第二章-植物的水分生理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 植物的水分代谢,没有水就没有生命,“有收无收在于水”,叶片（蒸腾作用）,茎中运输,根系吸收,水分的吸收,水分的运输,水分的利用,水分的散失,植物的水分代谢,第一节 水分在植物生命活动中的重要性,一、植物的含水量,1,、不同植物,2,、同一植物生长在不同环境中,含水量有差异。,3,、不同发育时期、不同器官和组织中，含水量不同。,二、水对植物的生理生态作用,1,）水是植物细胞原生质的重要组分,2,）水是植物体内代谢过程的反应物质,3,）水是植物各种生化反应和物质运输的介质,4,）水使植物保持挺立的姿态,5,）细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水,1.,水分的生理作用,1),水是植物体温调节剂,2),水对可见光的通透性,3),水对植物生存环境的调节,2,、水对植物的生态作用,：,三、水在植物体内的状态：,自由水,/,束缚水,自由水,/,束缚水比值高时，代谢旺盛，但抗逆性较弱。,自由水,/,束缚水比值低时，代谢缓慢，但抗逆性较强。,第二节,植物细胞对水分的吸收,一、,植物细胞的水势,1.,概念,水势指每偏摩尔体积水的化学势（差）。即水溶液的化学势（,w,）与同温同压同一系统中纯水的化学势（,w,0,）之差除以水的偏摩尔体积（,V,w,）所得的商，用,w,表示。,W,=,一、,植物细胞的水势,2.,水势的大小和单位：,规定：,纯水的水势,(,w,0,),最大,w,0,=0,，植物细胞的水势都为负值。,水势的单位：,兆帕（,MPa,）、,帕（,Pa,）、巴,(bar),、大气压,(,atm,),。,3,、植物细胞水势的组分：,w,=,s,+,p,+,m,+,g,1),溶质势：,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,s,表示。,s,=-P(,渗透压,)=-,iCRT,举 例,计算,300K,时,01mol/L,蔗糖溶液的渗透势,.,S,=-,iCRT,=-1*0.1*0.0083*300=-0.249Mpa,3,、植物细胞水势的组分：,2),压力势,：是指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的数值，用,p,表示。,原生质吸水膨胀，对细胞壁产生压力，而细胞壁对原生质会产生一个反作用力，这就是细胞的压力势。,细胞压力势一般为,正值,。,3),衬质势,：由于衬质的存在引起体系水势降低的数值。用,m,表示。,衬质：表面能够吸附水分的物质（纤维素、蛋白质颗粒、土粒等）。,干种子萌发吸水的主要动力。,4),重力势,:,g,，一般忽略不计。,3,、植物细胞水势的组分：,IV,III,（初始质壁分离）,I,II,细胞间的水分移动：,4,、相邻细胞水分移动的规律：,植物细胞水势组成的几种情况（总结）,1.,典型的植物细胞，,W,S,P,m,g,2.,具有液泡的成熟植物细胞，,m,较小，可忽略不计，,W,S,P,3.,干种子，,m,=-100MPa,W,=,m,4.,没有液泡的细胞（分生细胞），,P,=0,，,S,=0,，,W,=,m,细胞间的水分移动：,植物体内水势的变化,在同一植株中，地上器官的水势比根系的水势（）。,对植物的同一叶片而言，距主脉越远的部位其水势也（）。,低,越低,第二节,植物细胞对水分的吸收,二,、,细胞吸水的方式：,方式,吸胀吸水,代谢吸水,渗透吸水,二,、,细胞吸水的方式：,1.,渗透吸水：含有液泡的细胞吸水的主要方式。,渗透作用：,水分子（其他溶剂分子）通过半透膜扩散的现象。,1,、具有半透膜,2,、半透膜两侧具有浓度差,渗透装置的条件,半透膜,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,液泡,细胞核,细胞壁,原生质层,液泡,细胞间隙,质壁分离：,原生质层和细胞壁分离的现象,。,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。,1.,正常细胞,2.3.质壁分离的细胞,质壁分离现象,2,、植物细胞的吸胀吸水,植物细胞的,吸胀作用,是指亲水胶体吸水膨胀的现象。,吸涨吸水,：,未形成液泡的细胞以吸涨作用为动力 的吸水过程，称为吸涨吸水。,不同物质吸胀能力的大小与它们的亲水性有关,蛋白质,淀粉,纤维素,二、细胞吸水的方式,二,、,细胞吸水的方式：,3,、代谢性吸水：,消耗能量，水分子经过原生质膜进入细胞,。,三、细胞水分的跨膜运动,扩散,水孔蛋白,第三节 植物根系对水分的吸收,一、根系吸水的部位：,主要在根尖的根毛区,伸长区,分生区,根冠,根毛区,原因：,1,、根毛增大了吸收表面,2,、根毛细胞壁结构利于从土壤吸水,3,、输导组织发达对水分移动阻力小,二、根系吸水的方式及其动力：,1,、,主动吸水,：,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。,动力是根压。,2,、,被动吸水,：,由于地上部的蒸腾作用而引起的根部吸水。,动力是蒸腾拉力。,伤流和吐水证实根压确实存在,A,、伤流液从茎部切口处流出,B,、用压力计测定根压,吐水现象,根压如何产生？