植物生理学水分

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1、2018/9/9,1,植物生理学 Plant Physiology主讲：易 津,内蒙古农业大学植物生理教研室,Inner Mongolia Agricultural University,2018/9/9,2,第一章 植物的水分代谢第一节 水在植物生命活动中的意义第二节 植物细胞的水分关系第三节 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,2018/9/9,3,第一节 水在植物生命活动中的意义 一、水的理化性质 二、植物含水量和水分存在的形式 三、水对植物生命活动中的生理生态作用,2018/9/9,4,一、水的理化性质,（一）在生理温度下是液

2、体（二）高比热 （三）高气化热（四）高内聚力和亲合力 （五）水是很好的溶剂,2018/9/9,5,二、植物含水量和水分存在的形式,束缚水和自由水两种状态。蛋白质、高分子碳水化合物等能与水分子形成亲水胶体。在这些胶体颗粒周围吸附着许多水分子，形成很厚的水层。水分子距离胶粒越近，吸附力就越强，反之，吸附力越弱。靠近胶粒并被紧密吸附而不易流动的水分，叫做束缚水；距胶粒较远，能自由移动的水分叫自由水。 通常以自由水/束缚水的比值做为衡量植物代谢强弱和植物抗逆性大小的指标之一。,2018/9/9,6,三、水在植物生命活动中的生理生态作用,(一）水是原生质的主要成分 (二）水是许多代谢过程的反应物质 (三

3、）水是生化反应和植物对物质吸收运输的溶剂 (四）水能使植物保持固有姿态 (五）细胞分裂及伸长都需要水分 (六）水对可见光吸收极少 (七水还可以通过水的理化性质调节植物周围 的环境，这就是水对植物的生态作用。,2018/9/9,7,第二节 植物细胞的水分关系,1 水势的概念 2 水分在植物体的运动方式2. 1植物水分的扩散作用2. 2集流 2. 3.植物细胞的渗透性吸水2.31渗透作用2.3.2植物细胞是一个渗透系统2.3.3植物细胞的水势及测定2.3.4相邻细胞间水分的运转2.4植物细胞的吸胀作用2.5.植物细胞的主动吸水(代谢吸水）2.5.1根压的产生2.5.2根压的机理 2.6.植物细胞的

4、被动吸水（蒸腾作用）,2018/9/9,8,1、水势 1.1水势的概念 1.1.1、自由能(free engrgy)=全能（E)-束缚能(Q) 目前多采用的指标是吉氏自由能（Gibbs free engrgy) G=E-Q (T.P) 1.1.2、化学势：每摩尔物质的自由能就是该物质的化学势即： j（Gj/nj）P.T.ni ij （ 式中j 为组分j的化学势， G是体系的自由能， P. T及ni分别是体系的压力、温度及其他各组分的摩尔数。 是偏导数的计算符号，数学中多把多于两个以上自变量的情况以偏导数的偏微分方程来计算，）,2018/9/9,9,1.1.3、水的化学势（w）,水的化学势（w）

5、=（Gw/nw）P.T.ni iW 设纯水的的化学势（w）为零，体系（溶液）中的水的化学势与纯水的化学势的差值为相对化学势。 w= w- w （w为某含水体系中水的化学势，w为纯水的化学势。）,2018/9/9,10,1.1.4、水势 （w）, 水势是水的化学势的一种特殊的表达方式，是水能够用于作功的能量的度量。 Ralph O. Slatyer 和Sterling A. Taylor 早期定义水势（w）的基本思想：w=ww 现代的水势概念每偏摩尔体积水的化学势与 纯水化学势之差。 ww w即：w = Vw Vw（Vw）：偏摩尔体积=18.07cm2， Vw=18.00 cm2式中Vw是水的偏

