植物生理专业知识讲座.pptx

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片本文樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,#,植物生理专业知识讲座,植物生理专业知识讲座,第1页,第一节 植物对水分需要,一、植物含水量,：70%90%,二、植物体内水分存在状态,1,自由水和束缚水概念,1,）自由水,（,free water,）：,距离胶粒较远而能够自由流动水分。,2,）束缚水,（,bound water,）：,靠近胶粒而被胶粒束缚不易流动水分。,植物生理专业知识讲座,第2页,2,植物体内水分状态与代谢关系,1),束缚水普通不参加植物代谢反应,。,植物一些细胞和器官主要含束缚水时，则代谢活动非常微弱，如越冬植物休眠和干燥种子，仅以极弱代谢维持生命活动，但抗性却显著增强，能度过不良逆境条件；,2),自由水主要参加植物体内各种代谢反应,。,其含量多少还影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛；,3),自由水束缚水比值可作为衡量植物代谢强弱和抗性生理指标之一,。,植物生理专业知识讲座,第3页,三 植物体内水分生理生态作用,1,水是细胞质主要成份（,含水量普通达70-90,）,；,2,水分是代谢过程反应物质和产物（,光合、呼吸等,）,；,3,细胞分裂及生长都需要水分,；,4,水分是植物对物质,吸收,和,运输,及生化反应,溶剂,；,5,水分能使植物保持固有姿态（,维持细胞担心度,）；,6,调整植物体温及其大气湿度、温度等（,蒸腾失水,）。,植物生理专业知识讲座,第4页,第二节 植物细胞吸收水分,1,植物细胞吸收水分主要方式,渗透性吸水：,借助渗透作用，即水分从水势高系统经过半透膜向水势低系统移动进行吸水,（最主要方式）,。,代谢性吸水：,利用细胞呼吸释放出能量，使水分经过质膜进入细胞过程。,吸涨性吸水：,亲水性胶体物质吸水膨胀现象。,D),集流：,液体中成群分子在压力梯度下共同移动,植物生理专业知识讲座,第5页,2,吸涨性吸水,1),吸涨性吸水主要发生在细胞形成液胞之前（如,干种子,和,分生细胞,等）；,2),因为蛋白质、淀粉和纤维素三者亲水性依次递减，故含蛋白质较多,豆类种子,吸涨现象最为显著。,植物生理专业知识讲座,第6页,3.渗透性吸水,渗透,现象,植物生理专业知识讲座,第7页,3.1 植物细胞是一个渗透系统,成熟植物细胞含有一个大液泡，质膜和液泡膜则为选择性膜，水易于透过，对其它溶质分子或离子含有选择性。这么，在一个成熟细胞中，原生质层就相当于一个半透膜。假如把此细胞置于水或溶液中，则含有各种溶质,液泡,、,原生质层,以及,细胞外溶液,三者就组成了一个渗透系统。含有液泡成熟细胞，依赖于渗透作用，以渗透吸水为主。,质壁分离现象证实,植物细胞是一个渗透系统。,植物生理专业知识讲座,第8页,(1),确定细胞是否存活,已发生膜破坏死细胞，半透膜性质丧失，不产生质壁分离现象,。,(2),测定细胞渗透势,将植物组织或细胞置于一系列已知水势溶液中，那种恰好使细胞处于初始质壁分离状态溶液水势值与该组织或细胞渗透势相等。,(3),观察物质透过原生质层难易程度,利用质壁分离复原速度来判断物质透过细胞速率。同时能够比较原生质粘度大小。,，,质壁分离现象是生活细胞经典特征,植物生理专业知识讲座,第9页,3.2,渗透性吸水原理-水势,3.2.1,溶液水势,自由能,（可,用于作功能量,）。,化学势,：1摩尔物质,自由能,。