,根中的质外体不连续,根压产生的机理：,根系主动吸收溶质,中柱和导管溶质增加，渗透势降低,水势降低,中柱和导管水势低于内皮层以外，吸水,中柱和导管内随着水柱上升，产生静水压力，即根压,根压的产生,中柱,导管,根毛,半透膜（内皮层）,根压的作用：使导管内充满水分，根压可对幼小植株，早春的树木未吐芽，蒸腾微弱时的水分的转运起到一定作用。,根压最多使木质部水柱上升,20.4m,。,三、根系吸水的机理：,、被动吸水的机理,水势梯度使水分从土壤转移到叶片。,四、影响根系吸水的因素,1.,根系的自身因素,根系密度、根系表面透性等,2.,外部因素,A.,土壤水分状况,:,只有超过,永久萎蔫系数,以上的土壤的水分才是植物可利用的水分,B.,土壤通气,:,短期缺氧：,CO,2,积累,-,影响根压,-,影响根系吸水,长期缺氧：无氧呼吸,-,根系中毒受伤,-,吸水更少,C.,土壤温度,低温,：,原生质粘性增大,水分子运动减慢，渗透作用降低,根系生长受抑制，吸收面积减少,离子吸收减弱,-,根压下降,高温：加速根系老化，根吸收面积减少，吸水速率下降,D.,土壤溶液浓度：过高，植物失水，造成,“,烧苗,”,第四节 植物的,蒸腾作用,一、,蒸腾作用的生理意义,1.,蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力；,2.,蒸腾作用能降低植物体和叶片的温度；,3.,蒸腾作用有助于无机离子和根中合成的有机物转运到植物体各部分。,二、,蒸腾的部位及度量,气孔蒸腾（主要）,角质蒸腾,皮孔蒸腾,部位,蒸腾作用的指标：,蒸腾速率,：,植物单位时间内，单位叶面积散失的水量。,(,g.,d,m,-2,.h,-1,),蒸腾效率（蒸腾比率）：植物每消耗,1Kg,水所产生干物质的克数。,(g,干物质,.Kg,-1,水,).,蒸腾系数,（需水量）：植物制造,1g,干物质所消耗的水量。,1,、气孔的形态、结构,双子叶植物和大部分单子叶植物的保卫细胞呈,肾型，,在靠近气孔的一侧细胞壁较厚，其余部分的,细胞壁较薄,禾本科植物的保卫细胞呈,哑铃状,，中间壁较厚，两边壁较薄，细胞吸水时，两头吸水膨胀，气孔张开，失水关闭。,气孔复合体,三、气孔蒸腾,A,小孔扩散原理,(,边缘效应,):,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,，称为小孔扩散律。,2.,水分通过气孔的扩散速度,-,小孔扩散定律,3.,气孔开闭的机理：,1),淀粉,-,糖转化学说,保卫细胞进行光合作用,CO,2,减少,PH,升高,淀粉减少,w,下降,保卫细胞吸水,体积膨胀,气孔张开,光照,糖增加,2,）,K,+,积累学说,:,光照,光活化质膜上的,H,+,-ATP,酶,K,+,进入保卫细胞,保卫细胞,w,下降,保卫细胞吸水,气孔张开,H+,排出保卫细胞,3.,气孔开闭的机理,3,）苹果酸代谢学说,：,MAL,2-,在电势上可平衡,进入保卫细胞的部分,K,+,CO,2,消耗,PEP,羧化酶活性升高,PEP+CO,2,OAA,MAL,2,H,+,+,MAL,2-,K,+,/H,+,泵,保卫细胞内,K,+,增多,气孔张开,w,下降,3.,气孔开闭的机理,光照,保卫细胞吸水,四、,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,、大气湿度,：,3,、大气温度,：气温增高，蒸腾加强。过高，气孔关闭,4,、风,：微风有利于蒸腾，强风蒸腾降低。,5,、,土壤条件,：吸水状况影响蒸腾作用。,一,.,水分运输的途径,:,土壤,根毛,皮层,中柱,导管,叶肉细胞间隙,气孔下腔,大气,第五节 植物体内水分的运输,根系吸水的途径,1.,质外体途径：,水分经胞壁和细胞间隙移动，不越膜，移动快,2.,共质体途径,：,是指水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质。移动速度较慢。,根部吸水的途径,二、水分运输的动力：,（,1,）下部的根压；,根压一般较小,，不超过,0.2MPa,，至多能使水分上升,20.4,米。只有在早春蒸腾很小时，根压才起较大的作用。,（,2,）上部的蒸腾拉力。,蒸腾拉力才是水分上升的主要动力。,水柱受两种力作用,:,向下的重力,向上的拉力,分子间内聚力,(30MP,a,),张力,(0.5-3.0MP,a,),张力,导管中水柱如何保持不断呢？用内聚力学说可以解释这一问题。,蒸腾,-,内聚力,-,张力学说，又简称为内聚力学说：,由爱尔兰人狄克逊,(H.H.Dixon),提出。主要论点：叶片因蒸腾失水而从导管或管胞吸水，使导管或管胞的水柱产生张力，由于水分子内聚力大于张力，保证水柱的连续而使水分不断上升。,一、土壤,-,植物,-,大气连续体,SPAC,第六节植物水分平衡与合理灌溉,二、植物的水分平衡,三、合理灌溉,（一）需水规律,.,不同作物对水分的需要量不同；,.,同一作物不同生育期对水分的需要量不同；,.,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。,增加吸水，减少蒸腾,（二）、,灌溉的指标,1.,土壤指标,：田间持水量低于,60%-80%,时需灌溉。,2.,形态指标,：幼嫩茎叶凋萎；茎叶转深或变红；植株生长速度下降。,3.,生理指标,：细胞汁液浓度，叶片渗透压，叶片水势，气孔开度等。,（三）、合理灌溉增产的原因：,生理效应,生态效应,漫灌,（四）、节水灌溉,喷灌,滴灌,1,、调亏灌溉（不同生长期水分供应量不同）,2,、控制性分根区交替灌溉,（根系不同区域供应量不同）,新技术,