6、摩尔体积，它是在压力、温度及其它组分不变的条件下，在无限大体积中加入1mol水，对体系体积的增量。）,2018/9/9,11, 水势的单位：卡/厘米3；尔格/厘米3；达因/厘米2；巴（ bar ）；帕斯卡（ pascal ，大气压（atm）； Jmol-1（焦尔摩尔-1），而JNm（牛顿米）， 所以 Jmol-1Nmmol-1。w w / Vw =（卡/摩尔）/ （厘米3/摩尔）= 卡/厘米3= 尔格/厘米3=（达因.厘米）/厘米3=达因/厘米21尔格=2389*10-8卡（能的单位）；1尔格=达因*厘米（功的单位） 1962年Tayler和Slatyer建议： Nm-2pascal（帕斯卡）

7、105 bar1大气压（atm）1.013巴（bar）= 1.01*106达因/厘米2 =1.01*105帕斯卡 1巴（bar）0.987大气压（atm）105帕斯卡106达因/厘米2 。参比水势： w，纯水的水势为参比水势，为零，最大，,2018/9/9,12,1.1. 5、开放体系中水势的组分：(1)溶质势或渗透势S开放体系中溶液的水势：称为溶质势或渗透势。用 S表示，S是水中由于溶质的存在而降低的水 势。它的大小可按下式计算: S-iCRT （式中i为等渗系数，它与解离度和每一个分子解离产生的离子数目N有关 i=1+（N1），C为摩尔浓度，R为普适气体常数，T为绝对温度）。(2)衬质势m

8、 由于亲水物质存在而降低的水势称为衬质势m。 体系中水分的移动取决于水势的高低。,2018/9/9,13,2 水分在植物体的运动方式,2.1 植物体水分的扩散作用 2. 集流 2. 植物细胞的渗透性吸水 2.4 植物细胞的吸涨作用 2.5 植物细胞的主动吸水(代谢吸水）2.5.1根压的产生 2.5.2根压的机理 2.6.植物细胞的被动吸水（蒸腾作用）,2018/9/9,14,2 水分在植物体的运动方式,2.1 植物体水分的扩散作用植物体内水分按照电化学势差进行的扩散作用，在短距离内，扩散可以作为水分运输的有效方式在长距离运输方面，依赖其扩散的速率是远远不够的2. 集流在有压力存在的情况下,液体

9、中大量分子集体运动的现象,称为集流(mass flow)，这种压力差可以由重力或机械力产生集流是植物长距离运输的主要方式在植物体内木质部和韧皮部常常进行，集流的速度与压力差成正比，与集流溶质的浓度关系不大,2018/9/9,15,.植物细胞的渗透性吸水 .渗透作用和渗透系统,渗透作用-水分通过选择透性膜从高水势向低水势移动的现象。 渗透系统-选择透性膜以及由它隔开的两侧溶液。,图1-1 渗透现象,1.实验开始时 2.由于渗透作用纯水通过选择透性膜向糖溶液移动，使糖溶液液面上升,2018/9/9,16, 失水，使原生质体向内收缩与细胞壁分离的现象称为质壁分离。, 将已发生质壁分离的细胞置于水势较

10、高的溶液或纯水中，则细胞外的水分向内渗透，使液泡体积逐渐增大，使原生质层也向外扩张，又使原生质层与细胞壁相接合，恢复原来的状态，这一现象称为质壁分离复原。,图1-2 植物细胞质壁分离现象 1.正常细胞; 2.初始质壁分离的细胞 3. 严重质壁分离的细胞,2.3.2植物细胞是一个渗透系统,2018/9/9,17,2.3.3 植物细胞的水势,典型的植物细胞水势由三部分组成。即：W=S+P+m。 S是由于液泡中溶有各种矿质离子和其它可溶性物质而造成的。 P是由于外界压力存在而使水势增加的值，它是正值。细胞的P是由于细胞壁对原生质体的压力造成的。 细胞的m是由细胞内的亲水胶体对水分的吸附造成的。 成熟

11、细胞的水势可以表示为：WSP,2018/9/9,18,2.3.4 相邻细胞间水分的运转 XY S14巴 S 12巴P 8 巴 P 4 巴 W 6巴 W8巴 图1-4 两个相邻细胞间水分运转的方向,图1-3 植物细胞的相对体积变化与水势W， 渗透势S和压力势P之间的关系图解,2018/9/9,19,（生长土壤水势为-0.01MPa，大气水势为-90MPa的条件下） Ws土壤水势；Wr根水势； Wa大气水势；WL叶片水势,2018/9/9,20,2.4、植物细胞的吸胀作用,2.4.1、吸胀作用：植物细胞的吸胀作用是指亲水胶体吸水膨胀的现象。 吸胀作用是一种物理现象，死种子死细胞也能够发生吸胀作用，

