第一章植物生理學(xué)

第一章植物生理學(xué)第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日本章重點和難點：一、植物細胞對水分的吸收；二、蒸騰作用與氣孔開關(guān)機理；三、灌溉與農(nóng)業(yè)。第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)植物對水分的需要一、植物的含水量1.不同植物含水量不同

水生＞中生＞旱生苔蘚含水量6%草本植物含水量70-85%蓮含水量90%第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日

2.同種植物生長在不同的環(huán)境中，其含水量也有差異。

3.同一植株不同器官、組織含水量不同根尖、幼苗：60-90%，樹干：40-50%，干種子：10-14%根60%－90%種子10%－14%新生旺盛＞衰老成熟4.同一器官不同生長期，含水量也不同前期＞后期第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)自由水束縛水蛋白質(zhì)親水膠粒植物體內(nèi)不被親水膠粒吸附，可以自由移動，可起溶劑作用的水分。植物體內(nèi)吸附在親水膠粒周圍或被困于大分子空間中，不能自由移動的水分。第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日水分在植物細胞內(nèi)的存在狀態(tài)常呈兩種:

束縛水和自由水

1束縛水(boundwater)

:是指靠近原生質(zhì)膠體微粒并被膠粒吸附束縛而不易流動的水分。產(chǎn)生原因:原生質(zhì)是一個由蛋白質(zhì)大分子溶液形成的膠體系統(tǒng)，而蛋白質(zhì)由氨基酸組成，H

RCCOOH

疏水基(在分子內(nèi)部)

NH2親水基(在外部)原生質(zhì)膠體微粒具有顯著的親水性，其表面吸引著很多水分子，形成一層很厚的水層。水分子距離膠粒越近，吸附力越強。第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日

自由水，參與各種代謝作用，其數(shù)量制約著植物的代謝強度，它的含量越大，代謝越旺盛。束縛水，不參與代謝作用，但與植物的抗性大小密切相關(guān)。

2自由水(freewater)

:是指距離原生質(zhì)膠體微粒較遠而可以自由流動的水分。第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日1、水分是細胞質(zhì)的主要成分2、水分是代謝過程的反應(yīng)物質(zhì)3、水分是植物對物質(zhì)吸收和運輸?shù)娜軇?、水分能保持植物的固有的姿態(tài)三、水分在植物生命活動中的作用第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)植物細胞對水分的吸收

在植物的生命活動中，植物不斷的從環(huán)境中吸收水分，也不斷的向環(huán)境中散失水分。植物是如何從環(huán)境中吸收水分的呢？第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日細胞吸水主要有三種方式一、擴散二、集流三、滲透作用第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日

一、擴散:以濃度為動力,物質(zhì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域移動的現(xiàn)象。適合短距離遷移，水分子通過膜質(zhì)雙分子層進入細胞內(nèi)屬于擴散。第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日

二、集流：液體中成群的原子或分子在壓力梯度作用下共同移動。適合水分長距離運輸，如水分在木質(zhì)部中遠程運輸質(zhì)膜水孔蛋白第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日三、滲透作用（以壓力和濃度兩者為動力）蔗糖溶液水經(jīng)過一段時間壓力（水勢）半透膜液面上升水分從水勢高的系統(tǒng)通過半透膜向水勢低的系統(tǒng)移動的現(xiàn)象。第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日1植物細胞是一個滲透系統(tǒng)：質(zhì)膜和液泡膜都是半透膜，同細胞質(zhì)和胞外環(huán)境組成了滲透系統(tǒng)CellwallProtoplasticlayer三、滲透作用第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日細胞壁主要由纖維素分子組成，是一個水和溶質(zhì)都可通過的透性膜?？山鉀Q下列問題:①說明原生質(zhì)是半透膜②判斷細胞死活③測細胞滲透勢質(zhì)壁分離附原件實驗第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.水勢：溶液中每偏摩爾體積水的化學(xué)勢差。它是水分轉(zhuǎn)移本領(lǐng)大小的指標(biāo)。ψw=(μw-μow

)/νw=Δμw/νw

水溶液的化學(xué)勢純水的化學(xué)勢水的偏摩爾體積三、滲透作用偏摩爾體積：1mol水中加入1mol某溶液后，該1mol水所占的有效體積。第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.細胞水勢組成：ψw=ψs+ψP+ψm+ψg

滲透勢壓力勢襯質(zhì)勢

重力勢

滲透勢：就是溶液的水勢，是由于溶質(zhì)顆粒的存在降低了水的自由能，其水勢低于純水的水勢。壓力勢：指由于細胞壁的存在產(chǎn)生壓力而使細胞增加的水勢。襯質(zhì)勢：是細胞膠體物質(zhì)親水性和毛細管對自由水束縛而引起水勢降低的值。重力勢：是水分因重力下移而增加細胞水分自由能。

三、滲透作用第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日不同類型細胞的水勢組成A.分生組織：Ψw=ψs

