植物生理学第一章汇总课件.ppt

第一章、植物水分代谢学习目的：了解植物对水分吸收、运输机蒸腾的方式、途径和机制，认识植物对水分平衡的维持及其重要性，为合理灌溉提供理论依据和指导重点: 植物对水分吸收、运输机蒸腾的方式、途径和机制难点：细胞水势，气孔蒸腾第一章 目录1.1水分与植物生命活动1.2植物细胞对水分的吸收1.3植物根系对水分的吸收1.4植物体内水分向地上部的运输1.5蒸腾作用1.6合理灌溉的生理基础第一章的前言水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命植物的一切正常生命活动都必须在细胞含有一定的水分状况下才能进行农作物产量对供水的依赖性也往往超过了任何其他因素有收无收在于水”和“水利是农业的命脉”的道理就在这里没有水就没有生命没有水就没有生命 “有收无收在于水有收无收在于水”植物一方面从周围环境中吸收水分，以保证生命活动的需要；另一方面又不断地向环境散失水分，以维持体内外的水分循环、气体交换以及适宜的体温植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程，被称为植物的水分代谢(water metabolism)研究植物水分代谢的基本规律，掌握合理灌溉的生理基础，满足作物生长发育对水分的需要，为作物提供良好的生态环境，这对农作物的高产、稳产、优质、高效有着重要意义。

1.1水分与植物生命活动1.1.1水的某些理化性质1.1.2植物的含水量1.1.3植物体内水分的存在状态1.1.4水分在植物生命活动中的作用1.1.1水的某些理化性质植物对水分的吸收、运输、分布、散失以及水在植物生命活动中所起的作用都与水的结构和理化性质有关1)水的组成和结构水的组成和结构 水分子由2个氢原子和1个氧原子以共价键(covalent bond)结合，呈“V”型结构，键为为104.5H2O成为极性分子(polar molecule)，分子中正、负电荷相等,所以水分子仍表现电中性(electroneutrality)在液态水中缔合分子和单分子处于平衡状态缔合是放热过程，离解是吸热过程水分子与水分子之间可借氢键相互结合，产生一定的内聚力2)水的某些理化性质(1)水的气化热水的气化热:所有液体中水的气化热是最大有利于植所有液体中水的气化热是最大有利于植物通过蒸腾作用有效地降低体温物通过蒸腾作用有效地降低体温2)水的比热容水的比热容除液氨外，在其它的液态和固态物质中，水除液氨外，在其它的液态和固态物质中，水的比热容最大水对气温、地温及植物体温有巨大的调节作的比热容最大水对气温、地温及植物体温有巨大的调节作用，有利于植物适应冷热多变的环境。

用，有利于植物适应冷热多变的环境3)水的内聚力、粘附力和表面张力水的内聚力、粘附力和表面张力由于水中存在大量由于水中存在大量的氢键，水的内聚力很大水与极性物质间有较强的粘附力的氢键，水的内聚力很大水与极性物质间有较强的粘附力内聚力、粘附力和表面张力的共同作用产生毛细作用内聚力、粘附力和表面张力的共同作用产生毛细作用(capillarity) (4)水的电性质水的电性质水具有较高的介电常数水具有较高的介电常数，因而是许多电解质因而是许多电解质和极性分子的良好溶剂和极性分子的良好溶剂5)水的不可压缩性水的不可压缩性这一性质在细胞内所引起的静水压与植这一性质在细胞内所引起的静水压与植物气孔开闭、叶片运动、保持植株固有的姿态等方面均有密物气孔开闭、叶片运动、保持植株固有的姿态等方面均有密切关系1.1.2植物的含水量(1)概念 实际含水量：植物含水重占鲜重的百分数实际含水量：植物含水重占鲜重的百分数 相对含水量：植物实际含水量占水分饱和时实际含相对含水量：植物实际含水量占水分饱和时实际含 水量的百分数水量的百分数(2)含水量与植物种类、器官和组织特性以及所含水量与植物种类、器官和组织特性以及所处环境有关处环境有关(3)含水量反映植物含水量反映植物生命活动活跃程度生命活动活跃程度(4)间接反映土壤水分供应状况土壤水分供应状况；生产上用相相对含水量作为灌溉指标对含水量作为灌溉指标 RWC(%)=Wact / Wa Wact实际含水重，实际含水重， Wa水分饱和时实际含水量水分饱和时实际含水量1.1.3植物体内水分的存在状态水分在植物细胞内有两种存在形式水分在植物细胞内有两种存在形式：束缚水和自由水束缚水和自由水束缚水：束缚水：吸附于原生质颗粒或存在于大分子结构空间内吸附于原生质颗粒或存在于大分子结构空间内不能移动不能移动的水的水自由水：自由水：不被胶体颗粒或渗透物质所吸引或吸引力很小，不被胶体颗粒或渗透物质所吸引或吸引力很小，可以自由移动可以自由移动的水的水自由水直接自由水直接参与参与植物的生理过程和生化反应，而束缚水植物的生理过程和生化反应，而束缚水不不参与参与这些过程，因此自由水这些过程，因此自由水/束缚水比值束缚水比值较高较高时，植物代谢时，植物代谢活跃活跃，生长较快，生长较快，抗逆性差抗逆性差；反之，代谢；反之，代谢活性低活性低、生长缓、生长缓慢，但慢，但抗逆性较强抗逆性较强。

