植物生长与环境 课件 项目3、4 植物生长的水分环境调控、植物生长的光环境调控

项目3

植物生长的水分环境调控

H2O植物吸水土壤水分蒸腾作用大气降水

知识目标了解土壤水的形态及有效性

掌握植物对水分的适应规律

熟悉提高水分利用率的途径技能目标

能熟练测定土壤含水量

正确进行水分环境状况评价

熟练应用水分环境的调控措施素养目标

培养学生创新能力

培养学生分析问题的能力

培养学生动手能力土壤水分是土壤的重要组成物质，也是土壤肥力诸因素中最重要、最活跃的因素。土壤水实质上是极稀的土壤溶液。它除了供作物直接吸收外，还影响着土壤的其它肥力性状。如矿质养分的溶解、土壤有机质的分解与合成、土壤的氧化还原状况、土壤热特性、土壤的物理机械性与耕性等。任务1认识水分环境与植物生长一、土壤水分的保持土壤水分保持受到三种引力的作用：土粒表面分子和水分子之间的吸附力土体的毛管力重力毛管力是指毛管内水汽界面产生的弯月面力。

它完全具备液态水的性质，可以自由移动，是土壤水中最为活跃的部分，对农业生产极为重要。二、土壤水分的类型和性质吸湿水固相土粒及其表面的分子引力和静电引力从大气和土壤空气中吸附气态水，是一种无效水。膜状水吸湿水达到最大后，土粒剩余引力吸附液态水。膜状水的外层部分对作物的有效性高。毛管水靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为毛管水。重力水在重力作用下沿大孔隙向下渗漏成为多余的水。土壤水分的有效性三、土壤水分含量的表示方法

土壤质量含水量是指一定质量土壤中保持的水分重量占1千克干土重的分数。土壤容积含水量是指土壤水分容积与土壤容积之比。

土壤相对含水量四、土壤水分的调节发展节水灌溉控制地表径流，增加土壤水分入渗。加强栽培措施，减少土壤水分蒸发。提高土壤水分有效性水分的吸收水分的运输水分的利用水分的散失任务2水分环境与植物生长

植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程，称为植物的水分代谢。生理作用：

水是原生质的重要组分水直接参与植物体内重要的代谢过程水是各种生理生化反应和运输物质的介质水能使植物保持固有姿态生态作用：调节植物体温水对可见光有良好的通透性水可调节植物的生存环境植物体内水分存在的状态

束缚水：凡是被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质吸附、束缚不能自由移动的水分。

自由水：不被胶体颗粒或渗透物质所吸引或吸引力很小，可自由移动的水分。自由水可以直接参与各种代谢活动。自由水/束缚水代谢旺盛，但抗逆性弱代谢缓慢，但抗逆性强任务引导

植物细胞是怎样吸收水分的？时间：5min

吸水方式渗透性吸水（具液泡细胞）吸胀吸水（未形成液泡的细胞）一、植物细胞对水分的吸收（一）植物细胞的渗透吸水1.水势的概念水势是判断自然界中水运动方向和限度的物理量，也是植物水分状态的基本度量单位。

水势

就是每偏摩尔体积水的化学势差，即体系中水的化学势与纯水化学势之差，除以水的偏摩尔体积。水势通常用符号Ψ

表示，其单位为Pa（帕）。

通常把常温常压下纯水的水势规定为0，任何溶液的水势因溶质的存在而小于0，为负值。

几种常见化合物的水势溶液Ψw/Mpa

纯水0Hoagland营养液-0.05

海水-2.501mol·L-1蔗糖-2.691mol·L-1

KCl-4.50

在任何两个相邻部位之间或两个相邻细胞之间，水分总是从水势高处向水势低处移动。2.植物细胞构成的渗透系统

渗透作用：是指溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象。对于水溶液而言，就是指水分从水势高处通过半透膜向水势低处扩散的现象。1、具有半透性膜2、半透膜两侧具有浓度差渗透装置也叫选择性膜，水可以自由通过，而许多化合物则不能透过的薄膜。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植物细胞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（二）植物细胞的吸涨吸水

