广东省东莞中学生物竞赛辅导植物生物学——植物的水分代谢(共51张PPT)

1、东莞中学东莞中学 生物科生物科东莞中学 13-14生物竞赛辅导内内 容容植物对水分的需要植物对水分的需要1植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收2植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收3蒸腾作用和植物体内水分的运输蒸腾作用和植物体内水分的运输4合理灌溉合理灌溉5代谢维持各种生命活动过程中化学变化（物质的合成、转化和分解）的总称。合成代谢分解代谢（光合作用）（呼吸作用）体内物质代谢外界吸收物质代谢 （糖、蛋白质、脂类和核酸）水分矿质元素空气（光合作用）植物的代谢植物的代谢第一节植物对水分的需要第一节植物对水分的需要一、植物的含水量一、植物的含水量1. 不同植物含水量不同莲含水量90%苔藓含水

2、量6%水生中生旱生水生中生旱生草本植物含水量70-85%有收无收在于水，多收少收在于肥一、植物的含水量一、植物的含水量2. 同一植株不同器官、组织含水量不同根60%90%干种子10%14%新生旺盛衰老成熟新生旺盛衰老成熟3. 同一器官不同生长期，含水量也不同前期后期前期后期二、植物体内水分存在的状态二、植物体内水分存在的状态自由水自由水束缚水束缚水蛋白质亲水胶粒蛋白质亲水胶粒植物体内不被亲水胶粒吸附，可以自由移动，可起溶剂作用的水分。植物体内吸附在亲水胶粒周围或被困于大分子空间中，不能自由移动的水分。二、植物体内水分存在的状态二、植物体内水分存在的状态 植物组织含水量一般为70%90%。 存在

3、状态：束缚水和自由水 v 束缚水（bound water）：被原生质组分吸附，不能自由移动的水分。v 自由水（free water）：不被原生质组分吸附，可自由移动的水分。 自由水/束缚水是衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。生理作用：v 调节植物体温 高比热：稳定植物体温 高汽化热：降低体温，避免高温危害 介电常数高：有利于离子的溶解还有很多三、水分对植物的作用三、水分对植物的作用植物的三种吸水方式植物的三种吸水方式吸胀性吸水吸胀性吸水（未形成液泡的细胞）（未形成液泡的细胞）吸水方式吸水方式代谢性吸水代谢性吸水（主动吸水，直接耗能）（主动吸水，直接耗能）渗透性吸水渗透性吸水（具液泡细胞）（

4、具液泡细胞）第二节植物细胞对水分的吸收第二节植物细胞对水分的吸收 一、细胞的渗透性吸水（一）水势的概念 水势（ w ）， 就是水的化学势。规定纯水的化学势为零，故水势的概念为同温同压下， 一个体系中的水分与纯水的化学势之差除以体系中水的偏摩尔体积。纯水的水势最高，定为0 几种常见化合物的水势 溶液溶液 w /Mpa 纯水纯水 0 Hoagland营养液营养液 -0.05 海水海水 -2.50 1molL-1蔗糖蔗糖 -2.69 1molL-1 KCl -4.50 （二）渗透作用 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。 蔗糖溶液水经过一段时间压力（水势

5、）半透膜液面上升 植物细胞就是一个渗透系统 成熟细胞的原生质层（原生质膜、原生质和液泡膜）相当于半透膜。 液泡液、原生质层和细胞外溶液构成了一个渗透系统。质壁分离与复原现象可以解决下列问题：1、说明原生质层是半透膜2、判断细胞死活3、测定细胞的渗透势4、观察物质通过细胞的速率。（三）植物细胞的水势构成 w w = + + p p + + m m :渗透势，也称溶质势（s s）由于溶质颗粒的存在而引起的水势降低值。恒为负值。 = - -iCRTiCRTi:解离系数，C：溶质浓度 R：气体常数，T：绝对温度 p p ：压力势，由于细胞壁压力的存在而引起的水势增加值。 一般情况下，压力势为正值； 质

6、壁分离时，压力势为零； 剧烈蒸腾时，压力势为负值。 正常的时候细胞壁是阻碍细胞渗透吸水增大的，但正常的时候细胞壁是阻碍细胞渗透吸水增大的，但是强烈蒸腾时，细胞质收缩快，细胞壁反而会牵扯细胞是强烈蒸腾时，细胞质收缩快，细胞壁反而会牵扯细胞质阻碍其失水缩小，因此压力势表现为负值，也就是表质阻碍其失水缩小，因此压力势表现为负值，也就是表示细胞壁给与了细胞变小的阻力。示细胞壁给与了细胞变小的阻力。 m ：衬质势，由于细胞内胶体物质的亲水性对自由水的束缚而引起的水势降低值。恒为负值。 w = + p + m 不同类型细胞的水势组成vA. 分生组织：w= +p+mvB. 成熟细胞：w= +p 成熟细胞指已

