水分代谢植物生理学学习指导

1、1 .水分代谢(water metabolism ):植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。2 .水势(water potential ):每偏摩尔体积水的化学势差，符号为 少w。3 .渗透势(osmotic potential):由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水 势降低值，用负值表示，符号为 小兀，亦称溶质势(solutepotential,g)。4 .压力势(pressure potential ):由于细胞壁压力的存在而增大的水势值，一般为正值，符号为p。初始质壁分离时 Rp为0 ;剧烈蒸腾时，p会呈负值。5 .衬质势：(mat rix poten tial )由于细胞胶体物质亲水

2、性和毛细管对自由水的束缚而引起的水势降 低彳1,以负 值表示，符号 为m。6 .重力势(gravitational potential ):由于重力的存在而使体系水势增加的数值，符号为 少g。7 .自由水(free water):距离胶粒较远而可以自由流动的水分。8 .束缚水(bound water):靠近胶粒而被胶粒所束缚、不易自由流动的水分。9 .渗透作用(osmosis):水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。10 .吸胀作用(imbibition):亲水胶体吸水膨胀的现象。11 .代谢性吸水(metabolic absorption of water):利用细胞呼吸释放

3、出的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程。12 .水的偏摩尔体积(par tial molar volume ):在温度、压强及其他组分不变的条件下，在无限大的体系中加入1mol水时，对体系体积的增量。其符号为关Vw。13 .化学势(chemical poten tial): 一种物质每摩尔的自由能就是该物质的化学势。14 .水通道蛋白(water channel protein):存在于生物膜上的一类具有选择性、高效转运水分功能的内在蛋白，亦称水孔蛋白(aquaporins , AQPs)。15 .吐水(guttation):从未受伤的叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。16 .伤流(bl

4、eeding):从受伤或折断的植物器官、组织伤口处溢出液体的现象。17 .根压(root pressure ):植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力。18 .蒸腾拉力(t ranspirational pull):由于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。19 .蒸腾作用(transpiration):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。20 .蒸腾速率(transpiration rate ):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(g/ dm2 h)。21 .蒸腾比率(transpiration ratio): 植物每消耗1

5、kg水时所形成的干物质质量 (g)。又称为 蒸腾效率。22 .蒸腾系数(transpiration coefficien t ):植物制造1g干物质所需消耗的水分量(g )，又称为需水量(water requiremen t )。它是蒸腾比率的倒数。23 .小孔扩散律(small pore diffusion law ):指气孔通过多孔表面的扩散速率不与其面积成正比，而与小孔的周长成正比的规律。24 .永久萎鬻(permanent wilting):萎鬻植物若在蒸腾速率降低以后仍不能恢复正常 ，这样的萎鬻就称永久萎鬻。25 .暂时萎鬻(temporary wilting):萎鬻植株如果当蒸腾速

6、率降低后 ，可以恢复正常，这样的萎鬻称为暂时萎鬻。26 .临界水势(critical water potential):气孔开始关闭的水势。27 .水分临界期(critical period of water ):植物对水分缺乏最敏感的时期，一般为花粉母细胞四分体形成期。28 .内聚力(cohesive force):相同分子之间有相互吸引的力量。29 .内聚力学说(cohesion t heory ):又称蒸腾流-内聚力-张力学说(transpiration-cohesion-tensiontheory),即以水分的内聚力来解释水分沿导管上升的原因的学说。30 .节水农业(economize

7、 water agriculture ):是充分利用水资源、采取水利和农业措施提高水分利用率和生产效率，并创造出有利于农业可持续发展的生态环境的农业。六、简答题1 .植物从环境中不断地吸收水分 ，并通过茎导管运到叶片及其他器官 ，以满足正常的生命活 动的需要。但是，植物又不可避免地要丢失大量水分到环境中去。具体而言植物水分代谢可包括三个过程：水分白吸收；水分在植物体内的运输：水分的排出。2 .植物体中水分的存在状态与代谢关系极为密切，并且与抗性有关。一般来说，束缚水不参与植物的代谢反应，当植物某些细胞和器官主要含束缚水时，其代谢活动非常微弱，如越冬植物的休眠芽和干燥种子仅以极弱的代谢维持生命活

