植物的水分代谢.pptx

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1、亲水物质亲水物质被吸附的水分子被吸附的水分子自由水自由水束束缚缚水水第1页/共38页植物体内水分状态与代谢的关系植物体内水分状态与代谢的关系1)1)束缚水一般不参与植物的代谢反应束缚水一般不参与植物的代谢反应。植物某些细植物某些细胞和器官主要含束缚水时，则代谢活动非常微弱，胞和器官主要含束缚水时，则代谢活动非常微弱，如越冬植物的休眠和干燥种子，仅以极弱的代谢维如越冬植物的休眠和干燥种子，仅以极弱的代谢维持生命活动，但抗性却明显增强，能度过不良的逆持生命活动，但抗性却明显增强，能度过不良的逆境条件；境条件；2)2)自由水主要参与植物体内的各种代谢反应自由水主要参与植物体内的各种代谢反应。其含其含

2、量多少还影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛；量多少还影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛；3)3)自由水束缚水的比值可作为衡量植物代谢强弱自由水束缚水的比值可作为衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一和抗性的生理指标之一。第2页/共38页1.3 植物体内水分的生理生态作用植物体内水分的生理生态作用 （1 1）水水是是细细胞胞质质的的主主要要成成分分（含含水水量量一一般般达达70-90）；（2 2）水分是代谢过程的反应物和产物（水分是代谢过程的反应物和产物（光合、呼吸等光合、呼吸等）；（3 3）细胞分裂及生长都需要水分细胞分裂及生长都需要水分；（4 4）水水分分是是植植物物对对物物质质吸吸收收和和运

3、运输输及及生生化化反反应应的的溶溶剂剂；（5 5）水分能使植物保持固有的姿态（水分能使植物保持固有的姿态（维持细胞紧张度维持细胞紧张度）；）；（6 6）调节植物体温及其大气湿度、温度等（调节植物体温及其大气湿度、温度等（蒸腾失水蒸腾失水）。第3页/共38页讲授要点之二讲授要点之二2 2 植物细胞吸收水分的主要方式植物细胞吸收水分的主要方式 A)A)扩散：扩散：指分子的随机热运动所造成的物质从浓度高指分子的随机热运动所造成的物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动。水分子可以扩散方式的区域向浓度低的区域移动。水分子可以扩散方式通过膜脂双分子层进入细胞内。通过膜脂双分子层进入细胞内。B)B)集流：集流

4、：指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。水分从土壤溶液进入植物及其在木质部的同移动。水分从土壤溶液进入植物及其在木质部的运输就存在集流现象。运输就存在集流现象。C)C)渗透性吸水：渗透性吸水：借助渗透作用，即水分从水势高的系借助渗透作用，即水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动进行吸水（最主统通过半透膜向水势低的系统移动进行吸水（最主要方式）要方式）。第4页/共38页水分跨过细胞膜的途径 A.单个水分子通过膜脂双分子层扩散 或通过水通道 B水分集流通过水孔蛋白形成的水通道 AB第5页/共38页细胞的渗透性吸水细胞的渗透性吸水第6页/共38页

5、渗透性吸水的原理渗透性吸水的原理-水势水势 1.溶液的水势溶液的水势 A)红墨水扩散现象红墨水扩散现象 自自由由能能（可可用用于于作作功功的的能能量量）。化化学学势势：1摩摩尔尔物物质质的的自自由能由能。B)水势的概念水势的概念 水势水势（water potential，w）-某某一一系系统统中中水水的的化化学学势势与与处处于于相相同同温温度度和和压压力力的的纯纯水水的的化化学学势势之之差差，除除以以水水的的偏偏摩摩尔尔体体积积所所得得的的商商。它是水分转移本领大小的指标。它是水分转移本领大小的指标。第7页/共38页 几种常见化合物的水势 溶液溶液 w/MPa 纯水 0 Hoagland营养液

6、营养液 -0.05 海水海水 -2.50 1molL-1蔗糖蔗糖 -2.69 1molL-1 KCl -4.50第8页/共38页2.典型植物细胞的水势典型植物细胞的水势 对于一个典型的植物细胞，其水势由对于一个典型的植物细胞，其水势由3部分组成，即：部分组成，即：水势水势=渗透势渗透势+衬质势衬质势+压力势压力势渗渗透透势势（osmotic potential，）：溶溶液液中中溶溶质质颗颗粒粒的的存存在在而而引引起起的的水水势势降降低低值值。用用负负值值表表示示。亦亦称称溶溶质质势势（s）。）。压压力力势势（pressure potential，p）：由由于于细细胞胞壁壁压压力力的的存存在在而

