1、生命起源于水,第一章 植物的水分代謝,第一節(jié) 水分在植物為體內(nèi)的作用 第二節(jié) 植物細胞對水分的吸收 第三節(jié) 植物根系對水分的吸收 第四節(jié) 植物體內(nèi)水分的運輸 第五節(jié) 蒸騰作用 第六節(jié) 合理灌溉的生理基礎,1.比熱容 為4.187Jg-1-1，可作為熱的緩沖劑。 2.汽化熱 在1atm下，水的沸點是100，汽化熱為2.257Jg-1 。 3.冰點 在4時，密度最大。冰的密度小，可浮在水面。 4.內(nèi)聚力及不可壓縮性 水分子的內(nèi)聚力很大，達20-30MPa。 5.介電常數(shù) 水具有高的介電常數(shù)，可以溶解許多種類和數(shù)量的溶質(zhì)。,一、水的物理化學性質(zhì),第一節(jié) 水分在植物體內(nèi)的作用,束縛水（bound wa

2、ter）：被細胞內(nèi)的膠粒吸附或存于大分子結構空間，不易移動的水。 自由水/束縛水比值高，代謝旺盛，生長較快，抗逆性弱；反之，代謝弱，生長緩慢，抗逆性強。,二、植物體內(nèi)水分的作用,膠粒,自由水,束縛水,1.是細胞的重要組成部分（一般達70-90）； 植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài) : 自由水（free water）：不被細胞內(nèi)的膠?；虼蠓肿游?，可自由移動、并起溶劑作用的水。,2.是代謝過程的反應物（光合、呼吸等）； 3.是植物體吸收和運輸物質(zhì)的介質(zhì)； 4.能使植物保持固有的姿態(tài)（維持細胞緊張度）； 5.調(diào)節(jié)植物體溫度等（蒸騰失水）。,第二節(jié) 植物細胞對水分的吸收,一、植物細胞吸水的方式 植物細胞吸水的

3、方式有3種：擴散、集流和滲透作用。 A）擴散：指分子的隨機熱運動所造成的物質(zhì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域移動。 B）集流：指液體中成群的原子或分子在壓力梯度下共同移動。,水分跨過細胞膜的途徑 A.單個水分子通過膜脂雙分子層擴散或通過水通道 B.水分集流通過水孔蛋白形成的水通道,A,B,C）滲透作用： 1.水勢（water potential，w） -某一系統(tǒng)中水的化學勢與同溫、同壓、同系統(tǒng)中純水的化學勢之差，除以水的偏摩爾體積所得的商。,1)、水勢的符號是w，單位是帕； 2)、水分總是從水勢高的地方往水勢低的地方移動； 3)、標準情況下，0w=0，其他溶液的水勢小于0。,2.滲透作用：即水分從

4、水勢高的系統(tǒng)通過半透膜向水勢低的系統(tǒng)移動（最主要方式）。,一個植物細胞可構成一個滲透系統(tǒng),質(zhì)壁分離現(xiàn)象可解決的問題： 1.判斷細胞的死活； 2.測定細胞液的滲透勢。,3.植物細胞的水勢 對于一個典型的植物細胞，其水勢由4部分組成，即： 滲透勢（osmotic potential，）：溶液中溶質(zhì)顆粒的存在而引起的水勢降低值。用負值表示。亦稱溶質(zhì)勢（s）。 壓力勢（pressure potential，p）：由于細胞壁壓力的存在而增加的水勢值。一般為正值。初始質(zhì)壁分離時，p為0，劇烈蒸騰時，p會呈負值。 襯質(zhì)勢（matric potential，m）：細胞膠體物質(zhì)親水性和毛細管對自由水束縛而引起的

5、水勢降低值，以負值表示。 重力勢（gravity potential，g）：由于重力的存在而增加了細胞水分自由能。g呈正值。,無液泡的風干種子等的細胞水勢就等于襯質(zhì)勢： w = m 分生組織細胞的水勢應表示為： w = s+ m+ p 成熟細胞的水勢： w = s + p,多個細胞； 植物器官之間； 地上比根部低； 上部葉比下部葉低； 在同一葉子中距離主脈越遠則越低； 在根系的內(nèi)部低于外部。,第三節(jié) 植物根系對水分的吸收,一、吸水的部位 植物吸水的部位有：葉片和根系（主要）。根部吸水主要是在根毛區(qū)。,二、根系吸水的途徑 在植物體中的水分傳輸可分為徑向傳輸和軸向傳輸。徑向傳輸有3條途徑： 1）質(zhì)