,水势,（,water potential，,w,）,-某一系统中水化学势与处于相同温度和压力纯水化学势之差，除以水偏摩尔体积所得商,。,它是水分转移本事大小指标。,植物生理专业知识讲座,第10页,水溶液化学势（）与纯水化学势（）之差（），除,以水偏摩尔体积（）所得商，称为水势。水势,（psi，,希腊字母）或可用 上式表示,式中水偏摩尔体积（,partial molar volume），,是指（在一定温度和压力下）1,mol,水中加入1,mol,某溶液后，该1,mol,水所占有效体积。,植物生理专业知识讲座,第11页,水势单位是压强单位,，帕斯卡（,Pa）、,大气压（,atm）、,巴（,bar）。,1,bar=10,5,Pa=0.1MPa=0.987atm,如：纯水摩尔体积是18,cm,3,将其加入100,cm,3,乙醇中，最终体积是118.07,cm,3,，,水偏摩尔体积是多少？（18.07,cm,3,）,Pa,m,N,mol,m,mol,m,N,=,=,=,=,-,-,-,2,1,3,1,水偏摩尔体积,水化学势,水势,植物生理专业知识讲座,第12页,3.2.2,经典植物细胞水势,对于一个经典植物细胞，其水势由,4,个别组成，即：,水势,=,渗透势,+,衬质势,+,压力势+重力势,渗透势,（,osmotic potential，,）：,溶液中溶质颗粒存在而引发水势降低值。用负值表示。亦称溶质势（,s,）。,压力势,（,pressure potential，,p,）：,因为细胞壁压力存在而增加水势值。普通为正值。初始质壁分离时，,p,为0，猛烈蒸腾时，,p,会呈负值。,衬质势,（,matric potential，,m,）：,细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引发水势降低值，以负值表示。,植物生理专业知识讲座,第13页,w,=,+,p,+,m,:,渗透势，也称溶质势（,s,）,因为溶质颗粒存在而引发水势降低值。,=,-iCRT,i:,解离系数，,C：,溶质浓度,R：,气体常数，,T：,绝对温度,植物生理专业知识讲座,第14页,几个常见化合物水势,溶液,w,/Mpa,纯水 0,Hoagland,营养液 -0.05 海水 -2.50 1,molL,-1,蔗糖 -2.69 1,molL,-1,KCl -4.50,植物生理专业知识讲座,第15页,对,含有液泡成熟细胞,，因为原生质仅为一薄层，液泡内大分子物质又极少，细胞含水量很高，,m,趋于0,，在计算时普通忽略不计，其水势（,w,）,高低决定于渗透势（,）,与压力势（,p,）,之和，,一直为负值，,p,普通为正值，,w,通常为负值。,w,=,+,p,P14：,图1-3,w,、,、,p,植物生理专业知识讲座,第16页,（1）,初始质壁分离时,，,V=1.0，,p,=0,，,w,=,s,=-,2.0MPa,（2）,充分膨胀时,，,V=1.5，,w,=,s,+,p,=,0,（3）,猛烈蒸腾时,，,p,0,植物生理专业知识讲座,第17页,细胞在形成液泡之前,吸水、风干种子萌发吸水、果实种子形成过程吸水，分生细胞生长吸水等，,都是靠吸胀作用,。,吸涨作用大小就是衬质势大小。,此时水势=衬质势（,w,=,m,)。,有植物细胞衬质势很低。,如苍耳种子：,m,-1000Mpa。,豆科种子：,m,-100Mpa,以上。,植物生理专业知识讲座,第18页,3.2.3,水势应用,水分总是由水势高部位向水势低部位运转，,故水势可用于判断水分迁移方向。如,：,1,）,相邻细胞水分转移,：,水分由水势高细胞沿水势梯度流向水势低细胞。