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1、植物的水分生理 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 第一章 植物的水分生理水分作用水分生理:水分的吸收,在体内的运输,水分的排出 第一节 植物对水分的需要一,植物的含水量不同植物的含水量同一植物生长在不同环境同一植株,不同器官和不同组织二,植物体内水分存在的状态束缚水和自由水水的物理化学性质高比热高气化热水分子是植物体内很好的溶剂水具有很大的表面张力三,水分在植物生命活动中的作用水分是细胞质的主要成分水分是代谢作用过程的反应物质水分是植物对物质吸收和运输的溶剂水分能保持植物
2、的固有姿态水分能具有特殊的理化性质 第二节 植物细胞对水分的吸收细胞吸水有3种方式扩散 集流 渗透作用一,扩散物质顺着浓度梯度进行的,短距离二,集流是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动,水分在木质部中远距离运输.水孔蛋白:质膜内在蛋白,液泡膜内在蛋白25103-30103跨膜通道蛋白,只允许水分子通过外界环境和植物激素都可诱导水孔蛋白基因的表达三,渗透作用溶剂分子通过半透膜而移动的现象,水分移动需要能量作功.自由能和水势物质的能量为束缚能和自由能化学势:1摩尔物质的自由能水势:每偏尔体积水的化学势水溶液的化学势与纯水的化学势之差,除以水的偏摩尔体积所得的商-水势(Pa)渗透作用水蔗糖
3、溶液AB渗透现象A 实验开始时B 经过一段时间植物细胞可以构成一个渗透系统原生质膜是一个半透膜质壁分离和质壁分离复原细胞的水势细胞的水势W,渗透势,压力势P,重力势g细胞的水势=渗透势+压力势+重力势渗透势:决定于溶液中溶质颗粒总数.压力势:由于细胞壁压力的存在而增加水势重力势:是水分因重力下移与相反力量相等时的力量,常省略不计.图01.5-2.51.5不膨胀完全膨胀/MPa压力势(P)水势(W)渗透势()植物细胞的相对体积变化与水势等之间的关系1.0细胞间的水分移动=-1.4MPap=+0.8MPaW=-0.6MPa=-1.2MPaP=+0.4MPaW=-0.8MPa两个相邻细胞之间水分移动
4、的方向移动的方向决定于两细胞间的水势差XY衬质势:细胞胶体物质,毛细管对自由水的束缚引起水势的降低.渗透势取决于浓度,温度,等渗系数 =-ICRT质壁分离现象质壁分离复原 第三节 植物根系对水分的吸收吸水的主要器官是根系.一,根系吸水的途径质外体途径:是指水分通过细胞壁,细胞间隙等没有细胞质的部分移动,速度快跨膜途径:是指水分从一个细胞移动到另一个细胞,要两次通过质膜,液泡膜共质体途径: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,形成一个细胞质的连续体,速度慢.细胞途径包括共质体途径和跨膜途径二,根系吸水的动力根压由于根系的生理活动使液流从根部沿导管上升的压力 0.050
5、.5MPa伤流:吐水:根系吸水的机制:共质体,质外体产生根压的机理渗透论代谢论蒸腾拉力因蒸腾失水而水势下降,产生的拉力.由枝叶形成的力量传到根部而引起的被动吸水.根系吸水的方式:被动吸水,主动吸水.被动吸水:蒸腾主动吸水:根压(吐水,伤流的现象)三,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 第四节 蒸腾作用蒸腾作用:水分从植物体内以水蒸汽状态向外界散失的过程.一,蒸腾作用的生理意义和部位意义:1,是植物对水分吸收和运输的主要动力2,是植物吸收矿质盐类和在体内运转的动力3,能够降低叶片的温度部位:皮孔蒸腾 0.1%叶片蒸腾图 茎幼嫩 表面蒸腾成长老化 皮孔蒸腾 0.1