+ψp+ψmB.成熟細胞：Ψw=ψs+ψp成熟細胞指已形成中央大液泡的細胞，這種細胞原生質(zhì)被擠壓為一薄層，因此，襯質(zhì)勢（ψm）很小忽略。C.風(fēng)干種子細胞的水勢：Ψw=ψm風(fēng)干種子細胞原生質(zhì)處于凝膠狀態(tài)，沒有溶液，即沒有滲透勢；膜失去彈性，也沒有壓力勢，只有襯質(zhì)勢。三、滲透作用第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日水勢的應(yīng)用

水分總是由水勢高的部位向水勢低的部位運轉(zhuǎn)，故水勢可用于判斷水分遷移的方向。如：1）相鄰細胞的水分轉(zhuǎn)移：水分由水勢高的細胞沿水勢梯度流向水勢低的細胞；當(dāng)多細胞連在一起時，依細胞水勢高低順次排列，形成一個水勢梯度，水分便由水勢高處流向水勢低處。2）植物體內(nèi)的水分轉(zhuǎn)移：植株地上部分的水勢低于根系，故根系水分可向地上部分運轉(zhuǎn)。3）土壤-植物體-大氣連續(xù)體系的水分轉(zhuǎn)移：水勢從高到低的順序是：土壤-根系-葉片-大氣，水分也按此順序遷移。

第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日

一、根系吸水區(qū)域根系是陸生植物吸水的主要器官，根的吸水主要在根尖進行。在根尖中，以根毛區(qū)的吸水能力最大，這是由于：⑴根毛區(qū)根毛較多，使吸水面積增大；⑵根毛細胞的外部由果膠質(zhì)組成，粘性強，親水性也強；⑶根毛區(qū)輸導(dǎo)組織發(fā)達，對水分移動的阻力小。第三節(jié)植物根系對水分的吸收根毛區(qū)伸長區(qū)分生區(qū)第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、根系吸水的途徑質(zhì)外體途徑：apoplastpathway

水分通過細胞壁、細胞間隙等擴散到植物體內(nèi)部，速度快?？缒ね緩剑簍ransmembranepathway

水分從一個細胞移動到另一個細胞，要兩次經(jīng)過質(zhì)膜，故稱跨膜途徑（P15圖1-6）。共質(zhì)體途徑：symplastpathway

水分從一個細胞的細胞質(zhì)經(jīng)過胞間連絲，移動到另一個細胞的細胞質(zhì)，移動速度較慢。第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、根系吸水的途徑細胞途徑質(zhì)外體途徑第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日兩種：根壓和蒸騰拉力1.根壓：是指植物根系的生理活動使液流從根部上升的壓力（葉片未展開時，是主要動力）。三、根系吸水的動力傷流吐水證明根壓存在的兩種現(xiàn)象：第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.蒸騰拉力(主要動力)在蒸騰作用中，首先是氣孔下腔細胞失水，水勢降低，它就向相鄰細胞吸水，使相鄰細胞水勢降低，這種水勢降低作用通過一個個細胞傳遞到木質(zhì)部導(dǎo)管，使導(dǎo)管水勢降低，導(dǎo)管向根系吸水，使根系水勢降低，產(chǎn)生吸水力。三、根系吸水的動力通常植物的吸水主要由蒸騰拉力引起,只有春季時植物葉片未展開時,蒸騰速率很低的植物,根壓才成為主要吸水動力.第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日四影響根系吸水的外界條件㈠土壤中的可用水(availablewater)根部有吸水能力,土壤有保水能力土壤中的可用水與土粒粗細以及土壤膠體數(shù)量密切相關(guān)

粗砂、細砂、砂壤、壤土和粘土的可用水?dāng)?shù)量依次遞減.第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日㈡土壤通氣狀況試驗:

用CO2處理根部,可使幼苗的吸水減低若通以空氣,則吸水量增加.土壤通氣不良會使根系吸水量減少,這是因為:土壤缺乏氧氣和CO2濃度過高,短期內(nèi)可使細胞呼吸減弱,影響根壓,阻礙吸水;若時間較長,就會形成無氧呼吸,產(chǎn)生和積累較多的酒精,根系中毒受傷,吸水更少.不同植物對土壤通氣不良的忍受能力差異很大,如①水稻、蘆葦?shù)仍谒诛柡偷耐寥乐?生長發(fā)育正常進行②而番茄和煙草則會萎蔫甚至死亡.第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日㈢土壤溫度低溫能降低根系的吸水速率,但溫度過高對根系吸水也不利低溫：水和原生質(zhì)粘度增加，水?dāng)U散速率下降，不易通過原生質(zhì)；呼吸作用減弱，影響主動吸水；根系生長緩慢，有礙吸水表面的增加。高溫：根易木栓化，導(dǎo)水性下降。第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日㈣土壤溶液的濃度