8、动，但其抗性却明显增强，能渡过不良的逆境条件。而自由水参与植物体内的各种代谢反应，含量多少还影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛。因此常以自由水/束缚水的比值作为衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。3 .植物细胞吸水有三种方式：未形成液泡的细胞，靠吸胀作用吸水：液泡形成之后，细胞主要靠渗透性吸水；与渗透彳用无关，而与代谢过程密切相关的代谢性吸水。，才有质壁4 .说明原生质层是半透膜。判断细胞死活。只有活细胞的原生质层是半透膜分离现象若细胞死亡，则不能产生质壁分离现象。测定细胞的渗透势。5 .水分进出细胞有两种途径：一种是单个水分子通过膜脂间隙扩散进出细胞；另一种是以水集流方式通过质膜上水孔蛋白

9、组成的水通道进出细胞。6 .是植物对水分吸收和运输的主要动力。促进植物对矿物质和有机物的吸收及其在植物体内的运输。能够降低叶片的温度，以免灼伤。7 .经过的途径：水分自根毛-根的皮层-根中柱-根的导管-茎的导管-叶脉导管-叶肉细胞-叶细胞间隙与气孔下腔-气孔-大气。在导管中水分运输的动力是蒸腾拉力和根压，其中蒸腾拉力占主要地位。在活细胞间的水分运输主要为渗透作用。8 .根系吸收水分的方式有两种：主动吸水与被动吸水。主动吸水的动力为根压，消耗生物能； 而被动吸水的动力为蒸腾拉力，不消耗生物能。9 .因为气体分子通过气孔扩散时，孔中央水蒸气分子彼此碰撞，扩散速率很慢；在孔边缘，水分 子相互碰撞机会

10、少 扩散速率快。而对于大孔，其边缘周长所占的比例小，故水分子扩散速率与 大孔的面积成正比。气孔很小 ，数目很多，边缘效应显著，故蒸腾速率很大。10 .此学说又叫蒸腾-内聚力-张力学说，是解释水分在导管内连续不断上升的学说。其内容主要是水分子间有很大的内聚力 ，可达30MPa ,它远远大于水柱的张力（约0 .53 .0MPa）。同 时水分子与导管纤维素分子间还有很强的附着力，故导管或管胞中的水流可成为连续的水柱。11 .原生质粘度增大，水不易透过生活组织 植物吸水减弱。水分运动减慢，渗透作用降低。根系生长受抑，吸收面积减少。根系呼吸速率降低，主动吸水减弱。12 .保卫细胞体积很小，并有特殊结构，

11、有利于膨压迅速而显著的改变；而表皮细胞大，又无 特别形状。保卫细胞胞壁中有径向排列的辐射状微纤束与内壁相连，便于对内壁施加作用。保卫细胞中有一整套细胞器，且数目多。保卫细胞叶绿体有明显的基粒构造，而表皮细胞无叶绿体。13 .代谢型抗蒸腾剂：如阿特拉津，可使气孔开度减小，苯汞乙酸可改变膜透性，使水分不易 向外界扩散。薄膜型抗蒸腾剂 ：如硅酮，可在叶面形成单分子薄层，阻碍水分散失。反射型 抗蒸腾剂：如高岭土，可反射光，降低叶温，从而减少蒸腾量。14 . 一般土壤溶液的水势都高于根细胞水势，根系顺利吸水。若施肥太多或过于集中，会造成土壤溶液水势低于根细胞水势根系不但不能吸水还会丧失水分，故引起“烧苗

