植物的水分生理.pptx

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1、第一节 植物对水分的需要一、植物的含水量一般植物组织含水量占鲜重的一般植物组织含水量占鲜重的75759090二、植物体内水分的存在状态第1页/共93页自由水自由水束缚水束缚水两者比值两者比值原生质原生质代谢代谢生长生长抗逆性抗逆性高溶胶旺盛快弱低凝胶活性低迟缓强 细胞中的水可分为二类细胞中的水可分为二类 束缚水束缚水(bound water)(bound water)-与细胞组分紧密与细胞组分紧密结合不能自由移动、结合不能自由移动、不易蒸发散失的水不易蒸发散失的水。自自由由水水(free(free water)water)与与细细胞胞组组分分之之间间吸附力较弱,可以自由移动的水。吸附力较弱,可

2、以自由移动的水。第2页/共93页三、水分在植物生命活动中的作用1.1.水分是原生质的主要组分凝胶作用溶胶凝胶溶胶作用第3页/共93页2.2.水分是代谢过程的反应物质 3.3.水分是各种生理生化反应和运输物质的介质 4.4.水分能使植物保持固有的姿态 5.5.水具有重要的生态意义(1)水是植物体温的调节器(2)水对可见光的通透性(3)水对植物生存环境的调节 生理需水-满足植物生理活动所需要的水分 生态需水-利用水的理化特性,调节植物周围的环境所需要的水分第4页/共93页第二节 植物细胞对水分的吸收 一、扩散(diffusion)(diffusion)物质分子从物质分子从高浓度高浓度(高化学势高化

3、学势)区域向区域向低浓度低浓度(低化学势低化学势)区域转区域转移,直到均匀分布的现象。移,直到均匀分布的现象。扩散速度与物质的浓度扩散速度与物质的浓度梯度成正比。梯度成正比。扩散适合水分的短距离扩散适合水分的短距离移动移动水的蒸发、叶片的蒸腾作用都是水分子扩散现象。水的蒸发、叶片的蒸腾作用都是水分子扩散现象。第5页/共93页二、集流(mass flow)(mass flow)液体中成群的原子或分子在压力梯度液体中成群的原子或分子在压力梯度作用下共同移动的现象。作用下共同移动的现象。第6页/共93页 水通道蛋白生生物物膜膜上上具具有有通通透透水水分分功功能能的的内内在在蛋蛋白白,亦亦 称称 水水

4、 孔孔 蛋蛋 白白(aquaporin)(aquaporin)质膜内在蛋白质膜内在蛋白液泡膜内在蛋白液泡膜内在蛋白6个跨膜螺旋与两个保留的NPA(Asn-Pro-Ala)残基的水孔蛋白的结构第7页/共93页(一)自由能、化学势、水势的基本概念(一)自由能、化学势、水势的基本概念1.1.自由能 (free energy(free energy,G)G)在在等等温温、等等压压条条件件下下,能能够够做做最最大大有有用用功功的的那那部分能量。部分能量。2.2.化学势(chemical potential(chemical potential,)在在等等温温、等等压压下下,1mol1mol的的组组分分(

5、物物质质)所所具具有有的自由能。的自由能。三、渗透作用(osmosis)(osmosis)-溶液中的溶剂分子溶液中的溶剂分子(水水)通过半透膜而移动通过半透膜而移动的现象。的现象。第8页/共93页3.水的化学势和水势水的化学势(w):当温度、压力及物质数量(水以外)一定时,体系中1mol的水的自由能。水势(water potential):每偏摩尔体积的水在体系中的化学势与纯水在相同温度、压力下的化学势之间的差。w ww w-o ow wV Vw,mw,mw wV Vw,mw,m=第9页/共93页偏摩尔体积:在恒温、恒压、其他组分浓度不变情在恒温、恒压、其他组分浓度不变情况下,混合体系中况下,

6、混合体系中1mol1mol该物质所占的有效体积。该物质所占的有效体积。单位:水势水势=水的化学势水的化学势/水的偏摩尔体积水的偏摩尔体积 =J=J molmol-1-1/m/m3 3 molmol-1-1 =N N m m mol mol-1-1/m/m 3 3 molmol-1-1 =N =N m m-2-2=Pa=Pa纯水 o ow w=零零值并不是没有水势,就好比定海平面为海拔高度零值并不是没有水势,就好比定海平面为海拔高度为为0 0一样,作为一个参比值。一样,作为一个参比值。溶液:溶液:溶液的水势为溶液的水势为负值,浓度越大,水势越低浓度越大,水势越低第10页/共93页(二)渗透作用(

