《植物生理學(xué)》PPT課件.ppt

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1、第一章 植物的水分生理,,第一篇 植物的物質(zhì)生產(chǎn)和光能利用,本章重點和難點：,一、植物細(xì)胞對水分的吸收； 二、蒸騰作用與氣孔開關(guān)機(jī)理； 三、灌溉與農(nóng)業(yè)。,第一節(jié)植物對水分的需要,一、植物的含水量 1. 不同植物含水量不同,水生中生旱生,2 .同種植物生長在不同的環(huán)境中，其含水量也有差異。 3. 同一植株不同器官、組織含水量不同 根尖、幼苗：60-90% ，樹干：40-50% ，干種子：10-14%,新生旺盛衰老成熟,4. 同一器官不同生長期，含水量也不同,前期后期,二、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài),自由水,束縛水,蛋白質(zhì)親水膠粒,植物體內(nèi)不被親水膠粒吸附，可以自由移動，可起溶劑作用的水分

2、。,植物體內(nèi)吸附在親水膠粒周圍或被困于大分子空間中，不能自由移動的水分。,水分在植物細(xì)胞內(nèi)的存在狀態(tài)常呈兩種: 束縛水和自由水 1 束縛水( bound water) : 是指靠近原生質(zhì)膠體微粒并被膠粒吸附 束縛而不易流動的水分。 產(chǎn)生原因: 原生質(zhì)是一個由蛋白質(zhì)大分子溶液形成的膠體系統(tǒng)，而 蛋白質(zhì)由氨基酸組成， H R C COOH 疏水基(在分子內(nèi)部) NH2 親水基(在外部) 原生質(zhì)膠體微粒具有顯著的親水性，其表面吸引著很多水分子，形成一層很厚的水層。水分子距離膠粒越近，吸附力越強(qiáng)。,,,,,,,,,

3、,,,,自由水，參與各種代謝作用，其數(shù)量制約著植物的代謝強(qiáng)度，它的含量越大，代謝越旺盛。 束縛水，不參與代謝作用，但與植物的抗性大小密切相關(guān)。,2 自由水( free water) : 是指距離原生質(zhì)膠體微粒較 遠(yuǎn)而可以自由流動的水分。,1、水分是細(xì)胞質(zhì)的主要成分 2、水分是代謝過程的反應(yīng)物質(zhì) 3、水分是植物對物質(zhì)吸收和運(yùn)輸?shù)娜軇?4、水分能保持植物的固有的姿態(tài),三、水分在植物生命活動中的作用,第二節(jié)植物細(xì)胞對水分的吸收,在植物的生命活動中，植物不斷的從環(huán)境中吸收水分，也不斷的向環(huán)境中散失水分。植物是如何從環(huán)境中吸收水分的呢？,細(xì)胞吸水主要有三種方式,一、擴(kuò)散 二、集流 三

4、、滲透作用,一、擴(kuò)散:以濃度為動力,物質(zhì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域移動的現(xiàn)象。,適合短距離遷移，水分子通過膜質(zhì)雙分子層進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)屬于擴(kuò)散。,二、集流：液體中成群的原子或分子在壓力梯度作用下共同移動。,,適合水分長距離運(yùn)輸，如水分在木質(zhì)部中遠(yuǎn)程運(yùn)輸,三、滲透作用（以壓力和濃度兩者為動力）,蔗糖溶液,水,,經(jīng)過一段時間,,壓力（水勢）,,半透膜,,液面上升,水分從水勢高的系統(tǒng)通過半透膜向水勢低的系統(tǒng)移動的現(xiàn)象。,,1植物細(xì)胞是一個滲透系統(tǒng)：質(zhì)膜和液泡膜都是半透膜，同細(xì)胞質(zhì)和胞外環(huán)境組成了滲透系統(tǒng),三、滲透作用,細(xì)胞壁主要由纖維素分子組成，是一個水和溶質(zhì)都可通過的透性膜。,可解決下列問題: 說明原

