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1、植物的水分生理,第一章植物的水分生理 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,第一章 植物的水分生理 水分作用 水分生理:水分的吸收,在体内的运输,水分的排出 第一节 植物对水分的需要 一,植物的含水量 不同植物的含水量 同一植物生长在不同环境 同一植株,不同器官和不同组织 二,植物体内水分存在的状态 束缚水和自由水,水的物理化学性质 高比热 高气化热 水分子是植物体内很好的溶剂 水具有很大的表面张力 三,水分在植物生命活动中的作用 水分是细胞质的主要成分 水分是代谢作用过程的反应物质
2、水分是植物对物质吸收和运输的溶剂 水分能保持植物的固有姿态 水分能具有特殊的理化性质,外界环境和植物激素都可诱导水孔蛋白基因的表达 三,渗透作用 溶剂分子通过半透膜而移动的现象,水分移动需要能量作功. 自由能和水势 物质的能量为束缚能和自由能 化学势:1摩尔物质的自由能 水势:每偏尔体积水的化学势 水溶液的化学势与纯水的化学势之差,除以水的偏摩尔体积所得的商-水势(Pa),渗透作用,水,蔗糖溶液,A,B,渗透现象,A 实验开始时,B 经过一段时间,植物细胞可以构成一个渗透系统 原生质膜是一个半透膜 质壁分离和质壁分离复原 细胞的水势 细胞的水势W, 渗透势,压力势P,重力势g 细胞的水势=渗透
3、势+压力势+重力势 渗透势:决定于溶液中溶质颗粒总数. 压力势:由于细胞壁压力的存在而增加水势 重力势:是水分因重力下移与相反力量相等时的力量,常省略不计.,图,0,1.5,-2.5,1.5,不膨胀,完全膨胀,/MPa,压力势(P),水势(W),渗透势(),植物细胞的相对体积变化与水势等之间的关系,1.0,细胞间的水分移动,=-1.4MPa p=+0.8MPa W=-0.6MPa,=-1.2MPa P=+0.4MPa W=-0.8MPa,两个相邻细胞之间水分移动的方向,移动的方向决定于两细胞间的水势差,X,Y,衬质势:细胞胶体物质,毛细管对自由水的束缚引起水势的降低. 渗透势取决于浓度,温度,
4、等渗系数 =-ICRT 质壁分离现象 质壁分离复原,第三节 植物根系对水分的吸收 吸水的主要器官是根系. 一,根系吸水的途径 质外体途径:是指水分通过细胞壁,细胞间隙等没有细胞质的部分移动,速度快 跨膜途径:是指水分从一个细胞移动到另一个细胞,要两次通过质膜,液泡膜 共质体途径:是指水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝,移动到另一个细胞的细胞质,形成一个细胞质的连续体,速度慢. 细胞途径包括共质体途径和跨膜途径,二,根系吸水的动力 根压 由于根系的生理活动使液流从根部沿导管上升的压力 0.050.5MPa 伤流: 吐水: 根系吸水的机制:共质体,质外体 产生根压的机理 渗透论 代谢论 蒸腾拉力,
5、因蒸腾失水而水势下降,产生的拉力.由枝叶形成的力量传到根部而引起的被动吸水. 根系吸水的方式:被动吸水,主动吸水. 被动吸水:蒸腾 主动吸水:根压(吐水,伤流的现象) 三,影响根系吸水的土壤条件 土壤中可用水分 土壤通气状况 土壤温度 土壤溶液浓度,第四节 蒸腾作用 蒸腾作用:水分从植物体内以水蒸汽状态向外界散失的过程. 一,蒸腾作用的生理意义和部位 意义: 1,是植物对水分吸收和运输的主要动力 2,是植物吸收矿质盐类和在体内运转的动力 3,能够降低叶片的温度 部位: 皮孔蒸腾 0.1% 叶片蒸腾,图 茎,幼嫩 表面蒸腾,成长老化 皮孔蒸腾 0.1%,叶,角质层 阴湿地区成长 5%,幼叶 40
