第一章

植物的水分生理第一篇植物的物質生產和光能利用第一章

植物的水分生理第一篇植物的物質生本章重點和難點：一、植物細胞對水分的吸收；二、蒸騰作用與氣孔開關機理；三、灌溉與農業。本章重點和難點：一、植物細胞對水分的吸收；第一節植物對水分的需要一、植物的含水量1.不同植物含水量不同

水生＞中生＞旱生苔蘚含水量6%草本植物含水量70-85%蓮含水量90%第一節植物對水分的需要一、植物的含水量水生＞中生＞旱

2.同種植物生長在不同的環境中，其含水量也有差異。

3.同一植株不同器官、組織含水量不同根尖、幼苗：60-90%，樹干：40-50%，干種子：10-14%根60%－90%種子10%－14%新生旺盛＞衰老成熟4.同一器官不同生長期，含水量也不同前期＞后期2.同種植物生長在不同的環境中，其二、植物體內水分存在的狀態自由水束縛水蛋白質親水膠粒植物體內不被親水膠粒吸附，可以自由移動，可起溶劑作用的水分。植物體內吸附在親水膠粒周圍或被困于大分子空間中，不能自由移動的水分。二、植物體內水分存在的狀態自由水束縛水蛋白質親水膠粒植物體內水分在植物細胞內的存在狀態常呈兩種:

束縛水和自由水

1束縛水(boundwater)

:是指靠近原生質膠體微粒并被膠粒吸附束縛而不易流動的水分。產生原因:原生質是一個由蛋白質大分子溶液形成的膠體系統，而蛋白質由氨基酸組成，H

RCCOOH

疏水基(在分子內部)

NH2親水基(在外部)原生質膠體微粒具有顯著的親水性，其表面吸引著很多水分子，形成一層很厚的水層。水分子距離膠粒越近，吸附力越強。水分在植物細胞內的存在狀態常呈兩種:

自由水，參與各種代謝作用，其數量制約著植物的代謝強度，它的含量越大，代謝越旺盛。束縛水，不參與代謝作用，但與植物的抗性大小密切相關。

2自由水(freewater)

:是指距離原生質膠體微粒較遠而可以自由流動的水分。2自由水(freewater):是指距離原生1、水分是細胞質的主要成分2、水分是代謝過程的反應物質3、水分是植物對物質吸收和運輸的溶劑4、水分能保持植物的固有的姿態三、水分在植物生命活動中的作用1、水分是細胞質的主要成分三、水分在植物生命活動中的作用第二節植物細胞對水分的吸收

在植物的生命活動中，植物不斷的從環境中吸收水分，也不斷的向環境中散失水分。植物是如何從環境中吸收水分的呢？第二節植物細胞對水分的吸收在植物的生命活動中，植物不斷細胞吸水主要有三種方式一、擴散二、集流三、滲透作用細胞吸水主要有三種方式一、擴散

一、擴散:以濃度為動力,物質從濃度高的區域向濃度低的區域移動的現象。適合短距離遷移，水分子通過膜質雙分子層進入細胞內屬于擴散。一、擴散:以濃度為動力,物質從濃度高的區域向濃度低的區域二、集流：液體中成群的原子或分子在壓力梯度作用下共同移動。適合水分長距離運輸，如水分在木質部中遠程運輸質膜水孔蛋白二、集流：液體中成群的原子或分子在壓力梯度作用下共同移動三、滲透作用（以壓力和濃度兩者為動力）蔗糖溶液水經過一段時間壓力（水勢）半透膜液面上升水分從水勢高的系統通過半透膜向水勢低的系統移動的現象。三、滲透作用（以壓力和濃度兩者為動力）蔗糖溶液水經過一段1植物細胞是一個滲透系統：質膜和液泡膜都是半透膜，同細胞質和胞外環境組成了滲透系統CellwallProtoplasticlayer三、滲透作用1植物細胞是一個滲透系統：質膜和液泡膜都是半透膜，同細胞質和細胞壁主要由纖維素分子組成，是一個水和溶質都可通過的透性膜。可解決下列問題:①說明原生質是半透膜②判斷細胞死活③測細胞滲透勢質壁分離附原件實驗細胞壁主要由纖維素分子組成，是一個水和溶質都可通過的透性膜。2.水勢：溶液中每偏摩爾體積水的化學勢差。它是水分轉移本領大小的指標。ψw=(μw-μow

)/νw=Δμw/νw

水溶液的化學勢純水的化學勢水的偏摩爾體積三、滲透作用偏摩爾體積：1mol水中加入1mol某溶液后，該1mol水所占的有效體積。2.水勢：溶液中每偏摩爾體積水的化學勢差。它是水分轉移本領3.細胞水勢組成：ψw=ψs+ψP+ψm+ψg

滲透勢壓力勢襯質勢

重力勢

滲透勢：就是溶液的水勢，是由于溶質顆粒的存在降低了水的自由能，其水勢低于純水的水勢。壓力勢：指由于細胞壁的存在產生壓力而使細胞增加的水勢。襯質勢：是細胞膠體物質親水性和毛細管對自由水束縛而引起水勢降低的值。重力勢：是水分因重力下移而增加細胞水分自由能。