,2,）,植物体内水分转移,：,植株地上个别水势低于根系，故根系水分可向地上个别运转。,3,）,土壤-植物体-大气连续体系水分转移,：,水势从高到低次序是：土壤-根系-叶片-大气，水分也按此次序迁移,。,植物生理专业知识讲座,第19页,两个相邻细胞之间水分移动图解,（1）将细胞放入高水势溶液中：（2）将细胞放入低水势溶液中：（3）将细胞放入等水势溶液中:,植物生理专业知识讲座,第20页,假设一个细胞渗透势为-0.8,Mpa,将其放入渗透势为-0.3,Mpa,溶液中，请计算细胞压力势为何值时才分别发生以下三种情况？1、细胞体积变大,(,p,0.5 ，0.8),3、,细胞体积不变,(,p,=0.5),植物生理专业知识讲座,第21页,4、集流,（,mass flow）,集流是指液体中成群原子或分子在压力梯度下共同移动，如河水在河中流动等。植物体水分集流经过膜上,水孔蛋白,（,aquaporin）,形成水通道实施（见图)。植物水孔蛋白有两种：一个是质膜上质膜内在蛋白（,plasma membrane intrinsic protein），,另一个是液泡膜上液泡膜内在蛋白（,tonoplast intrinsic protein),植物生理专业知识讲座,第22页,植物生理专业知识讲座,第23页,第三节 植物根系对水分吸收,1、根系吸水部位,吸水主要器官是,根系,，根吸水主要部位是,根尖,，根尖吸水最活跃部位是,根毛区,。,2、根系吸水路径,1.,exe,1,）,质外体路径,：水分经胞壁和细胞间隙移动，不越膜，移动快,2,）,共质体路径,：水分依次从一个细胞经过胞间连丝进入另一细胞,3,）,跨膜路径,：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要经两次膜。,植物生理专业知识讲座,第24页,植物生理专业知识讲座,第25页,植物生理专业知识讲座,第26页,植物生理专业知识讲座,第27页,几个相关概念,质外体,：,是一个开放性连续自由空间，包含细胞壁、胞间隙及导管等。,共质体,：是经过胞间连丝把无数原生质体联络起来形成一个连续整体。,胞间连丝,：是贯通胞壁管状结构内连丝微管，其两端与内质网相连接。,植物生理专业知识讲座,第28页,2 根系吸水动力,根压（,root pressure,）,：,植物根部生理活动使液流从根部上升压力。,根压把根部水分压到地上部，土壤中水分便不停补充到根部，这就形成根系吸水过程。,伤流,和,吐水,可证实根压存在,1.,exe,蒸腾拉力（,transpirational pull,）,：,因为蒸腾作用产生一系列水势梯度使导管中水分上升力量。,主要动力,。,植物生理专业知识讲座,第29页,植物生理专业知识讲座,第30页,受伤或折断植物组织溢出液体现象，称为,伤流(,bleeding),。,流出汁液是,伤流液(,bleeding sap),。,从未受伤叶片尖端或边缘向外溢出液滴现象，称为,吐水（,guttation）,。,伤流和,吐水都是由根压所引发。伤流液成份和数量能够作为根系活动能力强弱指标，吐水现象也能够作为,根系生理活动指标。,植物生理专业知识讲座,第31页,根压形成假说：,渗透论,：根系主动吸收,无机离子,进入共质体达中柱内活细胞。这么导管周围活细胞在代谢过程中不停,向导管分泌有机离子和有机物,，,使 其水势下降，而附近细胞水势较高。因而水分就不停经过渗透作用进入导管，依次向地上个别运输。这么就产生一个静水压力，即根压。,代谢论,：认为呼吸作用所产生能量参加根系吸水过程。