第1章植物水分生理

1、水分的吸收水分的运输水分的利用水分的散失1-1. 1-1. 水在植物生命活动中的作用水在植物生命活动中的作用1-2. 1-2. 植物对水分的吸收植物对水分的吸收1-3. 1-3. 植物的蒸腾作用植物的蒸腾作用1-4. 1-4. 植物体内水分的运输植物体内水分的运输1-5. 1-5. 合理灌溉的生理基础合理灌溉的生理基础主要内容：主要内容： 植物的含水量 二. 植物体内水分存在的状态 三. 水分在植物生命活动中的作用 水生植物 草本植物 木本植物 地衣、藓类 90以上 7085 仅占6左右同一种植物，不同环境下有差异同一种植物，不同环境下有差异 荫蔽、潮湿 向阳、干燥环境同一植株中，不同器官、组

2、织含水量不同同一植株中，不同器官、组织含水量不同 根尖、绿叶 树干 休眠芽 风干种子: 60609090 4050 40 814 生命活动较旺盛的部分，水分含量较多。生命活动较旺盛的部分，水分含量较多。细胞质基质细胞质基质原生质胶体原生质胶体凝胶：凝胶：代谢缓慢，如干种子溶胶：溶胶：代谢旺盛，正常代谢的组织自由水：距离胶体颗粒较远，可以自由移动的水分束缚水：较牢固地被细胞胶体颗粒吸附，不易流动的水分溶液溶液真溶液真溶液：质点 1nm 胶体胶体： 1nm 胶粒 100nm 混悬液混悬液：质点 100nm -NH+3COO- OH +H +水分子的极性水分子的极性一一. . 植物细胞对水分的吸收植

3、物细胞对水分的吸收二二. . 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收溶液越浓，水势溶液越浓，水势越低越低水势水势高高 水势水势低低 移动移动（二）：渗透作用（二）：渗透作用（osmosis) 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。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。1.实验开始时实验开始时2.一段时间后一段时间后半透膜半透膜（三）：植物细胞是一个渗透系统（三）：植物细胞是一个渗透系统质膜质膜液泡膜液泡膜细胞质细胞质（半透膜）（半透膜）细胞核细胞核细胞壁（全透性）细胞壁（全透性）液泡液泡具有液泡的植物细胞与周围溶液一起构成一个渗透系统具有液泡

4、的植物细胞与周围溶液一起构成一个渗透系统原生质层原生质层细胞的水势组成： w = s +p+ m+g水势渗透势压力势衬质势重力势重力势（四）：（四）： 细胞的水势细胞的水势细胞吸水决定于细胞水势典型细胞的水势组成： w = s +p+ m水势渗透势压力势衬质势w = s + p相邻两细胞间的水分移动：相邻两细胞间的水分移动：多个细胞间（组织、器官间）的水分移动：多个细胞间（组织、器官间）的水分移动：两个相邻细胞之间水分移动的图解两个相邻细胞之间水分移动的图解高水势细胞高水势细胞 低水势细胞低水势细胞高水势一端高水势一端 低水势一端低水势一端原理原理：淀粉、纤维素和蛋白质等亲水性物质吸水淀粉、纤

5、维素和蛋白质等亲水性物质吸水二.吸胀吸水 吸胀作用的动力主要是衬质势吸胀作用的动力主要是衬质势s=0 p=0w = m即衬质势等于水势即衬质势等于水势一、根系吸水的部位一、根系吸水的部位二、根系吸水的途径二、根系吸水的途径三、根系吸水的机制三、根系吸水的机制四、影响吸水的土壤条件四、影响吸水的土壤条件 一、根系吸水的部位一、根系吸水的部位 根吸水的主要部位是在根的尖端根吸水的主要部位是在根的尖端根根尖尖吸水能力最强吸水能力最强根毛区根毛区伸长区伸长区分生区分生区根冠根冠图图 根尖纵切根尖纵切 根毛区吸水能力强的原因：根毛区吸水能力强的原因：(1) 吸收面积大（吸收面积大（510倍）倍）(2)根

