试谈植物的水分生理.pptx

植物物质生产和光植物物质生产和光能利用能利用试谈植物的水分生理第1页n n代谢：维持各种生命活动过程中各种化学改变(包含物质合成和转化、分解)总称。包含合成代谢和分解代谢植物水分生理植物矿质营养光 合 作 用土壤营养空气营养试谈植物的水分生理第2页第二章第二章 植物水分生理植物水分生理试谈植物的水分生理第3页n n植物水分代谢(water metabolism)：植物对水分吸收、运输、利用和散失过程。2-1.水在植物生命活动中作用2-2.植物细胞对水分吸收 2-3.植物根系对水分吸收 2-4.植物蒸腾作用2-5.植物体内水分运输 2-6.合理浇灌生理基础试谈植物的水分生理第4页2-1.水在植物生命活动中作用n n一.植物含水量 n n二.植物体内水分存在状态 n n三.水分在植物生命活动中作用试谈植物的水分生理第5页n n一一.植物含水量植物含水量n n不一样植物含水量不一样不一样植物含水量不一样 水生植物水生植物鲜重鲜重9090以上以上 地衣、藓类地衣、藓类仅占仅占6 6左右左右 草本植物草本植物70708585 木本植物木本植物稍低于草本植物。稍低于草本植物。n n一个植物，不一样环境下有差异一个植物，不一样环境下有差异 荫蔽、潮湿荫蔽、潮湿 向阳、干燥环境向阳、干燥环境n n同一植株中，不一样器官、组织含水量不一同一植株中，不一样器官、组织含水量不一样样 根尖、幼苗和绿叶根尖、幼苗和绿叶60609090 树干树干40405050 休眠芽休眠芽4040 风干种子为风干种子为8 81414n n生命活动较旺盛部分，水分含量较多。生命活动较旺盛部分，水分含量较多。试谈植物的水分生理第6页二.植物体内水分存在状态束缚水：束缚水：自由水：自由水：与细胞组分紧密结合而不能自由流动水分未与细胞组分相结合，能够自由流动水分试谈植物的水分生理第7页三.水分在植物生命活动中作用1细胞质主要成份 2代谢作用过程反应物质 3水分是植物对物质吸收和运输溶剂 4维持植物细胞和组织担心度，使植物保持固有姿态 5.高比热和气化热，有利于调整植物体温度。试谈植物的水分生理第8页2-2 植物细胞对水分吸收n n一、扩散(diffusion)：是物质分子(包含气体分子、水分子、溶质分子等)从高浓度(高化学势)区域向低浓度(低化学势)区域转移，直到均匀分布现象。n n二、集流(mass flow或bulk flow)：指液体中成群原子或分子在压力梯度压力梯度(水势梯度)作用下共同移动现象。试谈植物的水分生理第9页水分子通道(water channel)水分在细胞膜系统内移动路径有2种：单个水分子：经过膜脂双分子层间隙或经过水通道进入细胞 水集流：经过质膜上水孔蛋白中水通道进入细胞。水孔蛋白水孔蛋白是一类含有选择性、高效转是一类含有选择性、高效转运水分膜通道蛋白。运水分膜通道蛋白。试谈植物的水分生理第10页n n三、渗透水分从水势高系统经过半透膜向水势低水分从水势高系统经过半透膜向水势低系统移动现象，就称为渗透作用。系统移动现象，就称为渗透作用。n n是含有液泡细胞吸水主要方式。是含有液泡细胞吸水主要方式。渗透装置条件1、含有半透膜2、半透膜两侧含有浓度差试谈植物的水分生理第11页（一）自由能和水势（一）自由能和水势物质能量物质能量束缚能(bound energy)：是不能用于做有用功能量。自由能(free energy)：是在恒温、恒压条件下能够作功能量。试谈植物的水分生理第12页化学势chemical potential,：1mol物质自由能为该物质化学势 物质总是从化学势高地方自发地转移到化学势低地方，而化学势相等时，则展现动态平衡。水势水势(water potential):每偏摩尔体积水化学势 即水溶液化学势(w)与同温、同压、同一系统中纯水化学势(w0)之差(w)，除以水偏摩尔体积(Vw)所得商，称为水势。概念概念试谈植物的水分生理第13页 偏摩尔体积（partial molal volume）在一定温度、压力和浓度下，1 摩尔某组分在混合物中所表达出来体积，称为该组分在该条件下偏摩尔体积。