植物生理學(xué)第二章植物的水分關(guān)系

1、第二章第二章 植物的水分關(guān)系植物的水分關(guān)系水分的吸收水分的運(yùn)輸水分的利用水分的散失 水是生命起源的先決條件,沒(méi)有水就沒(méi)有生命,也就沒(méi)有植物。植物的水分代謝包括：第一節(jié)第一節(jié) 水分在植物生活中的作用水分在植物生活中的作用一、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)及含水量 1.植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)有： 自由水(free water) ：距離膠體顆粒較遠(yuǎn)， 可以自由移動(dòng)的水分。 束縛水(bound water) ：較牢固地被細(xì)胞膠體 顆粒吸附，不易流動(dòng)的水分。 2.自由水/束縛水比值影響代謝 自由水/束縛水比值高時(shí)，代謝旺盛； 自由水/束縛水比值低時(shí)。代謝緩慢。二、 水在植物體內(nèi)的生理作用1. 水是細(xì)胞的重要組成

2、成分；2. 水是代謝過(guò)程的反應(yīng)物質(zhì)；3. 水是各種生理生化反應(yīng)和運(yùn)輸物質(zhì)的介質(zhì)；4. 水能使植物保持固有的姿態(tài)；5. 水具有重要的生態(tài)意義：植物含水量很大，差異也大。種類不同、器官不同、發(fā)育時(shí)期不同，含水量也不同。第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收 一、植物細(xì)胞的水勢(shì) 1.概念 水勢(shì)(water potential)指每偏摩爾體積水的化學(xué)勢(shì)差，用w表示。第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收2.水勢(shì)的大小和單位： 純水的水勢(shì)(w0)最大w0=0，植物細(xì)胞的水勢(shì)都為負(fù)值。 水勢(shì)的單位：帕（Pa）、巴(bar)、大氣壓(atm)。 1巴 = 0.987 大氣壓 = 105 帕第二節(jié) 植物對(duì)水分的吸收3植物細(xì)胞水勢(shì)

3、的組分： w= s+p+m 1)溶質(zhì)勢(shì)(solute potential) ：由于溶質(zhì)顆粒的存在而引起體系水勢(shì)降低的數(shù)值,又稱滲透勢(shì)。用s表示。 s =-(滲透壓)=-iCRT 細(xì)胞中含有大量溶質(zhì)，其溶質(zhì)勢(shì)為各溶質(zhì)勢(shì)的總和。2)壓力勢(shì)(pressure potential) ：由于壓力的存在而使體系水勢(shì)改變的數(shù)值，用p表示。細(xì)胞壓力勢(shì)一般為負(fù)正值，只有在蒸騰過(guò)旺時(shí)為負(fù)值。 3)襯質(zhì)勢(shì)(matric potential)：由于細(xì)胞中親水膠體物質(zhì)和毛細(xì)管對(duì)自由水的吸附和束縛而引起水勢(shì)的降低值，用m表示。襯質(zhì)勢(shì)呈負(fù)值。環(huán)境狀況體積細(xì)胞狀態(tài)pw等滲溶液V1松弛狀態(tài)，臨界質(zhì)壁分離p0ws低滲溶液V1膨脹

4、狀態(tài)，細(xì)胞吸水p增大ws+p純水中V最大飽和狀態(tài)，充分膨脹p-sw0高滲溶液V1萎蔫狀態(tài)，失水，質(zhì)壁分離p0w下降 4.細(xì)胞吸水過(guò)程中水勢(shì)組分 5.相鄰細(xì)胞水分移動(dòng)的規(guī)律： 水分總是從水勢(shì)高的部位向水勢(shì)低的部位流動(dòng)。 二、 細(xì)胞吸水的方式：方式吸脹吸水吸脹吸水降壓吸水降壓吸水滲透吸水滲透吸水一、 細(xì)胞吸水的方式： 1.滲透吸水：由于w的下降而引起細(xì)胞吸水。是含有液泡的細(xì)胞吸水的主要方式。 滲透作用(osmosis)：指溶劑分子從水勢(shì)高的區(qū)域通過(guò)半透膜向水勢(shì)低的區(qū)域擴(kuò)散的現(xiàn)象。滲透裝置的條件1、具有半透膜2、半透膜兩側(cè)具有濃度差 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，由于水分子可以自由通過(guò)半透膜，而蔗糖分子不可以。單

