生物奥赛辅导课件植物生理学水分代谢69ppt教学文案

生物奥赛辅导课件植物生理学水分代谢69ppt2.内容：三大内容：

代谢生理：水分代谢；矿质代谢；光合作用；呼吸作用生长发育生理：生长生理：植物生长物质植物生长规律生殖生理：开花生理传粉、受精生理成熟衰老生理

逆境生理：冷害；冻害；旱害；盐害；涝害；高温；病害；气体伤害二、植物生理学的产生和发展(一)古代的植物生理学中国古代的植物生理学相关知识西方古代的植物生理学亚里士多德很早提出光是叶片变绿所必需的古罗马人利用动物排泄物、矿物质作肥料(二)科学植物生理学的产生与发展

VanHelmont

的柳树实验

DeSaussure“对植物的化学分析”、矿质与光合的研究

G.Boussingault的砂培法,证明碳、氢、氧是从空气和水中得来,而矿质元素是从土壤中得来。

J.Liebig化学肥料的创始人

J.Sachs创建水培法、进行植物生长、光合和矿质营养的研究，编写植物生理学讲义

W.Pfeffer出版植物生理学(1904)DrJean-BaptisteVanHelmont(1577-1644)

Thedecompositionofcarbondioxidebygreenplantpartswasaprocessnecessaryforthecontinuedlifeandgrowthoftheplantthegreatmassofthevegetativebodywasbuiltupfromthecomponentsoftheatmosphere,itwasclearthatapartofthevegetablemasswasderivedfromthefixationorutilizationofthesoilsolution.------RecherchesChimiquessurlaVegetation"Jean-BaptisteBOUSSINGAULT(1802-1887)ThecarboninplantsdidcomefromatmosphericCO2,butnitrogencamefromthesoil.JustusvonLiebig(1803-1873)OrganicChemistryinitsApplicationtoAgricultureandPhysiology.

Developmentofthemineralnutrienttheoryofplantnutrition.JuliusvonSachs(1832-1897)

"VorlesungenüberPflanzenphysiologie"(LecturesonPlantPhysiology;1882,1887),WilhelmPfeffer(1845-1920)

"LehrbuchderPflanzenphysiologie"("TextbookofPlantPhysiology")

，1904第一章：水分代谢§1水的结构与特性结构：水是极性分子，能形成分子间氢键2.水的特性（1）高沸点

Compare:CH416CH3CH330CH3CH2CH344CH3CH2CH2CH358CH3(CH2)3CH372boilingpoint36℃

but:water18boilingpoint100℃

reason:nH2O≒(H2O)n+heat（2）高比热（3）高汽化热（4）内聚力(Cohesion):液体状况下同类分子间的吸引力叫内聚力，水的内聚力可达30MPa.（5）粘附力(adhesion):液相与固相间的吸引力叫粘附力或附着力原因：水是极性分子，与其它极性分子形成氢鍵。毛细现象h=2Tcos/rg=14.9×10-6/r水是不可压缩的水是极好的溶剂水合作用透光性强3水分的迁移方式扩散(diffusion)集流(bulkflow)渗透(osmosis)

1)扩散定义：物质从高浓度(高化学势)的区域向低浓度(低化学势)区域自发的转移称为扩散。原理：分子随机热运动的结果，高浓度区分子密集其相互碰撞的机会多，因而向相反方面移动。故：扩散仅适应于短距离水的迁移2)集流定义：指液体中成群的分子在压力梯度下共同的移动特点：是植物体内水经木质部做长距离迁移的主要机制，集流只与水柱两端的压力差有关，而与浓度梯度无关。3)渗透作用渗透作用是指水透过半透膜的一种迁移方式，事实上是一种特殊的扩散。水孔蛋白(aquaporin)是一种位于质膜、液泡膜和某些细胞器膜上的主要内在蛋白(MIP)，MW26~30KD，它由6个α-helix跨膜而成通道，允许水分通过。水分通过水孔蛋白迁移的速度远远大于通过脂双分子层的速度。渗透作用是由膜两侧的水势差所驱动的。4植物体内水分的存在状态水分在植物体内的作用，不仅与含水量有关，还与其存在状态有关，水分在植物体内以束缚水和自由水两种状态存在。束缚水(boundwater):是指牢固地与细胞内的胶体颗粒吸附而不易流动的水，自由水(freewater):距胶粒较远而可以自由移动的水。自由水可参加细胞的各种代谢活动而束缚水不能。溶胶sol：自由水多，束缚水少凝胶gel：自由水少，束缚水多§2水势的概念与组成自由能(freeenergy):体系内可以用于做功的能量。而束缚能(boundenergy)是不能用于做功的能量。化学势(chemicalpotential):指一个体系中，在恒温恒压下1mol某组分的自由能(偏摩尔自由能)，也可以说是在同温同压和其它物质的浓度不变的情况下，向体系中加入1mol某物质而引起体系自由能的变化，用μ表示，规定纯水的化学势为0焦耳/摩尔。3.水势：(水分能量状态的概念)为体系中水的化学势与同温同压下纯水化学势的差除以水的偏摩尔体积；或称为偏摩尔体积水的化学势，用Ψ表示。

