植物生理学第二章植物的水分关系

第二章

植物的水分关系水分的吸收水分的运输水分的利用水分的散失

水是生命起源的先决条件,没有水就没有生命,也就没有植物。植物的水分代谢包括：第一节水分在植物生活中的作用一、植物体内水分存在的状态及含水量

1.植物体内水分存在的状态有：

自由水(freewater)：距离胶体颗粒较远，可以自由移动的水分。

束缚水(boundwater)：较牢固地被细胞胶体颗粒吸附，不易流动的水分。

2.自由水/束缚水比值影响代谢自由水/束缚水比值高时，代谢旺盛；自由水/束缚水比值低时。代谢缓慢。二、水在植物体内的生理作用1.水是细胞的重要组成成分；2.水是代谢过程的反应物质；3.水是各种生理生化反应和运输物质的介质；4.水能使植物保持固有的姿态；5.水具有重要的生态意义：植物含水量很大，差异也大。种类不同、器官不同、发育时期不同，含水量也不同。第二节植物细胞对水分的吸收

一、植物细胞的水势

1.概念水势(waterpotential)指每偏摩尔体积水的化学势差，用ψw表示。第二节植物细胞对水分的吸收2.水势的大小和单位：纯水的水势(ψw0)最大ψw0=0，植物细胞的水势都为负值。水势的单位：帕（Pa）、巴(bar)、大气压(atm)。

1巴=0.987大气压=105

帕第二节植物对水分的吸收3．植物细胞水势的组分：

ψw=

ψs+ψp+ψm

1)溶质势(solutepotential)

：由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值,又称渗透势。用ψs表示。

ψs=ψπ=-π(渗透压)=-iCRT

细胞中含有大量溶质，其溶质势为各溶质势的总和。2)压力势(pressurepotential)

：由于压力的存在而使体系水势改变的数值，用ψp表示。细胞压力势一般为负正值，只有在蒸腾过旺时为负值。

3)衬质势(matricpotential)：由于细胞中亲水胶体物质和毛细管对自由水的吸附和束缚而引起水势的降低值，用ψm表示。衬质势呈负值。环境状况体积细胞状态ψpψw等渗溶液V＝1松弛状态，临界质壁分离ψp＝0ψw＝ψs低渗溶液V>1膨胀状态，细胞吸水ψp增大ψw＝ψs+ψp纯水中V最大饱和状态，充分膨胀ψp＝-ψsψw＝0高渗溶液V<1萎蔫状态，失水，质壁分离ψp<0ψw下降4.细胞吸水过程中水势组分

5.相邻细胞水分移动的规律：水分总是从水势高的部位向水势低的部位流动。

二、细胞吸水的方式：方式吸胀吸水降压吸水渗透吸水一、细胞吸水的方式：

1.渗透吸水：由于ψw的下降而引起细胞吸水。是含有液泡的细胞吸水的主要方式。渗透作用(osmosis)：指溶剂分子从水势高的区域通过半透膜向水势低的区域扩散的现象。渗透装置的条件1、具有半透膜2、半透膜两侧具有浓度差

经过一段时间后，由于水分子可以自由通过半透膜，而蔗糖分子不可以。单位体积内，清水中水分子数多于蔗糖分子中的，因此，单位时间内由清水向蔗糖溶液扩散的水分子数多。故而导致蔗糖溶液的液面升高。蔗糖分子半透膜水分子一个成熟的植物细胞就是一个完整的渗透装置细胞壁原生质层（全透性）原生质层具有选择透过性，近似于半透膜细胞膜液泡膜细胞质细胞液细胞核细胞壁原生质层细胞液细胞空腔质壁分离现象细胞膜液泡膜细胞质

当外界溶液浓度大于细胞液浓度时(高渗溶液），细胞发生质壁分离。

当外界溶液浓度小于细胞液浓度时（低渗溶液），细胞发生质壁分离复原。质壁分离复原现象二、细胞吸水的方式：

2.吸胀吸水：依赖于低的ψm而引起的吸水。是无液泡的分生组织和干燥种子细胞的主要吸水方式。原理：淀粉、纤维素和蛋白质这些亲水性物质吸水而膨胀。二、细胞吸水的方式：

