第1章教案植物的水分代謝

1、第1章植物的水分代謝 目的要求： 通過(guò)本章學(xué)習(xí)，主要了解植物對(duì)水分的吸收、運(yùn)輸及蒸騰的基本原理，認(rèn)識(shí)維持植物水分平衡的重要性，為作物合理灌溉提供理論基礎(chǔ)。本章重點(diǎn)： 1.植物細(xì)胞和根系對(duì)水分吸收機(jī)制。 2.植物蒸騰作用的調(diào)控、氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)制及其調(diào)控。 水分的吸收水分的運(yùn)輸水分的利用水分的散失 水是植物的一個(gè)重要的先天環(huán)境條件,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) 水分在植物生命活動(dòng)中的重要性一、植物的含水量 植物的含水量一般占組織鮮重的70%90%。它隨植物種類(lèi)、植物組織以及外界環(huán)境條件而變化。1、 不同植物： 水生植物：在90%以上； 中生植物：70% 90%； 旱生植物

2、：低于中生植物； 地衣：6%。2、同一植物生長(zhǎng)在不同環(huán)境中,含水量有差異。3、不同發(fā)育時(shí)期、不同器官和組織中，含水量不同。第一節(jié) 水分在植物生命活動(dòng)中的重要性二、 水在植物生命活動(dòng)中的重要性1. 水是原生質(zhì)的主要組分；2. 水直接參與植物體內(nèi)重要的代謝過(guò)程；3. 水是各種生理生化反應(yīng)和運(yùn)輸物質(zhì)的良好介質(zhì)；4. 水能使植物保持固有的姿態(tài)；5. 細(xì)胞分裂和延伸生長(zhǎng)都需要足夠的水；6. 水具有重要的生態(tài)意義。三、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài) 1.植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)有： 自由水：距離膠體顆粒較遠(yuǎn)，可以自由移動(dòng)的 水分。 束縛水：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

3、謝和抗逆性 自由水/束縛水比值高時(shí)，代謝旺盛，但抗逆性較強(qiáng)。； 自由水/束縛水比值低時(shí)，代謝緩慢，但抗逆性較強(qiáng)。第一節(jié) 水分在植物生命活動(dòng)中的重要性第二節(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)指每偏摩爾體積水的化學(xué)勢(shì)（差）。即水溶液的化學(xué)勢(shì)（ w ）與同溫同壓同一系統(tǒng)中純水的化學(xué)勢(shì)（w0 ）之差除以水的偏摩爾體積（ Vw ）所得的商，用w表示。 w VwwVww-w0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) 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：兆帕（MPa）、帕（Pa）、巴(bar)、大氣壓(atm)。 1巴

4、=0.1MPa = 0.987 大氣壓 = 105 帕第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收一、植物細(xì)胞的水勢(shì) 3植物細(xì)胞水勢(shì)的組分： 1)溶質(zhì)勢(shì)：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 =-P(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。第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收 2)壓力勢(shì)：是指由于細(xì)胞壁壓力的存在而引起的細(xì)胞水勢(shì)增加的數(shù)值，用p表示。 原生質(zhì)吸水膨脹，對(duì)細(xì)胞壁產(chǎn)生壓力，而細(xì)胞壁對(duì)原生質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反作用力，這就是細(xì)胞的壓力勢(shì)。 壓力勢(shì)等于提高了細(xì)胞液的水勢(shì)。細(xì)胞壓力勢(shì)一般為正值。第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收 3)襯質(zhì)勢(shì)：由于壓力的存在而使體系

5、水勢(shì)改變的數(shù)值，用p表示。原生質(zhì)吸水膨脹，對(duì)細(xì)胞壁產(chǎn)生壓力，而細(xì)胞壁對(duì)原生質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反作用力，這就是細(xì)胞的壓力勢(shì)。細(xì)胞壓力勢(shì)一般為負(fù)值，只有在蒸騰過(guò)旺時(shí)為正值。第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收環(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 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) 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)。 第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收二、 細(xì)胞吸水的方式：方式吸脹吸水

6、代謝吸水滲透吸水第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收二、 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：水分子（其他溶劑分子）通過(guò)半透膜擴(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)具有濃度差滲透裝置 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

7、壁原生質(zhì)層細(xì)胞液細(xì)胞空腔原生質(zhì)層和細(xì)胞壁分離的現(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)(高滲溶液），細(xì)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），細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收二、 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。第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收二、 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。 第三節(jié) 植物根系對(duì)水分的吸收一、根系吸水的部位： 主要在根尖的根毛區(qū)。

