第一章植物的水分生理

1、第一章 植物的水分生理一、名词解释。1、水分代谢：植物对水分的吸收、运输、利用和散失的全过程。2、渗透作用：溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象。对于水溶液而言，就是指水分子从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。3、水势：每偏摩尔体积水的化学势差。4、水分临界期：植物对水分不足特别敏感、最易受害的时期。一般植物的水分临界期多处于花粉母细胞四分体形成期，此时缺水就使生殖器官发育不正常，产量影响大。5、束缚水：被植物细胞胶粒或渗透物质吸附束缚而不能自由移动的、不参与生理生化过程的水分。6、自由水：不被胶粒或渗透物质吸附束缚，或受吸附力小而可以自由移动的、可直接参与生理生化过程的水分。7

2、、渗透势：亦称溶质势，是由于溶液中溶质颗粒的存在，降低了水的自由能而引起的水势低于纯水水势的值，此值为负值。8、衬质势：细胞内胶体物质亲水性和毛细管对自由水的束缚而引起的水势的降低值，其值为负。衬质为水饱和时，其值为0。9、压力势：由于压力的存在而使体系水势改变的值。一般情况下为正值，初始质壁分离时，其值为0，叶片剧烈蒸腾时，其值为负。10、重力势：由于重力的存在而使体系水势改变的数值。11、吐水：由根压引起的从未受伤的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。在自然条件下，当植物吸水大于蒸腾时，常可看到吐水现象。12、伤流：由于根压作用从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象。13、蒸腾拉力：由于

3、蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。高大植物或蒸腾旺盛时，根系吸水的主要动力是蒸腾拉力。14、主动吸水：是指植物根系通过自身的代谢活动所引起的吸水过程，即需要消耗代谢能量吸水并压水向上，主动吸水的动力是根压。15、根压：由于根系的生理活动不断向根部导管积累有机和无机溶质，使其水势下降，导致土壤及周围细胞的水分向根部导管流动，这种由根系自身代谢活动使液流从根部上升的压力就是根压，是根系吸水动力之一。16、被动吸水：由于地上枝叶的蒸腾作用所引起的吸水过程，与根系的生理活动无直接关系，其动力是蒸腾拉力。17、蒸腾作用：水分以气体状态通过植物体表面从体内散失到体外的现象。18、蒸腾速率

4、：又称蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用而散失的水分量。19、蒸腾比率：又称蒸腾效率，指植物在一定生长期内积累的干物质与蒸腾失水量的比值。20、蒸腾系数：又称需水量或水分利用效率，指植物制造1g干物质所需水分的质量，是蒸腾比率的倒数。21、内聚力学说：水分具有较大的内聚力，此内聚力足以抵抗张力，保证由根至叶水柱不断，以此来解释水分在木质部中上升的原因。22、集流：液体中成群的原子或分子在压力梯度作用下共同移动的现象，如水分在木质部中远距离的运输。23、共质体途径：共质体是植物体中“活”的部分，包括所有的细胞质和胞间连丝，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

5、另一个细胞的细胞质，形成一个细胞质的连续体，水分在共质体中移动阻力大，速度慢。24、质外体途径：质外体是指没有原生质的部分，主要包括细胞壁、细胞间隙、木质部导管、管胞等，是植物中“死”的部分，质外体途径是指水分通过没有细胞质的质外体的移动，水分在质外体中移动阻力小，速度快。25、水孔蛋白：存在于植物细胞质膜和液泡膜上的膜内在蛋白，是一类具有选择性，只允许水分通过的跨膜通道蛋白。26、水分平衡：植物吸水量足以补偿蒸腾失水量的状态。二、缩写符号。w：水溶液的化学势0w ：纯水的化学势w：细胞水势s：溶质势p：压力势g：重力势m：衬质势TR：蒸腾比率WUE：水分利用效率DTT：二硫苏糖醇IP3：三磷

6、酸肌醇SPAC：土壤-植物-大气连续体RWC：相对水含量PEP：磷酸烯醇丙酮酸_Vm：偏摩尔体积三、误区警示。1、种子吸胀吸水和蒸腾作用都是需要呼吸作用直接供能的生理过程。解析：不需要。2、植物细胞吸水方式有主动吸收和被动吸收。解析：植物细胞的吸水方式：吸胀吸收，渗透性吸水，代谢性吸水植物根系的吸水方式：主动吸水（根压）和被动吸水（蒸腾拉力）3、植物的临界水势越高，耐旱性越强。解析：耐旱性越弱。4、在细胞的水充分饱和时，细胞的渗透势为0。解析：水势为0。5、两个相邻细胞间水分流动方向取决于二者的渗透势差值。解析：水势差值。6、具有液泡的细胞的衬质势很小，通常忽略不计。解析：衬质势绝对值小。7、