植物体内水分的存在状态与植物的生命活动有很大的关系植物体内水分的存在状态与植物的生命活动有很大的关系自由水/束缚水是衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一1.1.4水分在植物生命活动中的作用水分在植物生命活动中的作用1生理作用生理作用(1)水是原生质的主要组分水是原生质的主要组分(2)水直接参与植物体内重要的水直接参与植物体内重要的代谢代谢过程过程(3)水是许多生化反应和物质吸收、运输水是许多生化反应和物质吸收、运输的良好介质的良好介质(4)水能使植物保持固有的水能使植物保持固有的姿态姿态(5)细胞分裂和延伸生长都需要足够的水细胞分裂和延伸生长都需要足够的水(6)水可以保持植物体正常水可以保持植物体正常体温体温1.1.4水分在植物生命活动中的作用水分在植物生命活动中的作用2生态作用生态作用水对可见光的通透性水对可见光的通透性水对植物生存环境的调节水对植物生存环境的调节 以水调温以水调温 以水调肥以水调肥 以水调病虫害以水调病虫害1.2植物细胞对水分的吸收1.2.1水势概念和水的迁移过程1.2.2植物细胞的水势组成1.2.3植物细胞的吸水方式1.2.4水分跨膜运输和水孔蛋白1.2.5细胞间水分移动1.2.1水势概念和水的迁移过程1自由能、化学能与水势2含水体系的水势组成3水的迁移过程1自由能、化学能与水势自由能与化学势自由能与化学势(1)自由能自由能(G)的含义的含义(2)用自由能的变化值用自由能的变化值(G)判断系统反应判断系统反应能否自发进行能否自发进行(3)化学势化学势水的化学势与水势水的化学势与水势(1)自由能(G)的含义体系中能用于做功的能量体系中能用于做功的能量(2)用自由能的变化值(G)判断系统反应能否自发进行G=G2G1G0 自由能增加，反应不可自发进行G=0 自由能无变化，系统动态平衡(3)化学势化学势A.概念；体系中某一组分的概念；体系中某一组分的偏偏摩尔自由能摩尔自由能B.体系中，在等温等压保持其他各组分浓体系中，在等温等压保持其他各组分浓度不变时，加入度不变时，加入1摩尔物质所引起体系自由摩尔物质所引起体系自由能的增量。