7、二)渗透作用由渗透作用引起的水由渗透作用引起的水分运转分运转a.a.烧杯中的纯水和漏斗内液面相平;b.b.由于渗透作用使烧杯内水面降低而漏斗内液面升高(通过渗透计可测定渗透势、溶质势)水分从水势高的系统通过半透膜水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象向水势低的系统移动的现象第11页/共93页原生质层:原生质层:包括包括质膜、细胞质质膜、细胞质和液泡膜看成和液泡膜看成一个半透膜一个半透膜液泡内的细胞液泡内的细胞液含许多溶解液含许多溶解在水中的物质,在水中的物质,具有水势。具有水势。(三)植物细胞可以构成一个渗透系统第12页/共93页第13页/共93页刚开始发生质壁分离明显发生质壁分

8、离洋葱上表皮细胞的质壁分离第14页/共93页(四)植物细胞的水势(四)植物细胞的水势1.1.细胞水势的组分细胞水势的组分 细胞的水势公式:细胞的水势公式:w w p p g g细胞的溶质势(solute potential solute potential 渗透势)植物细胞中含有大量溶质:无机离子、糖类、有机植物细胞中含有大量溶质:无机离子、糖类、有机酸、色素、悬浮在细胞液中的蛋白质、核酸等高分酸、色素、悬浮在细胞液中的蛋白质、核酸等高分子物质也可视为溶质。子物质也可视为溶质。一般陆生植物叶片细胞的溶质势是一般陆生植物叶片细胞的溶质势是-2-2-1MPa-1MPa,旱生植物叶片细胞的溶质势可以

9、低到旱生植物叶片细胞的溶质势可以低到-10 MPa-10 MPa。干旱时,细胞液浓度高,溶质势较低。干旱时,细胞液浓度高,溶质势较低。第15页/共93页细胞的压力势(press(press potential)potential)原生质体、液泡原生质体、液泡吸水膨胀,对细胞吸水膨胀,对细胞壁产生的压力称为壁产生的压力称为膨压膨压(turgor(turgor pressure)pressure)。细胞壁在受到膨压细胞壁在受到膨压作用的同时会产生作用的同时会产生一种与膨压大小相一种与膨压大小相等、方向相反的壁等、方向相反的壁压,即压力势。压,即压力势。第16页/共93页压力势一般为压力势一般为正值

10、正值,它提高了细胞的水势。,它提高了细胞的水势。草本植物叶肉细胞的压力势,在温暖天气的午后为草本植物叶肉细胞的压力势,在温暖天气的午后为0.30.30.5MPa0.5MPa,晚上则达,晚上则达1.5MPa1.5MPa。在特殊情况下,压力势也可为在特殊情况下,压力势也可为等于零或负值等于零或负值。例如初始质壁分离时,细胞的压力势为零;例如初始质壁分离时,细胞的压力势为零;剧烈蒸腾时,细胞壁出现负压,细胞的压力势呈负剧烈蒸腾时,细胞壁出现负压,细胞的压力势呈负值。值。第17页/共93页g g:重力势(:重力势(gravity otential)gravity otential)水分因重力下移与相反

11、力量相等时的水分因重力下移与相反力量相等时的力量。力量。重力势依赖参与状态下水的高度、水的重力势依赖参与状态下水的高度、水的密度和重力加速度而定,当水高密度和重力加速度而定,当水高1m1m时重力势时重力势是是0.01MPa0.01MPa。第18页/共93页细胞的衬质势(matrix petential matrix petential m m是细胞胶体物质的亲水性和毛细管对自由是细胞胶体物质的亲水性和毛细管对自由水的束缚水的束缚(吸引)而引起的水势降低值,称吸引)而引起的水势降低值,称为衬质势。为衬质势。衬质势一般呈衬质势一般呈负值负值。对于无液泡的分生组织和干燥种子来说,对于无液泡的分生组织

12、和干燥种子来说,m m是细胞水势的主要组分,其是细胞水势的主要组分,其 w wm m第19页/共93页含有液泡成熟细胞的水势:含有液泡成熟细胞的水势:由于细胞质水势组分较为复杂,各细胞器中水势又难以直接测定,而液泡的水势相由于细胞质水势组分较为复杂,各细胞器中水势又难以直接测定,而液泡的水势相对较易测定,因此,细胞水势通常用液泡的水势来代替。由于具有液泡的细胞含水对较易测定,因此,细胞水势通常用液泡的水势来代替。由于具有液泡的细胞含水量很高,衬质势趋于量很高,衬质势趋于0 0,可忽略不计。,可忽略不计。含有液泡细胞水势公式可用下式表示:含有液泡细胞水势公式可用下式表示:w w 液泡液泡 p p