Ψ=

Ψs+Ψp+Ψg(渗透势+压力势+重力势)单位：帕斯卡(Pa),巴(1bar=105Pa),Mpa,atm规定纯水的水势为0，而水总是从水势高处向水势低处流。一、植物细胞水势的组成

Ψ=Ψs+Ψp+Ψg

Ψs(溶质势/渗透势）由于溶液中溶质颗粒的存在而使水势降低的值。纯水的溶质势为0，溶液的渗透势可根据

Van‘tHoffEquation计算：Ψs=-CiRT

其中C是溶液的摩尔浓度，i是溶质的等渗系数（蔗糖、葡萄糖等不解离物质为1，盐大于1，如低浓度NaCl为1.8），R是气体常数,T是绝对温度(°K).负号表明溶质起降低渗透势的作用。2.ψp（压力势）压力势是指外界（如细胞壁）对细胞的压力而使水势增大的值.一般情况下细胞处于膨胀状态，原生质体压迫细胞壁产生膨压，而细胞壁反过来反作用于原生质体使产生压力势。规定在标准状况下（1atm）下溶液的压力势为0，膨胀的细胞其压力势>0,而在剧烈蒸腾时细胞压力势＜0。这一负压是水分沿木质部上升的主要动力。3.ψg（重力势）重力势是指由于高度的存在而使水势增加的值。规定海平面上的重力势为0，则10米高的水其水势为ρgh=0.1MPa,从实验室角度出发，重力势比较小因而认为可以忽略。

质壁分离时：Ψ=Ψs注意：水势是决定水流方向的，水分总是从水势高的体系流向水势低的体系。如下题：有一个充分吸水的细胞，将其放在比其细胞液浓度低十倍的溶液中，则细胞将：解：细胞充分吸水，则说明细胞水势为0；组成水势的是渗透势（负）和压力势（正），即使外液浓度再低，其水势（即渗透势）也是负值，因此细胞也会失水收缩，体积变小。下列哪些说法不正确：

A．一个细胞的溶质势与所处外界溶液的溶质势相等，则细胞体积不变

B．若细胞的Ψw=Ψs，将其放入纯水中，则体积不变

C．萎蔫的青菜放进清水中会发生渗透作用

D．在同一枝条上，上部叶片的水势要比下部叶片的水势低AB二、植物细胞吸水的方式一般说来，植物细胞在形成液泡前，是靠吸胀作用吸水，即通过亲水胶体的低衬质势吸水，而在形成液泡后靠渗透作用吸水。这些方式都是被动的，不消耗代谢能。质壁分离与质壁分离复原高渗溶液质壁分离现象——水分的渗透作用通过质壁分离现象可以：判断细胞死活测定细胞渗透势判断物质进入质膜的快慢植物细胞水势各部分针对细胞体积的动态变化不膨胀状态附：测定水势及其组分的方法测水势：小液流法测渗透势：冰点下降法、质壁分离法、蒸汽压下降法测压力势：压力探针法小液流法实验原理将植物材料切成小块，浸泡在不同浓度的蔗糖溶液中，由于植物材料与蔗糖溶液间水势梯度的存在，导致蔗糖溶液从植物材料中吸水、失水或保持动态平衡，从而使蔗糖溶液变稀、变浓或保持浓度不变；由此可以找到与植物材料水势相当的蔗糖溶液浓度。算出植物组织的水势。若组织水势大于蔗糖水势→组织失水→蔗糖溶液变稀→小液流上升未发生质壁分离箭头所示角隅处发生初始质壁分离例下述有关植物细胞质壁分离的论述中，哪一项是不正确的?（）

A．初始质壁分离时，细胞的压力势等于零

B．在质壁分离现象中，与细胞壁分离的“质”并不是原生质

C．蚕豆根的分生细胞放在20％的蔗糖溶液中，能够发生质壁分离

D．将洋葱表皮细胞放入一定浓度的硝酸钾溶液中，其细胞发生质壁分离后又发生质壁分离复原。其原因是钾离子和硝酸根离子都进入了细胞C微型压力计法测压力势压力探针法测压力势一植物根系对水分的吸收和运输途径1.从土壤溶液到根表皮2.从表皮到皮层可经三条途径(1)非质体或质外体途径(apoplastpathway)(2)共质体途径(symplastpathway)(3)越膜途径(transmembranepathway)§3植物根系对水分的吸收和运输3.穿越内皮层凯氏带：凯氏带是环绕在内皮层径向壁和横向壁上，具栓质化和木质化带状增厚的壁结构，它控制着皮层和维管柱之间的物质运输。凯氏带主要分布在根的内皮层上，但水生植物和根状茎植物的茎上也有凯氏带，在某些植物的叶上也有凯氏带。