当外界温度降低时、氧分压下降、呼吸作用抑制剂存在时根压、伤流或吐水会降低或停顿。,植物生理专业知识讲座,第32页,3 根系吸水影响原因,A),植物本身原因,1)根系发达程度,2)根系活力强弱,3)根系细胞水势,B),土壤条件,1)可用水分多少,2)通气情况,3)温度,4)土壤溶液浓度,植物生理专业知识讲座,第33页,1、土壤中可用水分,土壤中可利用水分 土壤水分 ,重力水：,在重力作用下可经过颗粒间空隙下降源流失水分。有害。,毛细管水,：保持在土壤颗粒间毛细管内水分。可用。植物吸水大个别来自它。,束缚水,：土壤颗粒、胶体所吸附水合层中水分。普通不能被吸收利用。,植物生理专业知识讲座,第34页,土壤含水量：,最大持水量,：土 壤中全部孔隙完全被水所占据时土壤含水量，即饱合含水量。,田间持水量,：排除重力水而保留毛细管水时土壤含水 量,永久萎蔫系数,（,PWC）：,植物刚发生永久萎蔫时土壤中存留含水量,土壤中可利用水=毛细管水永久萎蔫系数。,与土壤颗粒粗细、土壤胶体数量，作物种类等相关。,植物生理专业知识讲座,第35页,2、土壤通气情况,土壤通气不良:,A、,缺,O,2，,呼吸减弱，影响根压；,B、,长时间无氧呼吸，根系中毒；,C、,土壤还原性物质过多，不利于根系生长与吸收。,植物生理专业知识讲座,第36页,第四节 植物蒸腾作用,1 蒸腾作用概念,蒸腾作用,（,transpiration）：,水分以气态方式从植物体表面散失过程,。,2、,蒸腾作用生理意义,1）蒸腾作用是植物对水分吸收和运输主要动力，,2）,矿质盐类要溶于水中才能被植物吸收和在体内运转，而蒸腾作用又是水分吸收和流动动力。,3）,蒸腾作用能够降低叶片温度。,植物生理专业知识讲座,第37页,植物生理专业知识讲座,第38页,3 蒸腾作用部位与方式,1）植物幼小时，地面以上全部表面,）皮孔蒸腾 高大木本植物，约占全部蒸腾0.1%,3）,叶片蒸腾,（1）,角质蒸腾,约占全部蒸腾5%10%,（2）,气孔蒸腾,主要方式,植物生理专业知识讲座,第39页,植物生理专业知识讲座,第40页,植物生理专业知识讲座,第41页,关于气孔蒸腾试验,试验当日：,植物生理专业知识讲座,第42页,试验三天后：,植物生理专业知识讲座,第43页,经过气孔蒸腾速率,气孔面积普通不超出叶面积,1%,，但经过气孔蒸腾量却到达叶片一样面积蒸发量,50%,以上。经过小孔扩散速率与孔周长成正比,不与面积成正比。此规率叫,小孔扩散率。,植物生理专业知识讲座,第44页,4,蒸腾作用表示方法,1,）,蒸腾速率,（,transpirational rate,）,：,又称,蒸腾强度,，指植物在单位时间内，单位面积经过蒸腾作用而散失水分量。（克平方分米小时）,2,）,蒸腾比率,（,transpirational ratio,）,：,又称,蒸腾效,率，,指,植物每消耗,l,千克水时所形成干物质重量（克）。,3,）,蒸腾系数,（,transpirational coefficient,）,：,又称为,需水量,（,water requirement）,，,植物制造1克干物质所需水分量（克）。它是蒸腾比率倒数。,植物生理专业知识讲座,第45页,5、气孔蒸腾,（,stomatal transpiration）,气孔是蒸腾过程中水蒸气从体内排到体外主要出口，也是光合作用和呼吸作用与外界气体交换“大门”，影响着蒸腾、光合、呼吸等作用,植物生理专业知识讲座,第46页,1)气孔运动(,stomatal movement),气孔在白天开放，晚上关闭。,气孔运动是与保卫细胞结构特点相关。,保卫细胞胞壁厚度不一样，加上纤维素微纤丝与胞壁相连。