吸涨作用：指亲水胶体吸水膨胀的现象。不同物质分子吸胀力大小：蛋白质>淀粉>纤维素含蛋白质较多的豆科草花如香豌豆、羽扇豆的种子比菊科草花如翠菊、金盏菊的种子吸胀现象要显著得多。吸胀作用的大小就是衬质势的大小，即Ψw=Ψm。细胞吸水饱和时ψm=0。吸胀过程水分移动是从水势高的流向水势低的。

一般来说，细胞在形成液泡之前的吸水主要靠吸胀作用。干燥种子、根尖、茎尖分生细胞、果实和种子形成过程中靠吸胀吸水。二、相邻细胞间的水分运输

相邻两细胞的水分运输方向，取决于细胞间的水势差异。水势高的细胞中的水分向水势低的细胞流动。水势高低不同不仅影响水分移动方向，且影响水分移动速度。两细胞之间水势差异越大，水分移动越快，反之越慢。水势梯度

当多个细胞连在一起时，如果一端的细胞水势较高，另一端水势较低，顺次下降，就形成一个水势梯度，水分便从水势高的一端流向水势低的一端。根系吸收的水分可以源源不断地向地上部分输送：土壤的水势>植物根的水势>茎木质部水势

>叶片的水势>大气的水势任务引导

植物根系是怎样吸收水分的？时间：15min三、植物根系对水分的吸收（一）植物根系吸水的部位

根系根尖根毛区根毛根冠分生区伸长区根毛区（二）根系吸水的动力

根据植物根部的吸水动力的不同可分为两类：被动吸水2.主动吸水

——以根压为吸水动力1.被动吸水

——以蒸腾拉力为吸水动力。蒸腾拉力指因叶片蒸腾作用而产生的使导管中水分上升的力量。被动吸水是植物吸水的主要方式。主动吸水根压由于植物根系的生理活动而使液流从根部沿导管上升的压力。伤流：从受伤或折断的植物组织伤口溢出液体的现象。吐水：生长在土壤水分充足、潮湿环境中的植株，叶片尖端或边缘的气孔向外溢出液滴的现象。

伤流和吐水是由根压引起的。蒸腾作用：是指水分以气体状态，通过植物体表面，从体内散失到体外的现象。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。蒸腾作用蒸腾作用的方式角质蒸腾

植物的蒸腾作用绝大部分是靠叶片进行的。气孔蒸腾表皮细胞保卫细胞气孔叶肉细胞五、植物体内水分的运输

1、水分运输的途径植物体内的水分运输途径可分为两部分：维管组织运输系统和活细胞运输系统。

植物体内水分运输主要靠维管组织运输系统，即木质部的导管、管胞等输导组织。从根毛至中柱以及从叶脉的导管或管胞至气孔下室的水分运输是由活细胞执行的。水分在植物体内运输的途径水分运输的途径：土壤水分根毛根的皮层中柱鞘叶脉导管叶肉细胞气孔下腔气孔大气叶柄导管叶细胞间隙茎导管内皮层导管或管胞2、植物的水分平衡

通常把植物吸收水分、利用水分和损失水分三者的和谐动态关系叫水分平衡。维持植物在一定含水量基础上的体内水分平衡：

增加吸水和减少蒸腾。通常以增加吸水为主。在特殊情况下，减少蒸腾的失水的方法是可取的，如移栽植物、搭棚遮荫或剪去一部分枝叶，进行覆盖，在傍晚及阴天时进行移栽。（1）水生植物

