1、第一章 植物的水分代谢,没有水就没有生命，“有收无收在于水”,水分代谢：植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程,二、物理化学性质：（一）水溶解性：1.自由水；2.束缚水；（二）水的物理化学：1.比热高；2.气化热高；3.内聚力、粘附力性质；,第一节、植物对水分的需要,一、水分子的结构组成：1.氧部分带负，电氢带部分正电；2.氢键；,三.植物体内水分含水量与存在状态（一）含水量：1.生长环境；2.植株器官；（二）存在状态与代谢关系1.自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。2.束缚水：靠近胶粒而被胶粒束缚不易流动的水分。3.与代谢关系：1）束缚水不参与代谢反应；2）自由水参与各种代谢反应；3
2、）自由水束缚水比值衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一；,四、水分在植物体内的作用,1.细胞质的主要成分；2.代谢过程的反应物质和产物；3.植物对物质吸收和运输及生化反应的溶剂；4.能使植物保持固有的姿态；5.调节植物体温及大气湿度等。,一、植物体内水分移动方式(一)分子扩散扩散：物质分子从高浓度(高化学势)区域向低浓度(低化学势)区域转移的现象，与物质浓度有关。叶片的蒸腾作用。(二)集流1.定义：液体中成群的原子或分子在压力梯度(水势梯度)作用下共同移动的现象，与物质浓度无关，与压力梯度有关；,第二节、植物细胞对吸收水分,2.水分在木质部或韧皮部长距离移动主要机制。3.水孔蛋白(膜内在蛋白)
3、 1）.选择性、高效运转水分子的跨膜通道蛋白，离子（K+、Ca2+等）不能通过；2）.水孔蛋白合成受基因表达调节；外界环境光照、ABA;3）.活性受到磷酸化依赖Ca2-蛋白质激酶Ser-磷酸化/去磷酸化,二、渗透作用（细胞吸收水主要方式）,（一）、自由能与化学势1.自由能：恒温、恒压条件下能够做最大有用功的那部分能量；2.化学势：体系中物质组分发生化学反应的本领及转移的潜在能力（）；3.偏摩尔自由能：体系中某一组分的化学势（j）定义为组分j的偏摩尔自由能；,（二）、水的化学势与水势1.水的化学势：温度、压力及物质数量一定时，体系中1mol水分的自由能；判断水分参加化学反应的本领或移动的方向和限
4、度。2.偏摩尔体积：在恒温恒压，其他组分浓度不变情况下，混合体系中1mol该物质所占据有效体积；3.水势：相同温度压力下,系统中偏摩尔体积水的化学势与纯水的化学势之间的差。,（三）、细胞渗透作用与系统（1）.组成：原生质膜与胞外溶液；（2）.渗透作用：水分从水势高的体系经半透膜向水势低的体系移动的现象；,2.质壁分离及其复原：（1）质壁分离及其复原的现象证明植物细胞是一个渗透系统；（2）可以解决下列问题确定细胞是否存活；测定细胞的渗透势；观察物质透过原生质层的难易程度，辨别原生质黏度；,（四）.植物细胞的水势构成w=p+m+s1.s（渗透势）：由于溶质颗粒存在而使得水势降低的值；s = =-i
5、cRT2.p（压力势）：压力势：由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值；正值3.m（衬质势）： 细胞内亲水性物质(例如淀粉、蛋白质和纤维素等） 的存在而引起体系水势降低值；,3. g is the gravitational potential（重力势） 重力势是指由于高度的存在而使水势增加的值。规定海平面上的重力势为0，则10米高的水其水势为gh=0.1MPa,从实验室角度出发，重力势比较小因而认为可以忽略。,4.细胞水势与细胞体积的关系成熟细胞水势w（负值）=p（正值）+（负值）w 外，细胞失水,w外:细胞失水，初始质壁分离时()，p0，ws，细胞相对体积为1。w外;细胞相对体积外，
