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植物的水分代谢 PPT课件

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第一章植物的水分代谢

第一章植物的水分代谢


第二节 植物细胞对水分的吸收
一、 5.相邻细胞水分移动的规律： 水分总是从水势高的部位向
水势低的部位流动。
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、 细胞吸水的方式：
方式
渗透吸水 吸胀吸水
代谢吸水
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、 细胞吸水的方式：
1.渗透吸水：由于ψw的下降而引起 细胞吸水。是含有液泡的细胞吸水 的主要方式。
当外界溶液浓度小于细胞液浓度时 （低渗溶液），细胞发生质壁分离复原。
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、 细胞吸水的方式：
2.吸胀吸水：依赖于低的ψm而引起的吸 水。是无液泡的分生组织和干燥种子细 胞的主要吸水方式。
原理：淀粉、纤维素和蛋白质这些亲
水性物质吸水而膨胀。
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、 细胞吸水的方式： 3. 降 压 吸 水 ： 由 ψp 的 降 低 而 引 发的细胞吸水。蒸腾过旺盛时， 可能导致的细胞吸水方式。
第一章
植物的水分代谢
目的要求：
通过本章学习，主要了解植物对水分的 吸收、运输及蒸腾的基本原理，认识维持植 物水分平衡的重要性，为作物合理灌溉提供 理论基础。
本章重点： 1.植物细胞和根系对水分吸收机制。 2.植物蒸腾作用的调控、气孔运动机
制及其调控。
水是植物的一个重要的先天环境 条件,没有水就没有生命,也就没有植 物。植物的水分代谢包括：
水水 水 水 分分 分 分 的的 的 的 吸运 利 散 收输 用 失
第一节 水分在植物生命活动中的重要性
一、植物的含水量 植物的含水量一般占组织鲜重的70%~90%。它
随植物种类、植物组织以及外界环境条件而变化。 1、 不同植物：
水生植物：在90%以上； 中生植物：70% ~ 90%； 旱生植物：低于中生植物； 地衣：6%。 2、同一植物生长在不同环境中,含水量有差异。 3、不同发育时期、不同器官和组织中，含水量不同。
植物生理学课件第二章植物的水分代谢

植物生理学课件第二章植物的水分代谢

d.当细胞强烈蒸腾时，压力势是负值 （图中虚线部分），失水越多，压力 势越负。在这种情况下，水势低于渗 透势。
植物细胞水势组成的几种情况（总结）
1. 对于植物分生细胞，ψW＝ψS＋ψP ＋ ψm 2. 对于成熟的植物细胞，由于ψm较小，可忽略不计，ψW＝ ψS＋ψP 3. 当成熟的细胞发生初始质壁分离时，ψP为零，但这时ψS 还未发生变化，ψW＝ψS，这就是用质壁分离法测定细胞渗 透势的基本原理。 4. 当细胞完全吸水膨胀时， ψW = 0，这时 ψS= -ψP 5. 当细胞在开放的溶液中达到动态平衡时，外界溶液的水 势ψW’即为ψS’，ψS’ = ψS＋ψP ， ψP = ψS’- ψS 6. 处在强烈蒸发环境中的细胞ψP 会成负值。
水势单位
在土壤－植物－大气连续体系中水分的移动： MPa
土壤
植物体
大气
（二） 细胞的吸胀吸水
由原生质、细胞壁等亲水物质的吸水而膨胀的
现象叫做吸胀作用。
不同物质吸胀能力的大小与它们的亲水性有关： 蛋白质 > 淀粉 > 纤维素
吸胀力就是一种水势，即衬质势（ψm）。
1.干种子萌发前的吸水就是靠吸胀作用。 干种子由于没有液泡，ψS＝0，ψP＝0，所以ψW＝ψm。 2.分生组织中刚形成的幼嫩细胞，主要也是靠吸胀作用吸 水。 3.植物细胞蒸腾时，失水的细胞壁从原生质体中吸水也是 靠吸胀作用。
第二章 植物的水分生理
一、重点 1.水势 2.植物细胞的渗透吸水 3.气孔运动机理
二、难点 水势概念及气孔运动机理
第一节 水在植物生活中的作用
一、植物体内的含水量及水分存在状态
（一）含水量
1 不同种类植物的含水量不同：
一般绿色植物70%~90%，草本> 木本，水生>陆生。
植物生理学第1章水分生理ppt课件

