植物生理学课件

第一章

植物的水分生理第一篇植物的物质生产和光能利用第一章

植物的水分生理第一篇植物的物质生本章重点和难点：一、植物细胞对水分的吸收；二、蒸腾作用与气孔开关机理；三、灌溉与农业。本章重点和难点：一、植物细胞对水分的吸收；第一节植物对水分的需要一、植物的含水量1.不同植物含水量不同

水生＞中生＞旱生苔藓含水量6%草本植物含水量70-85%莲含水量90%第一节植物对水分的需要一、植物的含水量水生＞中生＞旱

2.同种植物生长在不同的环境中，其含水量也有差异。

3.同一植株不同器官、组织含水量不同根尖、幼苗：60-90%，树干：40-50%，干种子：10-14%根60%－90%种子10%－14%新生旺盛＞衰老成熟4.同一器官不同生长期，含水量也不同前期＞后期2.同种植物生长在不同的环境中，其二、植物体内水分存在的状态自由水束缚水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自由水束缚水蛋白质亲水胶粒植物体内水分在植物细胞内的存在状态常呈两种:

束缚水和自由水

1束缚水(boundwater)

:是指靠近原生质胶体微粒并被胶粒吸附束缚而不易流动的水分。产生原因:原生质是一个由蛋白质大分子溶液形成的胶体系统，而蛋白质由氨基酸组成，H

RCCOOH

疏水基(在分子内部)

NH2亲水基(在外部)原生质胶体微粒具有显著的亲水性，其表面吸引着很多水分子，形成一层很厚的水层。水分子距离胶粒越近，吸附力越强。水分在植物细胞内的存在状态常呈两种:

自由水，参与各种代谢作用，其数量制约着植物的代谢强度，它的含量越大，代谢越旺盛。束缚水，不参与代谢作用，但与植物的抗性大小密切相关。

2自由水(freewater)

:是指距离原生质胶体微粒较远而可以自由流动的水分。2自由水(freewater):是指距离原生1、水分是细胞质的主要成分2、水分是代谢过程的反应物质3、水分是植物对物质吸收和运输的溶剂4、水分能保持植物的固有的姿态三、水分在植物生命活动中的作用1、水分是细胞质的主要成分三、水分在植物生命活动中的作用第二节植物细胞对水分的吸收

在植物的生命活动中，植物不断的从环境中吸收水分，也不断的向环境中散失水分。植物是如何从环境中吸收水分的呢？第二节植物细胞对水分的吸收在植物的生命活动中，植物不断细胞吸水主要有三种方式一、扩散二、集流三、渗透作用细胞吸水主要有三种方式一、扩散

一、扩散:以浓度为动力,物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动的现象。适合短距离迁移，水分子通过膜质双分子层进入细胞内属于扩散。一、扩散:以浓度为动力,物质从浓度高的区域向浓度低的区域二、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。适合水分长距离运输，如水分在木质部中远程运输质膜水孔蛋白二、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三、渗透作用（以压力和浓度两者为动力）蔗糖溶液水经过一段时间压力（水势）半透膜液面上升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。三、渗透作用（以压力和浓度两者为动力）蔗糖溶液水经过一段1植物细胞是一个渗透系统：质膜和液泡膜都是半透膜，同细胞质和胞外环境组成了渗透系统CellwallProtoplasticlayer三、渗透作用1植物细胞是一个渗透系统：质膜和液泡膜都是半透膜，同细胞质和细胞壁主要由纤维素分子组成，是一个水和溶质都可通过的透性膜。可解决下列问题:①说明原生质是半透膜②判断细胞死活③测细胞渗透势质壁分离附原件实验细胞壁主要由纤维素分子组成，是一个水和溶质都可通过的透性膜。2.水势：溶液中每偏摩尔体积水的化学势差。它是水分转移本领大小的指标。ψw=(μw-μºw

)/νw=Δμw/νw

水溶液的化学势纯水的化学势水的偏摩尔体积三、渗透作用偏摩尔体积：1mol水中加入1mol某溶液后，该1mol水所占的有效体积。2.水势：溶液中每偏摩尔体积水的化学势差。它是水分转移本领3.细胞水势组成：ψw=ψs+ψP+ψm+ψg

