植物的水分生理

植物的水分生理第一页，共六十五页，2022年，8月28日PlantBiology植物生物学Plantmorphology植物形态学Planttaxonomy植物分类学Plantanatomy植物解剖学Plantphysiology植物生理学Plantecology植物生态学Plantgeography植物地理学第二页，共六十五页，2022年，8月28日植物生理学的定义、内容和任务1.定义

植物生理学是研究植物生命活动规律的科学2.内容（1）生长发育与形态建成（第三篇）（2）物质与能量转化（第一篇和第二篇）（3）信息传递和信号转导（第三篇-第七章）3.任务研究和了解植物在各种环境条件下进行生命活动的规律和机制，并将这些研究成果应用于一切利用植物生产的事业中第三页，共六十五页，2022年，8月28日植物生理学的产生和发展世界植物生理学的发展孕育时期：16-17世纪植物营养的来源问题：Helmont;Priestley;奠基与成长时期：18-19世纪Saches：《植物生理学讲义》；Pfeffer:《植物生理学》发展时期：20世纪-现在我国植物生理学的发展19世纪初：钱崇澍，植物生理学的启业人20世纪30年代：李继侗、罗宗洛和汤佩松，植物生理学的奠基人第四页，共六十五页，2022年，8月28日植物生理学的展望研究层次越来越广学科之间相互渗透理论联系实际研究手段现代化第五页，共六十五页，2022年，8月28日第六页，共六十五页，2022年，8月28日第一篇