6、毛区的外部由果胶质覆盖，粘性强，亲水性也强，有利于与土壤根毛区的外部由果胶质覆盖，粘性强，亲水性也强，有利于与土壤 颗粒粘着与吸水颗粒粘着与吸水(3)根毛区的输导组织发达，对水分移动的阻力小根毛区的输导组织发达，对水分移动的阻力小在移植幼苗时应尽量避免损伤细根。在移植幼苗时应尽量避免损伤细根。1. 质外体途径质外体途径 水分通过细胞壁、 细胞间隙移动2. 共质体途径共质体途径水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝移动到另一个细胞图图 根横切面根横切面3 跨膜途径跨膜途径柿子胚乳细胞柿子胚乳细胞在细胞间运输在细胞间运输水分、营养物水分、营养物质、信号分子质、信号分子 及大分子及大分子共质体途径质外体

7、途径内皮层凯氏带表皮外皮层中柱鞘木质部韧皮部 凯氏带凯氏带木栓化和木质化，膜与壁紧贴在一起。木栓化和木质化，膜与壁紧贴在一起。水、溶质不能自由通过。水、溶质不能自由通过。3 跨膜途径跨膜途径三、根系吸水的机制三、根系吸水的机制植物根系吸水的动力有两种：植物根系吸水的动力有两种：根压根压蒸腾拉力蒸腾拉力主要方式主要方式( (一一) )根压根压1.概念概念由于植物根系生理活动产生的促使水分从根部上升的压力由于植物根系生理活动产生的促使水分从根部上升的压力2.2.根压产生的机理根压产生的机理水流的真正动力是水势差水流的真正动力是水势差皮层、内皮层、中柱导管皮层、内皮层、中柱导管形成一个渗透系统。形成

8、一个渗透系统。根的代谢活动使导管溶液的水根的代谢活动使导管溶液的水势低于外界溶液的水势势低于外界溶液的水势水被动地顺水势梯度从外部水被动地顺水势梯度从外部进入导管进入导管根压的产生是一个渗根压的产生是一个渗透过程透过程相当于半透膜伤流伤流3 根压存在的证据：根压存在的证据：如果从植物的茎基部靠近地面的部位切如果从植物的茎基部靠近地面的部位切断，不久可看到有液滴从伤口流出。这断，不久可看到有液滴从伤口流出。这种从受伤或折断的植物组织中溢出液体种从受伤或折断的植物组织中溢出液体的现象，叫做的现象，叫做伤流伤流（bleeding）。流出的）。流出的汁液是汁液是伤流液伤流液（bleeding sap）

9、。）。吐水吐水土壤水分充足，气温适宜，土壤水分充足，气温适宜，天气潮湿的环境中，叶片的天气潮湿的环境中，叶片的尖端或边缘也有液体外泌的尖端或边缘也有液体外泌的现象，这种现象称为吐水现象，这种现象称为吐水（guttation）。）。（二）蒸腾拉力（二）蒸腾拉力 由于蒸腾作用产生一由于蒸腾作用产生一系列水势梯度使导管中系列水势梯度使导管中水分上升的力量称为蒸水分上升的力量称为蒸腾拉力。腾拉力。根压和蒸腾拉力在植物吸水的过程中所占的比重，因植物生长状况根压和蒸腾拉力在植物吸水的过程中所占的比重，因植物生长状况 和蒸腾速率而异。和蒸腾速率而异。小节小节正在蒸腾着的植株，尤其是高大的树木，其吸水的主要动

10、力为蒸腾拉力正在蒸腾着的植株，尤其是高大的树木，其吸水的主要动力为蒸腾拉力春季叶片未展开或树木落叶后，以及蒸腾速率很低的夜晚，根压才是春季叶片未展开或树木落叶后，以及蒸腾速率很低的夜晚，根压才是 主要的动力主要的动力1. 土壤溶液浓度土壤溶液浓度 盐碱地：盐碱地： NaCI、NaCO3“烧苗烧苗”现象。现象。四、影响根系吸水的条件四、影响根系吸水的条件 根系要从土壤中吸水，根部细胞的水势必须低于土根系要从土壤中吸水，根部细胞的水势必须低于土壤溶液的水势。壤溶液的水势。一般土壤 0.6% - 10%土壤缺氧：土壤缺氧：根细胞无氧呼吸，产生和积累酒精，根系中毒根细胞无氧呼吸，产生和积累酒精，根系中