渗透势压力势衬质势

重力势

渗透势：就是溶液的水势，是由于溶质颗粒的存在降低了水的自由能，其水势低于纯水的水势。压力势：指由于细胞壁的存在产生压力而使细胞增加的水势。衬质势：是细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起水势降低的值。重力势：是水分因重力下移而增加细胞水分自由能。

三、渗透作用3.细胞水势组成：ψw=ψs+ψP+ψm+ψg三不同类型细胞的水势组成A.分生组织：Ψw=ψs

+ψp+ψmB.成熟细胞：Ψw=ψs+ψp成熟细胞指已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（ψm）很小忽略。C.风干种子细胞的水势：Ψw=ψm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。三、渗透作用不同类型细胞的水势组成三、渗透作用水势的应用

水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转，故水势可用于判断水分迁移的方向。如：1）相邻细胞的水分转移：水分由水势高的细胞沿水势梯度流向水势低的细胞；当多细胞连在一起时，依细胞水势高低顺次排列，形成一个水势梯度，水分便由水势高处流向水势低处。2）植物体内的水分转移：植株地上部分的水势低于根系，故根系水分可向地上部分运转。3）土壤-植物体-大气连续体系的水分转移：水势从高到低的顺序是：土壤-根系-叶片-大气，水分也按此顺序迁移。

水势的应用水分总是由水势高的部位向水势低的部位

一、根系吸水区域根系是陆生植物吸水的主要器官，根的吸水主要在根尖进行。在根尖中，以根毛区的吸水能力最大，这是由于：⑴根毛区根毛较多，使吸水面积增大；⑵根毛细胞的外部由果胶质组成，粘性强，亲水性也强；⑶根毛区输导组织发达，对水分移动的阻力小。第三节植物根系对水分的吸收根毛区伸长区分生区一、根系吸水区域第三节植物根系对水分的吸收根毛二、根系吸水的途径质外体途径：apoplastpathway

水分通过细胞壁、细胞间隙等扩散到植物体内部，速度快。跨膜途径：transmembranepathway

水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次经过质膜，故称跨膜途径（P15图1-6）。共质体途径：symplastpathway

水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质，移动速度较慢。二、根系吸水的途径质外体途径：apoplastpathwa二、根系吸水的途径细胞途径质外体途径二、根系吸水的途径细胞途径质外体途径两种：根压和蒸腾拉力1.根压：是指植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力（叶片未展开时，是主要动力）。三、根系吸水的动力伤流吐水证明根压存在的两种现象：两种：根压和蒸腾拉力三、根系吸水的动力伤流吐水2.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、根系吸水的动力通常植物的吸水主要由蒸腾拉力引起,只有春季时植物叶片未展开时,蒸腾速率很低的植物,根压才成为主要吸水动力.2.蒸腾拉力(主要动力)三、根系吸水的动力通常植物的吸水主四影响根系吸水的外界条件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与土粒粗细以及土壤胶体数量密切相关

粗砂、细砂、砂壤、壤土和粘土的可用水数量依次递减.四影响根系吸水的外界条件㈠土壤中的可用水(ava㈡土壤通气状况试验:

用CO2处理根部,可使幼苗的吸水减低若通以空气,则吸水量增加.土壤通气不良会使根系吸水量减少,这是因为:土壤缺乏氧气和CO2浓度过高,短期内可使细胞呼吸减弱,影响根压,阻碍吸水;若时间较长,就会形成无氧呼吸,产生和积累较多的酒精,根系中毒受伤,吸水更少.不同植物对土壤通气不良的忍受能力差异很大,如①水稻、芦苇等在水分饱和的土壤中,生长发育正常进行②而番茄和烟草则会萎蔫甚至死亡.㈡土壤通气状况㈢土壤温度低温能降低根系的吸水速率,但温度过高对根系吸水也不利低温：水和原生质粘度增加，水扩散速率下降，不易通过原生质；呼吸作用减弱，影响主动吸水；根系生长缓慢，有碍吸水表面的增加。高温：根易木栓化，导水性下降。㈢土壤温度㈣土壤溶液的浓度

土壤溶液中含有一定的盐分,具有水势，根系细胞水势必须低于土壤溶液的水势，才能从土壤中吸水。

化肥施用过量或过于集中时，可使土壤溶液浓度突然升高，阻碍根系吸水，产生"烧苗"现象。

㈣土壤溶液的浓度

水土壤溶液根毛皮层薄壁细胞木质部的导管和管胞向上运输到茎木质叶木质部叶肉细胞气孔下腔气孔大气五植物体内水分的运输途径水分在木质部的长距离运输要比薄壁细胞快得多，为3-45cm/h五植物体内水分的运输途径水分在木质部的长距离运输要