3.降压吸水：由ψp的降低而引发的细胞吸水。蒸腾过旺盛时，可能导致的细胞吸水方式。（三）细胞吸水过程中水势组分的变化三、植物细胞吸水与水通道蛋白在植物和动物的许多组织中的细胞膜及植物液泡膜上存在水通道蛋白(waterchannelprotein)。人们把一系列分子量为25000～30000,能选择性地高效转运水分子的膜水通道蛋白,称为水孔蛋白(aquaporinsAQPs)。一、根系吸水的部位：主要在根尖的根毛区。具体的说是在根尖木质部已成熟的伸长区及邻接伸长区的部分成熟期。地上部也可吸收水分。二、根系吸水的方式

1.主动吸水(activeabsorptionofwater)：由于根本身的生理活动引起的植物吸收水分的现象，与地上部无关。其动力是根压。

2.被动吸水(passiveabsorptionofwater)：由于地上部的蒸腾作用而引起的根部吸水，被动吸水的动力是蒸腾拉力。三.根系吸水的机理：１.主动吸水的机理：主动吸水的动力是根压：

根压(rootpressure)

：指植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力。根压的的产生与根系生理代谢活动和导管内外的水势差有密切关系。

三.根系吸水的机理：

伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象。

吐水(guttation)

：未受伤的叶片尖端或边缘向外溢出液滴的现象，是由根压引起的。

三.根系吸水的机理：

伤流(bleeding)

：是指从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象。伤流是根压引起的。三.根系吸水的机理：２.被动吸水的机理：被动吸水的动力是蒸腾拉力。四、影响根系吸水的土壤条件

1.土壤通气状况：通气状况良好，有利于根吸水；

2.土壤温度：适宜的温度范围内土温愈高，根系吸水愈多；

3.土壤溶液浓度：根细胞水势小于土壤水势有利于根系吸水

第三节植物的蒸腾作用一、概念：

蒸腾作用(transpiration)指水分从植物地上部分以水蒸汽状态向外散失的过程叫蒸腾作用。

蒸腾作用与蒸发不同，它是一个生理过程，受植物体结构和气孔行为的调节。

三、蒸腾的器官

叶片（主要）

茎及地上部其它器官。

四、蒸腾的方式：

气孔蒸腾(stomataltranspiration)

角质蒸腾(cuticulartranspiration)

皮孔蒸腾(lenticulartranspiration)

五、气孔蒸腾１.气孔的形态结构和特点:①气孔数目多，分布广。②气孔的面积小，蒸腾速率遵循小孔律。③保卫细胞的体积小，膨压变化迅速。④保卫细胞具有多种细胞器，对气孔开闭有重要作用。⑤保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构。⑥保卫细胞与周围细胞联系紧密，便于物质及水分的交流。2.气孔开闭的机理：

1)离子泵学说。2.气孔开闭的机理：

2)苹果酸代谢学说。六、影响蒸腾作用的外界因素

1.光：光促进气孔的开启，蒸腾增加。

2.水分状况：足够的水分有利于气孔开放，过多的水分反而使气孔关闭。

3.温度：气孔开度一般随温度的升高而增大，但温度过高失水增大也可使气孔关闭。

4.风：微风有利于蒸腾，强风蒸腾降低。

5.CO2浓度：细胞内较高的CO2浓度促使气孔张开，蒸腾增强。

七、蒸腾作用的指标：１.蒸腾速率(transpirationrate)：又叫蒸腾强度，即一定时间内单位叶面积上蒸腾的水量。2.蒸腾比率(transpirationratio)：亦称蒸腾效率，指植物消耗每千克水所形成的干物质的克数。3.蒸腾系数(transpirationcoefficient：亦称需水量，指植物制造一克干物质所需要水分的克数。蒸腾系数与蒸腾效率互为倒数关系。八、降低蒸腾的途径：1.减少蒸腾面积；2.改善植物生态环境；3.应用抗蒸腾剂。第四节植物体内水分的运输一、水分运输的途径：

土壤水分→根毛→皮层→内皮层→木质部薄壁细胞→茎的导管→叶脉导管→叶肉细胞→气孔下腔→气孔→大气。

二、水分运输的动力：

上端原动力蒸腾拉力

下端原动力根压

中间原动力水分子间的内聚力及导管壁附着力。

内聚力学说认为维持导管中水柱连续不断的原因是水分子的内聚力大于水柱的张力。一、水分运输的途径：土壤水分根毛皮层内皮层木质部薄壁细胞茎的导管叶脉导管叶肉细胞气孔下腔气孔大气EvaporationCohesionUptake第五节合理灌溉的生理基础一、作物的需水规律１.不同作物对水分的需要量不同;２.同一作物不同生育期对水分的需要量不同;３.作物的水分临界期;

水分临界期指植物对水分不足特别敏感的时期。

二、灌溉的原则：

适时、适量、高质、高效