偏摩尔体积单位是m3mol-1 水势单位水势单位:兆帕（MPa)1Mpa=106 Pa 1bar(巴)=0.1 MPa=0.987(大气压)1标准大气压=1.013105 Pa=1.013 bar试谈植物的水分生理第14页几个常见化合物水溶液水势范围几个常见化合物水溶液水势范围 溶液溶液水势水势/MPa纯水纯水0Hoagland营养液营养液-0.05海水海水-2.501mol/L 蔗糖蔗糖-2.691mol/L KCl-4.50试谈植物的水分生理第15页（二）渗透作用(osmosis)水分从水势高系统经过半透膜向水势低系水分从水势高系统经过半透膜向水势低系水分从水势高系统经过半透膜向水势低系水分从水势高系统经过半透膜向水势低系统移动现象，就称为渗透作用。统移动现象，就称为渗透作用。统移动现象，就称为渗透作用。统移动现象，就称为渗透作用。半透膜渗透作用试谈植物的水分生理第16页（三）植物细胞能够组成一个渗透系统（三）植物细胞能够组成一个渗透系统一个成熟植物细胞就是一个完整渗透装置细胞壁（全透性）细胞膜液泡膜细胞质原生质层细胞液细胞核含有选择透过性，近似于半透膜试谈植物的水分生理第17页（四）细胞水势（四）细胞水势细胞吸水情况决定于细胞水势。细胞吸水情况决定于细胞水势。经典细胞水势经典细胞水势w w是由是由4 4个组分组成：个组分组成：w=+p+m+g水势渗透势压力势衬质势重力势试谈植物的水分生理第18页渗透势渗透势渗透势渗透势(osmotic potential)(osmotic potential)亦称溶质势亦称溶质势亦称溶质势亦称溶质势(solute potential),(solute potential),是因为是因为是因为是因为溶质颗粒存在而降低水势值。溶质颗粒存在而降低水势值。溶质颗粒存在而降低水势值。溶质颗粒存在而降低水势值。是负值。是负值。是负值。是负值。压力势压力势压力势压力势(pressure potential)(pressure potential)p p 是指因为细胞壁压力存在而引发细胞水势增是指因为细胞壁压力存在而引发细胞水势增是指因为细胞壁压力存在而引发细胞水势增是指因为细胞壁压力存在而引发细胞水势增加值。普通是正值加值。普通是正值加值。普通是正值加值。普通是正值 。溶液溶液:w=s 因为因为p=0 衬质势衬质势衬质势衬质势(matric potential)(matric potential)mm 是是是是细细细细胞胞胞胞胶胶胶胶体体体体物物物物质质质质亲亲亲亲水水水水性性性性和和和和毛毛毛毛细细细细管管管管对对对对自自自自由由由由水水水水束束束束缚缚缚缚而引发水势降低值，是而引发水势降低值，是而引发水势降低值，是而引发水势降低值，是负值负值负值负值。重力势重力势g(gravity potential)因为重力存在使体系水势增加数值。试谈植物的水分生理第19页图：植物细胞相对体积图：植物细胞相对体积改变与水势改变与水势(w)渗透势渗透势(s)和压力势和压力势(p)之间关之间关系图解系图解 细胞初始质壁分离时：p=0,w=S 充分饱和细胞:w=0 S=-p蒸腾猛烈时：p 0，w 土壤保水能力，吸水土壤保水能力，吸水根部吸水能力根部吸水能力 土壤保水能力，不吸水土壤保水能力，不吸水植物只能利用土壤中可用水分。试谈植物的水分生理第32页(2)土壤通气情况土壤通气情况土壤土壤通气不良通气不良使根系使根系吸水量降低吸水量降低。原因：原因：土壤缺氧、土壤缺氧、CO2浓度过高浓度过高短期内：可使细胞短期内：可使细胞呼呼吸减弱，影响根压吸减弱，影响根压，继而继而妨碍吸水妨碍吸水；时间较长：形成时间较长：形成无氧无氧呼吸呼吸，产生和累积较，产生和累积较多多酒精酒精，根系中毒受，根系中毒受伤，吸水更少。伤，吸水更少。试谈植物的水分生理第33页(3)土壤温度土壤温度低温低温能降低根系吸水速率能降低根系吸水速率原原因因：水分本身粘性增大，扩散速率降低；细胞质黏性增大，水分不易经过细胞质；呼吸作用减弱，影响根压；根系生长迟缓，有碍吸水表面积增加。