13、第20页/共93页细胞的吸水形式 植植物物细细胞胞的的水水势势主主要要由由ss、mm和和pp组组成成,其其中中某某一一组组分分的的变变化化都都会会改改变变细细胞胞水水势势值值及及其其与与周周围围环环境境水水势势的的差差值值,从从而而影影响响细细胞胞吸吸水水能能力。据此,将植物细胞吸水方式分为以下三种:力。据此,将植物细胞吸水方式分为以下三种:1.1.渗透吸水渗透吸水(osmotic absorption of water)(osmotic absorption of water)2.2.吸胀吸水吸胀吸水(imbibing absorption of water)(imbibing absorp

14、tion of water)3.3.降压吸水降压吸水(negative pressure absorption(negative pressure absorption of water)of water)第21页/共93页低渗溶液低渗溶液:细胞置于纯水或稀溶液中,外液水势高于细细胞置于纯水或稀溶液中,外液水势高于细胞水势,外侧水分向细胞内渗透,细胞吸水,体积变胞水势,外侧水分向细胞内渗透,细胞吸水,体积变大大等渗溶液等渗溶液:外液水势等于细胞水势,水分进出平衡,细外液水势等于细胞水势,水分进出平衡,细胞体积不变胞体积不变高渗溶液高渗溶液:将植物置于浓溶液中,外液水势低于细胞水将植物置于浓溶液

15、中,外液水势低于细胞水势,水从细胞内向外渗透,细胞失水,体积变小势,水从细胞内向外渗透,细胞失水,体积变小渗透吸水第22页/共93页吸胀吸水-依赖于低的依赖于低的m m而引起的吸水。而引起的吸水。风干种子风干种子中,处于凝中,处于凝胶状态的原生质的衬胶状态的原生质的衬质势常低于质势常低于-10MPa-10MPa,甚至甚至-100MPa,-100MPa,所以吸所以吸胀吸水就很容易发生。胀吸水就很容易发生。未形成液泡的幼嫩细未形成液泡的幼嫩细胞胞能利用细胞壁的果能利用细胞壁的果胶、纤维素以及细胞胶、纤维素以及细胞中的蛋白质等亲水胶中的蛋白质等亲水胶体对水的吸附力吸收体对水的吸附力吸收水分。水分。第

16、23页/共93页降压吸水-因因p p的降低而引发的细胞吸水的降低而引发的细胞吸水蒸腾旺盛时,导管和叶肉细胞的细蒸腾旺盛时,导管和叶肉细胞的细胞壁失水收缩,压力势下降,引起胞壁失水收缩,压力势下降,引起水势下降而吸水。水势下降而吸水。失水过多时,还使细胞壁内陷而产失水过多时,还使细胞壁内陷而产生负压,这时生负压,这时p p0 植植物物根根的的水水势势 茎茎木木质质部部水水势势 叶叶片片的的水水势势 大大气气的的水水势势,使使根根系系吸吸收收的的水水分分可可以以源源源源不不断断地地向向地地上上部部分分输送。输送。第29页/共93页第三节第三节 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收根系吸水的部位

17、根系吸水的部位主要在根的尖端,从根尖向主要在根的尖端,从根尖向上约上约10mm10mm的范围内,包括根冠、的范围内,包括根冠、根毛区、伸长区和分生区,以根毛区、伸长区和分生区,以根毛区的吸水能力最强,根毛区的吸水能力最强,因为:因为:根毛多,根毛多,增大了吸收面积增大了吸收面积(5(51010倍倍);细胞壁外层由细胞壁外层由果胶质覆盖,果胶质覆盖,粘性较强粘性较强,有利于和土壤胶体有利于和土壤胶体粘着和吸水;粘着和吸水;输导组织发达输导组织发达,水分转移,水分转移的速度快。的速度快。第30页/共93页第31页/共93页一、一、根系吸水的途径根系吸水的途径植物根部吸水主要通植物根部吸水主要通过过

