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1、第五章 植物的水分代谢,没有水就没有生命,“有收无收在于水”,一、植物的含水量二、水分在植物体内的存在状态三、水分在植物生命活动中的作用,第一节水在植物生命活动中的作用,1.不同植物含水量不同 水生中生旱生2.植物不同器官、不同发育时期的含水量不同 幼嫩、生命活动旺盛的器官含水量高 衰老的、生命活动弱、死组织器官含水量低,一、植物的含水量,二、植物体内水分存在的状态,自由水（free water）：距离胶体颗粒亲水物质较远而且可以自由流动的水分。束缚水（bound water）：细胞内的亲水物质通过水和作用而束缚的一部分不易流动的水分。,二、植物体内水分存在的状态,自由水,束缚水,蛋白质亲水胶
2、粒,干旱时，自由水/束缚水高抗旱？还是自由水/束缚水低抗旱？,思考：,1.是细胞质的主要成分。7090%2.是代谢过程中的重要反应物质。如水解、脱氢反应，光合作用。3.水是植物对物质吸收和运输的溶剂。4.水分能保持植物的固有姿态。5.水的理化性质给植物的生命活动带来各种有利条件。,三、水分在植物生命活动中的作用,第二节植物对水分的吸收,在植物的生命活动中，植物不断的从环境中吸收水分，也不断的向环境中散失水分。植物是如何从环境中吸收水分的呢？,（一）细胞吸水主要有三种方式,1、吸胀作用（未形成液泡的细胞）2、渗透作用（形成液泡的细胞）3、代谢性吸水,（1）水势的概念,纯水水势：1摩尔体积水的化学
3、势。偏摩尔体积：指在恒温恒压、其它组分 不变的 条件下，加入1摩尔的水所引起的体 积增量。,如：纯水的摩尔体积是18cm3,将其加入100cm3的乙醇中，最终体积是118.07cm3，水的偏摩尔体积是多少？（18.07cm3）,溶液的水势,w=s+ms:渗透势，也称溶质势m：衬质势,(2)渗透作用,渗透作用：水分子通过半透膜从水势高 的部位向水势低的部位扩散的作用称为渗透作用。,蔗糖溶液,水,经过一段时间,压力（水势）,半透膜,液面上升,渗透作用,典型细胞的水势构成,w=s+m+ps:渗透势，也称溶质势p：压力势m：衬质势,s:溶质势，也称渗透势（s）由于水中存在可溶性亲水物质的水合作用而降低
4、的水势。恒为负值。s=-iCRTi:解离系数，C：溶质浓度 R：气体常数，T：绝对温度,m：衬质势，是由于体系中衬质（亲水胶体等大分子物质）吸附水分子而使水的自由能降低的水势，称为衬质势，负值。,p：压力势，由于压力的存在而使水势发生改变的值。,一般情况下，压力势为正值；质壁分离时，压力势为零；剧烈蒸腾时，压力势为负值。,A.分生组织：w=s+m+pB.成熟细胞：w=s+p成熟细胞指已形成中央大液泡的细胞，这种细胞原生质被挤压为一薄层，因此，（g）很小忽略。C.风干种子细胞的水势：w=m风干种子细胞原生质处于凝胶状态，没有溶液，即没有渗透势；膜失去弹性，也没有压力势。,不同类型细胞的水势组成,
5、(二)水分的跨膜运输和水孔蛋白,（三）细胞之间的水分移动,流动方向与从水势高到水势低，从浓度低到浓度高。例题1：C液C细，水的流向？C液C细，水的流向？C液C细，水的流向？,例题：判断甲、乙两细胞水分的移动方向,s-1.4MPap=+0.8MPa,s-1.2MPap=+0.4MPa,甲,乙,？,w=-0.6MPa,w=-0.8MPa,（一）根系吸水区域：根尖的根毛区吸水能力最强,二、植物根系对水分的吸收,根毛区,伸长区,分生区,1.质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质的移动途径。2.越膜途径：水分从一个细胞到另一个细胞，要两次通过质膜，故称跨膜途径。3.共质体途径：水分从一个细胞的
6、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的途径。跨膜途径和共质体途径统称为细胞途径。,(二)根系吸水的途径,根系吸水的途径,越膜途径,质外体途径,根压（主动吸水）:由于水势梯度引起水分进入中柱后产生的压力称为根压。蒸腾拉力（被动吸水）:由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度而形成的向上拉水的力量。,（三）根系吸水的动力,证据证明根系根压主动吸水的存在,伤流：从受伤或折断的植物组处流出液体的现象叫伤流。吐水现象：在水分充足的土壤中生长植物，在清 晨或潮湿的天气条件下，叶尖或叶缘也有液 体外泌，这种现象称为吐水。,蒸腾拉力：被动吸水,（四）影响根系吸水的土壤条件,1、土壤中水