5、位體積內(nèi)，清水中水分子數(shù)多于蔗糖分子中的，因此，單位時(shí)間內(nèi)由清水向蔗糖溶液擴(kuò)散的水分子數(shù)多。故而導(dǎo)致蔗糖溶液的液面升高。蔗糖分子半透膜水分子一個(gè)成熟的植物細(xì)胞就是一個(gè)完整的滲透裝置細(xì)胞壁原生質(zhì)層（全透性）原生質(zhì)層具有選擇透過(guò)性，近似于半透膜細(xì)胞膜液泡膜細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞液細(xì)胞核細(xì)胞壁原生質(zhì)層細(xì)胞液細(xì)胞空腔質(zhì)壁分離現(xiàn)象細(xì)胞膜液泡膜細(xì)胞質(zhì) 當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時(shí)當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時(shí)(高滲溶液），細(xì)高滲溶液），細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離。胞發(fā)生質(zhì)壁分離。 當(dāng)外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度時(shí)（低滲溶液），當(dāng)外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度時(shí)（低滲溶液），細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)

6、象二、 細(xì)胞吸水的方式： 2.吸脹吸水：依賴于低的m而引起的吸水。是無(wú)液泡的分生組織和干燥種子細(xì)胞的主要吸水方式。 原理：淀粉、纖維素和蛋白質(zhì)這些親水性物質(zhì)吸水而膨脹。二、 細(xì)胞吸水的方式： 3.降壓吸水：由p的降低而引發(fā)的細(xì)胞吸水。蒸騰過(guò)旺盛時(shí)，可能導(dǎo)致的細(xì)胞吸水方式。 （三）細(xì)胞吸水過(guò)程中水勢(shì)組分的變化三、植物細(xì)胞吸水與水通道蛋白 在植物和動(dòng)物的許多組織中的細(xì)胞膜及植物液泡膜上存在水通道蛋白(water channel protein)。人們把一系列分子量為25000 30000,能選擇性地高效轉(zhuǎn)運(yùn)水分子的膜水通道蛋白,稱為水孔蛋白(aquaporins AQPs)。一、根系吸水的部位：

7、主要在根尖的根毛區(qū)。具體的說(shuō)是在根尖木質(zhì)部已成熟的伸長(zhǎng)區(qū)及鄰接伸長(zhǎng)區(qū)的部分成熟期。 地上部也可吸收水分。 二、根系吸水的方式1.主動(dòng)吸水(active absorption of water) ：由于根本身的生理活動(dòng)引起的植物吸收水分的現(xiàn)象，與地上部無(wú)關(guān)。其動(dòng)力是根壓。2.被動(dòng)吸水(passive absorption of water) ：由于地上部的蒸騰作用而引起的根部吸水，被動(dòng)吸水的動(dòng)力是蒸騰拉力。 三.根系吸水的機(jī)理：.主動(dòng)吸水的機(jī)理：主動(dòng)吸水的動(dòng)力是根壓： 根壓(root pressure) ：指植物根系的生理活動(dòng)使液流從根部上升的壓力。根壓的的產(chǎn)生與根系生理代謝活動(dòng)和導(dǎo)管內(nèi)外的水勢(shì)

8、差有密切關(guān)系。三.根系吸水的機(jī)理：傷流和吐水是證實(shí)根壓存在的兩種生理現(xiàn)象。吐水(guttation) ：未受傷的葉片尖端或邊緣向外溢出液滴的現(xiàn)象，是由根壓引起的。三.根系吸水的機(jī)理：傷流(bleeding) ：是指從受傷或折斷的植物組織溢出液體的現(xiàn)象。傷流是根壓引起的。三.根系吸水的機(jī)理：.被動(dòng)吸水的機(jī)理：被動(dòng)吸水的動(dòng)力是蒸騰拉力。四、影響根系吸水的土壤條件 1.土壤通氣狀況：通氣狀況良好，有利于根吸水； 2.土壤溫度：適宜的溫度范圍內(nèi)土溫愈高，根系吸水愈多； 3. 土壤溶液濃度：根細(xì)胞水勢(shì)小于土壤水勢(shì)有利于根系吸水 第三節(jié) 植物的蒸騰作用一、概念： 蒸騰作用(transpiration)指水