三、滲透作用3.細胞水勢組成：ψw=ψs+ψP+ψm+ψg三不同類型細胞的水勢組成A.分生組織：Ψw=ψs

+ψp+ψmB.成熟細胞：Ψw=ψs+ψp成熟細胞指已形成中央大液泡的細胞，這種細胞原生質被擠壓為一薄層，因此，襯質勢（ψm）很小忽略。C.風干種子細胞的水勢：Ψw=ψm風干種子細胞原生質處于凝膠狀態，沒有溶液，即沒有滲透勢；膜失去彈性，也沒有壓力勢，只有襯質勢。三、滲透作用不同類型細胞的水勢組成三、滲透作用水勢的應用

水分總是由水勢高的部位向水勢低的部位運轉，故水勢可用于判斷水分遷移的方向。如：1）相鄰細胞的水分轉移：水分由水勢高的細胞沿水勢梯度流向水勢低的細胞；當多細胞連在一起時，依細胞水勢高低順次排列，形成一個水勢梯度，水分便由水勢高處流向水勢低處。2）植物體內的水分轉移：植株地上部分的水勢低于根系，故根系水分可向地上部分運轉。3）土壤-植物體-大氣連續體系的水分轉移：水勢從高到低的順序是：土壤-根系-葉片-大氣，水分也按此順序遷移。

水勢的應用水分總是由水勢高的部位向水勢低的部位

一、根系吸水區域根系是陸生植物吸水的主要器官，根的吸水主要在根尖進行。在根尖中，以根毛區的吸水能力最大，這是由于：⑴根毛區根毛較多，使吸水面積增大；⑵根毛細胞的外部由果膠質組成，粘性強，親水性也強；⑶根毛區輸導組織發達，對水分移動的阻力小。第三節植物根系對水分的吸收根毛區伸長區分生區一、根系吸水區域第三節植物根系對水分的吸收根毛二、根系吸水的途徑質外體途徑：apoplastpathway

水分通過細胞壁、細胞間隙等擴散到植物體內部，速度快。跨膜途徑：transmembranepathway

水分從一個細胞移動到另一個細胞，要兩次經過質膜，故稱跨膜途徑（P15圖1-6）。共質體途徑：symplastpathway

水分從一個細胞的細胞質經過胞間連絲，移動到另一個細胞的細胞質，移動速度較慢。二、根系吸水的途徑質外體途徑：apoplastpathwa二、根系吸水的途徑細胞途徑質外體途徑二、根系吸水的途徑細胞途徑質外體途徑兩種：根壓和蒸騰拉力1.根壓：是指植物根系的生理活動使液流從根部上升的壓力（葉片未展開時，是主要動力）。三、根系吸水的動力傷流吐水證明根壓存在的兩種現象：兩種：根壓和蒸騰拉力三、根系吸水的動力傷流吐水2.蒸騰拉力(主要動力)在蒸騰作用中，首先是氣孔下腔細胞失水，水勢降低，它就向相鄰細胞吸水，使相鄰細胞水勢降低，這種水勢降低作用通過一個個細胞傳遞到木質部導管，使導管水勢降低，導管向根系吸水，使根系水勢降低，產生吸水力。三、根系吸水的動力通常植物的吸水主要由蒸騰拉力引起,只有春季時植物葉片未展開時,蒸騰速率很低的植物,根壓才成為主要吸水動力.2.蒸騰拉力(主要動力)三、根系吸水的動力通常植物的吸水主四影響根系吸水的外界條件㈠土壤中的可用水(availablewater)根部有吸水能力,土壤有保水能力土壤中的可用水與土粒粗細以及土壤膠體數量密切相關

粗砂、細砂、砂壤、壤土和粘土的可用水數量依次遞減.四影響根系吸水的外界條件㈠土壤中的可用水(ava㈡土壤通氣狀況試驗:

用CO2處理根部,可使幼苗的吸水減低若通以空氣,則吸水量增加.土壤通氣不良會使根系吸水量減少,這是因為:土壤缺乏氧氣和CO2濃度過高,短期內可使細胞呼吸減弱,影響根壓,阻礙吸水;若時間較長,就會形成無氧呼吸,產生和積累較多的酒精,根系中毒受傷,吸水更少.不同植物對土壤通氣不良的忍受能力差異很大,如①水稻、蘆葦等在水分飽和的土壤中,生長發育正常進行②而番茄和煙草則會萎蔫甚至死亡.㈡土壤通氣狀況㈢土壤溫度低溫能降低根系的吸水速率,但溫度過高對根系吸水也不利低溫：水和原生質粘度增加，水擴散速率下降，不易通過原生質；呼吸作用減弱，影響主動吸水；根系生長緩慢，有礙吸水表面的增加。高溫：根易木栓化，導水性下降。㈢土壤溫度㈣土壤溶液的濃度