植物生理学第1章水分生理ppt课件

2019/12/27
本章内容
第一节 植物对水分的需要 第二节 植物细胞对水分的吸收 第三节 植物根系对水分的吸收 第四节 蒸腾作用 第五节 植物体内水分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
2019/12/27
§ 1、植物对水分的需要
1、1植物的含水量
⑴不同植物的含水量不同。
• 水生植物90%；旱生地衣6%，一般植物55~85%
本书内容
• 第一篇 植物的物质生产和光能利用
包括水分生理、矿质营养和光合作用
• 第二篇 植物体内物质和能量的转变
包括呼吸作用、有机物代谢（次生代谢）、有 机物运输。
• 第三篇 植物的生长发育
包括信号转导、生长物质、光形态建成、生长生 理、生殖生理、成熟和衰老、抗性生理。
2019/12/27
• 代谢（metablolism）：是指维持各种生命活动 （如生长、发育、繁殖和运动）过程中化学变化 （包括物质合成、转化和分解）的总称。
•水分通过水孔蛋白迁移 的速度远远大于通过脂 双分子层的速度。
2019/12/27
水分跨膜运输途径示意图（Buchanan et al. 2000） A．水分子通过水孔蛋白形成的水通道
2019/12/27 B．水分子通过膜脂间隙进人细胞
水孔蛋白的结构（依据Buchanan et al. 2000修改）
三、渗透作用（osmosis） 动力为水势梯度。 水势的概念及水的迁移
1、自由能、化学势、水势
1. ）自由能(free energy):体系内可以用于做功的能量。而束缚 能(bound energy)是不能用于做功的能量。
2. ）化学势( chemical potential):指一个体系中，在恒温恒压下 1mol某物质的自由能(偏摩尔自由能)，用μ表示。它衡量物质 反应或做功的能量。规定纯水的化学势为0焦耳/摩尔（N m/mol）。
01 水分代谢[1][1] (PPTminimizer)

01 水分代谢[1][1] (PPTminimizer)


中柱无机 盐和有机 物浓度
根压产生的机理
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。 同样道理，较外层细胞的水分向内移动。因而水分就不断由 水势高的皮层通过渗透作用进入导管，依次向地上部分运 输。这种由于水势梯度引起水分进入中柱后就产生一种静 水压力，即根压。
pi淀粉磷酸化酶ng1pphstarchsugarconversiontheory气孔关闭黑暗保卫细胞呼吸作用产生co细胞内ph淀粉磷酸化酶合成活性g1p合成为淀粉水势提高保卫细胞失水膨压气孔开放光照保卫细胞光合作用消耗co细胞内ph淀粉磷酸化酶水解活性淀粉水解为g1p水势下降保卫细胞吸水膨压保卫细胞气孔开气孔闭外副卫细胞内副卫细胞气孔开放和关闭时的保卫细胞的副卫细胞k和ph变化示意图ph578ph519积累学说气孔开放光照暗保卫细胞光合呼吸作用产生atp和苹果酸质膜atpase水解atp苹果酸解离产生h进入保卫细胞水势下降保卫细胞吸水膨压atpaseatp苹果酸代谢学说光下保卫细胞光合作用co降低ph升高pepc活性增强pepoaa苹果酸胞吸水膨胀气孔打开光照保卫细胞进行呼吸作用光合作用co降低光合磷酸化氧化磷酸化淀粉ph升高水解empatppeppepc苹果酸光活化hatpe糖苹果酸k保卫细胞水势下降排出向周围细胞吸水膨压升高气孔张开气孔运动机理影响光合作用叶子水分状况的因素等均可影响气孔运动
压力的存在而引起的水势增加值。
一般情况下，压力势为正值；
质壁分离时，压力势为零；
剧烈蒸腾时，压力势为负值。
Ψg ：重力势（gravity potential) ,
重力势是水分因重力下移与相反力量相等时的力量。
重力势依赖参与状态下水的高度，水的密度和重力 加速度。 水分在平移时，重力势通常省略不计。
水分代谢PPT培训课件