6、外體途徑：水分經(jīng)胞壁和細胞間隙移動，不越膜，移動快； 2）跨膜途徑：水分從一個細胞移動到另一個細胞，要經(jīng)兩次質(zhì)膜； 3）共質(zhì)體途徑：水分依次從一個細胞經(jīng)過胞間連絲進入另一細胞。,根部吸水的途徑,三、根系吸水的方式和動力 1、主動吸水：由于根系本身的生理活動而引起的吸水方式，其動力是根壓。 根壓：植物根部的生理活動使液流從根部上升的壓力。 A傷流:將植物體沿近地面處切斷，不久可以看到有液流溢出，這種現(xiàn)象稱傷流現(xiàn)象，從傷口溢出的液流稱傷流液； B吐水：在土壤水分充足，大氣潮濕的情況下，未受到傷害植物葉尖和葉緣向外分泌液滴的現(xiàn)象。,2、被動吸水：由于地上部的蒸騰作用而引起的根部吸水方式，其動力是蒸騰

7、拉力。 蒸騰拉力：當氣孔張開時，氣孔附近的葉肉細胞，因蒸騰作用散發(fā)水分后，水勢降低，于是就從旁邊的細胞吸取水分。同理，這個細胞又從另一細胞吸水，這樣依次下去，便可從導管奪取水分。最后根部就從環(huán)境中吸水。 植物吸水主要靠蒸騰拉力。但植物休眠期沒有蒸騰作用，主要以根壓為吸水動力。,四、根系吸水的影響因素 A) 植物本身因素 1) 木質(zhì)部溶液的滲透勢 2) 根系發(fā)達程度 B) 大氣因子蒸騰拉力 C)土壤因子 1) 可用水分多少 2) 通氣狀況 3) 土壤溫度 4) 土壤溶液濃度,第四節(jié) 植物體內(nèi)水分的運輸,一、水分運輸途徑 1、經(jīng)過活細胞的運輸 從根毛至中柱以及從葉脈到氣孔下腔。一般為10-3cm.

8、h-1。 2、通過死細胞的運輸 根的導管或管胞莖的導管或管胞葉的導管或管胞。一般3-45cmh-1。,二、水分沿導管和管胞上升的動力,水分上升的動力有根壓和蒸騰拉力(主要動力)。 通常用內(nèi)聚力學說解釋水柱不中斷的問題。 1、張力（0.5-3MPa）：水柱的一端受到蒸騰拉力的同時，水柱的重力又使水柱下降，這樣上拉下拽便使水柱產(chǎn)生張力。 2、內(nèi)聚力（20MPa）:水分子間具有相互吸引的力量。 水柱張力比內(nèi)聚力小得多，所以水柱不會中斷。,重力,蒸騰拉力,附著力,內(nèi)聚力,蒸騰內(nèi)聚力張力學說,張力,第五節(jié)蒸騰作用,水分以氣態(tài)形式通過植物體表面向大氣擴散的過程，稱為蒸騰作用。 一、生理意義 1、蒸騰作用是

9、植物對水分吸收和運輸?shù)囊粋€主要動力； 2、將根系吸收的礦物質(zhì)和有機物運到植物體的各部位； 3、降低葉片的溫度，防止植物被燒傷； 4、有利于CO2的同化。 二、部位和指標 1、部位：幼小地上部分 長大葉片：角質(zhì)蒸騰、氣孔蒸騰,2、指標 常見的有三種： 1）蒸騰強度（速率）：單位時間內(nèi)，單位葉面積的植物蒸騰的水量。單位：gdm2h1。 2）蒸騰比率：植物每消耗1kg的水所形成的干物質(zhì)的克數(shù)。單位：g kg 1 。 3）蒸騰系數(shù)(需水量)：植物每制造1克干物質(zhì)需要水的克數(shù)。,三、蒸騰作用的氣孔調(diào)節(jié) 1、氣孔的數(shù)量、分布及大小 一般植物的氣孔頻度為40-500個mm2 。 單子葉植物上下表皮均有氣孔分