18、根毛皮层、内皮层,根毛皮层、内皮层,再经中柱薄壁细胞进再经中柱薄壁细胞进入导管入导管质外体途径共质体途径第32页/共93页第33页/共93页共质体质外体第34页/共93页第35页/共93页二、根系吸水的动力二、根系吸水的动力(一)根压根压根压根压,是指由于植物根系生理活动而促,是指由于植物根系生理活动而促使液流从根部上升的压力。使液流从根部上升的压力。大多数植物的根压为大多数植物的根压为0.10.10.2MPa0.2MPa,有些木本植物的根压可达有些木本植物的根压可达0.60.60.7MPa0.7MPa。伤流和吐水伤流和吐水是证实根压存在的两种生理是证实根压存在的两种生理现象现象。概念第36页

19、/共93页 1.1.伤流 从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象。从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象。伤流是由根压引起的。从伤口流出的汁液叫伤流是由根压引起的。从伤口流出的汁液叫伤流液伤流液。伤流液其中除含有大量水分之外,还含有各种无机伤流液其中除含有大量水分之外,还含有各种无机物、有机物和植物激素等。物、有机物和植物激素等。伤流和根压示意图伤流和根压示意图(1)伤流液从茎部切口处流出;(2)用压力计测定根压概念第37页/共93页2.2.吐水 叶片尖端或边缘的水孔向外溢出叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。液滴的现象。叶尖水孔示意图一孔口及其下的通水组织以及木质部末端。概念第3

20、8页/共93页第39页/共93页(二)蒸腾拉力蒸腾拉力(transpirational pull):由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。水分上升的力量。蒸腾拉力产生的吸水是由枝叶形成的力量传导到根而引起的被动吸水。吸水的主要动力第40页/共93页(一)土壤中的可用水分土壤中的水分和土壤水势水分存在形式水分存在形式水势水势(Mpa)(Mpa)植物能否利用植物能否利用束缚水束缚水 土壤颗粒所吸附土壤颗粒所吸附的水分的水分 -3.1-0.01-0.01影响土壤通气性,影响土壤通气性,旱田应排除,水田旱田应排除,水田可作为生态需水可作为生态需

21、水三、影响根系吸水的土壤条件三、影响根系吸水的土壤条件第41页/共93页(二)土壤温度 1 1、土温低使根系吸水下降,原因:、土温低使根系吸水下降,原因:水粘度增加,扩散速率降低;水粘度增加,扩散速率降低;根系呼吸速率下降,主动吸水减弱;根系呼吸速率下降,主动吸水减弱;根系生长缓慢,有碍吸水面积的扩大。根系生长缓慢,有碍吸水面积的扩大。“午不浇园”2 2、土温过高对根系吸水不利,原因:、土温过高对根系吸水不利,原因:提高根的木质化程度,加速根的老化,提高根的木质化程度,加速根的老化,根细胞中各种酶蛋白变性失活。根细胞中各种酶蛋白变性失活。第42页/共93页(三(三)土壤通气状况土壤通气状况时间

22、较长,就形成无氧呼吸,产生和累积较多酒精,根系中毒受伤,吸水更少。短期内可使细胞呼吸减弱,影响根压,阻碍吸水;土壤缺氧和CO2浓度过高原因:土壤通气不良使根系吸水量减少。第43页/共93页(四)土壤溶液浓度(四)土壤溶液浓度通常土壤溶液浓度较低通常土壤溶液浓度较低,水势较高,根系易于吸水。水势较高,根系易于吸水。在盐碱地上在盐碱地上,水中的盐分浓度高,水势低水中的盐分浓度高,水势低(有时低于有时低于-10MPa)10MPa),作物吸水困难。,作物吸水困难。第44页/共93页一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标 1.1.概念概念 2.2.生理意义生理意义 3.3.

23、指标和部位指标和部位二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾 1.1.气孔的形态结构及生理特点气孔的形态结构及生理特点 2.2.气孔运动气孔运动 3.3.气孔运动的机理气孔运动的机理 4.4.影响气孔运动的因素影响气孔运动的因素第四节第四节 植物的蒸腾作用植物的蒸腾作用 第45页/共93页散失方式:1)以液体状态散失到体外(吐水现象)2)以气体状态散逸到体外(蒸腾作用)主要方式植物吸收的水分用于代谢散失1595%99%第46页/共93页一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标 1.1.概念概念 蒸腾作用蒸腾作用:是指水分以气体状态通过:是指水分以气体状态通过植物体的表面植物体的表面