7、而增增加加的的水水势势值值。一一般般为为正正值值。初初始始质质壁壁分分离离时时，p为为0，剧烈蒸腾时，剧烈蒸腾时，p会呈负值。会呈负值。衬衬质质势势（matric potential，m）：细细胞胞胶胶体体物物质质亲亲水水性性和和毛毛细细管管对对自自由由水水束束缚缚而而引引起起的的水水势势降降低低值值，以以负负值值表示。表示。第9页/共38页w ws sp p 0.9 0.9 1.01.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.5 相对体积相对体积 1.5 1.0 0.5 0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5 cellcell水势、溶质势、压力势水势、

8、溶质势、压力势/MPa/MPa第10页/共38页水势的应用水势的应用 水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转,故水势可用于故水势可用于判断水分迁移的方向判断水分迁移的方向。如：。如：1.1.相相邻邻细细胞胞的的水水分分转转移移：水水分分由由水水势势高高的的细细胞胞沿沿水水势势梯度流向水势低的细胞。梯度流向水势低的细胞。2.2.植植物物体体内内的的水水分分转转移移：植植株株地地上上部部分分的的水水势势低低于于根根系，故根系水分可向地上部分运转系，故根系水分可向地上部分运转。3.3.土土壤壤-植植物物体体-大大气气连连续续体体系系的的水水分分转转移移：水水

9、势势从从高高到到低低的的顺顺序序是是：土土壤壤-根根系系-叶叶片片-大大气气，水水分分也也按按此顺序迁移此顺序迁移。第11页/共38页第12页/共38页多个细胞,植物器官之间,地上比根部低。上部叶比下部叶低在同一叶子中距离主脉越远则越低；在根部则内部低于外部。第13页/共38页讲授要点之三讲授要点之三3 植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收3.1 3.1 根系吸水的途径根系吸水的途径质外体途径质外体途径：水分经胞壁和细胞间隙移动，不越膜，移动快水分经胞壁和细胞间隙移动，不越膜，移动快共质体途径共质体途径：水分依次从一个细胞经过胞间连丝进入另一细胞水分依次从一个细胞经过胞间连丝进入另一细胞

10、跨膜途径跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要经两次膜。水分从一个细胞移动到另一个细胞，要经两次膜。有研究表明，水分在细胞膜内的移动又有两种方式：一是单有研究表明，水分在细胞膜内的移动又有两种方式：一是单个水分子个水分子直接越膜，直接越膜，二是经过一种膜通道蛋白二是经过一种膜通道蛋白水孔蛋白水孔蛋白进行进行.水孔蛋白：水孔蛋白：是一类具有选择性地、高效转运水分的膜通道蛋是一类具有选择性地、高效转运水分的膜通道蛋白。白。第14页/共38页根部吸水的途径根部吸水的途径第15页/共38页第16页/共38页几个相关的概念几个相关的概念质外体质外体：是一个开放性的连续自由空间，包括细胞壁、胞间隙及

11、导管等。是一个开放性的连续自由空间，包括细胞壁、胞间隙及导管等。共质体共质体：是通过胞间连丝把无数原生质体联系起来形成的一个连续的整体。：是通过胞间连丝把无数原生质体联系起来形成的一个连续的整体。胞间连丝胞间连丝：是贯穿胞壁的管状结构物内的连丝微管，其两端与内质网相连接。：是贯穿胞壁的管状结构物内的连丝微管，其两端与内质网相连接。第17页/共38页2.2 根系吸水的动力 根根压压（root pressure）：植植物物根根部部的的生生理理活活动动使使液液流流从从根根部部上上升升的的压压力力。伤伤流流和和吐吐水水可可证证明明根根压压的的存存在在 蒸腾拉力（蒸腾拉力（transpirational

12、 pull）：由于蒸腾作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。用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。主要动力主要动力。第18页/共38页2.3 根系吸水的影响因素A)A)植物本身因素植物本身因素 1)根系发达程度根系发达程度 2)根系活力强弱根系活力强弱 3)根系细胞水势根系细胞水势B)B)土壤条件土壤条件 1)可用水分多少可用水分多少 2)通气状况通气状况 3)温度温度 4)土壤溶液浓度土壤溶液浓度 第19页/共38页讲授讲授要点之四要点之四4 植物的蒸腾作用植物的蒸腾作用4.1 蒸腾作用的概念蒸腾作用的概念 蒸腾作用蒸腾作用（transpiration）：）：水分