植物的物质生产和光能利用第一章：植物的水分生理第二章：植物的矿质营养第三章：植物的光合作用第七页，共六十五页，2022年，8月28日第一章植物的水分生理第一节植物对水分的需要第二节植物细胞对水分的吸收第三节植物根系对水分的吸收第四节蒸腾作用第五节植物体内水分的运输第六节合理灌溉的生理基础第八页，共六十五页，2022年，8月28日第一节植物的水分代谢植物的水分生理：植物从环境中不断地吸收水分，以满足正常生命活动的需要。但是，植物又不可避免地要丢失大量水分环境中去，这样就形成了植物的水分代谢。水分的吸收水分在植物体内运输水分的排出第九页，共六十五页，2022年，8月28日（一）水的理化性质极性分子，电中性水的理化性质内聚力：同类分子间具有的分子间引力粘附力：液相和固相之间的相互引力表面张力：处于界面的水分子均受着垂直向内的拉力毛细作用：内聚力、粘附力和表面张力共同作用产生毛细作用。第十页，共六十五页，2022年，8月28日（二）植物的含水量植物的含水量（watercontent）是指植物所含水分的量占鲜重的百分数与植物生命活动有密切关系，生命活动旺盛的部位，含水量就高植物体内的含水量可以间接地反映出土壤的水分供应相对含水量（RWC）=Wact/WaWact:表示叶的实际含水量Wa：表示叶在水分饱和时的含水量。第十一页，共六十五页，2022年，8月28日（二）植物的含水量与植物的种类、器官和组织本身的特性及所处的环境有关不同植物的含水量不同不同发育时期含水量不同：幼嫩>成熟或衰老不同器官组织含水量不同不同外界环境条件含水量不同：荫蔽、潮湿>向阳、干燥一天之中，早晨>中午第十二页，共六十五页，2022年，8月28日种类含水量举例水生植物90%以上水浮莲、满江红、金鱼藻中生植物（一般植物组织）70%~90%肉质>草本>木本番茄、黄瓜和西瓜约为90%旱生植物可低至6%地衣、苔藓不同种类的植物的含水量不同第十三页，共六十五页，2022年，8月28日（二）植物的含水量与植物的种类、器官和组织本身的特性及所处的环境有关不同植物的含水量不同不同发育时期含水量不同：幼嫩>成熟或衰老不同器官组织含水量不同不同外界环境条件含水量不同：荫蔽、潮湿>向阳、干燥一天之中，早晨>中午第十四页，共六十五页，2022年，8月28日器官种类含水量根80%~90%茎50%~80%叶80%~90%果实85%~90%种子5%~15%休眠芽约为40%不同器官组织的含水量不同第十五页，共六十五页，2022年，8月28日（三）植物体内水分存在的状态两种状态：束缚水和自由水自由水/束缚水的比值决定植物代谢活动自由水/束缚水的比值升高时：植物代谢活跃，生长较快，抗逆性差自由水/束缚水的比值降低时：植物生长缓慢，但抗逆性很强第十六页，共六十五页，2022年，8月28日束缚水和自由水的区别束缚水自由水靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分距离胶粒较远而可以自由流动的水分被原生质胶粒吸附或存在于大分子结构空间存在于原生质胶粒之间，液泡内，细胞间隙、导管、和管胞以及组织间隙不能移动，不起溶剂作用，含量变化小能移动，起溶剂作用，含量变化大不参与代谢作用与抗性有关参与各种代谢作用，制约代谢强度注：这两种状态水分的划分是相对的，它们之间并没有明显的界线，只是物理性质略有不同。第十七页，共六十五页，2022年，8月28日（三）植物体内水分存在的状态两种状态：束缚水和自由水自由水/束缚水的比值决定植物代谢活动自由水/束缚水的比值升高时：植物代谢活跃，生长较快，抗逆性差自由水/束缚水的比值降低时：植物生长缓慢，但抗逆性很强第十八页，共六十五页，2022年，8月28日（四）水分在植物生命活动中的作用细胞质的主要成分植物代谢过程的反应物质植物对物质吸收和运输的溶剂保持植物的固有姿态保持植物体正常的体温第十九页，共六十五页，2022年，8月28日第二节植物细胞对水分的吸收（一）扩散（二）集流（三）渗透作用第二十页，共六十五页，2022年，8月28日（一）扩散自发过程，指分子的随机热运动所造成的物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动扩散是顺着浓度梯度进行的。适合于水分的短距离迁徙第二十一页，共六十五页，2022年，8月28日（二）集流液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。水在水管中的流动和河水在河中的流动水分在木质部中远距离运输和水分从土壤流向植物体与溶质浓度梯度无关。只有当外力（压力和重力）存在时，才会产生集流。水孔蛋白第二十二页，共六十五页，2022年，8月28日水孔蛋白（AQUAPORIN，AQP）种类：质膜内在蛋白和液泡膜内在蛋白分布于植物各个组织，其功能以存在部位而定外界环境和植物激素可诱导水孔蛋白基因表达第二十三页，共六十五页，2022年，8月28日植物AQP家族的种类和数量物种PIPTIPNIPSIPPIP1PIP2拟南芥581093玉米671143水稻3810102第二十四页，共六十五页，2022年，8月28日（三）渗透作用（OSMOSIS）渗透作用是物质通过半透膜扩散的现象水分移动依据水势梯度进行第二十五页，共六十五页，2022年，8月28日水势（WATERPOTENTIAL）水势（waterpotential）1966年，美国水分生理学家，P.J.Kramer，从物理化学中引导出并用于植物生理学的束缚能和自由能化学势：1mol物质的自由能水势：每偏摩尔体积水的化学势差第二十六页，共六十五页，2022年，8月28日水势（WATERPOTENTIAL）纯水的水势最高，定为0单位：压强的单位帕斯卡（Pa）、大气压（atm）、巴（bar）1bar=105Pa=0.1MPa=0.987atm第二十七页，共六十五页，2022年，8月28日偏摩尔体积（VW）偏摩尔体积：指在恒温恒压、其它组分不变的条件下，加入1摩尔的水所引起的体积增量。如：纯水的摩尔体积是18cm3,将其加入100cm3的乙醇中，最终体积是118.07cm3，水的偏摩尔体积是多少？18.07cm3第二十八页，共六十五页，2022年，8月28日植物细胞是一个渗透系统细胞壁其主要组成成分是纤维素分子和少量的果胶类物质：水和多数溶质都可以通过的透性膜质膜和液泡膜半透性膜细胞质和液泡里面的细胞液因含有许多溶解在其中的物质而具有一定的水势

第二十九页，共六十五页，2022年，8月28日质壁分离---植物细胞为渗透系统的例证原生质层具有半透膜的性质判断细胞死活测定溶质进入细胞的速度和难易程度测定细胞的渗透势第三十页，共六十五页，2022年，8月28日植物细胞的水势细胞的水势：w=

+

p+

m+

g渗透势（溶质势）：是由于溶质颗粒的存在，降低了水的自由能，因而其水势低于纯水的水势==-iCRT（VantHoff）压力势p：是由于细胞壁压力的存在而产生的水势衬质势m：是细胞胶体物质亲水性对自由水束缚而引起的水势降低重力势g：由于重力存在使体系水势增加的数值第三十一页，共六十五页，2022年，8月28日渗透压和渗透势★渗透压（π）是一种对外加的、正的压力，而溶质势s或渗透势是一种潜在的势能。★当有一定溶质的溶液置于杯中时，它不产生渗透压，或不表现出渗透压，但却具有渗透势或s★含溶质多的溶液π高，渗透势低叫高渗溶液，含溶质少的溶液π低，渗透势高叫低渗溶液。第三十二页，共六十五页，2022年，8月28日渗透作用高水势溶质浓度低低渗溶液高渗透势从————————