土壤溶液中含有一定的鹽分,具有水勢，根系細胞水勢必須低于土壤溶液的水勢，才能從土壤中吸水。

化肥施用過量或過于集中時，可使土壤溶液濃度突然升高，阻礙根系吸水，產(chǎn)生"燒苗"現(xiàn)象。

第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日

水土壤溶液根毛皮層薄壁細胞木質(zhì)部的導(dǎo)管和管胞向上運輸?shù)角o木質(zhì)葉木質(zhì)部葉肉細胞氣孔下腔氣孔大氣五植物體內(nèi)水分的運輸途徑水分在木質(zhì)部的長距離運輸要比薄壁細胞快得多，為3-45cm/h第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日

散失方式：

1)以液體狀態(tài)散失到體外（吐水現(xiàn)象）

2)以氣體狀態(tài)散逸到體外（蒸騰作用）主要方式

植物吸收的水分用于代謝散失1％—5％95%—99%第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日蒸騰作用（transpiration）：水分以氣態(tài)方式從植物體的表面散失的過程。

1生理意義：a.水分吸收和運輸?shù)闹饕獎恿.是礦質(zhì)元素和有機物運輸?shù)膭恿.降低葉溫第四節(jié)蒸騰作用一、蒸騰作用的生理意義和部位第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日

2蒸騰作用的指標(biāo)1蒸騰速率:

是指植物在單位時間內(nèi)單位葉面積上蒸騰散失的水分,又稱蒸騰強度.2蒸騰比率:

是指植物蒸騰1kg水時所形成的干物質(zhì)的質(zhì)量(g)。3蒸騰系數(shù):

是指植物制造1g干物質(zhì)所需水分(g),是蒸騰比率的倒數(shù).

第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日

3蒸騰作用發(fā)生部位幼小植株：地上全部表面長大植株：莖枝表面形成木栓，這時莖枝上的皮孔可以蒸騰，我們稱之為皮孔蒸騰，但量甚微；絕大部分在

葉片

上進行葉片的蒸騰作用有兩種方式,即角質(zhì)蒸騰(5-10%)和氣孔蒸騰.氣孔蒸騰為只要形式。第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、氣孔蒸騰氣孔是氣體和水分交換的主要通道。是植物葉片表皮組織的小孔，由成對的保衛(wèi)細胞、副衛(wèi)細胞或鄰近細胞組成，構(gòu)成氣孔復(fù)合體。1.氣孔的結(jié)構(gòu)與特點A.結(jié)構(gòu)：

B.特點：保衛(wèi)細胞壁有伸縮性，細胞體積能可逆性增大；內(nèi)外壁厚度不同，并有纖維絲與胞壁相連。

雙子葉－半月形單子葉－啞鈴形第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.氣孔的運動及機制氣孔的運動吸水失水單子葉植物吸水失水雙子葉植物影響氣孔運動的因素：光、溫度、co2第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日氣孔運動機制A.淀粉－糖互變學(xué)說光合CO2減少PH升高淀粉磷酸化酶淀粉葡萄糖水勢降低白天吸水氣孔開放淀粉葡萄糖PH=7PH=5關(guān)鍵：淀粉磷酸化酶的雙重催化作用第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日氣孔運動機制A.淀粉－糖互變學(xué)說光合停止CO2增加PH降低淀粉磷酸化酶葡萄糖水勢升高黒夜淀粉失水氣孔關(guān)閉第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日氣孔運動機制B.K+離子泵學(xué)說ATP質(zhì)子泵分解ATP細胞內(nèi)K＋增多水勢降低氣孔開放光合ATP增加白天胞外H+增加

K＋內(nèi)流通道開放H+泵出第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日氣孔運動機制B.k+離子泵學(xué)說黑夜光合停止ATP減少質(zhì)子泵關(guān)閉細胞內(nèi)K＋減少水勢增加氣孔關(guān)閉胞內(nèi)H+增加

K＋外流通道開放第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、氣孔運動機理圖解-蘋果酸代謝學(xué)說第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日三、影響蒸騰的因素1.外界因素1）光照葉溫升高內(nèi)外蒸汽壓增大蒸騰加快氣孔開放氣孔阻力變小蒸騰加快2）空氣濕度增強增大內(nèi)外蒸汽壓變小蒸騰變慢3）溫度升高內(nèi)外蒸汽壓增大蒸騰加快4）風(fēng)微風(fēng)內(nèi)外蒸汽壓增大蒸騰加快強風(fēng)氣孔關(guān)閉蒸騰變慢第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日2內(nèi)部因素⑴氣孔頻度:既單位葉面積上的氣孔數(shù)⑵氣孔大小:孔徑大,則內(nèi)部阻力小,蒸騰就快⑶葉面積和葉面內(nèi)部面積：指內(nèi)部暴漏的面積，指細胞間隙的面積第四十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日第六節(jié)合理灌溉的生理基礎(chǔ)一作物的需水規(guī)律

1、不同作物對水分的需要量不同