6、%叶角质层 阴湿地区成长 5%幼叶 40-70%气孔 80-90%气孔蒸腾是植物蒸腾作用的主要形式气孔的作用气孔数目和分布气孔的扩散-小孔律(边缘效应)角质蒸腾 5%-10%气孔蒸腾二,气孔蒸腾气孔运动保卫细胞气孔运动的机制由细胞的水势所控制淀粉-糖互变pH值 淀粉磷酸化酶 表皮细胞或副卫细胞可溶性糖 淀粉钾离子的吸收ATP质子泵 H+pH值 质膜超极化 钾离子通道 水势降低苹果酸生成糖酵解 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)PEP羧化酶 HCO-3 草酰乙酸 苹果酸 液泡 糖,K+,CL-,苹果酸进入液泡内,水势下降.还有问题不能解释1沙漠植物2有内在节律性3不同部位的气孔开放程度不同4ABA的作用
7、影响气孔运动的因素水分供应,叶子的温度,光和CO2 浓度脱落酸:会增加胞质Ca2+浓度和胞质溶胶pH,一主面抑制保卫细胞质膜上的内向K+通道蛋白活性,促进外向K+通道蛋白活性,促使细胞内K+浓度减少;与时同时,ABA活化外向CL-通道蛋白,CL-外流,保卫细胞内CL-浓度减少,保卫细胞膨压就下降,气孔关闭.三,影响蒸腾作用的外,内条件气孔蒸腾扩散的过程蒸腾速率取决于水蒸汽向外扩散力量和扩散途径的阻力.蒸腾速率=扩散力/扩散途径阻力 扩散力=叶内蒸汽压-叶外蒸汽压 扩散途径阻力=气孔阻力+扩散层阻力蒸腾作用快慢决定于叶内外的蒸汽压大小.光照,湿度,温度,风 蒸腾作用的指标蒸腾速率:植物在一定时间
8、内单位叶面积蒸腾的水量.(g.m-2.h-1)蒸腾比率:植物在一定生长期内积累的干物质与蒸腾失水量的比值.即每消耗1kg水所形成干物质的克数(g.kg-1)蒸腾系数:植物制造累积1g干物质蒸腾消耗水分的克数(蒸腾速率的倒数)蒸腾作用的生理意义:四,蒸腾作用的非气孔调节大部分由气孔调节棉花初干:叶肉细胞的水分亏损,引起细胞壁水分饱和程度降低,使蒸腾减弱的现象.萎蔫:植物在水分亏损严重时,细胞失去膨胀状态,叶子和茎的幼嫩部分下垂的现象.暂时萎蔫:降低蒸腾,即能使萎蔫的植物消除水分亏缺,恢复原状.永久萎蔫:降低蒸腾,仍不能消除水分亏缺以恢复原状.第五节 植物体内水分的运输一,水分运输的途径土壤中的水
9、分-根毛-根的皮层-根的中柱-根的导管-茎的导管-叶柄的导管-叶脉的导管-叶肉细胞-叶细胞间隙-气孔内室(气室)-气孔-空气中二,水分运输的速度3-45m.h-1三,水分沿导管或管胞上升的动力根压 0.2MPa 水分上升20.2m内聚力:分子之间有相互吸引的力量.300MPa张力:水柱本身的重量使水柱下降高大树木 2-3MPaH.H.Dixon 爱尔兰人内聚力学说(蒸腾-内聚力-张力学说):内聚力,附着力,连续的水柱异议:1,茎部局部死亡,水分仍然上升 2,木质部里有气泡,水柱不可能连续,为什么还继续上升第六节 合理灌溉的生理基础一,作物的需水规律二,合理灌溉的指标形态指标生理指标:叶片水势,细胞汁液浓度,渗透势和气孔开度三,灌溉的方法沟渠排灌法喷灌滴灌四,合理灌溉增产的原因作业l名词解释半透膜 水势 渗透势 根压 内聚力学说 气孔蒸腾 蒸腾拉力(作用,速率,系数)吐水 伤流萎蔫(暂时,永久)质壁分离(复原)水分代谢共质体途径 问答题1试述植物水分代谢的过程.2根据细胞质壁分离和质壁分离复原的实验,说明它可解决哪能些问题?3试述蒸腾作用的生理意义4试述在光照条件下气孔运动的机理5水分如何进入根部的导管?又如何运输到叶片?