腾拉力 下端原动力根压 中间原动力水分子间的内聚力及导管壁附着力。内聚力学说认为维持导管中水柱连续不断的原因是水分子的内聚力大于水柱的张力。,Evaporation,Cohesio

14、n,Uptake,Water molecules are“sticky”,第六节合理灌溉的生理基础,一、作物的需水规律.不同作物对水分的需要量不同；.同一作物不同生育期对水分的需要量不同；.作物的水分临界期；水分临界期指植物对水分不足特别敏感的时期。,第六节 合理灌溉的生理基础,二、灌溉的原则：适时、适量、高质、高效 三、灌溉的最适时期：水分临界期，最大需水期。,第六节 合理灌溉的生理基础,四、灌溉的指标 1.土壤指标：田间持水量低于60%-80%时需灌溉。2.形态指标：幼嫩茎叶凋萎；茎叶转深或变红；植株生长速度下降。3.生理指标：细胞汁液浓度，叶片渗透压，叶片水势，气孔开度，气孔阻力。作物的需水规律。,第六节 合理灌溉的生理基础,五、灌溉的需水量：可通过蒸腾系数和田间蒸发量估算。六、灌溉的方式：漫灌、沟灌、喷灌、滴灌七、灌溉增产的原因：生理效应生态效应,