7、蒸腾效率高的植物，一定是蒸腾量小的植物。解析：不一定。四、填空题。1、水分在植物细胞中通常呈两种状态：自由水，束缚水。2、细胞质含水较多呈溶胶状态，含水较少呈凝胶状态。3、植物根部吸水能力最强的部位根毛区。4、未形成液泡的细胞主要靠吸胀吸水，液泡形成后主要靠渗透吸水。5、细胞中自由水越多，原生质黏性越小，代谢越旺盛，抗性越弱。6、植物散失水分的方式：吐水和蒸腾。7、水分沿着导管或管胞上升的下端动力是根压，上端动力是蒸腾拉力，保证水柱连续性不断的力是水分子的内聚力。8、水分跨膜运输的途径有2种：跨膜脂双分子层的扩散，跨膜水孔蛋白的扩散。9、水分在植物体内的传输途径有2种：径向传输（根系吸水），轴

8、向运输（水分向上运输）。10、根系吸水的途径有3种：质外体途径、跨膜途径和共质体途径，后两种途径统称为细胞途径。11、同一作物不同生育期对水分的需要以生殖器官形成期和灌浆期最敏感。12、移栽植物时常剪去部分枝叶以减少蒸腾，目的在于保持水分平衡。13、大豆和水稻需水量较多，小麦和甘蔗次之，高粱和玉米最少。14、就利用等量水分所产生的干物质而言，C4植物比C3植物多12倍。15、灌溉的形态指标：缺水时，幼嫩的茎叶会凋萎，叶茎颜色暗绿或变红，生长速率下降。16、灌溉的生理指标：叶片水势，细胞质液浓度，渗透势，气孔开度。17、节水灌溉的方法：喷灌，滴灌，调亏灌溉，控制性分根交替灌溉。18、蒸腾作用的指

9、标：蒸腾速率，蒸腾比率，水分利用效率。19、证明根压存在的现象：吐水和伤流。20、植物根系吸水快慢和有无，取决于导管汁液与外界溶液之间的水势差异的大小和有无。五、简答与论述。1、水分在植物生命活动中的作用。（分析“有收无收在于水”。）答：（一）水对植物的生理作用1. 原生质的主要组分 2. 参与植物体内的代谢过程3. 生化反应和物质吸收、运输的介质4. 使植物保持固有的姿态5. 维持细胞的分裂和伸长（二）水对植物的生态作用1.调节植物体温：水的汽化热高、比热大。2.调节生态环境：增加大气湿度、维持土温、气温的相对稳定等。2、将植物细胞分别放在纯水和1mol/L蔗糖溶液中，它们的渗透势、压力势、

10、水势及细胞体积各会发生什么变化？答：在正常情况下，植物细胞的水势为负值，在土壤水分充足的条件下，一般植物的叶片水势为-0.8-0.2MPa。将植物细胞放在纯水中时，纯水的水势为0（大于植物细胞的水势），故植物细胞会吸水，渗透势、压力势及水势均上升，细胞体积变大。当吸水达到饱和时，细胞体积达最大，水势最终变为0，渗透势和压力势绝对值相等，符号相反，各组分不再变化。当植物细胞放于1mol/L蔗糖溶液中时，蔗糖溶液水势在27时的水势约为-2.49MPa，由于细胞的水势大于蔗糖溶液的水势，因此细胞放入溶液后会失水，渗透势、压力势及水势均减小，体积也缩小，严重时还会发生质壁分离现象。如果细胞处于初始质壁