12、”现象。15 .根据公式 3w= - cR T i,求出溶液水势：w= - 0 .3 X0 .008314 X300MPa0 .75MPa 。因为细胞水势与溶液水势相等，所以细胞水势为 -0 .75MPa,细胞压力势为0 .18MPa 。七、论述题1 .水分子的理化性质与植物生理活动有何关系？1 .水分子是一个极性分子，可与纤维素、蛋白质分子相结合。水分子具有高比热，可在环境温度变化较大的条件下，植物体温仍相当稳定。水分子还有较高的汽化热，使植物在烈日照射下， 通过蒸腾作用散失水分就可降低体温，不易受高温危害。水分子是植物体内很好的溶剂，可与含有亲水基团的物质结合形成亲水胶体。水还具有很大的表

13、面张力，使水与细胞胶体物质产生吸附作用，并借毛细管力进行运动。2 .试述水分的生理生态作用。2 .水是细胞原生质的主要组成成分；水是重要代谢过程的反应物质和产物；细胞分裂及伸长都需要水分；水是植物对物质吸收和运输及生化反应的一种良好溶剂；水能使植物保持固有的姿态，有利于光合作用和传粉；可以通过水的理化特性来调节植物周围的大气湿 度、温度等，对维持植物体温稳定也有重要作用。3 .气孔开关机理假说有哪些 ？并加以说明。3 .淀粉-糖变化学说：在光照下保卫细胞进行光合作用合成可溶性糖。另外由于光合作用消耗二氧化碳，使保卫细胞 pH值升高，淀粉磷酸化酶水解细胞中淀粉，形成可溶性糖，细胞水势 下降。当保

14、卫细胞水势低于周围的细胞水势时，保卫细胞便吸水，迫使气孔张开。在暗中光合作用停止，情况与上述相反，气孔关闭。K+积累学说：在光口下，保卫细胞质膜上具有光活化 H+泵AT P酶，分解光合磷酸化产生的 A TP ,并将H+分泌到细胞壁，同时将外面的 K+通过 膜上的内流钾通道吸收到细胞中来。Cl-也伴随着K+进入，Cl-与苹果酸负离子平衡K+电性。保卫细胞中积累较多的 K+、Cl-和苹果酸，降低水势而吸水，气孔就张开，反之，则气孔关闭。 苹果酸代谢学说：在光下保卫细胞内的二氧化碳被利用，pH值就上升(8 .08 .5)，从而活化PE PC ,剩余的二氧化碳就转变成重碳酸盐(HCO-3) o PEP

15、与HCO-3作用形成草酰乙酸，然后还原成苹果酸，苹果酸解离为2H+和苹果酸根，在H+/ K+泵驱使下，K+与H+交换，K+ 进入保卫细胞，Cl-也伴随进入，与苹果酸负离子一起平衡K+电性。同时苹果酸也可作为渗透调节物与K+、Cl-共同降低保卫细胞的水势。保卫细胞吸水，气孔打开；反之，气孔关闭。4 .试述外部因素对气孔运动的影响。4 .许多因子都能调节气孔运动，可归纳为以下几方面：二氧化碳。叶片内低二氧化碳分压， 可使气孔打开；高二氧化碳分压，使气孔关闭。光。一般 情况 下，光照使 气孔 打开，黑暗使气 孔关 闭，但CAM植物则相反。另外，光质对气孔运动的影响与对光合作用的影响相似，即蓝光和红光

16、最有效。温度。气孔开度一般随温度上升而增大，25 C以上气孔开度最大。但3035 C会引起气孔开度减小，低温下气孔关闭。 水分。叶中水势下降时气孔开度减小或关闭。但久雨天气时叶表皮细胞含水量高，体积增大，挤压保卫细胞引起气孔关闭。风。微风有利气孔打开，大风可使气孔关闭。植物激素。CT K促使气孔张开,ABA可促进气孔关闭。5 .禾谷类作物的水分临界期在什么时期？为什么？5 .禾谷类作物有两个水分临界期：一个在孕穗期，即花粉母细胞四分体到花粉粒形成阶段。因 为此阶段小穗正在分化，茎、叶、穗迅速发育，叶面积快速扩大，代谢较旺盛，耗水量最多，若缺 水,小穗发育不良植株矮小，产量低。另一个是在开始灌浆