能的增量C.用于描述体系中各组分发生化学反应的用于描述体系中各组分发生化学反应的本领及转移的潜在趋势本领及转移的潜在趋势水的化学势与水势水的化学势与水势A.水的化学势水的化学势( w)a. 含义含义b.水的化学势可用来判断水分参加化学反应水的化学势可用来判断水分参加化学反应的的本领本领或两相间移动的或两相间移动的方向和限度方向和限度c.水的化学势差水的化学势差 就是体系中水的化学势就是体系中水的化学势w 与同温度下纯水的化学势与同温度下纯水的化学势0 w 之差值之差值,由由于纯水的化学势于纯水的化学势 0 w 规定为规定为0，w=w，即即水的化学势差也可视为水的化学势水的化学势差也可视为水的化学势d.纯水纯水的化学势的化学势最大最大(=0),其他其他溶液溶液化学势均化学势均为为负负值B.水的水势水的水势B1.在等温、等压条件下每偏摩尔体积的水的在等温、等压条件下每偏摩尔体积的水的化学势差化学势差 w = (w 0 w) / V w,m= w / V w,mB2.为什么要除以为什么要除以V ?这主要是使化学势的能量单位转这主要是使化学势的能量单位转变成水势的压力单位，这样不但可避免测量活度变成水势的压力单位，这样不但可避免测量活度(a)所所带来的麻烦，使测量简便带来的麻烦，使测量简便(测定压力变化比测定能量变测定压力变化比测定能量变化方便得多化方便得多)，而且能使水势概念与传统的吸水力，而且能使水势概念与传统的吸水力(S)概念联系起来，从而在数值上使概念联系起来，从而在数值上使 =-S。

此外，这也能此外，这也能使水势单位与土壤学、气象学中的压力单位相一致使水势单位与土壤学、气象学中的压力单位相一致水的水势水的水势B3.水或溶液的偏摩尔体积水或溶液的偏摩尔体积B4.纯水纯水水势水势 w 0=0，其他其他溶液溶液水势均为水势均为负负值B5.水分的移动和其他物质一样是顺着能水分的移动和其他物质一样是顺着能量梯度量梯度(energy gradient)的方向进行的的方向进行的在任何两个相邻部位之间或两个相邻细在任何两个相邻部位之间或两个相邻细胞之间，水分总是从胞之间，水分总是从水势高处移向水势水势高处移向水势低处低处，直到两处水势，直到两处水势差为差为0为止2含水体系的水势组成(1)凡是能改变水分子w的各种因素都会引起水势的改变A.使体系水势增高增高的因素有：正压力；正压力；升高温度；升高温度；升高海拔高度升高海拔高度 B.使体系水势降低降低的因素有：溶质；溶质；衬质；衬质；负负压力；压力；毛细管力；毛细管力；降低温度；降低温度； 降低海拔高度降低海拔高度C.在温度不变的情况下，若将溶质(S)、衬质(m)、压力(P)、重力(g)等诸因素可视为独立变量，则这些因素对体系水势的贡献可分别称为溶质势溶质势(s)、衬质衬质势势(m)、压力势压力势(p)、重力势重力势(g)等。

当这些水势能单独对体系水势产生影响时，则体系的水势就等于各水势之代数和： wsmpg 含水体系的水势组成(2).纯水的水势纯水的水势 所谓纯水是指不以任何物理的或化学的方式与任何物质结合的水，完全是自由水，纯水的水势为零水势为零(因为在纯水体系中 =0w=0, =0，所以 w=0).溶质势溶质势s (solute potential) 指由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低降低的数值 溶液的溶质愈多，其溶质势愈低，且任一溶液的水势均低于纯水的水势而为负值在渗透系统中溶质势表示了溶液中水分潜在潜在的渗透能力的大小,因此，溶质势又可称为渗透势(osmotic potential, )含水体系的水势组成.衬质势衬质势 (matrix potential)由于衬质的存在引起体系水势降低的数值 一般认为，当衬质吸水达到平衡后，衬质对体系水势就没有什么影响，此时衬质具有的水势等于体系的水势，即在体系总水势中就不包含衬质具有的水势干燥的衬质表面水势很低，可达-300MPa，吸附水后，衬质水势迅速增高，被水饱和时衬质水势趋于0 含水体系的水势组成.压力势压力势 (pressure potential)由于压力的存在而使体系水势改变的数值。

p会随压力变化而变化,加正压力，使体系 水势升高如果讨论同一大气压力下两个开放体系间水势差时，压力势可忽略不计重力势重力势g(gravitational)由于重力的存在使体系水势增加的数值，称重力势重力使水向下移动，即处于较高位置的水比较低位置的水有较高的水势当体系中的两个区域高度相差不大时，重力势可忽略不计3水的迁移过程水在自然界，包括在植物体内的移动，不外乎二种形式：集流与扩散而渗透作用是扩散的一种特殊形式1)集流集流集流(mass flow或bulk flow)是指液体中成群的原子或分子(例如组成水溶液的各种物质的分。