植物水分生理课稿.docx
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植物水分生理课稿
1.植物的水分代谢:
植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。
2.植物的含水量:
1)、不同植物的含水量不同
2)、同一植物在不同生长环境其含水量不同
3)、同一植株的不同器官、组织含水量不同
3.植物体内水分存在的状态:
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。
4.溶胶(sol)与凝胶(gel):
由于细胞内水分含量不同,原生质的状态也有两种状态:
溶胶状态与凝胶状态。
水分含量高时,自由水含量高,原生质胶体呈溶液状态--溶胶状态。
反之,失去流动性,呈近似固体状态--凝胶状态
5.正常代谢的组织原生质呈溶胶状态;代谢弱的干种子,原生质呈凝胶状态。
6.水分在植物生命活动中的作用:
1)水分是细胞质的主要成分
2)水分是代谢作用过程的反应物质
3)水分是植物对物质吸收和运输的溶剂
4)水分能保持植物的固有姿态
5)水的某些理化性质也有利于植物的生命活动,高的比热和气化热,有利于调节植物体的温度。
7.植物细胞吸水主要有3种方式:
1)未形成液泡的细胞,靠吸胀作用吸水
2)液泡形成以后,细胞主要靠渗透性吸水;
3)另外还靠与渗透作用无关的代谢性吸水;
在这3种方式中,以渗透性吸水为主。
8.吸胀吸水,渗透性吸水,代谢性吸水。
吸胀吸水:
细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起的对水分的吸收
渗透性吸水:
依靠液泡的渗透性吸水,是主要吸水方式。
代谢性吸水:
直接消耗能量使水分子经过原生质膜进入细胞。
消耗能量的主动性吸水。
9.扩散,集流,渗透
扩散自发过程,指由于分子热运动造成的物种从浓度高的区域向浓低的区域移动,扩散式物质顺浓度梯度进行的。
集流是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动
1)植物体内随水流发生的溶质的大量运输。
2)植物体内水流自根部向叶部的流动过程。
渗透:
溶剂分子通过半透膜而移动的现象。
物质顺水势梯度作用下的移动。
10.物质能量。
1)束缚能:
不能用于做有用功的能量。
2)自由能:
在恒温、恒压条件下能够作功的那部分能量。
11.化学势(μ):
每偏摩尔物质所具有的自由能。
用希腊字母μ表示。
可用来描述体系中组分发生化学反应的本领及转移的潜在能力。
如果物质带电荷或电势不为零时的化学势称为电化学势。
物质总是从化学势高的地方自发地转移到化学势低的地方,而化学势相等时,则呈现动态平衡
12.水势:
每偏摩尔体积水的化学势。
就是说,水溶液的化学势与同温、同压、同一系统中的纯水的化学势之差,除以水的偏摩尔体积所得的商,称为水势。
13.偏摩尔体积:
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。
(m3·mol-1)
14.水势单位
兆帕(MPa)1Mpa=106Pa1bar(巴)=0.1MPa=0.987atm(大气压)
1标准atm=1.013×105Pa=1.013bar
15.化学势转化为水势:
化学势是能量概念,单位为J/mol[J=N(牛顿)·m],
偏摩尔体积的单位为m3/mol,
两者相除并化简,得N/m2,成为压力单位帕Pa,这样就把以能量为单位的化学势转化为以压力为单位的水势。
16.纯水的水势定为零,溶液的水势就成负值。
溶液越浓,水势越低。
水分移动需要能量。
水分从水势高的向水势低的移动。
17.渗透作用:
水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。
(细胞壁,原生质膜)
18.细胞的水势:
Ψw=ψπ+ψp+ψg+ψm
1)渗透势ψπ:
亦称溶质势,是由于溶质颗粒的存在而降低的水势值。
是负值。
2)压力势ψp:
指由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值。
是正值。
3)衬质势ψm细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起水势降低的值,是负值。
4)重力势ψg:
水分因重力下移与相反力量相等时的力量,它是增加水分自由能,提高水势的值,为正值。
ψπ
19.未形成液泡的细胞具有一定的衬质势,干燥种子的ψm可达-100MPa,干燥种子的水势ψw=ψm
已形成液泡的细胞,其衬质势只有-0.01MPa左右,只占整个水势的微小部分,通常省略不计。
Ψw=ψs+ψp
20.质壁分离和质壁分离复原现象就可证明植物细胞是一个渗透系统。
细胞初始质壁分离时:
ψp=0ψw=ψπ
充分饱和的细胞:
ψw=0ψπ=-ψp
蒸腾剧烈时:
ψp<0ψw<ψπ
21.亲水性:
蛋白质>淀粉>纤维素
22.细胞在形成液泡之前的吸水主要靠吸胀作用。
吸胀作用的大小就是衬质势的大小
23.代谢性吸水:
植物细胞利用呼吸作用产生的能量使水分经过质膜进入细胞的过程。
代谢性吸水只占吸水量的很少一部分。
24.水分在细胞膜系统内移动的途径有2种:
1)单个水分子通过膜脂双分子层的间隙或通过水通道进入细胞;
2)水集流通过质膜上水孔蛋白中的水通道进入细胞。
25.水孔蛋白是一类具有选择性、高效转运水分的膜通道蛋白
26.植物根部吸水的区域:
主要在根尖10cm。
包括根冠、根毛区、伸长区和分生区,根毛区的吸水能力最大。
1)根毛区有许多根毛,增大了吸收面积
2)根毛细胞壁的外部由果胶质组成,粘性强,亲水性也强,利于与土壤颗粒粘着和吸水;
3)根毛区的输导组织发达,对水分移动的阻力小。
27.根系吸水的途径:
1)质外体途径:
水分通过细胞壁、细胞间隙等没有原生质的部分移动,移动速度快。
2)共质体途径:
是指水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝,移动到另一个细胞的细胞质。
移动速度较慢。
28.内皮层细胞壁上的凯氏带:
植物内皮层细胞径向壁和横向壁的带状增厚部分。
水分只能通过内皮层的原生质体。
即进入共质体
29.植物根系吸水主要依靠2种方式:
1)主动吸水:
由根系的生理活动而引起。
动力是根压
2)被动吸水:
由蒸腾作用所引起。
动力是蒸腾拉力(主)
30.植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力,称为根压。
31.伤流,吐水
伤流:
从植物茎的基部把茎切断,由于根压作用,切口不久即流出液滴,这种现象称为伤流
吐水:
没有受伤的植物如处于土壤水分充足、天气潮湿的环境中,叶片尖端或边缘也有液体外泌的现象
伤流和吐水现象是由根压所引起的
伤流液的数量和成分,可作为根系活动能力强弱的指标。
32.根压产生的机理主要有2种解释。
1)渗透理论:
根部导管四周的活细胞由于新陈代谢,不断向导管分泌无机盐和有机物,导管的水势下降,而附近活细胞的水势较高,所以水分不断流入导管。
2)代谢理论:
认为呼吸释放的能量参与根系的吸水过程。
33.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。
是由枝叶形成的力量传到根部而引起的被动吸水
34.影响根系吸水的土壤条件:
1)土壤中可用水分2)土壤通气状况
3)土壤温度4)土壤溶液浓度
35,植物吸收的水分散失方式:
1)以液体状态散失到体外(吐水现象)
2)以气体状态散逸到体外(蒸腾作用)(主要方式)
36.蒸腾作用:
是指水分以气体状态,通过植物体的表面(主要是叶子),从体内散失到体外的现象。
37.蒸腾作用的生理意义:
1)是植物水分吸收和运输的主要动力
2)促进木质部汁液中物质的运输
3)能够降低叶片的温度。
(1g水变成水蒸气需要吸收的能量)
4)有利于气体交换。
有利于光合作用的进行。
38.小孔扩散定律:
水蒸气通过气孔扩散的速率,不与小孔的面积成正比而与小孔的周长成正比。
39.气孔运动:
白天开放,晚上关闭。
40.气孔运动的机理:
1)淀粉—糖转化学说2)无机离子泵学说3)苹果酸代谢学说
41.影响气孔运动的因素:
1)光照:
光照——张开黑暗——关闭景天科植物例外。
2)温度:
上升——气孔开度增大10℃以下小,30℃最大,35℃以上变小
3)CO2:
低浓度——促进张开高浓度——迅速关闭
4)水分:
水分胁迫——气孔开度减小
42.整个植物体内的运输途径:
土壤溶液→根毛→根皮层薄壁细胞→根内皮层→根中柱鞘→根导管→茎导管→叶柄导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气。
土壤一植物一大气之间水分具有连续性。
43.水分沿导管或管胞上升的动力有2种:
根压,蒸腾拉力.