13、以气态方式从植物体的表面散失的过程水分以气态方式从植物体的表面散失的过程。4.2 蒸腾作用的部位与方式蒸腾作用的部位与方式枝、果枝、果 皮孔蒸腾皮孔蒸腾叶片叶片角质层蒸腾角质层蒸腾、气孔蒸腾气孔蒸腾（主要方式主要方式）第20页/共38页关于气孔运动及其影响因素植物气孔的开放与关闭植物气孔的开放与关闭第21页/共38页 光照光照 保卫细胞进行保卫细胞进行 呼吸作用呼吸作用 光合作用光合作用 CO2降低降低 光合磷酸化光合磷酸化 氧化磷酸化氧化磷酸化 淀粉淀粉 pH升高升高 水解水解 EMP ATP PEP+HCO3-PEPC 苹果酸苹果酸 光活化光活化H+-ATPE 糖、苹果酸、糖、苹果酸、K+

14、、Cl-保卫细胞水势下降保卫细胞水势下降 排出排出 H+向周围细胞吸水，膨压升高向周围细胞吸水，膨压升高 气孔张开气孔张开 气孔运动机理气孔运动机理第22页/共38页 影响气孔运动的因素影响气孔运动的因素 影响光合作用、叶子水分状况的因素等均可影响光合作用、叶子水分状况的因素等均可影响气孔运动。影响气孔运动。内生昼夜节律：内生昼夜节律：随一天的昼夜交替而开闭。随一天的昼夜交替而开闭。光照：光照：光诱导气孔开放光诱导气孔开放(一些植物除外一些植物除外)，不同，不同波长的光对气孔运动有着不同的影响，蓝光和红波长的光对气孔运动有着不同的影响，蓝光和红光最有效光最有效(与光合作用相似与光合作用相似)。

15、光促进光合作用，促进苹果酸的形成，促进光促进光合作用，促进苹果酸的形成，促进K+和和Cl-吸收等吸收等第23页/共38页 CO2：叶片内部低的叶片内部低的CO2分压可使气孔张开，高分压可使气孔张开，高的的CO2则使气孔关闭。温度和光照很可能是通过影则使气孔关闭。温度和光照很可能是通过影响叶内响叶内CO2浓度而间接影响气孔开关的。浓度而间接影响气孔开关的。温度：温度：在一定温度范围内气孔开度一般随温度的在一定温度范围内气孔开度一般随温度的升高而增大。在升高而增大。在25以上时气孔开度最大，以上时气孔开度最大，30-35时开度会减小。低温下开度减小或关闭时开度会减小。低温下开度减小或关闭。叶片含水

16、量：叶片含水量：白天剧烈蒸腾时失水过多，气孔白天剧烈蒸腾时失水过多，气孔关闭。雨天叶片含水过多，表面细胞体积膨大，挤关闭。雨天叶片含水过多，表面细胞体积膨大，挤压保卫细胞，使气孔关闭。叶片水势降低时气孔开压保卫细胞，使气孔关闭。叶片水势降低时气孔开度减小或关闭。度减小或关闭。第24页/共38页 风：风：大风可能加快蒸腾作用，使保卫细胞失大风可能加快蒸腾作用，使保卫细胞失水过多而促进气孔关闭。微风有利于气孔开放和水过多而促进气孔关闭。微风有利于气孔开放和蒸腾蒸腾 植物激素：植物激素：细胞分裂素促进气孔开放，而细胞分裂素促进气孔开放，而ABA促进气孔关闭。干旱时根产生的促进气孔关闭。干旱时根产生的

17、ABA向上运向上运输到地上部，促进保卫细胞膜上输到地上部，促进保卫细胞膜上K+外流通道开外流通道开启，向外运送的启，向外运送的K+量增加，使保卫细胞水势增量增加，使保卫细胞水势增大而失水，从而促进气孔关闭大而失水，从而促进气孔关闭第25页/共38页4.3 蒸腾作用的表示方法蒸腾作用的表示方法 1.蒸腾速率蒸腾速率（transpirational rate）：又称又称蒸腾强度蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位面，指植物在单位时间内，单位面积通过蒸腾作用而散失的水分量。（克平方分米积通过蒸腾作用而散失的水分量。（克平方分米小时）小时）2.蒸腾比率蒸腾比率（transpirational ratio