5、生質(zhì)是半透膜 判斷細(xì)胞死活 測細(xì)胞滲透勢,質(zhì)壁分離附原件實驗,2. 水勢：溶液中每偏摩爾體積水的化學(xué)勢差。它是水分轉(zhuǎn)移本領(lǐng)大小的指標(biāo)。 w=(w-w )/ w =w/w 水溶液的化學(xué)勢 純水的化學(xué)勢 水的偏摩爾體積,三、滲透作用,,,,偏摩爾體積：1mol水中加入1mol某溶液后，該1mol水所占的有效體積。,3.細(xì)胞水勢組成：w = s + P + m+g 滲透勢 壓力勢 襯質(zhì)勢 重力勢 滲透勢：就是溶液的水勢，是由于溶質(zhì)顆粒的存在降低了水的自由能， 其水勢低于 純水的水勢。 壓力勢：指由于細(xì)胞壁的存在產(chǎn)生壓力而使細(xì)胞增加的水勢。 襯質(zhì)勢：是細(xì)胞膠體

6、物質(zhì)親水性和毛細(xì)管對自由水束縛而引起水勢降低 的值。 重力勢：是水分因重力下移而增加細(xì)胞水分自由能。,三、滲透作用,,,,,不同類型細(xì)胞的水勢組成 A. 分生組織：w=s +p+m B. 成熟細(xì)胞：w= s +p 成熟細(xì)胞指已形成中央大液泡的細(xì)胞，這種細(xì)胞原生質(zhì)被擠壓為一薄層，因此，襯質(zhì)勢（m）很小忽略。 C.風(fēng)干種子細(xì)胞的水勢：w=m 風(fēng)干種子細(xì)胞原生質(zhì)處于凝膠狀態(tài)，沒有溶液，即沒有滲透勢；膜失去彈性，也沒有壓力勢，只有襯質(zhì)勢。,三、滲透作用,水勢的應(yīng)用,水分總是由水勢高的部位向水勢低的部位運(yùn)轉(zhuǎn)，故水勢可用于判斷水分遷移的方向。如： 1）相鄰細(xì)胞的水分轉(zhuǎn)移：水分由水勢高的細(xì)

7、胞沿水勢梯度流向水勢低的細(xì)胞；當(dāng)多細(xì)胞連在一起時，依細(xì)胞水勢高低順次排列，形成一個水勢梯度，水分便由水勢高處流向水勢低處。 2）植物體內(nèi)的水分轉(zhuǎn)移：植株地上部分的水勢低于根系，故根系水分可向地上部分運(yùn)轉(zhuǎn)。 3）土壤-植物體-大氣連續(xù)體系的水分轉(zhuǎn)移：水勢從高到低的順序是：土壤-根系-葉片-大氣，水分也按此順序遷移。,一、根系吸水區(qū)域 根系是陸生植物吸水的主要器官，根的吸水主要在根尖進(jìn)行。在根尖中，以根毛區(qū)的吸水能力最大，這是由于： 根毛區(qū)根毛較多，使吸水面積增大； 根毛細(xì)胞的外部由果膠質(zhì)組成，粘性強(qiáng)，親水性也強(qiáng)； 根毛區(qū)輸導(dǎo)組織發(fā)達(dá)，對水分移動的阻力小。,第三節(jié)植物根系對水分的吸收,,,,

8、根毛區(qū),伸長區(qū),分生區(qū),二、根系吸水的途徑,質(zhì)外體途徑：apoplast pathway 水分通過細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙等擴(kuò)散到植物體內(nèi)部，速度快。 跨膜途徑：transmembrane pathway 水分從一個細(xì)胞移動到另一個細(xì)胞，要兩次經(jīng)過質(zhì)膜，故稱跨膜途徑（P15圖1-6） 。 共質(zhì)體途徑：symplast pathway 水分從一個細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)經(jīng)過胞間連絲，移動到另一個細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)，移動速度較慢。,二、根系吸水的途徑,細(xì)胞途徑,質(zhì)外體途徑,兩種：根壓和蒸騰拉力 1. 根壓：是指植物根系的生理活動使液流從根部上升的壓力（葉片未展開時，是主要動力）。,三、根系吸水的動力,傷流,吐水,證明根壓存

9、在的兩種現(xiàn)象：,2. 蒸騰拉力(主要動力) 在蒸騰作用中，首先是氣孔下腔細(xì)胞失水，水勢降低，它就向相鄰細(xì)胞吸水，使相鄰細(xì)胞水勢降低，這種水勢降低作用通過一個個細(xì)胞傳遞到木質(zhì)部導(dǎo)管，使導(dǎo)管水勢降低，導(dǎo)管向根系吸水，使根系水勢降低，產(chǎn)生吸水力。,三、根系吸水的動力,通常植物的吸水主要由蒸騰拉力引起, 只有春季時植物葉片未展開時, 蒸騰速率很低的植物,根壓才成為主要吸水動力.,四 影響根系吸水的外界條件, 土壤中的可用水( available water ) 根部有吸水能力, 土壤有保水能力 土壤中的可用水與土粒粗細(xì)以及土壤膠體數(shù)量密切相關(guān) 粗砂、細(xì)砂、砂壤、壤土和粘土的可用水?dāng)?shù)量依次遞減., 土