24、(主要是叶子主要是叶子)从体内散从体内散失到体外的现象。失到体外的现象。概念第47页/共93页第48页/共93页第49页/共93页2.2.生理意义生理意义 (1 1)是植物水分吸收和运输的)是植物水分吸收和运输的主要动力主要动力。(3 3)能够)能够降低叶片的温度降低叶片的温度。(1 g(1 g水变成水蒸气需要吸收的能量,水变成水蒸气需要吸收的能量,在在2020时是时是2444.9J2444.9J,3030时是时是2430.2J)2430.2J)(2 2)促进木质部汁液中物质的)促进木质部汁液中物质的运输运输。(4 4)有利于)有利于气体交换气体交换,有利于光合作用,有利于光合作用的进行。的进

25、行。一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标 第50页/共93页 3.3.指标和部位指标和部位(1)(1)指标指标蒸腾速率蒸腾速率(transpirationrate)植植物物在在单单位位时时间间内内,单单位位叶叶面面积积通通过过蒸蒸腾腾作用散失的水量。作用散失的水量。单位:单位:(gm-2h-1)或或(mmolm-2s-1)白天蒸腾速率白天蒸腾速率15250gm-2h-1晚上蒸腾速率晚上蒸腾速率120gm-2h-1。概念一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标一、蒸腾作用的概念、生理意义和指标 第51页/共93页蒸腾比率蒸腾比率(transpirationratio)(

26、蒸腾效率蒸腾效率)植物每消耗植物每消耗1kg1kg水所形成水所形成的干物质克数。的干物质克数。常用单位:常用单位:g/kgg/kg一般植物的蒸腾比率是一般植物的蒸腾比率是1-8g/kg1-8g/kg。概念第52页/共93页蒸腾系数蒸腾系数(transpirationcoefficient)(或需水量或需水量)是指植物制造是指植物制造1g1g干物质所需干物质所需水分水分(g)(g)。用。用g/gg/g表示。表示。(蒸腾比率的倒数)(蒸腾比率的倒数)蒸腾系数越大,利用水分的效率蒸腾系数越大,利用水分的效率 。一般:一般:125-1000g/g125-1000g/g。玉米为玉米为370370g/g,

27、小麦为,小麦为540540g/g,松树为85g/g。概念越低第53页/共93页(二)蒸腾作用的部位l皮孔(lenticular)蒸腾(茎、枝)l角质层(cuticular)蒸腾(叶)l气孔(stomatal)蒸腾(叶)植物蒸腾作用的最主要方式最主要方式皮孔试验前三天后第54页/共93页蒸腾速率蒸腾速率(transpirationrate)植物在单位时间内,单位叶面积通过蒸腾作用散植物在单位时间内,单位叶面积通过蒸腾作用散失的水量。失的水量。单位:(gm-2h-1)或(mmolm-2s-1)蒸腾比率蒸腾比率(transpirationratio)()(蒸腾效率蒸腾效率)植物每消耗植物每消耗1kg

28、1kg水时所形成的干物质克数。水时所形成的干物质克数。蒸腾系数蒸腾系数(transpirationcoefficient)()(或需水量或需水量)是指植物制造是指植物制造1g1g干物质所需水分干物质所需水分(g)(g)。蒸腾作用的指标的比较比较概念第55页/共93页1.1.气孔数目多、分布广气孔数目多、分布广 2.2.气孔的面积小,蒸腾速率高气孔的面积小,蒸腾速率高3.3.保卫细胞体积小保卫细胞体积小,膨压变化迅速膨压变化迅速 4.4.保卫细胞具有多种细胞器保卫细胞具有多种细胞器5.5.保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构及微纤丝结构6.6.保卫细胞与周围细

29、胞联系紧密保卫细胞与周围细胞联系紧密(一一)气孔的形态结构及生理特点气孔的形态结构及生理特点二、气孔蒸腾二、气孔蒸腾形态结构第56页/共93页第57页/共93页蔓陀萝叶气孔小麦叶气孔第58页/共93页第59页/共93页引起气孔运动的主要引起气孔运动的主要原因是:原因是:保卫细胞的保卫细胞的吸水膨胀或失水收缩吸水膨胀或失水收缩第60页/共93页第61页/共93页气孔面积气孔面积只只占叶表面的占叶表面的0.51.5气孔蒸腾量气孔蒸腾量要比同面要比同面积的自由水面的蒸发积的自由水面的蒸发量快量快5050倍倍之多。之多。小孔扩散定律气孔扩散的小孔定律(小孔扩散定律)气孔扩散的小孔定律(小孔扩散定律)?

