植物的水分生理第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日PlantBiology植物生物學Plantmorphology植物形態學Planttaxonomy植物分類學Plantanatomy植物解剖學Plantphysiology植物生理學Plantecology植物生態學Plantgeography植物地理學第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日植物生理學的定義、內容和任務1.定義

植物生理學是研究植物生命活動規律的科學2.內容（1）生長發育與形態建成（第三篇）（2）物質與能量轉化（第一篇和第二篇）（3）信息傳遞和信號轉導（第三篇-第七章）3.任務研究和了解植物在各種環境條件下進行生命活動的規律和機制，并將這些研究成果應用于一切利用植物生產的事業中第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日植物生理學的產生和發展世界植物生理學的發展孕育時期：16-17世紀植物營養的來源問題：Helmont;Priestley;奠基與成長時期：18-19世紀Saches：《植物生理學講義》；Pfeffer:《植物生理學》發展時期：20世紀-現在我國植物生理學的發展19世紀初：錢崇澍，植物生理學的啟業人20世紀30年代：李繼侗、羅宗洛和湯佩松，植物生理學的奠基人第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日植物生理學的展望研究層次越來越廣學科之間相互滲透理論聯系實際研究手段現代化第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第一篇

植物的物質生產和光能利用第一章：植物的水分生理第二章：植物的礦質營養第三章：植物的光合作用第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第一章植物的水分生理第一節植物對水分的需要第二節植物細胞對水分的吸收第三節植物根系對水分的吸收第四節蒸騰作用第五節植物體內水分的運輸第六節合理灌溉的生理基礎第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第一節植物的水分代謝植物的水分生理：植物從環境中不斷地吸收水分，以滿足正常生命活動的需要。但是，植物又不可避免地要丟失大量水分環境中去，這樣就形成了植物的水分代謝。水分的吸收水分在植物體內運輸水分的排出第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（一）水的理化性質極性分子，電中性水的理化性質內聚力：同類分子間具有的分子間引力粘附力：液相和固相之間的相互引力表面張力：處于界面的水分子均受著垂直向內的拉力毛細作用：內聚力、粘附力和表面張力共同作用產生毛細作用。第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（二）植物的含水量植物的含水量（watercontent）是指植物所含水分的量占鮮重的百分數與植物生命活動有密切關系，生命活動旺盛的部位，含水量就高植物體內的含水量可以間接地反映出土壤的水分供應相對含水量（RWC）=Wact/WaWact:表示葉的實際含水量Wa：表示葉在水分飽和時的含水量。第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（二）植物的含水量與植物的種類、器官和組織本身的特性及所處的環境有關不同植物的含水量不同不同發育時期含水量不同：幼嫩>成熟或衰老不同器官組織含水量不同不同外界環境條件含水量不同：蔭蔽、潮濕>向陽、干燥一天之中，早晨>中午第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日種類含水量舉例水生植物90%以上水浮蓮、滿江紅、金魚藻中生植物（一般植物組織）70%~90%肉質>草本>木本番茄、黃瓜和西瓜約為90%旱生植物可低至6%地衣、苔蘚不同種類的植物的含水量不同第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（二）植物的含水量與植物的種類、器官和組織本身的特性及所處的環境有關不同植物的含水量不同不同發育時期含水量不同：幼嫩>成熟或衰老不同器官組織含水量不同不同外界環境條件含水量不同：蔭蔽、潮濕>向陽、干燥一天之中，早晨>中午第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日器官種類含水量根80%~90%莖50%~80%葉80%~90%果實85%~90%種子5%~15%休眠芽約為40%不同器官組織的含水量不同第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（三）植物體內水分存在的狀態兩種狀態：束縛水和自由水自由水/束縛水的比值決定植物代謝活動自由水/束縛水的比值升高時：植物代謝活躍，生長較快，抗逆性差自由水/束縛水的比值降低時：植物生長緩慢，但抗逆性很強第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日束縛水和自由水的區別束縛水自由水靠近膠粒而被膠粒吸附束縛不易自由流動的水分距離膠粒較遠而可以自由流動的水分被原生質膠粒吸附或存在于大分子結構空間存在于原生質膠粒之間，液泡內，細胞間隙、導管、和管胞以及組織間隙不能移動，不起溶劑作用，含量變化小能移動，起溶劑作用，含量變化大不參與代謝作用與抗性有關參與各種代謝作用，制約代謝強度注：這兩種狀態水分的劃分是相對的，它們之間并沒有明顯的界線，只是物理性質略有不同。