1）沉水植物

植物体全在水下。根退化，表皮细胞有直接吸收的作用，叶绿体大，无性繁殖发达。

2）浮水植物

叶片漂浮在水面，气孔分布在叶的上表面，维管束和机械组织不发达，无性繁殖速度快。3）挺水植物

植物体大部分挺出水面，如芦苇、茭白荀、荷花等。

六、植物生长对水分环境的适应

（2）陆生植物

1）湿生植物

抗旱能力小，不能长时间忍受缺水，一般生长在光照弱、湿度大的环境下或日光充足、土壤水分饱和的环境中。如：蕨类等。

2）中生植物

适合生长在水湿条件的环境，种类最多。如：如樟树、荔枝、桂圆等。3）旱生植物能忍受较长时间的干旱，主要分布在干热草原和荒漠地区。有些植物的叶片退化成刺状或鳞片。

A、少浆液植物叶面积缩小，根系发达，表皮细胞厚，角质层发达，叶表面密布绒毛栅栏组织多层，气孔大都下陷。B、多浆液植物贮水组织发达，面积与体积的比例很小，可减少水分的蒸腾。

植物对水分适应分类表植物类型植物特征常见植物任务引导

提高水分利用率的途径有哪些？时间：15min任务3提高水分利用率的途径一、集水蓄水技术蓄积自然降水，减少降水径流损失是解决农业用水的重要途径。除了拦河筑坝、修建水库、修筑梯田等大型集水和农田基本建设工程外，还可修建坑塘、水窖等贮水措施。

沟垄覆盖集中保墒技术等高耕作种植微集水面积种植二、节水灌溉技术

喷灌技术微灌技术膜上灌技术地下灌技术植物调亏灌溉技术三、保墒技术

适当深耕；中耕松土；表土镇压；创造团粒结构体；植树种草；水肥耦合技术；化学制剂保水节水技术四、少耕、免耕技术

少耕的方法主要有以深松代翻耕，以旋耕代翻耕、间隔带状更种等。

免耕法一般由3个环节组成：利用前作残茬或播种牧草作为覆盖物；采用联合作业的免耕播种机开沟、喷药、施肥、播种、覆土、镇压一次完成作业；采用农药防治病虫、杂草。五、地面覆盖技术

沙田覆盖由细沙甚至砾石覆盖于土壤表面，起到抑制蒸发，减少地表径流，促进自然降水充分渗入土壤中；

秸秆覆盖利用麦秸、玉米秸、稻草、绿肥等覆盖于已翻耕过或免耕的土壤表面；

地膜覆盖提高低温，防止蒸发，湿润土壤；

化学覆盖利用高分子化学物质制成乳状液，喷洒到土壤表面，形成一层覆盖膜。六、水土保持技术

水土保持耕作技术改变小地形为主的耕作法；增加地面覆盖为主的耕作法；

工程措施修筑梯田、等高沟埂、沟头防护工程、谷坊等；

林草措施封山育林、荒坡造林、护沟造林、种草等。项目4植物生长的光环境调控光合作用CO２+H２O光绿色植物

(CH２O)＋O２绿色植物

利用光能把CO２和水合成有机物，同时释放氧气的过程。光合作用的意义1.把无机物变为有机物2.把太阳能转变为可贮存的化学能3.维持大气中O2和CO2的相对平衡光合作用是生物界获得能量、食物和氧气的根本途径,是“地球上最重要的化学反应”。任务1光合作用的反应过程一、叶绿体

叶绿体是光合作用最重要的细胞器。它分布在叶肉细胞的细胞质中。基本结构被膜基质(间质)类囊体(片层)任务引导

1.光合色素是什么？2.光合色素有哪些？时间：10min二、光合色素

在光合作用的反应中吸收光能的色素。叶绿素类胡萝卜素藻胆素——高等植物藻类结构：

叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇的“尾巴”。1.叶绿素

使植物呈现绿色的色素叶绿素a叶绿素b叶绿醇卟啉环蓝绿色黄绿色绝大部分叶绿素a和全部叶绿素b具有收集光能的作用。少数特殊状态的叶绿素a分子将光能转换为电能的作用。不溶于水，溶于有机溶剂。胡萝卜素呈橙黄色；叶黄素呈黄色叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3∶12.类胡萝卜素实质：将光能转变成化学能能量转变光能