散失方式：

1)以液体状态散失到体外（吐水现象）

2)以气体状态散逸到体外（蒸腾作用）主要方式

植物吸收的水分用于代谢散失1％—5％95%—99%散失方式：植物吸收的水分用于代谢散失1％—5％95%蒸腾作用（transpiration）：水分以气态方式从植物体的表面散失的过程。

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一、蒸腾作用的生理意义和部位蒸腾作用（transpiration）：水分以气态方式从植物

2蒸腾作用的指标1蒸腾速率:

是指植物在单位时间内单位叶面积上蒸腾散失的水分,又称蒸腾强度.2蒸腾比率:

是指植物蒸腾1kg水时所形成的干物质的质量(g)。3蒸腾系数:

是指植物制造1g干物质所需水分(g),是蒸腾比率的倒数.

2蒸腾作用的指标1蒸腾速率:

3蒸腾作用发生部位幼小植株：地上全部表面长大植株：茎枝表面形成木栓，这时茎枝上的皮孔可以蒸腾，我们称之为皮孔蒸腾，但量甚微；绝大部分在

叶片

上进行叶片的蒸腾作用有两种方式,即角质蒸腾(5-10%)和气孔蒸腾.气孔蒸腾为只要形式。3蒸腾作用发生部位二、气孔蒸腾气孔是气体和水分交换的主要通道。是植物叶片表皮组织的小孔，由成对的保卫细胞、副卫细胞或邻近细胞组成，构成气孔复合体。1.气孔的结构与特点A.结构：

B.特点：保卫细胞壁有伸缩性，细胞体积能可逆性增大；

内外壁厚度不同，并有纤维丝与胞壁相连。

双子叶－半月形单子叶－哑铃形二、气孔蒸腾气孔是气体和水分交换的主要通道。是植物叶第一章植物生理学课件2.气孔的运动及机制气孔的运动吸水失水单子叶植物吸水失水双子叶植物影响气孔运动的因素：光、温度、co22.气孔的运动及机制吸水失水单子叶植物吸水失水双子叶植物影气孔运动机制A.淀粉－糖互变学说光合CO2减少PH升高淀粉磷酸化酶淀粉葡萄糖水势降低白天吸水气孔开放淀粉葡萄糖PH=7PH=5关键：淀粉磷酸化酶的双重催化作用气孔运动机制光合CO2减少PH升高淀粉磷酸化酶淀粉葡萄糖水势气孔运动机制A.淀粉－糖互变学说光合停止CO2增加PH降低淀粉磷酸化酶葡萄糖水势升高黒夜淀粉失水气孔关闭气孔运动机制光合停止CO2增加PH降低淀粉磷酸化酶葡萄糖水势气孔运动机制B.K+离子泵学说ATP质子泵分解ATP细胞内K＋增多水势降低气孔开放光合ATP增加白天胞外H+增加

K＋内流通道开放H+泵出气孔运动机制ATP质子泵分解ATP细胞内K＋增多水势降低气气孔运动机制B.k+离子泵学说黑夜光合停止ATP减少质子泵关闭细胞内K＋减少水势增加气孔关闭胞内H+增加

K＋外流通道开放气孔运动机制黑夜光合停止ATP减少质子泵关闭细胞内K＋减少二、气孔运动机理图解-苹果酸代谢学说二、气孔运动机理图解-苹果酸代谢学说三、影响蒸腾的因素1.外界因素1）光照叶温升高内外蒸汽压增大蒸腾加快气孔开放气孔阻力变小蒸腾加快2）空气湿度增强增大内外蒸汽压变小蒸腾变慢3）温度升高内外蒸汽压增大蒸腾加快4）风微风内外蒸汽压增大蒸腾加快强风气孔关闭蒸腾变慢三、影响蒸腾的因素1.外界因素1）光照叶温升高内外2内部因素⑴气孔频度:既单位叶面积上的气孔数⑵气孔大小:孔径大,则内部阻力小,蒸腾就快⑶叶面积和叶面内部面积：指内部暴漏的面积，指细胞