11、毒 根系根系呼吸减弱，阻碍吸水呼吸减弱，阻碍吸水 受涝的植株反而缺水？受涝的植株反而缺水？土壤中氧气和二氧化碳的比例土壤中氧气和二氧化碳的比例2. 土壤通气状况土壤通气状况酒精酒精3. 3. 土壤温度土壤温度高温：高温：根的木质化减少吸收面积、吸收速率根的木质化减少吸收面积、吸收速率酶失活酶失活植物吸收的水分植物吸收的水分用于代谢用于代谢散失散失1595%99%第四节第四节 蒸腾作用（蒸腾作用（transpiration ）（一）（一） 概念：概念： 水分以气态形式水分以气态形式通过植物体表面散失通过植物体表面散失到体外的过程到体外的过程一、蒸腾作用的概念、生理意义和途径一、蒸腾作用的概念、生

12、理意义和途径（二）（二） 蒸腾作用的生理意义蒸腾作用的生理意义1、蒸腾作用产生的蒸腾拉力是植物吸水的主要动力。、蒸腾作用产生的蒸腾拉力是植物吸水的主要动力。2、植物吸收矿质盐类和在体内运转的动力、植物吸收矿质盐类和在体内运转的动力3、降低植物体的温度。、降低植物体的温度。（三）蒸腾的途径（或部位）（三）蒸腾的途径（或部位）主要通过三种途径：主要通过三种途径：1.皮孔蒸腾皮孔蒸腾(lenticular transpiration) 2.叶片蒸腾叶片蒸腾1)角质层蒸腾角质层蒸腾(cuticular transpiration)2)气孔蒸腾气孔蒸腾(stomatal transpiraton)占总蒸

13、腾的占总蒸腾的0.1%生长在遮阴、潮湿地方生长在遮阴、潮湿地方的植物的叶片、幼叶角的植物的叶片、幼叶角质蒸腾所占比例较大，质蒸腾所占比例较大，成熟叶片的角质蒸腾仅成熟叶片的角质蒸腾仅占总蒸腾的占总蒸腾的35%可占蒸腾总量的可占蒸腾总量的8090。是中生和旱生。是中生和旱生植物蒸腾作用的主要植物蒸腾作用的主要方式方式（一）气孔的结构（一）气孔的结构双子叶植物气孔结构双子叶植物气孔结构单子叶植物气孔结构单子叶植物气孔结构保卫细胞保卫细胞副卫细胞气孔下腔气孔下腔保卫细胞保卫细胞表皮细胞叶肉细胞叶肉细胞（二）（二） 气孔的大小，数目和分布气孔的大小，数目和分布气孔分布于叶片的上表皮及下表皮，气孔分布于

14、叶片的上表皮及下表皮，每每平方厘米平方厘米叶片上少则有叶片上少则有几千几千个，多则达个，多则达10万万个以上个以上气孔总面积一般占全叶面积的约气孔总面积一般占全叶面积的约1%（三）小孔律（三）小孔律 气孔一般只占全叶面积的约气孔一般只占全叶面积的约1% ，但通过气孔的蒸腾可达叶片同面，但通过气孔的蒸腾可达叶片同面积自由水面的积自由水面的10-50%，甚至，甚至100%即叶片上气孔的蒸腾速率是同等面积自由水面的几十倍，甚至上百倍。即叶片上气孔的蒸腾速率是同等面积自由水面的几十倍，甚至上百倍。为什么？为什么？小孔律：小孔律： 通过多孔表面的蒸发不与孔的面积成正比，而与孔通过多孔表面的蒸发不与孔的面