9、分從植物地上部分以水蒸汽狀態(tài)向外散失的過(guò)程叫蒸騰作用。 蒸騰作用與蒸發(fā)不同，它是一個(gè)生理過(guò)程，受植物體結(jié)構(gòu)和氣孔行為的調(diào)節(jié)。 三、蒸騰的器官 葉片（主要） 莖及地上部其它器官。 四、蒸騰的方式： 氣孔蒸騰(stomatal transpiration) 角質(zhì)蒸騰(cuticular transpiration) 皮孔蒸騰(lenticular transpiration) 五、氣孔蒸騰.氣孔的形態(tài)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn):氣孔數(shù)目多，分布廣。氣孔的面積小，蒸騰速率遵循小孔律。保衛(wèi)細(xì)胞的體積小，膨壓變化迅速。保衛(wèi)細(xì)胞具有多種細(xì)胞器，對(duì)氣孔開(kāi)閉有重要作用。保衛(wèi)細(xì)胞具有不均勻加厚的細(xì)胞壁及微纖絲結(jié)構(gòu)。保衛(wèi)細(xì)胞與周

10、圍細(xì)胞聯(lián)系緊密，便于物質(zhì)及水分的交流。2.氣孔開(kāi)閉的機(jī)理： 1)離子泵學(xué)說(shuō)。2.氣孔開(kāi)閉的機(jī)理： 2)蘋果酸代謝學(xué)說(shuō)。六、影響蒸騰作用的外界因素 1.光：光促進(jìn)氣孔的開(kāi)啟，蒸騰增加。 2.水分狀況：足夠的水分有利于氣孔開(kāi)放，過(guò)多的水分反而使氣孔關(guān)閉。 3.溫度：氣孔開(kāi)度一般隨溫度的升高而增大，但溫度過(guò)高失水增大也可使氣孔關(guān)閉。 4.風(fēng)：微風(fēng)有利于蒸騰，強(qiáng)風(fēng)蒸騰降低。 5.CO2濃度：細(xì)胞內(nèi)較高的CO2濃度促使氣孔張開(kāi)，蒸騰增強(qiáng)。 七、蒸騰作用的指標(biāo)：.蒸騰速率 (transpiration rate) ：又叫蒸騰強(qiáng)度，即一定時(shí)間內(nèi)單位葉面積上蒸騰的水量。2.蒸騰比率 (transpiratio

11、n ratio) ：亦稱蒸騰效率，指植物消耗每千克水所形成的干物質(zhì)的克數(shù)。3.蒸騰系數(shù)(transpiration coefficient ：亦稱需水量，指植物制造一克干物質(zhì)所需要水分的克數(shù)。蒸騰系數(shù)與蒸騰效率互為倒數(shù)關(guān)系。八、降低蒸騰的途徑：1.減少蒸騰面積；2.改善植物生態(tài)環(huán)境；3.應(yīng)用抗蒸騰劑。第四節(jié) 植物體內(nèi)水分的運(yùn)輸一、水分運(yùn)輸?shù)耐緩剑和寥浪指觾?nèi)皮層木質(zhì)部薄壁細(xì)胞莖的導(dǎo)管葉脈導(dǎo)管葉肉細(xì)胞氣孔下腔氣孔大氣。 二、水分運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力：上端原動(dòng)力蒸騰拉力 下端原動(dòng)力根壓 中間原動(dòng)力水分子間的內(nèi)聚力及導(dǎo)管壁附著力。 內(nèi)聚力學(xué)說(shuō)認(rèn)為維持導(dǎo)管中水柱連續(xù)不斷的原因是水分子的內(nèi)聚力大于水柱的張力。一、水分運(yùn)輸?shù)耐緩剑和寥浪指觾?nèi)皮層木質(zhì)部薄壁細(xì)胞莖的導(dǎo)管葉脈導(dǎo)管葉肉細(xì)胞氣孔下腔氣孔大氣EvaporationCohesionUptake第五節(jié) 合理灌溉的生理基礎(chǔ)一、作物的需水規(guī)律.不同作物對(duì)水分的需要量不同;.同一作物不同生育期對(duì)水分的需要量不同;.作物的水分臨界期;水分臨界期指植物對(duì)水分不足特別敏感的時(shí)期。 二、灌溉的原則：適時(shí)、適量、高質(zhì)、高效