30、第62页/共93页小孔扩散定律小孔扩散定律扩散途径:湿润的细胞壁细胞间隙气孔叶表面。扩散速率取决于:a.气孔孔隙大小b.气孔外水蒸气界面层的厚度。实验表明:在一定条件下,水蒸气通过气孔孔隙扩散的速率,不与小孔的面积成正比而与小孔的周长成正比。边缘效应第63页/共93页第65页/共93页图图2-11 2-11 双子叶双子叶植物植物(A)(A)和禾和禾本科植物本科植物(B)(B)气孔的保卫细气孔的保卫细胞形状和保卫胞形状和保卫细胞中纤维素细胞中纤维素的排布的排布第66页/共93页(二)(二)气孔运动气孔运动与保卫细胞的结构特点有关。气孔运动:白天开放,晚上关闭。气孔为什么能够运动?第67页/共93

31、页图图1-9 1-9 双子叶植物气孔的运动双子叶植物气孔的运动(张开、关闭张开、关闭)第68页/共93页(三)(三)气孔运动的机理气孔运动的机理保卫细胞(GC)在光下进行光合作用消耗CO2,使细胞内pH增高淀粉磷酸化酶水解淀粉为G1P水势下降从周围细胞吸水气孔张开(1 1)淀淀粉粉糖糖转转化化学学说说第69页/共93页GC在黑暗中进行呼吸作用释放CO2,使细胞内pH下降淀粉磷酸化酶把G1P合成为淀粉水势升高向周围细胞排水气孔关闭(1 1)淀淀粉粉糖糖转转化化学学说说第70页/共93页(2)(2)无机离子泵学说无机离子泵学说气孔运动和气孔运动和GCGC积累积累K K+有着密切的关系。有着密切的关

32、系。w下降,吸水ATP酶光活化GCK+H+Cl-质膜K+Cl-第71页/共93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PEPPEP羧化酶羧化酶PEP+HCO3-草酰乙酸苹果酸苹果酸根使细胞里的水势下降气孔张开从周围细胞吸水第73页/共93页(四)(四)影响气孔运动的因素影响气孔运动的因素温温度上升气孔开度增大10以下小,30最大,35以上变小光照光照光照张开黑暗关闭景天科植物例外CO2低浓度低浓度促进张开促进张开高浓度高浓度迅速关闭迅速关闭水分水分水分胁迫水分

33、胁迫气孔开度减小气孔开度减小第74页/共93页第五节 植物体内水分的运输一、一、水分运输的途径水分运输的途径二、二、水分沿导管或管胞上升的机制水分沿导管或管胞上升的机制三、三、水分运输的速度水分运输的速度第75页/共93页一、水分运输的途径一、水分运输的途径土壤溶液根毛根皮层薄壁细胞根内皮层根中柱鞘根导管茎导管叶柄导管叶脉导管叶肉细胞叶细胞间隙气孔下腔气孔大气土壤-植物-大气之间水分具有连续性整个植物体内的运输途径整个植物体内的运输途径:质外体途径共质体途径第76页/共93页图图 1-15 1-15 水水分从根向地分从根向地上部运输的上部运输的途径途径第77页/共93页二、水分沿导管或管胞上升

34、的机制二、水分沿导管或管胞上升的机制 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)1.1.动力有动力有2 2种:种:根压根压蒸腾拉力蒸腾拉力爱尔兰人爱尔兰人H HH HDixonDixon提出提出第78页/共93页内聚力内聚力:相同分子之间有相互:相同分子之间有相互吸引的力量。水分子的内聚力很吸引的力量。水分子的内聚力很大,大,20MPa以上。以上。拉力重力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0.53MPa。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,故可使水柱连续不断。可使水柱连续不断。水

35、分子与细胞壁分子之间又具有水分子与细胞壁分子之间又具有强大的强大的附着力附着力,所以水柱中断的,所以水柱中断的机会很小。机会很小。第79页/共93页三、水分运输的速度三、水分运输的速度 水流经过原生质的速度:水流经过原生质的速度:10-3cmh在木质部导管运输速度:在木质部导管运输速度:345mh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。第80页/共93页北美红杉高可达110m第81页/共93页第六节第六节 合理灌溉的生理基础合理灌溉的生理基础 合理灌溉的基本原则:用合理灌溉的基本原则:用最少量的水取得最大的效果最少量的水取得最