第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（三）植物體內水分存在的狀態兩種狀態：束縛水和自由水自由水/束縛水的比值決定植物代謝活動自由水/束縛水的比值升高時：植物代謝活躍，生長較快，抗逆性差自由水/束縛水的比值降低時：植物生長緩慢，但抗逆性很強第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（四）水分在植物生命活動中的作用細胞質的主要成分植物代謝過程的反應物質植物對物質吸收和運輸的溶劑保持植物的固有姿態保持植物體正常的體溫第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第二節植物細胞對水分的吸收（一）擴散（二）集流（三）滲透作用第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（一）擴散自發過程，指分子的隨機熱運動所造成的物質從濃度高的區域向濃度低的區域移動擴散是順著濃度梯度進行的。適合于水分的短距離遷徙第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（二）集流液體中成群的原子或分子在壓力梯度下共同移動。水在水管中的流動和河水在河中的流動水分在木質部中遠距離運輸和水分從土壤流向植物體與溶質濃度梯度無關。只有當外力（壓力和重力）存在時，才會產生集流。水孔蛋白第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日水孔蛋白（AQUAPORIN，AQP）種類：質膜內在蛋白和液泡膜內在蛋白分布于植物各個組織，其功能以存在部位而定外界環境和植物激素可誘導水孔蛋白基因表達第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日植物AQP家族的種類和數量物種PIPTIPNIPSIPPIP1PIP2擬南芥581093玉米671143水稻3810102第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（三）滲透作用（OSMOSIS）滲透作用是物質通過半透膜擴散的現象水分移動依據水勢梯度進行第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日水勢（WATERPOTENTIAL）水勢（waterpotential）1966年，美國水分生理學家，P.J.Kramer，從物理化學中引導出并用于植物生理學的束縛能和自由能化學勢：1mol物質的自由能水勢：每偏摩爾體積水的化學勢差第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日水勢（WATERPOTENTIAL）純水的水勢最高，定為0單位：壓強的單位帕斯卡（Pa）、大氣壓（atm）、巴（bar）1bar=105Pa=0.1MPa=0.987atm第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日偏摩爾體積（VW）偏摩爾體積：指在恒溫恒壓、其它組分不變的條件下，加入1摩爾的水所引起的體積增量。如：純水的摩爾體積是18cm3,將其加入100cm3的乙醇中，最終體積是118.07cm3，水的偏摩爾體積是多少？18.07cm3第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日植物細胞是一個滲透系統細胞壁其主要組成成分是纖維素分子和少量的果膠類物質：水和多數溶質都可以通過的透性膜質膜和液泡膜半透性膜細胞質和液泡里面的細胞液因含有許多溶解在其中的物質而具有一定的水勢

第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日質壁分離---植物細胞為滲透系統的例證原生質層具有半透膜的性質判斷細胞死活測定溶質進入細胞的速度和難易程度測定細胞的滲透勢第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日植物細胞的水勢細胞的水勢：w=

+

p+

m+

g滲透勢（溶質勢）：是由于溶質顆粒的存在，降低了水的自由能，因而其水勢低于純水的水勢==-iCRT（VantHoff）壓力勢p：是由于細胞壁壓力的存在而產生的水勢襯質勢m：是細胞膠體物質親水性對自由水束縛而引起的水勢降低重力勢g：由于重力存在使體系水勢增加的數值第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日滲透壓和滲透勢★滲透壓（π）是一種對外加的、正的壓力，而溶質勢s或滲透勢是一種潛在的勢能。★當有一定溶質的溶液置于杯中時，它不產生滲透壓，或不表現出滲透壓，但卻具有滲透勢或s★含溶質多的溶液π高，滲透勢低叫高滲溶液，含溶質少的溶液π低，滲透勢高叫低滲溶液。第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日滲透作用高水勢溶質濃度低低滲溶液高滲透勢從————————