土壤溶液中含有一定的鹽分,具有水勢，根系細胞水勢必須低于土壤溶液的水勢，才能從土壤中吸水。

化肥施用過量或過于集中時，可使土壤溶液濃度突然升高，阻礙根系吸水，產生"燒苗"現象。

㈣土壤溶液的濃度

水土壤溶液根毛皮層薄壁細胞木質部的導管和管胞向上運輸到莖木質葉木質部葉肉細胞氣孔下腔氣孔大氣五植物體內水分的運輸途徑水分在木質部的長距離運輸要比薄壁細胞快得多，為3-45cm/h五植物體內水分的運輸途徑水分在木質部的長距離運輸要

散失方式：

1)以液體狀態散失到體外（吐水現象）

2)以氣體狀態散逸到體外（蒸騰作用）主要方式

植物吸收的水分用于代謝散失1％—5％95%—99%散失方式：植物吸收的水分用于代謝散失1％—5％95%蒸騰作用（transpiration）：水分以氣態方式從植物體的表面散失的過程。

1生理意義：a.水分吸收和運輸的主要動力b.是礦質元素和有機物運輸的動力c.降低葉溫第四節蒸騰作用一、蒸騰作用的生理意義和部位蒸騰作用（transpiration）：水分以氣態方式從植物

2蒸騰作用的指標1蒸騰速率:

是指植物在單位時間內單位葉面積上蒸騰散失的水分,又稱蒸騰強度.2蒸騰比率:

是指植物蒸騰1kg水時所形成的干物質的質量(g)。3蒸騰系數:

是指植物制造1g干物質所需水分(g),是蒸騰比率的倒數.

2蒸騰作用的指標1蒸騰速率:

3蒸騰作用發生部位幼小植株：地上全部表面長大植株：莖枝表面形成木栓，這時莖枝上的皮孔可以蒸騰，我們稱之為皮孔蒸騰，但量甚微；絕大部分在

葉片

上進行葉片的蒸騰作用有兩種方式,即角質蒸騰(5-10%)和氣孔蒸騰.氣孔蒸騰為只要形式。3蒸騰作用發生部位二、氣孔蒸騰氣孔是氣體和水分交換的主要通道。是植物葉片表皮組織的小孔，由成對的保衛細胞、副衛細胞或鄰近細胞組成，構成氣孔復合體。1.氣孔的結構與特點A.結構：

B.特點：保衛細胞壁有伸縮性，細胞體積能可逆性增大；

內外壁厚度不同，并有纖維絲與胞壁相連。

雙子葉－半月形單子葉－啞鈴形二、氣孔蒸騰氣孔是氣體和水分交換的主要通道。是植物葉第一章植物生理學課件2.氣孔的運動及機制氣孔的運動吸水失水單子葉植物吸水失水雙子葉植物影響氣孔運動的因素：光、溫度、co22.氣孔的運動及機制吸水失水單子葉植物吸水失水雙子葉植物影氣孔運動機制A.淀粉－糖互變學說光合CO2減少PH升高淀粉磷酸化酶淀粉葡萄糖水勢降低白天吸水氣孔開放淀粉葡萄糖PH=7PH=5關鍵：淀粉磷酸化酶的雙重催化作用氣孔運動機制光合CO2減少PH升高淀粉磷酸化酶淀粉葡萄糖水勢氣孔運動機制A.淀粉－糖互變學說光合停止CO2增加PH降低淀粉磷酸化酶葡萄糖水勢升高黒夜淀粉失水氣孔關閉氣孔運動機制光合停止CO2增加PH降低淀粉磷酸化酶葡萄糖水勢氣孔運動機制B.K+離子泵學說ATP質子泵分解ATP細胞內K＋增多水勢降低氣孔開放光合ATP增加白天胞外H+增加

K＋內流通道開放H+泵出氣孔運動機制ATP質子泵分解ATP細胞內K＋增多水勢降低氣氣孔運動機制B.k+離子泵學說黑夜光合停止ATP減少質子泵關閉細胞內K＋減少水勢增加氣孔關閉胞內H+增加

K＋外流通道開放氣孔運動機制黑夜光合停止ATP減少質子泵關閉細胞內K＋減少二、氣孔運動機理圖解-蘋果酸代謝學說二、氣孔運動機理圖解-蘋果酸代謝學說三、影響蒸騰的因素1.外界因素1）光照葉溫升高內外蒸汽壓增大蒸騰加快氣孔開放氣孔阻力變小蒸騰加快2）空氣濕度增強增大內外蒸汽壓變小蒸騰變慢3）溫度升高內外蒸汽壓增大蒸騰加快4）風微風內外蒸汽壓增大蒸騰加快強風氣孔關閉蒸騰變慢三、影響蒸騰的因素1.外界因素1）光照葉溫升高內外2內部因素⑴氣孔頻度:既單位葉面積上的氣孔數⑵氣孔大小:孔徑大,則內部阻力小,蒸騰就快⑶葉面積和葉面內部面積：指內部暴漏的面積，指細胞