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细胞吸水的方式：渗透吸水和吸胀吸水
被动吸水：蒸腾作用时水分 从气孔和表皮细胞蒸腾到大 气，Ψw降低；失水的细胞 从邻近的叶肉细胞吸水，近 导管的叶肉细胞向叶脉导管、 茎导管、根导管吸水，最终 从土壤中吸水。
初始质壁分 离时，相对 体积为1， Ψw等于Ψs。 细胞吸水后 体积增大， 细胞液稀释， Ψs增大、 Ψp增大、 Ψw增大，吸 水饱和时体 积1.5，Ψs 与Ψp的绝对 值相等，符 号相反，Ψw 为0，不吸水。
常态
水势、溶质势、压力势与细胞体积的关系
细胞失水时Ψs降低，
Ψp降低，Ψw降低，
失水达质壁分离时(相
1.1.2 植物的含水量
植物的含水量：指植物所含水分的量占鲜重的百 分数。一般植物70%～90%，水生植物90%以上，干 旱植物6%。生命活动旺盛的部位含水量高。 相对含水量(relative water content,RWC)：是植
物实际含水量占水分饱和时含水量的百分率。 RWC(%)＝Wact/Wa
符合中华人民共和国有关权威机构颁布的最新版本的相应标准。
2、经营、管理、行政、党务等部门的优秀青年；
有机酸、色素等降低了水的 此外，还有一些美发沙龙，通过提供一些高低调整椅和洗发按摩椅，令顾客感到舒适，同时播放音乐，提供书报杂志和电视节目，以
及咖啡、茶水等。
5、气体充装员安全职责
自由能，而使细胞水势降低 3、《优秀团员、青年入党积极分子推荐表》一式三份，党支部、团委、团支部各存一份；
2021/12/21
几种化合物水溶液的水势
Hale Waihona Puke 溶液水势 (MPa)
纯水
0
Hoagland(荷格伦特)营养液
-0.05
海水 1mol·L-1蔗糖 1mol·L-1 KCl 土壤水分充足、生长迅速的叶片 土壤干旱、生长缓慢的叶片
植物生理学课件-01水分代谢共115页文档

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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。
水的G(自由能) 1mol水的G
μw △μw= μw - μ˚w
△μw
Ψw ＝ Vw，m
水势（water potential）：用来衡量水分反应 或作功能量的高低，每偏摩尔体积水的化学势差。
偏摩尔体积（partial molal volume） 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m3·mol-1。
6个跨膜螺旋与两个保留的NPA（Asn-Pro-Ala）残基的水孔蛋白的结构
水孔蛋白的生物学意义：
◇快速灵活地调节水孔蛋白的基因表达，调控转录水平， 控制水孔蛋白的合成速度。
◇ 水孔蛋白的活化依靠磷酸化(及脱磷酸化)作用来调节。 如依赖Ca2+的蛋白激酶可使其丝氨酸残基磷酸化，水孔蛋白的 水通道加宽， 水集流通过量增加。如除去此磷酸基团，则水通 道变窄，水集流通过量减少。
农业生产中，水是决定收成有无的重要因素之一， 农谚说：“有收无收在于水，收多收少在于肥”。
1 植物对水分的需要
1 植物的含水量
不同植物含水量不同 水生植物——鲜重的90％以上 地衣、藓类——仅占6％左右 草本植物——70％～85％ 木本植物——稍低于草本植物。 一种植物，不同环境下有差异 荫蔽、潮湿 > 向阳、干燥环境 同一植株中，不同器官、组织不同 根尖、幼苗和绿叶——60％～90％ 树干——40～50％ 休眠芽——40％ 风干种子为8％～14％
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
植物生理学课件植物的水分代谢2