18、）：植物每消耗植物每消耗l公斤水时所形成的干物质重量公斤水时所形成的干物质重量（克）。（克）。3.蒸腾系数蒸腾系数（transpirational coefficient）：又称为又称为需水量需水量（water requirement），植物制造植物制造1克干物质所需的水分量（克）。它是蒸腾比率的倒数。克干物质所需的水分量（克）。它是蒸腾比率的倒数。第26页/共38页4.5 蒸腾作用的影响因素蒸腾作用的影响因素 A)内部因素：内部因素：气孔频度气孔频度（气孔数（气孔数/cm2）、）、气孔大小气孔大小、气孔开度气孔开度等等 B)外部因素：外部因素：光照光照、空气相对湿度空气相对湿度、温度温度、风

19、速风速等等 第27页/共38页讲授讲授要点之五要点之五5 5 植物体内水分的运输植物体内水分的运输 5.1 水分运输的途径水分运输的途径5.2 水分运输的速度水分运输的速度 水分在导管的运输速度一般为水分在导管的运输速度一般为3-45 m/h。土壤水 根毛 根皮层 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 大气第28页/共38页第29页/共38页 5.3 水分沿导管或管胞上升的动力 水分上升的动力：根压和蒸腾拉力 水分上升的原因：蒸腾内聚力张力学说 （1）水柱有张力，（0.53MPa）（2）水分子间有较大的内聚力（20 MPa），内聚力张力 （3）水分

20、子对导管坒有很强的附着力第30页/共38页 蒸腾蒸腾-内聚力内聚力-张力学说张力学说（transpiration-cohesion-tension theory），），又简称为又简称为内聚力学说：内聚力学说：由由H.H.DixonH.H.Dixon提出。提出。主要论点：主要论点：叶片叶片因蒸腾失水而从导管或管胞吸水，使导管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力大于张力，保证水柱的连续而使水分不断上升。断上升。第31页/共38页讲授讲授要点之六要点之六6 合理灌溉的生理基础合理灌溉的生理基

21、础 （1）作物需水规律：作物需水规律：不同作物或同一作物不同时期需水量不同不同作物或同一作物不同时期需水量不同 如：如：CC3 3植物比植物比CC4 4植物多植物多1 12 2倍倍 水分临界期：水分临界期：植物对水分不足最敏感、最易受害的时期。植物对水分不足最敏感、最易受害的时期。小麦小麦 ：孕穗期和开始灌浆至乳熟末期孕穗期和开始灌浆至乳熟末期豆类、花生：豆类、花生：开花期开花期果树：果树：开花至果实生长初期开花至果实生长初期第32页/共38页（2）合理灌溉的指标）合理灌溉的指标 形态指标形态指标：（A）生长速率下降（B）幼叶调萎（C）茎叶变红 生理指标：生理指标：叶片水势、细胞汁液浓度或渗透

22、势、气孔开度等 （3）合理灌溉增产的原因合理灌溉增产的原因 可改善各种生理作用，特别是光合作用；能改变栽培环境的土壤条件和气候条件（满足生态需水）；防止土壤干旱（满足生理需水）。第33页/共38页（4）灌溉的方法）灌溉的方法 A）漫灌(wild flooding irrigation)：是我国目前应用最为广泛的灌溉方法，其最大缺点是造成水资源的浪费,还会造成土壤冲刷,肥力流失,土地盐碱化等诸多弊端。B）喷灌(spray irrigation)：就是借助动力设备把水喷到空中成水滴降落到植物和土壤上。这种方法既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，又可节约用水。C）滴灌(dr

23、ip irrigation)：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，水分（也可添加营养物质）从管上的小孔缓慢地滴出，让作物根系经常处于保持在良好的水分、空气、营养状态下。第34页/共38页第35页/共38页思考题思考题一、基本概念一、基本概念自由水自由水 束缚水束缚水 水势（水势（ww）扩散扩散 集流集流 蒸腾速率蒸腾速率蒸腾比率蒸腾比率 蒸腾系数蒸腾系数 内聚力学说内聚力学说二、问答题二、问答题1.1.植物体内水分存在的状态与代谢关系如何？植物体内水分存在的状态与代谢关系如何？2.2.水水分分对对植植物物有有哪哪些些生生理理生生态态作作用用？为为什什么么说说“有有收收无无收收在在于于水水”？3.3.植物水分代谢包括哪些过程？植物水分代谢包括哪些过程？4.4.植植物物的的蒸蒸腾腾作作用用有有什什么么生生理理意意义义？农农业业生生产产中中有有哪哪些些措措施施可可调控蒸腾作用？（护根调控蒸腾作用？（护根 、遮荫、使用抗蒸腾剂等）、遮荫、使用抗蒸腾剂等）第36页/共38页5.请看图，并解释“植物的向水性”第37页/共38页感谢您的观看！第38页/共38页