6、-70%,气孔 80-90%,气孔蒸腾是植物蒸腾作用的主要形式,气孔的作用 气孔数目和分布 气孔的扩散-小孔律(边缘效应),角质蒸腾 5%-10% 气孔蒸腾 二, 气孔蒸腾 气孔运动 保卫细胞 气孔运动的机制 由细胞的水势所控制 淀粉-糖互变 pH值 淀粉磷酸化酶 表皮细胞或副卫细胞 可溶性糖 淀粉,钾离子的吸收 ATP质子泵 H+ pH值 质膜超极化 钾离子通道 水势降低 苹果酸生成 糖酵解 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) PEP羧化酶 HCO-3 草酰乙酸 苹果酸 液泡 糖,K+ ,CL- ,苹果酸进入液泡内,水势下降. 还有问题不能解释 1沙漠植物 2有内在节律性 3不同部位的气孔开放程度不
7、同 4ABA的作用,影响气孔运动的因素 水分供应,叶子的温度,光和CO2 浓度 脱落酸:会增加胞质Ca2+浓度和胞质溶胶pH,一主面抑制保卫细胞质膜上的内向K+通道蛋白活性,促进外向K+通道蛋白活性,促使细胞内K+浓度减少;与时同时,ABA活化外向CL-通道蛋白,CL-外流,保卫细胞内CL-浓度减少,保卫细胞膨压就下降,气孔关闭. 三,影响蒸腾作用的外,内条件 气孔蒸腾扩散的过程 蒸腾速率取决于水蒸汽向外扩散力量和扩散途径的阻力.,蒸腾速率=扩散力/扩散途径阻力 扩散力=叶内蒸汽压-叶外蒸汽压 扩散途径阻力=气孔阻力+扩散层阻力 蒸腾作用快慢决定于叶内外的蒸汽压大小. 光照, 湿度, 温度,
8、风,蒸腾作用的指标 蒸腾速率:植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量.(g.m-2.h-1) 蒸腾比率:植物在一定生长期内积累的干物质与蒸腾失水量的比值.即每消耗1kg水所形成干物质的克数(g.kg-1) 蒸腾系数:植物制造累积1g干物质蒸腾消耗水分的克数(蒸腾速率的倒数) 蒸腾作用的生理意义:,四,蒸腾作用的非气孔调节 大部分由气孔调节 棉花 初干:叶肉细胞的水分亏损,引起细胞壁水分饱和程度降低,使蒸腾减弱的现象. 萎蔫:植物在水分亏损严重时,细胞失去膨胀状态,叶子和茎的幼嫩部分下垂的现象. 暂时萎蔫:降低蒸腾,即能使萎蔫的植物消除水分亏缺,恢复原状. 永久萎蔫:降低蒸腾,仍不能消除水分亏缺以
9、恢复原状.,第五节 植物体内水分的运输 一,水分运输的途径 土壤中的水分-根毛-根的皮层-根的中柱-根的导管-茎的导管-叶柄的导管-叶脉的导管-叶肉细胞-叶细胞间隙-气孔内室(气室)-气孔-空气中 二,水分运输的速度 3-45m.h-1 三,水分沿导管或管胞上升的动力 根压 0.2MPa 水分上升20.2m 内聚力:分子之间有相互吸引的力量.300MPa,张力:水柱本身的重量使水柱下降 草本植物的张力 0.5-0.15MPa 灌本植物 0.7-0.8MPa 高大树木 2-3MPa H.H.Dixon 爱尔兰人 内聚力学说(蒸腾-内聚力-张力学说): 内聚力,附着力,连续的水柱 异议:1,茎部局
10、部死亡,水分仍然上升 2,木质部里有气泡,水柱不可能连续,为什么还继续上升,第六节 合理灌溉的生理基础 一,作物的需水规律 二,合理灌溉的指标 形态指标 生理指标:叶片水势,细胞汁液浓度,渗透势和气孔开度 三,灌溉的方法 沟渠排灌法 喷灌 滴灌 四,合理灌溉增产的原因,作业,名词解释 半透膜 水势 渗透势 根压 内聚力学说 气孔蒸腾 蒸腾拉力 (作用,速率,系数) 吐水 伤流 萎蔫(暂时,永久) 质壁分离(复原) 水分代谢 共质体途径 问答题 1试述植物水分代谢的过程. 2根据细胞质壁分离和质壁分离复原的实验,说明它可解决哪能些问题?,3试述蒸腾作用的生理意义 4试述在光照条件下气孔运动的机理 5水分如何进入根部的导管?又如何运输到叶片?,