8、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。 伸長(zhǎng)區(qū)分生區(qū)根冠根毛區(qū)第三節(jié) 植物根系對(duì)水分的吸收二、根系吸水的方式：1.主動(dòng)吸水：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：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。 第三節(jié) 植物根系對(duì)水分的吸收三.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：指植物根系的生理活動(dòng)使液流從根部上升的壓力。傷流和吐水是證實(shí)根壓存在的兩種生理現(xiàn)象。吐水：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。傷流：是指從受傷或折斷的植物組織

9、溢出液體的現(xiàn)象。傷流是根壓引起的。第三節(jié) 植物根系對(duì)水分的吸收三.根系吸水的機(jī)理：.主動(dòng)吸水的機(jī)理 第三節(jié) 植物根系對(duì)水分的吸收三.根系吸水的機(jī)理：.主動(dòng)吸水的機(jī)理：根壓產(chǎn)生的機(jī)理 第三節(jié) 植物根系對(duì)水分的吸收三.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 第三節(jié) 植物根系對(duì)水分的吸收三.根系吸水的機(jī)理：主動(dòng)吸水各被動(dòng)吸水所占的比例 第三節(jié) 植物根系對(duì)水分的吸收四、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 第四節(jié) 植物的蒸騰作用一、概念：

10、 蒸騰作用指水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)。 第四節(jié) 植物的蒸騰作用二、蒸騰作用的生理意義 1.蒸騰作用是植物對(duì)水分吸收和運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)主要?jiǎng)恿Γ?2.蒸騰作用促進(jìn)植物對(duì)礦物質(zhì)的吸收和運(yùn)輸； 3.蒸騰作用能降低植物體和葉片的溫度； 4. 蒸騰作用的正常進(jìn)行，氣孔開(kāi)放，有利于光合作用中CO2固定。 第四節(jié) 植物的蒸騰作用三、蒸騰的器官： 葉片（主要） 莖及地上部其它器官。 第四節(jié) 植物的蒸騰作用四、蒸騰的方式： 氣孔蒸騰（主要） 角質(zhì)蒸騰 皮孔蒸騰 第四節(jié) 植物的蒸騰作用五、氣孔蒸騰.氣孔的形態(tài)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn):

11、氣孔數(shù)目多，分布廣。氣孔數(shù)目，大小，分布因植物種類(lèi)和生長(zhǎng)環(huán)境而異。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，特別是含有葉綠體，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?chē)?xì)胞聯(lián)系緊密，便于物質(zhì)及水分的交流。第四節(jié) 植物的蒸騰作用2.氣孔開(kāi)閉的機(jī)理： 1)淀粉-糖轉(zhuǎn)化學(xué)說(shuō)。在光下，光合作用消耗了CO2，于是保衛(wèi)細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)pH增高到7，淀粉磷酸化酶催化正向反應(yīng)，使淀粉水解為葡萄糖-1-磷酸，引起保衛(wèi)細(xì)胞滲透勢(shì)下降，水勢(shì)降低，從周?chē)?xì)胞吸取水分，保衛(wèi)細(xì)胞膨大，氣孔張開(kāi)。反之，即在黑暗中，氣孔關(guān)閉。第四節(jié) 植物的蒸騰作

12、用2.氣孔開(kāi)閉的機(jī)理： 2)離子泵學(xué)說(shuō)。第四節(jié) 植物的蒸騰作用2.氣孔開(kāi)閉的機(jī)理： 3)蘋(píng)果酸代謝學(xué)說(shuō)。第四節(jié) 植物的蒸騰作用六、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：CO2濃度低促使氣孔張開(kāi)，蒸騰增強(qiáng)。 第四節(jié) 植物的蒸騰作用七、蒸騰作用的指標(biāo)： .蒸騰強(qiáng)度：又叫蒸騰速度、蒸騰率，即一定時(shí)間內(nèi)單位葉面積上蒸騰的水量。一般用每小時(shí)每平方米蒸騰水量的克數(shù)來(lái)表示。 2.蒸騰效

13、率：亦稱蒸騰比率，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)：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。第四節(jié) 植物的蒸騰作用八、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。第五節(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?根毛 皮層 內(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。 第五節(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。EvaporationCohesionUptakeWater molecules are “sticky”第六節(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