试谈植物的水分生理第34页土壤温度过高对根系吸水也不利土壤温度过高对根系吸水也不利!原因：原因：高高温温加加速速根根老老化化过过程程，吸吸收收面面积积降低，吸收速率下降。降低，吸收速率下降。温度过高使温度过高使酶钝化酶钝化，影响根系主，影响根系主动吸水。动吸水。试谈植物的水分生理第35页(4)土壤溶液浓度土壤溶液浓度根根系系要要从从土土壤壤中中吸吸水水，根根部部细细胞胞水水势势必必须须 土壤溶液水势。土壤溶液水势。在普通情况下，土壤溶液浓度较低，水势较高，根系吸水；盐碱土则相反施用化学肥料时不宜过量，产生“烧苗”低于低于试谈植物的水分生理第36页第四节 蒸腾作用n n一、蒸腾作用概念、生理意义和指标一、蒸腾作用概念、生理意义和指标一、蒸腾作用概念、生理意义和指标一、蒸腾作用概念、生理意义和指标 1.1.概念概念概念概念 2.2.生理意义生理意义生理意义生理意义 3.3.指标和部位指标和部位指标和部位指标和部位n n二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾 1.1.气孔形态结构及生理特点气孔形态结构及生理特点气孔形态结构及生理特点气孔形态结构及生理特点 2.2.气孔运动气孔运动气孔运动气孔运动 3.3.气孔运动机理气孔运动机理气孔运动机理气孔运动机理 4.4.影响气孔运动原因影响气孔运动原因影响气孔运动原因影响气孔运动原因试谈植物的水分生理第37页植物吸收水分植物吸收水分用于代谢用于代谢散失散失1595%99%散失方式：散失方式：1)以以液体状态液体状态散失到体外（吐水现象）散失到体外（吐水现象）2)以以气体状态气体状态散逸到体外（蒸腾作用）散逸到体外（蒸腾作用）主要方式主要方式 试谈植物的水分生理第38页一、蒸腾作用概念、生理意义和部位 n n1.概念概念 蒸腾作用蒸腾作用(transpiration)是指水分以是指水分以气体状态，经过植物体表面气体状态，经过植物体表面(主要是叶主要是叶子子)，从体内散失到体外现象。，从体内散失到体外现象。概念概念试谈植物的水分生理第39页2.生理意义生理意义（1 1）植物水分吸收和运输）植物水分吸收和运输主要动力主要动力。（2）促进木质部汁液中物质）促进木质部汁液中物质运输运输。（3）能够）能够降低叶片温度降低叶片温度。(1 g水变成水蒸气需要吸收能量，在水变成水蒸气需要吸收能量，在20时是时是2444.9J，30时是时是2430.2J)（4）有利于）有利于气体交换气体交换。利于光合作用进。利于光合作用进行。行。试谈植物的水分生理第40页n n3.指标和部位指标和部位(1)指标指标n n蒸腾速率蒸腾速率(transpiration rate)植物在单位时间内，单位叶面积经过蒸植物在单位时间内，单位叶面积经过蒸腾作用散失水量。腾作用散失水量。单位：单位：(g m-2 h-1)或(mmol m-2 s-1)n n白天蒸腾速率白天蒸腾速率15250 g m-2 h-1n n晚上蒸腾速率晚上蒸腾速率120 g m-2 h-1。概念概念试谈植物的水分生理第41页n n蒸腾比率(transpiration ratio)植物每消耗1 kg水时所形成干物质克数。(也称蒸腾效率)普通植物蒸腾比率是1-8。n n蒸腾系数(transpiration coefficient)(或需水量)是指植物制造 1 g 干物质所需水分(g)。n （蒸腾比率倒数）蒸腾系数越大，利用水分效率 。越低越低 普通：125-1000。玉米为370，小麦为540。试谈植物的水分生理第42页（2）部位幼小全部表面都能蒸腾木本植物长大后皮孔蒸腾(约占0.1)植物蒸腾作用绝大部分是在叶片上进行。叶片蒸腾两种方式角质蒸腾角质蒸腾(仅占仅占5 51010)气孔蒸腾气孔蒸腾 试谈植物的水分生理第43页 水蒸气、水蒸气、COCO2 2、O O2 2都要共用气孔这个通道，气孔开都要共用气孔这个通道，气孔开闭会影响植物蒸腾、光合、呼吸等生理过程。闭会影响植物蒸腾、光合、呼吸等生理过程。