10、壤通氣狀況 試驗: 用CO2處理根部, 可使幼苗的吸水減低 若通以空氣, 則吸水量增加. 土壤通氣不良會使根系吸水量減少, 這是因為: 土壤缺乏氧氣和CO2濃度過高, 短期內(nèi)可使細(xì)胞呼吸減弱, 影響根壓, 阻礙吸水; 若時間較長, 就會形成無氧呼吸, 產(chǎn)生和積累較多的酒精, 根系中毒受傷, 吸水更少. 不同植物對土壤通氣不良的忍受能力差異很大, 如 水稻、蘆葦?shù)仍谒诛柡偷耐寥乐? 生長發(fā)育正常進(jìn)行 而番茄和煙草則會萎蔫甚至死亡., 土壤溫度 低溫能降低根系的吸水速率, 但溫度過高對根系吸水也不利 低溫：水和原生質(zhì)粘度增加，水?dāng)U散速率下降，不易通過原生質(zhì)；呼吸作用減弱，影

11、響主動吸水；根系生長緩慢，有礙吸水表面的增加。 高溫：根易木栓化，導(dǎo)水性下降。, 土壤溶液的濃度 土壤溶液中含有一定的鹽分, 具有水勢，根系細(xì)胞水勢必須低于土壤溶液的水勢，才能從土壤中吸水。 化肥施用過量或過于集中時，可使土壤溶液濃度突然升高，阻礙根系吸水，產(chǎn)生燒苗現(xiàn)象。,水 土壤溶液 根毛 皮層薄壁細(xì)胞 木質(zhì)部的導(dǎo)管和管胞 向上運(yùn)輸?shù)角o木質(zhì) 葉木質(zhì)部 葉肉細(xì)胞 氣孔下腔 氣孔 大氣,,,,,,,,,,,五 植物體內(nèi)水分的運(yùn)輸途徑,水分在木質(zhì)部的長距離運(yùn)輸要比薄壁細(xì)胞快得多，為3-45cm/h,散失方式： 1)以液體狀態(tài)散失到體外（吐水現(xiàn)象） 2

12、)以氣體狀態(tài)散逸到體外（蒸騰作用） 主要方式,植物吸收的水分,用于代謝,散失,15,95%99%,,,,,蒸騰作用（transpiration）：水分以氣態(tài)方式從植物體的表面散失的過程。 1 生理意義： a.水分吸收和運(yùn)輸?shù)闹饕獎恿?b.是礦質(zhì)元素和有機(jī)物運(yùn)輸?shù)膭恿?c.降低葉溫,第四節(jié)蒸騰作用,一、蒸騰作用的生理意義和部位,2 蒸騰作用的指標(biāo),1 蒸騰速率: 是指植物在單位時間內(nèi)單位葉面積上蒸騰散失的水分, 又稱蒸騰強(qiáng)度. 2 蒸騰比率: 是指植物蒸騰1kg水時所形成的干物質(zhì)的質(zhì)量(g)。 3 蒸騰系數(shù): 是指植物制造1g干物質(zhì)所需水分(g), 是蒸騰

13、比率的倒數(shù).,3 蒸騰作用發(fā)生部位 幼小植株：地上全部表面 長大植株：莖枝表面形成木栓，這時莖枝上的皮孔可以蒸騰，我們稱之為皮孔蒸騰，但量甚微；絕大部分在 葉片 上進(jìn)行 葉片的蒸騰作用有兩種方式, 即角質(zhì)蒸騰(5-10%)和氣孔蒸騰.氣孔蒸騰為只要形式。,二、氣孔蒸騰,氣孔是氣體和水分交換的主要通道。是植物葉片表皮組織的小孔，由成對的保衛(wèi)細(xì)胞、副衛(wèi)細(xì)胞或鄰近細(xì)胞組成，構(gòu)成氣孔復(fù)合體。 1. 氣孔的結(jié)構(gòu)與特點 A.結(jié)構(gòu)： B.特點：保衛(wèi)細(xì)胞壁有伸縮性，細(xì)胞體積能可逆性增大； 內(nèi)外壁厚度不同，并有纖維絲與胞壁相連。,雙子葉半月形,單子葉啞鈴形,2. 氣孔的運(yùn)動及機(jī)制 氣孔的運(yùn)動,,,吸水,失