7、分状况2、土壤通气状况：根系呼吸3、土壤温度：过低，过高4、土壤溶液：过高，烧苗,失水方式：液态散失 吐水、伤流 气态散失 蒸腾作用蒸腾作用：指植物体内的水分以气态方式从 植物的表面从体内扩散到大气中 的过程。,第三节植物的蒸腾作用,.生理意义A 水分吸收和运输的主要动力B 是矿质元素和有机物运输的动力C 降低叶温D有利于气体交换,（一）腾作用的生理意义,二、蒸腾作用的部位,（一）部位 1、植物幼小时，地面以上的全部表面、皮孔蒸腾 高大木本植物，约占全部 蒸腾的0.1%3、叶片蒸腾（1）角质蒸腾 约占全部蒸腾的5%10%（2）气孔蒸腾 主要方式,三 气孔蒸腾,（一）气孔的大小和分布 数目、大小
8、、分布随植物种类而不同（二）气孔蒸腾的过程 水分子扩散的动力是气孔内部与环境的水蒸气压差 扩散快慢决定于气孔内外的水蒸气压差气孔阻力和叶表面的界面层阻力。（三）气孔扩散的效率 气孔扩散符合小孔扩散规律，扩散速率与小孔的边缘长度（周长）成正比。,（四）气孔运动及其机理,1.气孔运动：保卫细胞A.结构：B.特点：孔口侧厚，背口侧薄 辐射状微纤丝,双子叶半月形,单子叶哑铃形,气孔的运动,吸水,失水,单子叶植物,吸水,失水,双子叶植物,光合作用使保卫细胞中糖的浓度增加水势降低，从而保卫细胞吸水，导致气孔开放。,2 气孔运动机理1）光合作用促进气孔开放学说,2）A.淀粉糖互变学说,光合,CO2减少,PH
9、升高,淀粉磷酸化酶,淀粉,葡萄糖,水势降低,白天,吸水,气孔开放,OH-,？,B.无机离子泵学说,质子泵开放,细胞内K增多,水势降低,气孔开放,光合,ATP增加,白天,胞外H+增加,K内流通道开放,H+泵出,？,C.苹果酸代谢学说,葡萄糖,PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）,OAA（草酰乙酸）,苹果酸,苹果酸2-+2H+,ATP,质子泵开放,细胞内K增多,水势降低,气孔开放,离子泵,淀粉糖,白天,糖酵解作用,1、内部因素,气孔频度和气孔大小及暴露于叶内空间的叶肉细胞湿润细胞壁面积（内表面）气孔频度（气孔数/cm2）,三、影响气孔蒸腾的因素,2、条件外界,1、光照 最主要的外界条件 光照提高叶温，叶内外
10、蒸气压差增大，有利蒸腾；光使气孔开放，气孔阻力减小。2、水分状况 大，蒸腾慢 3、CO2 低浓度促进气孔开放 4、温度 高，有利蒸腾 5、风 微风促进，强风抑制,（六）蒸腾作用的指标,蒸腾速率：植物在单位时间内单位叶面积蒸腾 的水量。蒸腾效率：指植物每消耗1Kg水时所形成的干物 质的质量（克）。蒸腾系数：指植物制造1g干物质所消耗水分的质 量（克），它是蒸腾效率的倒数。,第四节、植物体内水分的运输,（一）水分运输的速度经过死细胞：导管和管胞 快环境因子：白天快，夜间慢；含水量33%-36%，快,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）水分子间有较大的内聚力（30
11、 Mpa），内聚力张力（2）水柱有张力，（0.53MPa）（3）水分子对导管壁有很强的附着力,（二）水分沿导管或管胞上升的动力,导管中有气泡。有堵塞，死亡组织,异议：,一、植物对水分的需要 1、生理需水：组成水和消耗水 2、生态需水：为维持植物正常生长发育所必需的体外环境消耗的水叫生态需水。,第五节 合理灌溉的生理基础,二、植物的需水规律1、植物的需水量 C3植物比C4植物多12倍 不同生育期需水量差别很大 环境因素影响需水量2、植物的水分临界期 水分临界期：植物对水分缺乏最敏感、最易受害的时期。3、植物的最大需水期,三、合理灌溉的时期与指标1、形态指标（1）生长速率下降（2）幼叶调萎（3）茎叶变红2、生理指标：叶片水势、细胞汁液浓度 或渗透势、气孔开度等,四、节水灌溉的方法,喷灌滴灌调亏灌溉控制性分根交替灌溉,五、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）。具有生理和生态双重效应,