凯氏带的存在使水分跨过内皮层时不能通过质外体途径，只能通过细胞途径才能通过，这就使进入中柱的水和离子至少要经过1次跨膜运输，从而对进入的物质具有选择性。另外，凯氏带也能阻止已经进入中柱的物质渗回皮层和土壤中。如果将内皮层细胞放入高渗溶液中，使其发生质壁分离时，结果只有在凯氏带处的质膜仍与细胞壁紧连在一起，而细胞的其它部位均发生正常的质壁分离，这种独特的现象，称为“带外质壁分离”例：以下有关凯氏带的叙述哪些是不正确的：A凯氏带是仅在根的内皮层细胞中存在的结构。

B凯氏带控制着皮层和维管柱之间的物质运输。

C凯氏带是内皮层细胞径向壁和横向壁上具栓质化和木质化增厚的结构。

D如果将内皮层细胞放入高渗溶液中，使其发生质壁分离，凯氏带处的质膜不会与细胞壁分离。A4.从内皮层到中柱导管——共质体和质外体途径(扩散或渗透)5.根导管→茎导管→叶脉导管(长距离运输)——质外体途径(集流)6.叶脉导管→叶肉细胞及细胞间隙→气孔下腔→大气——共质体或质外体途径(扩散或渗透)三水分由根部向地上部分运输的动力1.根压(rootpressure):由于根系本身的代谢活动而使根系吸水并使水沿导管向上运输的力量。其大小取决于木质部导管与土壤的水势差。证据:(1)伤流;

(2)吐水根压只有1－2大气压，是早春时节落叶树开始生长时茎中水分上升的主要动力。

吐水例早春，当落叶树开始新年的生长时，木质部中水分上升的主要动力是()A．大气与木质部的水势差B．蒸腾拉力

C．根压D．土壤与根木质部的水势差C2.蒸腾拉力(transpirationpull):由于蒸腾作用产生的水势梯度而使水分上升的力量。例大树中水分向上运输时，下列哪一项因素最重要（）

A．韧皮部中的毛细管作用

B．木质部的主动运输Ｃ．叶的蒸腾作用

D．吐水C§4蒸腾作用一

蒸腾作用的概念：指水分以气体状态，通过植物体表面（主要是叶子）从体内散失到体外的现象。

二.蒸腾的部位：全表面蒸腾：植物幼小时，暴于空气中的表面。皮孔蒸腾：植物茎、枝、花、果实上的皮孔，占0.1%角质蒸腾：叶片表面的角质层可蒸腾水分，同时可阻止体内营养物质的外渗并抵御病菌的入侵。幼嫩叶的角质蒸腾占总蒸腾的1/3－1/2，成熟叶的仅占5－10%。气孔蒸腾：水分通过气孔散失到体外。是植物的主要蒸腾方式。三植物的气孔蒸腾植物气孔的大小、数目与分布

1)一般植物上部叶的气孔比下部叶的多，叶尖端和中脉处比基部和叶缘多。

2)一般植物叶片的下表皮比上表皮气孔多。但旱金莲、苹果仅限于下表皮；莲、睡莲限于上表皮；沉水叶（如眼子菜）无气孔。

3)不同植物的叶片上的气孔数目、大小虽不一样，但总面积基本相似，不到叶片面积的1%。2.水分通过气孔扩散的机理——小孔律：气体通过多孔表面扩散的速率，不与小孔的面积成正比，而与其周长成正比，称为小孔律。气孔面积仅占叶片表面积的1%，但通过气孔扩散出去的水分，相当于相同液面扩散出去的水分的50倍。3.气孔的特点：1）保卫细胞的CW厚薄不均，肾形的腹侧厚，背侧薄，哑铃型的中间厚，两端薄。2）保卫细胞含叶绿体，能进行光合作用。3）保卫细胞小，易于控制，少量水的得失便可引起开放与关闭。4.气孔运动的机理：气孔运动的直接原因是保卫细胞的吸水膨胀与失水收缩，而气孔之所以吸水与失水，在历史是曾有淀粉—糖转化学说、K＋吸收学说和有机酸代谢假说。目前流行的并有大量证据的是K＋吸收学说：H＋光K＋H＋K＋MalMal－

＋H+VPM质膜上有H＋－ATPase,可被红光和蓝光激活，将细胞内H＋

泵出胞外，引起质膜超极化，导致质膜上的K＋－内整流通道开放，胞外