,双子叶植物肾形保卫细胞内壁厚而外壁薄，当保卫细胞吸水膨胀时，较薄外壁易于伸长，向外扩展，但微纤丝难以伸长，于是将力量作用于内壁，把内壁拉过来，于是气孔张开。禾本科植物哑铃形保卫细胞中间个别胞壁厚，两头薄，微纤丝径向排列。当保卫细胞吸水膨胀时，微纤丝限制两端纵向伸长，而改为横向膨大，这么就将两个保卫细胞中部推开，于是气孔张开（见下列图）。,植物生理专业知识讲座,第47页,图,1-6,微纤丝在肾形保卫细胞（,A,）,和,哑铃形保卫细胞（,B,）,中排列,植物生理专业知识讲座,第48页,2)气孔运动机理(,The mechanism of stomatal movement),关于气孔运动（,stomatal movement）,机理有3种看法，即,淀粉-糖互变,（,starch-sugar interconversion），,钾离子吸收,（,potassium ion uptake）,和,苹果酸生成,（,malate production）。,三者本质都是渗透调整保卫细胞，因为气孔运动是受保卫细胞水势控制。糖、,K,+,、Cl,-,、,苹果酸等进入液泡，使保卫细胞液泡水势下降，吸水膨胀，气孔就开放。,植物生理专业知识讲座,第49页,1,、淀粉糖互变：,保卫细胞在光照下进行光合作用，消耗,CO,2,，,细胞质内,pH,增高（,pH6.17.3,），,促使淀粉磷酸化酶水解淀粉为可溶性糖，保卫细胞水势下降，表皮细胞或副卫细胞水分便进入保卫细胞，气孔张开。在黑暗中则相反，呼吸产生,CO,2,使保卫细胞,pH,下降（,pH2.96.1,），,淀粉磷酸化酶把可溶性糖转变为淀粉，水势升高，水分就从保卫细胞排放到表皮细胞或副卫细胞，气孔便关闭。,植物生理专业知识讲座,第50页,植物生理专业知识讲座,第51页,2、钾离子吸收：,气孔运动和保卫细胞积累,K,+,有着非常亲密关系。在保卫细胞质膜上有,ATP,质子泵（,ATP proton pump），,分解由氧化磷酸化或光合磷酸化产生,ATP，,将,H,+,分泌到保卫细胞外，使得保卫细胞,pH,值升高。驱动,K,+,从表皮细胞经过保卫细胞质膜上钾通道进入保卫细胞，在,K,+,进入细胞同时，还伴伴随,Cl,-,进入，以保持保卫细胞电中性。保卫细胞中积累较多,K,+,和,Cl,-,，,水势降低，水分进入保卫细胞，气孔就张开。,植物生理专业知识讲座,第52页,3,、苹果酸生成,：,细胞质中淀粉经过糖酵解作用产生磷酸烯醇式丙酮酸（,PEP,），,在,PEP,羧化酶作用下，与,HCO,3,-,作用，形成草酰乙酸,，,深入还原为苹果酸进入液泡，降低液泡水势，水分进入保卫细胞，使气孔张开。由此看出，淀粉在保卫细胞中作用，不只是水解产生可溶性糖类，而且也能够产生苹果酸,。,植物生理专业知识讲座,第53页,植物生理专业知识讲座,第54页,3)影响气孔运动原因(,Factors affecting stomatal movement),光照：,因为它促进糖、苹果酸形成和,K,+,、,Cl,-,积累。光合磷酸化产生,ATP,为,ATP,质子泵使用。,温度：,气孔开度普通随温度上升而增大。在,30,左右到达最大气孔开度，,35,以上高温会使气孔开度变小。,植物生理专业知识讲座,第55页,二氧化碳：,低浓度二氧化碳促进气孔张开；高浓度二氧化碳能使气孔快速关闭,。,ABA：,促使气孔关闭，,ABA,会增加胞质,Ca,2+,浓度和胞质溶胶,pH，,首先抑制保卫细胞质膜上内向,K,+,通道蛋白活性，促使细胞内,K,+,浓度降低；与此同时，,ABA,活化外向,Cl,-,通道蛋白，,Cl,-,外流，保卫细胞内,Cl,-,浓度降低，保卫细胞膨压就下降，气孔关闭。