到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低水勢溶質濃度高高滲溶液低滲透勢第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日細胞吸水過程中水勢組分的變化第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第三節根系吸水和水分向上運輸第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日土壤根莖葉片大氣高低第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日質外體途徑細胞壁------細胞間隙----跨膜途徑細胞-----細胞膜（質膜和液泡膜）----細胞共質體途徑細胞質-----（胞間連絲）------細胞質根系吸水的途徑第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日根系吸水的動力根壓:主動吸水由根系的代謝活動而引起的根系從外界環境吸收水分的過程吐水和傷流蒸騰拉力：被動吸水由于植物地上部分的蒸騰作用而引起的根系吸水過程第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日生長在土壤水分充足、潮濕環境中的植株，葉片尖端或邊緣的水孔向外溢出液滴的現象吐水第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日從受傷或折斷的植物組織傷口處溢出液體的現象傷流第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日影響根系吸水的土壤條件土壤中可用水分土壤通氣狀況土壤溫度土壤溶液濃度第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日水分向上運輸土壤→根毛→皮層→內皮層→中柱鞘→根的導管或管胞→莖的導管→葉柄導管→葉脈導管→葉肉細胞→葉細胞間隙→氣孔下腔→氣孔→大氣第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日水分在木質部運輸的速度水分在木質部內的運輸速度：3～45cm·h-1環孔材：20-40cm·h-1散孔材：1-6cm·h-1第四十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日水分沿導管和管胞上升的動力根壓蒸騰拉力內聚力學說（蒸騰-內聚力-張力學說）愛爾蘭人，H.HDixon水分具有較大的內聚力足以抵抗張力，保證由葉至根水柱不斷來解釋水分上升原因的學說第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日蒸騰作用蒸騰作用：水分以氣體狀態，通過植物體的表面（主要是葉子），從體內散失到體外的現象意義：植物對水分吸收和運輸的主要動力植物吸收礦質鹽類和在體內轉運的動力降低葉片的溫度第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日蒸騰作用的方式（部位）幼小植物：全部表面形成木栓層：皮孔蒸騰（木本植物），0.1%葉片：角質蒸騰：5%~10%（陰生和濕生植物的角質蒸騰往往超過氣孔蒸騰）氣孔蒸騰：主要形式第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日氣孔的形態結構及生理特點氣孔數目多，分布廣氣孔的面積小，蒸騰速率高保衛細胞體積小，膨壓變化迅速保衛細胞具有多種細胞器保衛細胞具有不均勻加厚的細胞壁及微纖絲結構保衛細胞與周圍細胞聯系緊密第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日不同類型植物的氣孔數目和大小第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日氣孔的形態結構及生理特點氣孔數目多，分布廣氣孔的面積小，蒸騰速率高保衛細胞體積小，膨壓變化迅速保衛細胞具有多種細胞器保衛細胞具有不均勻加厚的細胞壁及微纖絲結構保衛細胞與周圍細胞聯系緊密第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日水蒸汽通過小孔的擴散速率第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日氣孔運動機制淀粉-糖互變鉀離子吸收蘋果酸生成第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日淀粉—糖互變（一）20世紀初提出基本理論：保衛細胞進行光合作用，消耗了CO2，pH升高，淀粉磷酸化酶水解淀粉為葡萄糖-1-磷酸。保衛細胞葡萄糖濃度提高，滲透勢下降，水勢降低，從周圍細胞吸取水分，保衛細胞膨大，氣孔便張開。黑暗中正相反第五十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日淀粉—糖互變（二）可以解釋光和CO2對氣孔的影響，也符合觀察到的淀粉白天消失、晚上出現的現象局限性：已有證據表明氣孔運動不依賴于光合作用，因而與CO2固定無關某些植物的保衛細胞中無葉綠體，如洋蔥等，因此無淀粉積累與代謝，但氣孔仍可開閉。保衛細胞中糖的含量在白天高，黑夜低，但黑夜轉為白天或白天轉為黑夜時，是氣孔先開或先閉，而后才是糖的升高或降低。第五十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第四節蒸騰作用鉀離子吸收（一）20世紀60年代末氣孔運動-----保衛細胞的K+積累K+積累，氣孔開張保衛細胞開閉與K+和蘋果酸濃度關系第五十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日鉀離子吸收（