6、细胞失水; w淀粉纤维素,3. 细胞代谢性吸水利用细胞呼吸释放出的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程，与相关呼吸代谢强度；,三、水势的应用,水势判断水分迁移的方向1)相邻细胞的水分转移；2)植物体内的水分转移；3)植株地上部分、根系；,作业题： 设一个细胞的为-0.8Mpa，将其放入为-0.3Mpa的溶液中，试问细胞的压力势为何值时，才发生如下三种变化？（1）细胞体积减小；（2）细胞体积增大；（3）细胞体积不变。,一、根部吸水区域与途径（一）根毛区域 根尖根毛区？,第三节、植物根系对水分的吸收,（二）.根系吸水的途径1.质外体途径：水分经胞壁和细胞间隙移动，不越膜，移动快2.共质体途径：水分依
7、次从一个细胞经胞间连丝进入另一细胞3.跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，经两次膜。主要方式：水分子（直接越膜、水孔蛋白）；,（一）根压：由于植物根系的生理活动而使液流从根部沿导管上升的压力。主动吸水1.根压产生（1）离子共质体运输至导管；（2）内皮层以内质外体渗透势降低；（3）内皮层以外的质外体水势较高；2.根压表现：伤流和吐水,二. 根系吸水的动力,（二）蒸腾拉力：由于蒸腾作用产生的系列水势梯度使导管中水分上升的力量。被动吸水,四.影响根系吸水因素1.土壤中可利用的水分2.通气状况（O2、CO2）A、缺O2，呼吸减弱，影响根压；B、长时间无氧呼吸，根系中毒；3.温度：低温和高温均抑制
8、根系吸水。4.土壤溶液浓度（合理施肥）施肥过多产生“烧苗”现象。,第四节、植物的蒸腾作用,一. 概念与意义 1.概念：水分以气态方式从植物体的表面向外界散失的过程。2.意义：蒸腾拉力；促进木质部物质运输；降低植物体的温度；有利于CO的同化；,二.蒸腾作用的部位与方式枝、果皮孔蒸腾叶片角质层蒸腾、 气孔蒸腾,三.气孔蒸腾（一）气孔的组成：保卫细胞的结构特点：（1）体积小，叶绿体少；（2）细胞壁不均匀加厚，外壁薄而内壁厚，且有微纤丝连接；（3）淀粉体：白天减少而夜晚增多；,（二）、气孔运动的机制：1.淀粉糖互变：2.钾离子学说（无机离子泵）：3.苹果酸代谢学说；,1.淀粉糖互变:,光保卫细胞（光合
9、作用）ATP驱动质膜的K+/H+泵H+泵出保卫细胞，K+泵入保卫细胞保卫细胞K+浓度增大，水势降低，气孔张开。,2.钾离子吸收：,光下，CO2浓度降低，PH升高，淀粉水解为葡萄糖，经EMP成为PEP；PEP、CO2由PEP羧化酶（PH8.0-8.5）催化生成OAA，苹果酸脱氢酶作用下OAA还原为MAL，MAL进入液泡，水势降低气孔张开。,3.苹果酸代谢学说,（三）影响气孔运动的因素,1.光-红光、蓝光；2.二氧化碳-低浓度促进，高浓度抑制；3.温度：25以上气孔开度最大，30-35时开度减小；4.水分-干旱、水涝；5.植物激素-ABA（关闭）、CTK（开放）；,(四)、影响蒸腾作用的因素 扩散
10、力 蒸腾速率 = 扩散阻力 气孔下腔蒸气压-大气蒸气压 = 气孔阻力 + 扩散层阻力,（一）、内部因素1.气孔频度（气孔数/cm2）2.气孔大小3.气孔开度（二）、 外部因素1.光照2.空气相对湿度3.温度4.风速,(五).蒸腾作用的表示方法,1）蒸腾速率（蒸腾强度）：植物在单位时间内，单位面积通过蒸腾作用而散失的水分量。（克平方分米小时）2）蒸腾比率：植物每消耗l公斤水时所形成的干物质重量（克）。3）蒸腾系数（需水量）：植物制造1克干物质所需的水分量（克）。它是蒸腾比率的倒数。,1.水分运输途径:2.水分运输速度:导管运输速度3-45m/h。,第五节、植物体内水分的运输,3.水分沿导管或管胞
11、上升动力 蒸腾-内聚力-张力学说（简称内聚力学说）：要点：叶片因蒸腾失水而从导管或管胞吸水，使导管或管胞的水柱产生张力，由于水分子内聚力大于张力，保证水柱的连续而使水分不断上升。,第六节、合理灌溉的生理基础,一、作物的需水规律1、不同作物需水量不同 C3植物比C4植物多12倍2、同一作物不同生育期需要的水量不同 水分临界期：植物对水分不足最敏感、最易受害的时期。小麦 ：孕穗期和开始灌浆乳熟末期豆类、花生：开花期果树：开花一果实生长初期,二、合理灌溉的指标1、形态指标：生长速率下降；幼叶凋萎；茎叶变红2、生理指标： 叶片水势、细胞液浓度或渗透势、气孔开度；,三、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）。,