,植物生理专业知识讲座,第56页,6,蒸腾作用影响原因,5.1,内部原因,1,）,气孔频度,（气孔数/,cm,2,）,2,）气孔大小,3,）,气孔开度,5.2,外部原因,1,）光照,2,）空气相对湿度,3,）温度,4,）风速,植物生理专业知识讲座,第57页,7 蒸腾作用人工调整,1）,选取蒸腾弱品种栽培，如旱稻等。,2）,降低蒸腾面积，如移栽时剪掉一些枝、叶等。,3）,避开促进蒸腾外界条件，如遮阴、挡风等。,4）,人工使用抗蒸腾剂。,当前可利用抗蒸腾剂有：乙酸苯氯、,8,羟基喹啉硫酸、,ABA,，,能促使气孔关闭降低蒸腾。,植物生理专业知识讲座,第58页,第五节 植物体内水分运输,1 水分运输路径,2 水分运输速度,3,水分运输动力,植物生理专业知识讲座,第59页,植物生理专业知识讲座,第60页,1 水分运输路径,土壤水分根毛或根尖细胞根皮层根中柱根导管茎导管叶柄导管叶脉导管叶肉细胞叶肉细胞间隙气孔内室气孔口空气中。,一个别是经过活细胞运输，即共质体（,symplast）,运输，,只有几,mm，,但因为水分经过是活细胞，阻力很大，运输速度很慢；,另一个别是经过无原生质细胞，称外质体运输，,距离长、阻力小、运输速度快，适于长径运输。,植物生理专业知识讲座,第61页,2 水分运输速度,水分在导管运输速度普通为3-45,m/h,。,水分经过活细胞速度很慢，为,10,-3,cm/h,；,而流经高大树木导管速度很快，可达,20-40,m/h,，,甚至更高；裸子植物只有管胞没有导管，则比较慢，为,0.6,m/h,。,同时，被太阳直射时水流速度快于不被直接照射，白天高于夜晚,植物生理专业知识讲座,第62页,3 水分沿导管和管胞运输动力,1)根压：,水分运输向上推力，普通不超出0.2,MPa，0.1MPa,只能使水分上升10.2,m,许多高大乔木高度远比这个数值大（0.2,mPa,只能上升20.4,m），,所以光有根压是不够。,2)蒸腾拉力：,水分向上运输向上提拉力，这才是水分向上运输主动力。木本植物蒸腾拉力可达1.5,MPa（-15,巴）以上,。,植物生理专业知识讲座,第63页,3)蒸腾-内聚力-张力学说,（,transpiration-cohesion-tension theory,），,又简称为,内聚力学说,：,由,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，使导管或管胞水柱产生张力,（,上拉下堕使水柱产生张力,）,，因为水分子内聚力（,相同分子之间有相互吸引力量,）,大于张力，确保水柱连续而使水分不停上升。,这种以,水分含有较大内聚力足以抵抗张力，确保由叶至根水柱不停来解释水分上升原因学说，称为内聚力学说（,cohesion theory,），,亦称蒸腾内聚力张力学说,植物生理专业知识讲座,第64页,第六节 合理浇灌生理基础,1,作物需水规律,不一样作物或同一作物不一样时期需水量不一样（,水分临界期,：植物对水分缺乏尤其敏感时期,）,2 合理浇灌指标,1,）形态指标,2,）生理指标,3,浇灌方法,1,）,沟渠排灌法（常见）,2,）,喷灌、滴灌等（较先进,）,植物生理专业知识讲座,第65页,1、作物需水规律,1),不一样作物需水量不一样,C,3,植物比,C,4,植物多1,2倍,2),同一作物不一样生育期需要水量不一样,水分临界期,：植物对,水分不足,最敏感、最易,受害,时期。小麦：,孕穗期,和,开始灌浆乳熟末期,豆类、,花生：开花期,果树：,开花一果实生长早期,植物生理专业知识讲座,第66页,