17、到乳熟末期。此时主要进行光合产 物的运输与分配，若缺水，有机物运输受阻，造成灌浆困难，功能叶早衰，籽粒瘦小，产量低。6 .蒸腾作用的强弱与哪些因素有关？为什么？6 .蒸腾速率与扩散力成正比，与扩散阻力成反比，因此，凡是影响二因子的内外条件均影响蒸腾速率。概括如下二方面因素:(1 )内部因素：气孔和气孔下腔都直接影响蒸腾速率。气孔频度和开度大 气孔下腔容积大等都促进蒸腾作用。(2 )外部因素：光照。光照对蒸腾起决定性的促进作用，叶片吸收的辐射能大部分用于蒸腾。 光能促使气孔张开，又能提高叶片温度，使内部 阻力减小和叶内外蒸汽压差增大，加速蒸腾。大气相对湿度。当大气相对湿度大时，大气蒸汽压也增大，

18、叶内外蒸汽压差就变小，蒸腾变慢；反之,加快。大气温度。叶温高 于气 温，尤其在 太阳 直射 下 叶温 较气 温一般 高210 C,厚叶更显著。气温增高时，叶内外蒸汽压差增大，蒸腾加快。风。微风可吹走气孔外的界面层，补充一些蒸汽压低的空气，外部扩散阻力减小，蒸腾加快。但大风引起气孔关闭 ，使蒸腾减弱。土壤条件。凡是影响根系吸水的各种土壤条件，如土温、土壤通气状况、土壤溶液浓度等均可间接影响蒸腾作用。7 .合理灌溉增产的原因是什么 ？7 .干旱时，灌溉可使植株保持旺盛的生长和光合作用。减缓“午休”现象。促使茎叶输导组织发达，提高同化物的运输速率，改善光合产物的分配利用。改变栽培环境：如早稻秧 田在

19、寒潮来临前深灌，起保暖防寒作用；晚稻在寒露风来临前灌深水，有防风保暖作用；盐碱地 灌水，有洗盐和压制盐分上升的作用；施肥后灌水，有溶肥作用。8 .试述高等植物体内水分上运的动力及其产生原因。8 .水分上运的动力有二，即根压和蒸腾拉力。关于根压产生的原因目前认为，土壤溶液沿质外体向内扩散，其中的离子则通过依赖于细胞代谢活动的主动吸收进入共质体中。这些离子通过连续的共质体进入中柱活细胞 ，然后释放到导管中，引起离子积累。其结果是，内皮层以内的质外体渗透势低，而内皮层以外的质外体渗透势高 ，水分通过渗透作用透过内皮层细胞到达导管内，这样在中柱内就产生了一种静水压力，这就是根压。当植物进行蒸腾时，水便从气孔蒸腾到大气中，失水的细胞便向水势较高的叶肉细胞吸水，如此传递，接近叶脉导管的细胞向叶脉壤吸水。这种因蒸腾作用所产生的吸水力量，叫做蒸腾拉力。，使根系再向土导管、茎导管、根导管和根部吸水。这样便产生了一个由低到高的水势梯度9 .土壤通气不良造成根系吸水困难的原因是什么？9 .其主要原因有：根系环境内氧气缺乏，二氧化碳积累，呼吸作用受到抑制，影响根系吸水。长期在缺氧气条件下根进行无氧呼吸，产生并积累较多的乙醇，使根系中毒受伤。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，造成“黑根”或“烂根”。农业生产 中的中耕耘田、排水晒田等措施就是为了增加土壤的透气性。1