15、积成正比，而与孔的周长成正比。的周长成正比。边缘效应边缘效应 处在气孔中央的气体分子彼此碰撞，故扩散速度较慢；处在气孔边缘的分处在气孔中央的气体分子彼此碰撞，故扩散速度较慢；处在气孔边缘的分子向外扩散时，彼此碰撞的机会少，扩散速率就较快。子向外扩散时，彼此碰撞的机会少，扩散速率就较快。 图 一个大孔分散成许多小孔，且小孔之间相隔一定距离，其总面积虽然一样，一个大孔分散成许多小孔，且小孔之间相隔一定距离，其总面积虽然一样，但小孔的总边缘却增加了许多，扩散的速度也随之而增加。但小孔的总边缘却增加了许多，扩散的速度也随之而增加。（四）气孔运动及其原理（四）气孔运动及其原理 气孔的运动，即气孔的开关，

16、实际上是构成气孔气孔的运动，即气孔的开关，实际上是构成气孔的保卫细胞的膨压运动，是由保卫细胞的吸水膨胀和的保卫细胞的膨压运动，是由保卫细胞的吸水膨胀和失水收缩引起的。失水收缩引起的。图图 双子叶植物气孔的运动双子叶植物气孔的运动( (张开、关闭张开、关闭) ) 保卫细胞代谢保卫细胞代谢保卫细胞葡萄糖、保卫细胞葡萄糖、K+、CI- 、苹果酸积累苹果酸积累保卫细胞保卫细胞水势下降水势下降从周围细胞吸水从周围细胞吸水气孔打开气孔打开淀粉淀粉- 糖互糖互变学说变学说无机离子吸收学说无机离子吸收学说苹果酸代谢学说苹果酸代谢学说扩散层扩散层气孔阻力气孔阻力大气蒸汽压大气蒸汽压气孔下腔蒸汽压气孔下腔蒸汽压蒸

17、腾速率蒸腾速率 扩散力扩散力扩散途径的阻力扩散途径的阻力气孔下腔蒸汽压大气蒸汽压气孔下腔蒸汽压大气蒸汽压气孔阻力扩散层阻力气孔阻力扩散层阻力植物单位时间内单位叶面积蒸腾的水量植物单位时间内单位叶面积蒸腾的水量（g/dm2h ）四四 影响蒸腾作用的内外因素影响蒸腾作用的内外因素 扩散层阻力扩散层阻力：与扩散层的厚薄有关。：与扩散层的厚薄有关。 大气蒸汽压大气蒸汽压 气孔阻力气孔阻力（内部阻力）：气孔及气孔下腔的体积、形状、气孔开度（内部阻力）：气孔及气孔下腔的体积、形状、气孔开度其中其中气孔开度气孔开度是主要影响因素。是主要影响因素。 气孔下腔蒸汽压气孔下腔蒸汽压1 1 影响蒸腾作用的内在因素影

18、响蒸腾作用的内在因素2、影响蒸腾作用的外部因素、影响蒸腾作用的外部因素（1）光照光照 促使气孔开放促使气孔开放（2）温度温度 影响蒸汽压差影响蒸汽压差（3）湿度湿度 影响蒸汽压差影响蒸汽压差（4）风风 影响扩散层和气孔开度影响扩散层和气孔开度五、蒸腾作用的人工调节五、蒸腾作用的人工调节减少蒸腾面积减少蒸腾面积: :在移栽植物时，去掉一些枝叶在移栽植物时，去掉一些枝叶; ;抗蒸腾剂抗蒸腾剂：阻碍蒸腾过程的物质阻碍蒸腾过程的物质降低蒸腾速率降低蒸腾速率：在傍晚或阴天的时间移栽；移栽后要遮阴。在傍晚或阴天的时间移栽；移栽后要遮阴。代谢型抗蒸腾剂代谢型抗蒸腾剂 能减小保卫细胞膨胀，使气孔开度变小。能减小保卫细胞膨胀，使气孔开度变小。 如脱落酸、阿特拉津、黄腐酸。如脱落酸、阿特拉津、黄腐酸。薄膜型抗蒸腾剂薄膜型抗蒸腾剂 在叶面形