到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低水势溶质浓度高高渗溶液低渗透势第三十三页，共六十五页，2022年，8月28日细胞吸水过程中水势组分的变化第三十四页，共六十五页，2022年，8月28日第三十五页，共六十五页，2022年，8月28日第三节根系吸水和水分向上运输第三十六页，共六十五页，2022年，8月28日土壤根茎叶片大气高低第三十七页，共六十五页，2022年，8月28日质外体途径细胞壁------细胞间隙----跨膜途径细胞-----细胞膜（质膜和液泡膜）----细胞共质体途径细胞质-----（胞间连丝）------细胞质根系吸水的途径第三十八页，共六十五页，2022年，8月28日第三十九页，共六十五页，2022年，8月28日根系吸水的动力根压:主动吸水由根系的代谢活动而引起的根系从外界环境吸收水分的过程吐水和伤流蒸腾拉力：被动吸水由于植物地上部分的蒸腾作用而引起的根系吸水过程第四十页，共六十五页，2022年，8月28日生长在土壤水分充足、潮湿环境中的植株，叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象吐水第四十一页，共六十五页，2022年，8月28日从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象伤流第四十二页，共六十五页，2022年，8月28日影响根系吸水的土壤条件土壤中可用水分土壤通气状况土壤温度土壤溶液浓度第四十三页，共六十五页，2022年，8月28日水分向上运输土壤→根毛→皮层→内皮层→中柱鞘→根的导管或管胞→茎的导管→叶柄导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气第四十四页，共六十五页，2022年，8月28日水分在木质部运输的速度水分在木质部内的运输速度：3～45cm·h-1环孔材：20-40cm·h-1散孔材：1-6cm·h-1第四十五页，共六十五页，2022年，8月28日水分沿导管和管胞上升的动力根压蒸腾拉力内聚力学说（蒸腾-内聚力-张力学说）爱尔兰人，H.HDixon水分具有较大的内聚力足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断来解释水分上升原因的学说第四十六页，共六十五页，2022年，8月28日第四十七页，共六十五页，2022年，8月28日蒸腾作用蒸腾作用：水分以气体状态，通过植物体的表面（主要是叶子），从体内散失到体外的现象意义：植物对水分吸收和运输的主要动力植物吸收矿质盐类和在体内转运的动力降低叶片的温度第四十八页，共六十五页，2022年，8月28日蒸腾作用的方式（部位）幼小植物：全部表面形成木栓层：皮孔蒸腾（木本植物），0.1%叶片：角质蒸腾：5%~10%（阴生和湿生植物的角质蒸腾往往超过气孔蒸腾）气孔蒸腾：主要形式第四十九页，共六十五页，2022年，8月28日第五十页，共六十五页，2022年，8月28日气孔的形态结构及生理特点气孔数目多，分布广气孔的面积小，蒸腾速率高保卫细胞体积小，膨压变化迅速保卫细胞具有多种细胞器保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构保卫细胞与周围细胞联系紧密第五十一页，共六十五页，2022年，8月28日不同类型植物的气孔数目和大小第五十二页，共六十五页，2022年，8月28日气孔的形态结构及生理特点气孔数目多，分布广气孔的面积小，蒸腾速率高保卫细胞体积小，膨压变化迅速保卫细胞具有多种细胞器保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构保卫细胞与周围细胞联系紧密第五十三页，共六十五页，2022年，8月28日水蒸汽通过小孔的扩散速率第五十四页，共六十五页，2022年，8月28日气孔运动机制淀粉-糖互变钾离子吸收苹果酸生成第五十五页，共六十五页，2022年，8月28日淀粉—糖互变（一）20世纪初提出基本理论：保卫细胞进行光合作用，消耗了CO2，pH升高，淀粉磷酸化酶水解淀粉为葡萄糖-1-磷酸。保卫细胞葡萄糖浓度提高，渗透势下降，水势降低，从周围细胞吸取水分，保卫细胞膨大，气孔便张开。黑暗中正相反第五十六页，共六十五页，2022年，8月28日淀粉—糖互变（二）可以解释光和CO2对气孔的影响，也符合观察到的淀粉白天消失、晚上出现的现象局限性：已有证据表明气孔运动不依赖于光合作用，因而与CO2固定无关某些植物的保卫细胞中无叶绿体，如洋葱等，因此无淀粉积累与代谢，但气孔仍可开闭。保卫细胞中糖的含量在白天高，黑夜低，但黑夜转为白天或白天转为黑夜时，是气孔先开或先闭，而后才是糖的升高或降低。第五十七页，共六十五页，2022年，8月28日第四节蒸腾作用钾离子吸收（一）20世纪60年代末气孔运动-----保卫细胞的K+积累K+积累，气孔开张保卫细胞开闭与K+和苹果酸浓度关系第五十八页，共六十五页，2022年，8月28日钾离子吸收