7、形成中央大液泡的细胞，这种细胞原生质被挤压为一薄层，因此，衬质势（m）很小忽略。vC.风干种子细胞的水势：w=m 风干种子细胞原生质处于凝胶状态，没有溶液，即没有渗透势；膜失去弹性，也没有压力势，只有衬质势。（四）细胞间的水分移动（w w ，Map） A A-0.8-0.8 B B-0.6-0.6 C C-0.4-0.4（1）将细胞放入高水势溶液中：（2） 将细胞放入低水势溶液中：（3）将细胞放入等水势溶液中: 假设一个细胞的渗透势为假设一个细胞的渗透势为-0.8Mpa ,将其放入渗透势为将其放入渗透势为-0.3Mpa溶液中，请计溶液中，请计算细胞的压力势为何值时才分别发生下算细胞的压力势为何

8、值时才分别发生下列三种情况？列三种情况？1、细胞体积变大、细胞体积变大 (0 P 0.5)2、细胞体积变小细胞体积变小 (0.5 淀粉 纤维素 干燥种子、根尖、茎尖分生细胞、果实和种子形成过程中果实和种子形成过程中靠吸胀吸水。三、细胞的代谢性吸水 代谢性吸水：利用细胞呼吸释放的能量使水分透过质膜进入细胞的过程。 四、水分进入细胞的途径 1、单个水分子通过膜脂双分子层的间隙进入细胞 2、水集流通过质膜上水孔蛋白组成的水通道进入细胞 水孔蛋白：是一类具有选择性地、高效转运水分的膜通道蛋白。 水分跨膜移动途径示意图水分子经水通道进入细胞：是一种自发过程，是由于分子的随机热运动所造成的，物质从浓度高的

9、区域向浓度低的区域移动的现象。细胞间水分的迁移（短距离）水孔蛋白磷脂双分子层一、根系吸水区域v 根尖的根毛区吸水能力最强第三节植物根系对水分的吸收第三节植物根系对水分的吸收根毛区伸长区分生区二、根系吸水的途径二、根系吸水的途径细胞途径质外体途径v 1. 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胞间连丝丝，移动到另一个细胞的细胞质，形成一个细胞质的连续体的途径。v 2. 跨膜途径：跨膜途径：水分从一个细胞到另一个细胞，要两次通过质膜，故称跨膜途径跨膜途径。跨膜途径和共质体途径统称为细胞途径。v 3. 质外体途径：质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质的移动途径。二、根系

10、吸水的途径二、根系吸水的途径1. 主动吸水：根压（叶片未展开时，是主要动力）伤流伤流吐水吐水证明根压存在的两种现象：证明根压存在的两种现象：三、根系吸水的动力三、根系吸水的动力2. 被动吸水：蒸腾拉力(主要动力) 在蒸腾作用中，首先是气孔下腔细胞失水，水势降低，它就向相邻细胞吸水，使相邻细胞水势降低，这种水势降低作用，通过一个个细胞传递到木质部导管，使导管水势降低，导管向根系吸水，使根系水势降低，产生吸水力。三、根系吸水的动力三、根系吸水的动力v影响根系吸水的土壤条件 土壤的可用水分 通气状况 土壤温度 土壤溶液浓度植物失水方式：液态散失 吐水 气态散失 蒸腾作用v 蒸腾作用（蒸腾作用（tra

11、nspiration）：）：指植物体内的水分以气态方式从植物的表面向外界散失的过程。第四节蒸腾作用第四节蒸腾作用1. 生理意义 a.水分吸收和运输的主要动力 b.是矿质元素和有机物运输的动力 c.降低叶温第四节蒸腾作用第四节蒸腾作用一、蒸腾作用的生理意义和部位2. 部位a、植物幼小时，地面以上的全部表面b、皮孔蒸腾 高大木本植物，约占全部蒸腾的0.1%c、叶片蒸腾 （1）角质蒸腾 约占全部蒸腾的5%10% （2）气孔蒸腾 主要方式1. 经过气孔的蒸腾速率 气孔面积一般不超过叶面积的1%，但通过气孔的蒸腾量却达到叶片同样面积的蒸发量的50%以上。 经过小孔的扩散速率与孔的周长成正比,不与面积成正