14、水,單子葉植物,,,吸水,失水,雙子葉植物,影響氣孔運(yùn)動的因素：光、溫度、co2,氣孔運(yùn)動機(jī)制 A.淀粉糖互變學(xué)說,,光合,CO2減少,PH升高,淀粉磷酸化酶,淀粉,葡萄糖,水勢降低,,,,,白天,,,吸水,氣孔開放,,淀粉 葡萄糖,,PH=7,,PH=5,關(guān)鍵：淀粉磷酸化酶的雙重催化作用,氣孔運(yùn)動機(jī)制 A.淀粉糖互 變學(xué)說,,光合停止,CO2增加,PH降低,淀粉磷酸化酶,葡萄糖,水勢升高,,,,,黒夜,淀粉,,,失水,,氣孔關(guān)閉,氣孔運(yùn)動機(jī)制 B.K+離子泵學(xué)說,,ATP質(zhì)子泵分解ATP,,細(xì)胞內(nèi)K增多,,水勢降低,氣孔開放,,光合,,ATP增加,,白天,,胞外H+增加,,K內(nèi)流通道開

15、放,H+泵出,氣孔運(yùn)動機(jī)制 B.k+離子泵學(xué)說,,黑夜,光合停止,,ATP減少,質(zhì)子泵關(guān)閉,,細(xì)胞內(nèi)K減少,,水勢增加,氣孔關(guān)閉,,,,胞內(nèi)H+增加,,K外流通道開放,二、氣孔運(yùn)動機(jī)理圖解-蘋果酸代謝學(xué)說,三、影響蒸騰的因素,1. 外界因素,,1）光照,,,,葉溫升高,,內(nèi)外蒸汽壓增大,,蒸騰加快,氣孔開放,,氣孔阻力變小,,蒸騰加快,2）空氣濕度,增強(qiáng),,增大,內(nèi)外蒸汽壓變小,,蒸騰變慢,3）溫度,,升高,內(nèi)外蒸汽壓增大,,蒸騰加快,4）風(fēng),,,,,微風(fēng),內(nèi)外蒸汽壓增大,,蒸騰加快,強(qiáng)風(fēng),氣孔關(guān)閉,,蒸騰變慢,2內(nèi)部因素 氣孔頻度: 既單位葉面積上的氣孔數(shù) 氣孔大小: 孔徑大, 則內(nèi)

16、部阻力小, 蒸騰就快 葉面積和葉面內(nèi)部面積：指內(nèi)部暴漏的面積，指細(xì)胞間隙的面積,第六節(jié) 合理灌溉的生理基礎(chǔ),一作物的需水規(guī)律 1 、不同作物對水分的需要量不同 2、 同一作物不同生育期對水分的需要量不同 以小麥為例, 分析作物在不同生長發(fā)育時期對水分的需要: 萌芽 分蘗期 抽穗期 開始灌漿 乳熟末期 完熟期,,,,,,3 、作物的水分臨界期: 是指植物在生命周期中對水分缺 乏 最敏感 、最易受害的時期.,二 合理灌溉的指標(biāo),1 形態(tài)指標(biāo) 莖葉萎蔫變形 、 莖葉變色 2 生理指標(biāo) 葉片細(xì)胞汁液的濃度、 滲透勢、 水勢和氣孔開度等,,三 灌溉的方法 1 溝渠排灌 2 噴灌: 利用噴灌設(shè)備將水噴到作物的上空成霧狀,再落到作物或土壤中. 3 滴灌: 在地上或地表裝上管道網(wǎng)絡(luò),讓水分定時定量地流出到作物根系或其它器官附近.,作業(yè) 1 簡述水分在植物生命活動中的作用? 2 植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)有哪些, 它們與代謝關(guān)系如何? 3 水分進(jìn)入細(xì)胞的途徑有哪幾種? 4 蒸騰作用有什么生理意義? 5 氣孔的結(jié)構(gòu)及生理特點有哪些? 6 氣孔開關(guān)機(jī)理的假說有哪些, 并加以簡要說明.,