二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾气孔蒸腾过程气孔蒸腾过程试谈植物的水分生理第44页试谈植物的水分生理第45页(一一)气孔运动气孔运动气孔运动与保卫细胞结构相关试谈植物的水分生理第46页(二二)气气孔孔运运动动机机制制(1)(1)淀粉淀粉糖转化学说糖转化学说保卫细胞保卫细胞(GC)在在光光下进行下进行光合作用光合作用消耗消耗CO2，使细胞内，使细胞内pH增高增高淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶水解淀粉为水解淀粉为G1P水势下降水势下降从周围细胞吸水从周围细胞吸水气孔气孔张开张开二十世纪初提出试谈植物的水分生理第47页GC在在黑暗黑暗中进行中进行呼吸作用呼吸作用释放释放CO2，使细胞内，使细胞内pH下降下降淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶把把G1P合成为淀粉合成为淀粉水势升高水势升高向周围细胞向周围细胞排水排水气孔气孔关闭关闭二十世纪初提出试谈植物的水分生理第48页(2)(2)K K+离子吸收学说离子吸收学说气孔运动和气孔运动和GCGC积累积累K K+有着亲密关系。有着亲密关系。20世纪60年代末提出w降低降低，水分，水分进入进入GC，气孔气孔张开张开GC质膜上含有质膜上含有光活化光活化ATP酶酶-H+泵泵水解水解ATP，泵出，泵出H+到细胞壁，造到细胞壁，造成膜电位差成膜电位差激活激活K+通道通道和和Cl-通道，通道，K+和和Cl-进入进入GC试谈植物的水分生理第49页(3)(3)苹果酸代谢学说苹果酸代谢学说 GCGC在在光光下进行光合作用下进行光合作用消耗消耗COCO2 2 pHpH增高增高(8.0-8.5),(8.0-8.5),活化活化PEPCPEPCPEP+HCO3-草酰乙酸草酰乙酸 苹果酸苹果酸苹果酸根苹果酸根使细胞里使细胞里水势下降水势下降从周围细胞从周围细胞吸水吸水气孔气孔张开张开20世纪70年代初试谈植物的水分生理第50页糖、K+、苹果酸进入液泡，保卫细胞水势下降，吸水膨胀，气孔张开气孔开启机理图解 试谈植物的水分生理第51页（三）影响气孔运动原因（三）影响气孔运动原因n n光照：是影响气孔运动主要原因光照光照景天科植物例外景天科植物例外 温温度度CO2水分水分脱落酸 增加胞质Ca2+浓度和胞质溶胶PH光照光照张开张开 黑暗黑暗关闭关闭上升上升气孔开度增大气孔开度增大10以下小，以下小，30最大，最大，35以上变小以上变小低浓度低浓度促进张开促进张开高浓度高浓度快速关闭快速关闭水分胁迫水分胁迫气孔开度减小气孔开度减小试谈植物的水分生理第52页三、影响蒸腾作用内外条件三、影响蒸腾作用内外条件n n蒸腾速率取决于水蒸气向外扩散力水蒸气向外扩散力和扩扩散路径阻力散路径阻力。n n叶片内（气孔下腔）和外界之间蒸汽压蒸汽压差差（蒸汽梯度）制约着蒸腾速率试谈植物的水分生理第53页n n光照：光照：n n空气相对湿度空气相对湿度n n温度温度n n风风（二）内部原因（二）内部原因n n气孔频度气孔频度n n气孔大小气孔大小n n气孔下腔气孔下腔n n叶片内部面积大小叶片内部面积大小（一）外界条件（一）外界条件试谈植物的水分生理第54页（三）减慢蒸腾速率路径（三）减慢蒸腾速率路径n n.降低蒸腾面积降低蒸腾面积降低蒸腾面积降低蒸腾面积 移栽植物时，可去掉一些枝移栽植物时，可去掉一些枝叶，降低蒸腾失水量，维持植物体内水分平衡，利叶，降低蒸腾失水量，维持植物体内水分平衡，利于成活。于成活。n n2 2.降低蒸腾速率降低蒸腾速率降低蒸腾速率降低蒸腾速率 避开促进蒸腾外界条件。避开促进蒸腾外界条件。如：在午后或阴天移栽植物、或栽后遮荫搭棚；如：在午后或阴天移栽植物、或栽后遮荫搭棚；实施设施栽培，降低移栽植株蒸腾速率。实施设施栽培，降低移栽植株蒸腾速率。n n.