12、比。此规率叫小孔扩散率。二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾2. 气孔的结构与特点v A.结构：v B.特点：上表皮数目下表皮 孔口侧厚，背口侧薄 辐射状微纤丝双子叶半月形单子叶哑铃形保卫细胞特点：细胞体积小，孔口侧厚，背口侧薄，孔口侧厚，背口侧薄，这有利于膨压迅速地改变。吸水时较薄的外壁易用于伸展，细胞向外弯曲，气孔张开。 细胞壁中径向排列有辐射状微纤丝辐射状微纤丝与内壁相连，便于对内壁施加影响。细胞质中有一整套细胞器一整套细胞器，且数目较多.叶绿体具明显的基粒结构，常有淀粉积累淀粉积累。淀粉是白天减少而夜晚增多。表皮细胞无叶绿体3. 气孔的运动及机制v1）气孔的运动吸吸水水失失水水单子叶植物吸吸水水失

13、失水水双子叶植物2）气孔运动机制A.淀粉糖互变学说光合光合CO2减少减少PH升高升高淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶淀粉淀粉葡萄糖葡萄糖水势降低水势降低白白天天吸水吸水气孔开放气孔开放OH-？实质：渗透调节保卫细胞实质：渗透调节保卫细胞2）气孔运动机制A.淀粉糖互变学说光合停止光合停止CO2增加增加PH降低降低淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶葡萄糖葡萄糖水势升高水势升高黒黒夜夜淀粉淀粉H+失水失水气孔关闭气孔关闭？2）气孔运动机制B.无机离子泵学说质子泵开放质子泵开放细胞内细胞内K增多增多水势降低水势降低气孔开放气孔开放光合光合ATP增加增加白白天天胞外胞外H+增加增加 K内流通道开放内流通道开放H+泵出 ？

14、2）气孔运动机制B.无机离子泵学说黑黑夜夜光合停止光合停止ATP减少减少质子泵关闭质子泵关闭细胞内细胞内K减少减少水势增加水势增加气孔关闭气孔关闭胞内胞内H+增加增加 K外流通道开放外流通道开放2）气孔运动机制C.苹果酸学说葡萄糖葡萄糖PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）（磷酸烯醇式丙酮酸）OAA（草酰乙酸）（草酰乙酸）苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸2-+2H+ATP质子泵开放质子泵开放细胞内细胞内K增多增多水势降低水势降低气孔开放气孔开放离子泵离子泵淀粉糖淀粉糖白白天天糖酵解作用 光照 保卫细胞进行 呼吸作用 光合作用 CO2降低 光合磷酸化 氧化磷酸化 淀粉 pH升高 水解 EMP ATP PEP + H

15、CO3- PEPC 苹果酸 光活化H+-ATPE 糖、苹果酸、K+、Cl- 保卫细胞水势下降 排出 H+ 向周围细胞吸水，膨压升高 气孔张开 气孔运动机理三、影响蒸腾的因素三、影响蒸腾的因素1. 外界因素1）光照）光照叶温升高叶温升高内外蒸汽内外蒸汽压增大压增大蒸腾加快蒸腾加快气孔开放气孔开放气孔阻力气孔阻力变小变小蒸腾加快蒸腾加快2）空气湿度）空气湿度增强增强增大增大内外蒸汽压变小内外蒸汽压变小蒸腾变慢蒸腾变慢3）温度）温度增大增大内外蒸汽压增大内外蒸汽压增大蒸腾加快蒸腾加快4）风）风微风微风内外蒸汽压增大内外蒸汽压增大蒸腾加快蒸腾加快强风强风气孔关闭气孔关闭蒸腾变慢蒸腾变慢三、影响蒸腾的因

16、素三、影响蒸腾的因素2. 内部因素气孔叶面积气孔频度（多少）气孔大小多多大大大大蒸腾加快 第五节第五节 植物体内的水分运输植物体内的水分运输 一、水分运输的途径 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1. 经过死细胞：导管和管胞2. 经过活细胞： 叶脉 气孔下腔二、水分沿导管或管胞上升的动力二、水分沿导管或管胞上升的动力1. 动力是根压和蒸腾拉力，以蒸腾拉力更为重要。2. 水柱连续不中断的原因（1）内聚力学说： A. 张力重力蒸腾拉力（断裂力） B. 内聚力：水分子之间的吸收力 C. 附着力：水分子与细胞壁之间的力（2）导管存在支路，气泡的影响不大。水柱连续不中断水柱连续不中断BCA第六节合理灌溉的生理基础第六节合理灌溉的生理基础一、作物的需水规律1. 水分利用率不同：C4C32. 不同时期需水不同： 禾本科：苗期