10、布。雙子葉植物氣孔主要分布在下表皮。 氣孔一般長約20-40m，寬約5-10m。 全部氣孔開放面積只占葉總面積的1%2%，失水量可高達與葉面積同樣大小的自由水面蒸發(fā)量的50%以上。,2、小孔律 氣體分子通過小孔表面擴散的速率，不是與小孔的面積成正比，而是與小孔的周長成正比。,腎形保衛(wèi)細胞,啞鈴形保衛(wèi)細胞,3、氣孔運動及其機理 1）氣孔運動 一般是白天開放，夜間關閉，仙人掌和景天科植物除外。,植物氣孔的開放與關閉,2）氣孔運動的機理 A、淀粉糖轉化學說,B、無機離子吸收學說 光下-產(chǎn)生ATP-供給H+/K+交換泵做功-H+從保衛(wèi)細胞分泌到周圍細胞-K+通過內(nèi)向通道，進入保衛(wèi)細胞-保衛(wèi)細胞水勢降低

11、-吸水-氣孔張開 C、蘋果酸生成學說 光下-CO2下降-PH上升-PEP羧化酶活化-PEP與HCO3-結合形成OAA-OAA還原成蘋果酸-保衛(wèi)細胞水勢降低-吸水-氣孔張開,4、影響氣孔運動的因素 （1）內(nèi)生晝夜節(jié)律：隨一天的晝夜交替而開閉。 （2）光照：光誘導氣孔開放(一些植物除外)。不同波長的光對氣孔運動有著不同的影響，藍光和紅光最有效。 （3）溫度：在一定溫度范圍內(nèi),氣孔開度隨溫度的升高而增大，30達到最大，35以上開度變小，低溫促進氣孔關閉。,（4） CO2：低濃度的CO2促進氣孔張開，高濃度的CO2使氣孔迅速關閉。 （5） 葉片含水量：含水量過低，氣孔關閉。雨天葉片含水過多，表面細胞體

12、積膨大，擠壓保衛(wèi)細胞，使氣孔關閉。 （6）風：大風促進氣孔關閉，微風有利于氣孔開放。 （7） 植物激素：CTK促進氣孔開放，而ABA促進氣孔關閉。,四、影響蒸騰的內(nèi)外因素 1、內(nèi)部因素 （1）氣孔頻度：頻度大，蒸騰快。 （2）氣孔大?。嚎讖酱?，蒸騰快。 （3）氣孔下腔：容積大，蒸騰快。 （4）氣孔開度：開度大，蒸騰快。 （5）氣孔構造：氣孔下陷，蒸騰較慢。 2、外部因素 光照，空氣相對濕度，溫度，風。,五、 減少蒸騰的措施 1.減少蒸騰面積 2.降低蒸騰速率 3.使用抗蒸騰劑,第六節(jié) 合理灌溉的生理基礎,一、作物的需水規(guī)律 1、不同的作物對水分的需要量不同 可根據(jù)蒸騰系數(shù)的大小估計作物的水分需

13、求量。 2、同一作物不同生育期對水分的需要量不同 苗期蒸騰面積小，消耗量不大；分蘗期蒸騰面積增大，氣溫上升，消耗增大；孕穗期蒸騰量達最大，耗水量最多；成熟期，葉片衰老脫落，消耗減少。 水分臨界期是指植物在生命周期中對水分缺乏最敏感、最易受害的時期。一般在生殖器官形成與發(fā)育時期。,二、合理灌溉的指標 1、土壤指標 一般要求土壤含水量為田間持水量的60-80%，低于此含水量要求進行灌溉。 2、形態(tài)指標： （A）生長速率下降 （B）幼葉調(diào)萎 （C）莖葉變紅 3、生理指標： 葉片水勢、細胞汁液濃度或滲透勢、氣孔開度等,三、灌溉的方法 A）漫灌 B）噴灌 C）滴灌 四、合理灌溉增產(chǎn)的原因 可改善各種生理作用，特別是光合作用；能改變栽培