11、分离状态，其压力势为0，水势等于渗透势。3、水分如何跨膜运输到细胞内以满足正常生命活动的需要的？答：水分的跨膜运输主要有扩散、集流、渗透作用三种。（1）扩散：膜脂双分子之间的空隙大于单个水分子，故单个水分子可顺着浓度梯度从较高化学势区域向较低化学势区域通过膜脂双分子层进行移动。（2）集流：有压力差的情况下，大量的水分子通过膜脂双分子层成群集体运动。水孔蛋白只允许水分子通过，不允许其他离子和代谢物通过。（3）渗透作用：水分通过细胞膜的方向和速度不单取决于水分子浓度梯度或压力梯度，而且还取决于这两种驱动力之和。4、气孔的张开与保卫细胞的什么结构有关？答：双子叶植物的肾形保卫细胞的内壁厚而外壁薄，微

12、纤丝从气孔呈扇形辐射排列；禾本科植物的哑铃形保卫细胞中间部分胞壁厚，两头薄，微纤丝径向排列。5、植物受涝后，叶子为何萎蔫或变黄？答：（1）土壤充满水，短时间内根系缺氧，CO2积累，呼吸受抑制，产生根压受抑制，影响根系吸水。（2）长时间缺氧，根进行无氧呼吸产生并积累较多的酒精，根系中毒受伤，吸水更少。（3）土壤处于还原状态，加之土壤微生物的活动，产生一些有毒物质，对根的生长和吸水均不利。6、脱落酸引起气孔关闭的机理。答：脱落酸会增加胞质Ca2+浓度和胞质溶胶的pH，一方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，促进细胞内K+浓度减少。另一方面，脱落酸活化外向Cl-通道

13、蛋白，Cl-外流，保卫细胞内Cl-浓度减少，保卫细胞澎压下降，气孔关闭。7、为什么气孔在光照条件下会张开，黑暗条件下会关闭？影响气孔开闭的因素有哪些？答：（一）气孔运动的机制：1、淀粉糖转化学说，气孔保卫细胞内有叶绿体，在光下进行光合作用，消耗CO2，导致细胞内PH增加，此时，淀粉磷酸化酶向正向反应，淀粉水解为多个葡萄糖分子，保卫细胞溶质增加，水势降低，保卫细胞吸水，气孔开放，黑暗中，光合作用停止，细胞内PH降低，葡萄糖合成淀粉，水势升高，细胞失水，气孔开放2、K离子积累学说，保卫细胞同光光合作用，形成ATP，活化质膜ATP-K离子泵，是钾离子主动吸收到保卫细胞内，K离子进入的同时，CL离子也

14、进入，保持细胞内的电中性，因此细胞内水势降低，细胞吸水，气孔开放，黑暗中，K离子从保卫细胞内扩散出去，细胞水势升高，失去水分，气孔关闭3、苹果酸代谢学说，保卫细胞内的钾离子有三分之二是被苹果酸中和的，保卫细胞利用CO2的同时，PH升高，活化PEP羧化酶，催化PEP与CO2形成草酰乙酸，并进一步被NADPH还原成苹果酸，苹果酸解离成氢离子和苹果酸根，在HK离子泵作用下，氢离子和钾离子交换，保卫细胞内钾离子浓度增加，水势降低，气孔开放（二）影响气孔运动的因素：1、光，气孔一般是在光下开放，黑暗中关闭，光对气孔的调节主要与光下保卫细胞进行光合作用有关，降低CO2的浓度和光和磷酸化促进细胞吸收离子2、

15、温度，其控制柚子一定温度下才会开放，且在此温度下 气孔的开放程度与温度成正比3、CO2的浓度，其浓度高时，气孔关闭，浓度降低时，气孔开放4、水分，水势降低，气孔开放5、风，风过大，植物体蒸腾作用过强，细胞失水较多，气孔关闭（6）CTK促进气孔张开，ABA促进关闭。8、蒸腾作用的生理意义和影响因素。答：（一）生理意义（1）蒸腾作用失水所产生的水势梯度是植物吸收和运输水分的主要动力（2）蒸腾作用引起的木质部的上升液流有利于根部吸收的离子及根中合成的有机物向地上部分的转移。（3）可降低植株和叶片的温度。（4）蒸腾作用进行时气孔开放，有利于CO2的吸收和同化。（二）影响因素1、内部因素（1）气孔结构特