12、其大小主要取决于亲水胶体的成分。 亲水性：蛋白质淀粉纤维素.2.4.2、种子吸水水势组分的变化: W=S+P+m。 含水量0%风干种子（ W= m =-1000巴） 含水量6%风干种子（ W= m =-600巴） 含水量30%吸胀种子（ W= S +m =-35巴） 含水量50%吸胀种子（ W= S +P =0巴 ； m =0）,2018/9/9,21,2.5、植物细胞的主动吸水-代谢吸水 是消耗代谢能量的吸水方式。2.6 植物细胞的被动吸水 被动吸水是由于枝叶蒸腾引起的根部吸水，吸水的动力来自于蒸腾拉力，与植物根的代谢活动无关。 由于蒸腾作用产生一系列水势梯度使导管中水分上升的力量称为蒸腾拉

13、力。,2018/9/9,22,第三节 植物根系对水分的吸收,1 、土壤的水分状态 2、根系吸水的部位与途径 3、根系吸水的机理 3.1 根压与主动吸水 3.2蒸腾拉力与被动吸水 4、影响根系吸水的土壤条件 4.1土壤水分状况 4.2土壤通气状况 4.3土壤温度状况 4.4 土壤溶液状况,2018/9/9,23,1 、土壤的水分状态,1土壤中水分的基本性质 按照物理性质分为三类:1.1毛细管水:由于毛细管力保持在土壤颗粒毛细管内的水分,是植物能够吸收的主要水分.1.2重力水:是指在土壤水分饱和时,能够受重力作用在土壤间隙渗漏的水分,一般在土壤暂时停留,不利于植物的利用,逗留时间过长,影响透气.1

14、.3束缚水(或吸湿水):指与土壤胶粒紧密结合的水分,不易流动,也不能够被植物吸收,2018/9/9,24,名词解释:,1.土壤可利用水和不可利用水.毛细管水称为土壤可利用水,其他称为不可利用水. 2永久萎蔫系数:指植物刚刚发生永久萎蔫时候土壤含水量的百分比. 3土壤最大持水量(土壤饱和水量):指土壤所有空隙完全充满水分时候的土壤含水量.其与土壤质地关系密切.团粒结构良好的沙壤土一般为50%. 4田间持水量:是指在排除重力水后土壤的含水量.一般在田间持水量7%的时候,最利于耕作.,2018/9/9,25,一、根系吸水的部位根尖的根毛区,根毛区吸水的优点； 1、有较大的表面积。 2、含有较多的果胶

15、质，具有亲水性。 3、具有初始木质部，利于水分的运输。,2018/9/9,26,二、根系吸水的机理,植物根系的吸水主要有一下两种方式： （一）根压与主动吸水 （二）蒸腾拉力与被动吸水根系吸水以被动吸水为主。,2018/9/9,27,（一）主动吸水 1、根压的概念和实验证据 （1） 根压植物根系生理活动促使水分从根部上升的压力称为根压，根压是主动吸水的动力。 （2） 根压的证据根压的存在可以通过下面两种现象证明:伤流 :从受伤或折断的植物组织中溢出液体的现象叫做伤流。吐水 :没有受伤的植物如处在土壤水分充足， 气温适宜，天气潮湿的环境中，叶片的尖端或边缘也有液体外泌的现象，这种现象称为吐水。,2018/9/9,28,2 根压的产生机理,目前根压的机理有两种 2.1.根压产生的渗透理论根压的产生是一个渗透过程，根压的产生必须有一个渗 透系统存在，根部导管与外液之间建立起渗透系统。内皮层的凯氏带的存在奠定了细胞学基础。 2.2.根压产生的代谢理论根压与主动吸水与呼吸速率密切相关。认为根系自外向内存在氧分压差，也存在呼吸代谢和能量代谢的差异。,