电能

活跃的化学能

稳定的化学能

贮藏物质量子电子ATP、NADPH

碳水化合物转变过程原初反应

电子传递光合磷酸化

碳同化反应部位基粒类囊体膜

基粒类囊体膜

叶绿体间质是否需光需光

不一定，但受光促进光合作用中各种能量的转变情况任务2光对植物生长发育的影响光照强度植物日照长度光质任务引导

光合色素的吸收光谱范围是多少？与植物有怎样的关系？时间：10min640～660nm红光430～450nm蓝紫光阳生植物叶片的叶绿素a/b比值约为3∶1阴生植物的叶绿素a/b比值约为2.3∶1吸收光谱叶绿素类胡萝卜素400～500nm蓝紫光一、光质与植物生长发育1.光照

当到达某一光强时，叶片的光合速率等于呼吸速率，即CO2吸收量等于CO2释放量，表观光合速率为零，这时的光强称为光补偿点。

光强-光合曲线图解A.比例阶段；B.比例向饱和过渡阶段；C.饱和阶段二、光照强度与植物生长发育

当超过一定光强，光合速率增加就会转慢；当达到某一光强时，光合速率就不再增加，而呈现光饱和现象。

光照强度的变化

（1）随纬度的增加而减弱，随海拔高度增加而增强；（2）夏季最大，冬季最小，中午大，早晚小；（3）对山坡来说，南坡大，北坡小；（4）植物群落中，上层大，下层小；（5）随水深度增加而减弱。对光照强度需要的不同：阳生植物

阴生植物2.植物对光照强度的适应

阳性植物

在强光照下才能正常生长发育的植物，往往具有结间短，叶小，叶面往往与光线平行，叶缘较厚，表面具蜡质或绒毛。

阴性植物

在弱光照下比在强光照下生长良好的植物，叶多大而薄，叶面往往与光线垂直。光补充点低于阳性植物。如云杉、冷杉等。

耐阴植物

在全日照下生长最好，也能忍受适度的隐蔽，或在生长发育期间需要轻度遮荫。如：虎耳草、百合等。

光周期：一天中白昼和黑夜的相对长度。光周期现象：植物在长期适应过程中对光周期产生一定反应的现象。光周期现象三、日照长度与植物生长发育短日植物

在昼夜周期中，日照长度必须短于某一临界值才能开花的植物。长日植物在昼夜周期中，日照长度必须长于某一临界值才能开花的植物。日中性植物在任何日照条件下都能开花的植物。1、光周期反应类型临界日长

昼夜周期中能使长日植物开花的最短日照时数或者能使短日植物开花的最长日照时数。

达到一定生理年龄的植株，经一定时间适宜的光周期处理后，即使再处于不适宜的光周期条件下，仍可长期保持处理的效果而诱导植物开花，这种现象叫做光周期诱导。2、光周期诱导（1）光周期刺激的感受部位接受光周期刺激的部位是叶片开花部位是茎尖端的生长点叶片LD,茎顶端SD，不开花全株LD不开花菊花(SDP)全株SD开花叶片SD,茎顶端LD，开花（2）光周期刺激的传导苍耳叶中产生的开花刺激物的传导

植物叶片感受适宜的光周期诱导之后，产生的成花物质可通过嫁接在植株间进行传导。

长日植物和短日植物所产生的成花物质在功能上是相同的。

叶片形成的开花刺激物是通过韧皮部传导的。3、光对暗期的中断利用光期和暗期的间断试验表明：

暗期长短对植物开花起决定作用

暗期间断最有效的光是红光，如果红光照射后，立即照射远红光，则红光的间断效应被抵消。

植物对光照适应分类表植物类型植物特征常见植物光照强度阳性植物阴性植物中性植物日照长度长日照植物短日照植物日中性植物任务2提高光能利用率的途径

光合速率通常是指单位时间、单位叶面积的CO2吸收量或O2的释放量，也可用单位时间