植物生理学第二章课件
89页1、第二章 植物的水分生理,植物对水分的吸收、运输和散失的过程,教学目标,了解水分在植物体内存在的状况及其主要生理生态作用; 掌握植物细胞和根系吸收水分的动力和主要规律; 了解蒸腾作用的生理意义及气孔开闭机理; 了解植物体内水分运输的特点及机理; 弄清作物合理灌溉的生理基础。,第一节 水分的作用 第二节 植物对水分的吸收 第三节 蒸腾作用 第四节 水分在植物体内的运输 第五节 合理灌溉的生理基础,一、植物的含水量,植物所含水分的量占鲜重的百分数()。 不同植物、不同环境、不同部位的含水量不同。,二、植物组织中水的存在状态,束缚水(bound water):被原生质组分吸附,不能自由移动的水分。 自由水(free water):不被原生质组分吸附,可自由移动的水分。,自由水/束缚水是衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。,三、水在植物生命活动中的作用,生理作用: 组成成份,参与代谢,物质吸收、运输,维持形态。 生态作用: 调节环境温度湿度,调节植物体温,提高光的通透性等。,水分吸收,一、植物细胞对水分的吸收 二、植物根系对水分的吸收,一、植物细胞对水分的吸收,水势的概念 植物细胞吸水方式 水
2、分进入细胞的途径,(1)自由能、化学势与水势,自由能(G):物质中可用于做功的潜在能量。 化学势():体系中组分发生化学反映的本领及转移的潜在能力。 水势(water potential,w):每偏摩尔体积水的化学势或化学势差。,水的G 1mol水的G w w= w - w w w Vw,m,纯水的水势最高,定为0;,故水势的单位是压强的单位,帕斯卡(Pa)、大气压(atm)、巴(bar)。 1bar = 105Pa = 0.1MPa = 0.987atm,水总是从高水势组分向低水势组分流动,典型细胞水势w包含三种组分:,(2)细胞的水势组成,w = s +p+ m,水 势,渗透势,衬质势,压力势,溶质势s:由于溶质颗粒的存在而引起水势的降低值(溶质表面的水化层) 衬质势 m:细胞中的亲水衬质(如细胞壁)对自由水的束缚而引起水势的降低值 压力势p:细胞壁产生的壁压,即由膨压的反作用力引起,偏摩尔体积(partial molal volume ,Vw,m ) 在一定温度、压力和浓度下,1 摩尔某组分在混合物中所体现出来的体积,称为该组分在该条件下的偏摩尔体积。偏摩尔体积的单位是m3mol
3、-1。,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18.07cm3。,吸胀性吸水(未形成液泡的 细胞及干种子):依赖于低的衬质势而引起的吸水,植物细胞的主要吸水方式,代谢性吸水(直接耗能):耗能吸水或耗能吸收离子,渗透性吸水(具液泡细胞):利用溶质存在使溶质势下降而引起的细胞吸水,当细胞水势低于外界水势时细胞将吸水,成熟细胞的原生质膜是一个半透膜,再加上胞内的小分子溶质,构成细胞的各种亲水大分子(衬质),细胞内的旺盛代谢活动(合成、转运、分解物质),共同调控细胞对水分的吸收。,风干种子、分生细胞(无液泡) s0 ,p=0,所以w = m,已形成液泡的成熟细胞 m0 ,所以w =s +p,吸胀吸水,渗透吸水 代谢吸水,(1)部分水分子可直接通过膜脂双分子层的间隙进入细胞 (2)水的集流可通过质膜上水孔蛋白( aquaporin)组成的水通道进入细胞,水通道的开闭控制可通过水孔蛋白的磷酸化/去磷酸化来进行,根系吸水,根系吸水的部位 根系吸水的途径 根系吸水方式及其动力 影响根系吸水的土壤因素,1、根系吸水的部位 吸水的主要器
4、官是根系,根吸水的主要部位是根尖,根尖吸水最活跃的部位是根毛区;伸长区和分生区也有吸水能力。,成熟区 (根毛区),伸长区,分生区,根冠,2、根系吸水途径,根毛,共质体 质外体,皮层,内皮层,凯氏带,导管,共质体,3、根系吸水方式及其动力,(1)主动吸水以根压为吸水动力 根压:由于植物根系的生理活动(耗能)而使液流从根部沿导管上升的压力。 (2)被动吸水 以蒸腾拉力为吸水动力 蒸腾拉力: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。, 根压的实质: 根系耗能吸收的无机离子及代谢合成的有机分子提高根内物质浓度,水势下降,与根外高水势的土壤溶液间形成水势差w ,即表现为压力差的形式根压。,伤流和吐水是由根压存在的证据。,叶片水分蒸腾使水势降低,导致水势:叶茎根,即将蒸腾引起的水势梯度传递到根部。,一旦叶片伸展开后,被动吸水成为主要的吸水方式。,4、影响根系吸水的土壤因素,(1)土壤中的可用水分 土壤水分形式 重力水:在重力作用下可通过颗粒间空隙下降流失的水分。 毛细管水:保持在土壤颗粒间毛细管内的水分,是植物可吸收水的主要形式。 束缚水:土壤颗粒、胶体所吸附的水合层中的水分,一般不
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