16、征：气孔下腔体积；气孔内陷，气体扩散阻力增大；（2）气孔频度、气孔大小（3）气孔开度（4）叶片内部体积(叶肉细胞间隙大小)（5）根系吸水能力也间接影响着蒸腾率。2、外界条件（1）光照：叶吸收的光能大多数用于蒸腾作用。光照下叶温升高大于气温，使内外蒸汽压力差增加；光下水蒸汽分子的扩散力增加；光下气孔开放。（2）空气相对湿度：RH%增加时，大气蒸汽压也增大，叶内外蒸汽压力差减小，TR变慢。（3）CO2: 叶内CO2浓度低可促使气孔张开，CO2浓度高则促使气孔关闭。（4）大气温度：气温增高时，大气蒸汽压也增大。这可能使 TR下降。事实上，太阳光直射时叶温较气温一般要高几度，导致气孔下腔蒸汽压的增加比

17、大气蒸汽压的增加要大，所以有利于TR。（5）风：微风能将气孔边的水蒸汽吹走补充一些蒸汽压低的空气，扩散层变薄，外部阻力减小，TR增大。强风可降低叶温；可使保卫细胞迅速失水导致气孔开度减小或关闭，内部阻力增大, TR下降。 （6）植物激素: 细胞分裂素（CTK, cytokinin）促进气孔张开； 脱落酸(ABA, abscisic acid)促进气孔关闭。（7）土壤水分状况：当土壤缺水时，根系合成大量的ABA并作为信号物质脱运往地上部，迅速引起气孔关闭。（8）蒸腾作用速率的昼夜变化：清晨到14时前后，TR达到高峰，随后下降。日落后蒸腾迅速下降到最低点。9、蒸腾作用的部位。答：（一）幼小植株：地

18、上部分全部表面(幼嫩细胞，叶未展开)。 （二）成熟植株： 1、皮孔：木本植物长大后具有皮孔蒸腾的现象。2、叶：（1）角质蒸腾(角质层本身不透水，但在形成过程中有些区域含有果胶，同时角质层有孔隙，故水汽可通过，5-10%) （2）气孔蒸腾(90%)10、植物水分运输途径。答：土壤水根毛根皮层根中柱鞘根导管茎导管叶柄导管叶脉导管叶肉细胞叶细胞间隙气孔下腔气孔大气11、内聚力学说的争论焦点。答：（1）水分上升是否有活细胞参与。（2）小气泡在导管或管胞中形成空穴化，大气泡会堵塞管道，称为栓塞，水柱的连续性就被破坏。12、影响根系吸水因素。答：（1）根系吸水阻力：土壤阻力、根土界面阻力、根的径向阻力、轴

19、向阻力。（2）内部因素：根的有效性：根系密度大，吸收水分可能越多。根表面对水的透性。根系发达程度。木质部溶液渗透势。根系呼吸速率或生理活性。（3）外界因素A.土壤水分： 重力水：在重力作用下可通过颗粒间隙下降流失的水分。有害。毛细管水：保持在土壤颗粒间毛细管内的水分。可用。植物吸水的大部分来自它。束缚水：土壤颗粒、胶体所吸附的水合层中的水分。一般不能被吸收利用。土壤含水量：田间持水量：排除重力水而保留毛细管水时土壤含水量。最大持水量：土壤中所有孔隙完全被水所占据时的土壤含水量，即饱和含水量。B.土壤通气状况通气良好时呼吸增加，根系生长良好，有利于吸水。通气不好时根系吸水困难： 呼吸作用受抑制，

20、根压下降。 较长时间缺氧下根进行无氧呼吸，产生和积累较多酒精，根系中毒受伤，吸水面积减少。土壤处于还原状态，一些土壤微生物的活动，都可导致一些有毒物质的产生，对根系的生长和吸收功能都不利。C.土壤温度：影响着根系生理活性和影响着土壤水的移动性。在一定温度范围内随温度升高根系水吸收和运输加快。低温时吸水下降：水的粘度增加，不易透过生活组织。原生质粘度增加，对水的阻力增加。水的运动减慢，渗透作用降低。根系生长受抑制，吸收面积减少。根系呼吸速率降低，离子吸收减弱，影响根系吸水。温度过高也影响根系吸水：高温加速根系老化，使根的木质化达到根尖，根的吸收面积减少。酶钝化。原生质流动减慢或停止。D. 土壤溶液浓度过高，土壤水势降低。若低于根系水势植物不能吸水反而失去水分，导致生理性干旱 (由于通气不良、温度过低、土壤溶液浓度过高等可导致植物不能吸收水分而表现出缺水症状的现象)。“烧苗”：施肥过多或集中时使局部土壤溶液浓度过高等导致植物不能吸收