水柱连续性——内聚力学说(蒸腾—内聚力—张力学说)
44.水分沿导管或管胞上升的机制
内聚力:
相同分子之间有相互吸引的力量。
水分子的内聚力很大,20MPa以上。
上拉下拖使水柱产生张力。
木质部水柱张力为0.5~3MPa
水分子内聚力大于水柱张力,故可使水柱连续不断。
水分子与细胞壁分子之间又具有强大的附着力,所以水柱中断的机会很小。
45.水分运输的速度:
水流经过原生质的速度:
10-3cm/h
在木质部导管运输速度:
3~45m/h
裸子植物管胞水流速度慢,<0.6m/h
同一枝条,被太阳直接照射时快。
同一植株,白天快于晚上。
46.作物的需水规律:
1)不同作物对水分的需要量不同
2)同一作物不同生育期对水分的需要量不同
3)作物的水分临界期
47.水分临界期是指植物在生命周期中,对水分缺乏最敏感、最易受害的时期。
48.小麦一生中对水分的需要大致可分为四个时期:
1).种子萌发到分蘖前期,消耗水不多;
2).分蘖末期到抽穗期,消耗水最多;
3).抽穗到乳熟末期,消耗水较多,缺水会严重减产;
4).乳熟末期到完熟期,消耗水较少。
如此时供水过多,反而会使小麦贪青迟熟,籽粒含水量增高,影响品质
49.作物是否需要灌溉可依据气候特点、土壤墒情、作物的形态、生理性状和指标加以判断。
50.合理灌溉指标:
1)土壤指标:
一般来说,适宜作物正常生长发育的根系活动层(0~90cm),其土壤含水量为田间持水量的60%~80%,如果低于此含水量时,应及时进行灌溉。
2)形态指标:
作物缺水的形态表现为,幼嫩的茎叶在中午前后易发生萎蔫;生长速度下降;叶、茎颜色由于生长缓慢,叶绿素浓度相对增大,而呈暗绿色;茎、叶颜色有时变红,这是因为干旱时碳水化合物的分解大于合成,细胞中积累较多的可溶性糖,形成较多的花色素,而花色素在弱酸条件下呈红色的缘故。
从缺水到引起作物形态变化有一个滞后期,当形态上出现上述缺水症状时,生理上已经受到一定程度的伤害了。
3)生理指标:
生理指标可以比形态指标更及时、更灵敏地反映植物体的水分状况。
植物叶片的细胞汁液浓度、渗透势、水势和气孔开度等均可作为灌溉的生理指标。
植株在缺水时,叶片是反映植株生理变化最敏感的部位,叶片水势下降,细胞汁液浓度升高,溶质势下降,气孔开度减小,甚至关闭。
当有关生理指标达到临界值时,就应及时进行灌溉。
例如棉花花铃期,倒数第4片功能叶的水势值达到-1.4MPa时就应灌溉。
不同作物的灌溉生理指标的临界值。
51.灌溉的方法。
1)喷灌就是借助动力设备把水喷到空中成水滴降落到植物和土壤上。
2)滴灌(是通过埋入地下或设置于地面的塑料管网络,将水分输送到作物根系周围,水分(也可添加营养物质)从管上的小孔缓慢地滴出,让作物根系经常处于保持在良好的水分、空气、营养状态下。