36、大的效果。一、作物的需水规律一、作物的需水规律(一)不同作物对水分的需要量不同根据蒸腾系数估计水分的需要量:根据蒸腾系数估计水分的需要量:生物产量生物产量蒸腾系数蒸腾系数 =理论最低需水量理论最低需水量(生物产量生物产量-指作物一生中形成的全部有机物的总量指作物一生中形成的全部有机物的总量)第82页/共93页一些作物的蒸腾系数:一些作物的蒸腾系数:作物作物高粱高粱 玉米玉米 大麦大麦 小麦小麦 棉花棉花 马铃薯马铃薯 水稻水稻 菜豆菜豆蒸腾系数蒸腾系数 322 370 520 540 570 640 680 700(二)同一作物不同生育期对水分的需要量不同 早稻苗期早稻苗期 由于蒸腾面积较小,

37、水分消耗量不大;由于蒸腾面积较小,水分消耗量不大;分蘖期分蘖期 蒸腾面积扩大,气温逐渐升高,水分消耗量蒸腾面积扩大,气温逐渐升高,水分消耗量增大;增大;孕穗开花期孕穗开花期 蒸腾量达最大值,耗水量也最多蒸腾量达最大值,耗水量也最多;成熟期成熟期 叶片逐渐衰老、脱落,水分消耗量又逐渐叶片逐渐衰老、脱落,水分消耗量又逐渐减少。减少。第83页/共93页(三)作物的水分临界期 -植物在生命周期中,对水分缺乏最敏感、最易受害植物在生命周期中,对水分缺乏最敏感、最易受害的时期。的时期。大多处于大多处于花粉母细胞四分体形成期花粉母细胞四分体形成期,这个时期一旦,这个时期一旦缺水,就使性器官发育不正常。缺水,

38、就使性器官发育不正常。如小麦一生中有两个水分临界期:如小麦一生中有两个水分临界期:v孕穗期孕穗期,缺水,小穗发育不良,特别是雄性生殖器官发育受阻或畸形发展。缺水,小穗发育不良,特别是雄性生殖器官发育受阻或畸形发展。v开始灌浆到乳熟末期,开始灌浆到乳熟末期,缺水,影响旗叶的光合速率和寿命,减少有机物的制造缺水,影响旗叶的光合速率和寿命,减少有机物的制造和运输,影响灌浆,空瘪粒增多,产量下降。和运输,影响灌浆,空瘪粒增多,产量下降。第84页/共93页 由于水分临界期缺水对产量影响很大,由于水分临界期缺水对产量影响很大,因此因此,应确保农作物水分临界期的水分供应确保农作物水分临界期的水分供应。应。调

39、亏灌溉调亏灌溉(regulated deficit regulated deficit irrigation,RDIirrigation,RDI)-一种新型节水技术,一种新型节水技术,在作物营养生长旺期适度亏水,在作物需在作物营养生长旺期适度亏水,在作物需水临界期充分供水,促控结合提高水的利水临界期充分供水,促控结合提高水的利用效率,增加作物产量。用效率,增加作物产量。第85页/共93页二、合理灌溉指标作物是否需要灌溉可依据气候特点、土壤墒情、作物的形态、生理性状加以判断。作物是否需要灌溉可依据气候特点、土壤墒情、作物的形态、生理性状加以判断。(一)土壤指标根系活动层根系活动层(0(090cm

40、)90cm)的土壤含水量为的土壤含水量为田间持水量的田间持水量的60608080为宜为宜,如低于此如低于此值,应灌溉。值,应灌溉。田间持水量田间持水量-指排除重力水以后的土壤含水量。指排除重力水以后的土壤含水量。土壤含水量对灌溉有一定的参考价值,最好应以作物本身的情况作为灌溉的直接土壤含水量对灌溉有一定的参考价值,最好应以作物本身的情况作为灌溉的直接依据。依据。第86页/共93页(二)形态指标作物缺水的形态表现为:作物缺水的形态表现为:1.1.萎蔫萎蔫 细胞膨压下降,幼嫩茎叶尤易发细胞膨压下降,幼嫩茎叶尤易发生萎蔫生萎蔫 2.2.生长速率下降生长速率下降 缺水影响正常代谢,生缺水影响正常代谢,

41、生长缓慢长缓慢 3.3.茎叶颜色变化茎叶颜色变化 由于生长缓慢,叶绿素由于生长缓慢,叶绿素浓度相对增大,叶色变深,呈浓度相对增大,叶色变深,呈暗绿色暗绿色;茎;茎叶有时叶有时变红变红,这是因为干旱时糖类分解大这是因为干旱时糖类分解大于合成,细胞中积累较多的可溶性糖,形于合成,细胞中积累较多的可溶性糖,形成较多的花色素的缘故。成较多的花色素的缘故。第87页/共93页(三)生理指标1.1.叶水势叶水势 缺水时叶片缺水时叶片水势下降水势下降不同的叶片、不同的时间测定的水势值有差异,一不同的叶片、不同的时间测定的水势值有差异,一般取样以般取样以上午上午9 91010点点为宜。为宜。2.2.渗透势渗透势