使用抗蒸腾剂使用抗蒸腾剂使用抗蒸腾剂使用抗蒸腾剂一些能降低植物蒸腾速率而对一些能降低植物蒸腾速率而对光合作用和生长影响不太大物质，称为抗蒸腾剂光合作用和生长影响不太大物质，称为抗蒸腾剂试谈植物的水分生理第55页第五节第五节 植物体内水分运输植物体内水分运输一、一、水分运输路径水分运输路径 二、二、水分运输速度水分运输速度三、三、水分沿导管或管胞上升动力水分沿导管或管胞上升动力 试谈植物的水分生理第56页整个植物体内运输路径：一、水分运输路径质质外外体体路路径径 共共质质体体路路径径土壤一植物一大气土壤一植物一大气 之间水分含有连续性之间水分含有连续性 水分从根向地上部水分从根向地上部运输路径运输路径试谈植物的水分生理第57页二、水分运输速度二、水分运输速度水流经过原生质速度：水流经过原生质速度：10-3 cmh在木质部导管运输速度：在木质部导管运输速度：345 mh裸子植物管胞水流速度慢，裸子植物管胞水流速度慢，0.6mh同一枝条，被太阳直接照射时快。同一枝条，被太阳直接照射时快。同一植株，白天快于晚上。同一植株，白天快于晚上。试谈植物的水分生理第58页三、三、水分沿导管或管胞上升动力 1.1.动力有动力有2 2种种根压根压蒸腾拉力蒸腾拉力2.2.水柱连续性水柱连续性内聚力学说内聚力学说 （蒸腾（蒸腾内聚力内聚力张力学说）张力学说）爱尔兰人爱尔兰人H HH HDixonDixon提出提出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内聚力及导管壁附着。试谈植物的水分生理第59页拉力重力内聚力内聚力：相同分子之间有相互吸引力：相同分子之间有相互吸引力量。量。水分子内聚力很大，水分子内聚力很大，20 MPa以上。以上。上拉下拖使水柱产生上拉下拖使水柱产生张力张力。木质。木质部水柱张力为部水柱张力为0.53 MPa。水分子内聚力大于水柱张力，故水分子内聚力大于水柱张力，故可使水柱连续不停。可使水柱连续不停。水分子与细胞壁分子之间又含有强大水分子与细胞壁分子之间又含有强大附着力附着力，所以水柱中止机会很小。，所以水柱中止机会很小。试谈植物的水分生理第60页第六节第六节 合理浇灌生理基础合理浇灌生理基础一、作物需水规律 二、合理浇灌指标及浇灌方法试谈植物的水分生理第61页一、作物需水规律一、作物需水规律作物需水量因作物种类而异n n同一作物不一样生育期对水分需要量不一样 小麦一生中对水分需要大致可分为四个时小麦一生中对水分需要大致可分为四个时期：期：.种子萌发到分蘖前期，消耗水不多；种子萌发到分蘖前期，消耗水不多；.分蘖末期到抽穗期，消耗水最多；分蘖末期到抽穗期，消耗水最多；.抽穗到乳熟末期，缺水会严重减产；抽穗到乳熟末期，缺水会严重减产；.乳熟末期到完熟期，消耗水较少。供水过多乳熟末期到完熟期，消耗水较少。供水过多会使小麦贪青，籽粒含水量增高，影响品质。会使小麦贪青，籽粒含水量增高，影响品质。n n作物水分临界期试谈植物的水分生理第62页浇灌标准：适时、适量、高质、高效 浇灌最适时期：水分临界期，最大需水期试谈植物的水分生理第63页二、合理浇灌指标二、合理浇灌指标浇灌指标浇灌指标1.1.土壤指标土壤指标：田间持水量低于田间持水量低于60%-80%60%-80%时需浇灌。时需浇灌。2.2.形态指标形态指标：幼幼嫩嫩茎茎叶叶凋凋萎萎；茎茎叶叶转转深深或或变变红红；植植株株生生长长速度下降。速度下降。3.3.生理指标生理指标：细细胞胞汁汁液液浓浓度度，叶叶片片渗渗透透压压，叶叶片片水水势势，气气孔开度，气孔阻力。孔开度，气孔阻力。叶叶片片水水势势下下降降，细细胞胞汁汁液液浓浓度度升升高高，溶溶质质势下降，气孔开度减小，甚至关闭势下降，气孔开度减小，甚至关闭。试谈植物的水分生理第64页三、合理浇灌方法三、合理浇灌方法浇灌方式：漫灌、沟灌、喷灌、滴灌n n喷、滴灌技术n喷灌：既可解除大气干旱和土壤干旱，保持土壤团粒结构，预防土壤盐碱化，节约用水。n滴灌：让作物根系经常处于保持在良好水分、空气、营养状态下。试谈植物的水分生理第65页四、合理浇灌增产原因四、合理浇灌增产原因n n生理效应：改进作物生理作用n n生态效应：改变栽培环境试谈植物的水分生理第66页