42、 缺水时叶片细胞溶质势下降缺水时叶片细胞溶质势下降3.3.细胞汁液浓度细胞汁液浓度 干旱情况下细胞含水量下降,汁液浓度升高,当汁干旱情况下细胞含水量下降,汁液浓度升高,当汁液浓度超过一定值后,会阻碍植株生长。液浓度超过一定值后,会阻碍植株生长。4.4.气孔开度气孔开度随着水分的减少,气孔开度逐渐缩小,当土壤的可随着水分的减少,气孔开度逐渐缩小,当土壤的可利用水耗尽时,气孔完全关闭。利用水耗尽时,气孔完全关闭。第88页/共93页三、灌溉的方法1.1.漫灌 应用最广泛的灌溉方法,应用最广泛的灌溉方法,操作简单方便、运行费用低。操作简单方便、运行费用低。2.2.喷灌可解除大气干旱和土壤干旱,保持土壤

43、团粒结构,防止可解除大气干旱和土壤干旱,保持土壤团粒结构,防止土壤盐碱化。土壤盐碱化。节水节水30304040 3.3.滴灌是通过埋入地下或设置于地面的塑料管网络,将水分输是通过埋入地下或设置于地面的塑料管网络,将水分输送到作物根系周围让作物根系经常处于保持在良好的水分、空送到作物根系周围让作物根系经常处于保持在良好的水分、空气、营养状态下。气、营养状态下。节水节水70708080 第89页/共93页写出下列吸水过程中水势的组分吸胀吸水,w=();渗透吸水,w=();干燥种子吸水,w=();分生组织细胞吸水,w=();一个典型细胞水势组分,w=();成长植株吸水,w=()。ms+pmms+p+

44、ms+p第90页/共93页1 1 1 1有有有有一一一一充充充充分分分分饱饱饱饱和和和和细细细细胞胞胞胞,将将将将其其其其放放放放入入入入比比比比细细细细胞胞胞胞浓浓浓浓度度度度低低低低10101010倍倍倍倍 的溶液中,则细胞体积:的溶液中,则细胞体积:的溶液中,则细胞体积:的溶液中,则细胞体积:(1)(1)(1)(1)不变不变不变不变 (2)(2)(2)(2)变小变小变小变小 (3)(3)(3)(3)变大变大变大变大 (4)(4)(4)(4)不一定不一定不一定不一定2 2 2 2当植物细胞溶质势与压力势绝对值相等时,这时当植物细胞溶质势与压力势绝对值相等时,这时当植物细胞溶质势与压力势绝对

45、值相等时,这时当植物细胞溶质势与压力势绝对值相等时,这时细胞在纯水中:细胞在纯水中:细胞在纯水中:细胞在纯水中:。A A A A吸水加快吸水加快吸水加快吸水加快 B B B B吸水减慢吸水减慢吸水减慢吸水减慢 C C C C不再吸水不再吸水不再吸水不再吸水 D D D D开开开开始失水始失水始失水始失水3 3 3 3将一个细胞放入与其胞液浓度相等的糖溶液中,将一个细胞放入与其胞液浓度相等的糖溶液中,将一个细胞放入与其胞液浓度相等的糖溶液中,将一个细胞放入与其胞液浓度相等的糖溶液中,则:则:则:则:。A A A A细胞失水细胞失水细胞失水细胞失水 B B B B既不吸水,也不失水既不吸水,也不失

46、水既不吸水,也不失水既不吸水,也不失水C C C C既可能吸水,也可能失水既可能吸水,也可能失水既可能吸水,也可能失水既可能吸水,也可能失水 D D D D是否吸水和失水,是否吸水和失水,是否吸水和失水,是否吸水和失水,视细胞压力势而定视细胞压力势而定视细胞压力势而定视细胞压力势而定第91页/共93页作业作业1 1、什么叫水势?、什么叫水势?2 2、有、有A A、B B两个细胞,两个细胞,A A细胞的细胞的=-0.9MPa,p=0.5MPa;B细胞的-1.2MPa,p=0.6MPa,试问两细胞之间水流方向如何?为什么?3、如果土壤温度过高对植物根系吸水有利或是不利?为什么?第92页/共93页感谢您的观看!第93页/共93页

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