植物生理学课件植物的水分代谢2


蒸腾拉力产生示意图
气
叶
孔
脉
蒸
↑ 茎导管
腾 气
↑
孔
根导管
下
↑
腔
土壤溶液
•
三、影响根系吸水的土壤条件
1、土壤水分和通气状况
土壤中的水分对植物来说，并不是都能被利 用的.土壤永久萎蔫系数以下的水分植物很难利用。
暂时萎焉和永久萎焉 永久萎焉系数：植物刚刚发生永久萎蔫时 的土壤含水量。
2、土壤温度
低温和高温均抑制根系吸水。
调节植物的体温，维持植物小环境的恒 定温度（水的理化性质：高气化热和比 热，较强的导热性）
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、植物细胞吸水方式 扩散 集流 渗透作用
1、扩散(Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ） 2、集流（Ｍａｓｓ ｆｌｏｗ）
水通道；水孔蛋白
• •• •
水通道 ••
•
•
•
•
•
••
•
•
水分子
水分跨膜移动途径示意图
6、影响蒸腾作用的内外因素
第五节 植物体内水分的运输
一、水分运输途径 二、水分沿导管和管胞上升的动力 三、植物体内水分的再分配
一、水分运输途径 土壤 根导管 茎、叶导管 下腔 大气 1、经死细胞运输（木质部） 2、经活细胞运输
二、水分沿导管和管胞上升的动力 蒸腾拉力、根压 蒸腾--内聚力--张力学说
H+
H+ H+ H+
H+
H+ H+
K+
H+
（3）苹果酸生成学说：
PEPase
HCO3- +PEP
OAA
苹果酸脱氢酶
OAA +NADH
关于植物的水分代谢 (3)课件

关于植物的水分代谢 (3)课件

R-气体常数，i-解离系数
压力势(pressure potential, Ψp )：由于细胞壁压力的存在而 引起细胞水势增加的值；一般为正值 衬质势(matrix potential, Ψm)：细胞胶体物质亲水性和毛细 管对自由水的束缚(吸引)而引起的水势降低值；为负值 具有大液泡的细胞，其原生质仅为一薄层，液泡内的大 分子物质很少，且细胞含水量很高， Ψm ≈0，计算时一般 忽略不计。即Ψw =Ψπ + Ψp 不具液泡的细胞，如分生区细胞和风干种子，其水势即 由衬质势构成。即Ψw = Ψm
关于植物的水分代谢 (3)
水是生命的源泉
2011年华北黄淮旱情持续发展
2.5.1 植物细胞对水分的吸收
1. 植物体内水分存在的状态
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)。
植物的水分代谢包括：
水水 水 水 分分 分 分 的的 的 的 吸运 利 散 收输 用 失
水对植物的生理作用 1. 原生质的主要组分 原生质一般含水量在 80%以上 2. 参与植物体内的代谢过程 3. 生化反应和物质吸收、运输的介质 4. 使植物保持固有的姿态 5. 维持细胞的分裂和伸长
水对植物的生态作用
1.调节植物体温 水的汽化热高、比热大。 2.调节生态环境 增加大气湿度、维持土温、 气温的相对稳定等。
纯水的水势最高，并定为零，其他溶液的水势皆为负值
水势的基本单位：帕(Pascle，Pa) 过去曾用大气压(atm)或巴(bar)作为水势单位 换算关系：
1 bar=0.1 MPa=0.987 atm， 或1 atm=1.013×105 Pa=1.013 bar。
溶液 纯水 海水
Ψw /MPa 0
第1章 植物的水分代谢

第1章 植物的水分代谢

2020/11/15
2020/11/15
3 水分沿导管或管胞上升的动力 蒸腾-内聚力-张力学说（transpirationcohesion-tension theory），又简称为内 聚力学说： 由H. H. Dixon提出。主要论点：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。
水分转移本领大小的指标。
2020/11/15
3.2 典型植物细胞的水势
对于一个典型的植物细胞，其水势由3部分组成，即： 水势=渗透势+衬质势+压力势
渗透势（osmotic potential，）：溶液中溶质颗粒的存在
而引起的水势降低值。用负值表示。亦称溶质势（s）。
压力势（pressure potential，p）：由于细胞壁压力的存
第三节 植物根系对水分的吸收
1 根系吸水的途径1.exe
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：水分依次从一个细胞经过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，要经两次膜。
有研究表明，水分在细胞膜内的移动又有两种方式：一是单 个水分子直接越膜，二是经过一种膜通道蛋白——水孔蛋白进行 1.exe
在而增加的水势值。一般为正值。初始质壁分离时，p为0， 剧烈蒸腾时，p会呈负值。
衬质势（matric potential，m）：细胞胶体物质亲水性和
毛细管对自由水束缚而引起的水势降低值，以负值表示。
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3.3 水势的应用
水分总是由水势高的部位向水势低的部位运 转，故水势可用于判断水分迁移的方向。如：
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第五章 植物的水分代谢
没有水就没有生命 “有收无收在于水”
第一节

水在植物生命活动中的作用
一、植物的含水量 二、水分在植物体内的存在状态 三、水分在植物生命活动中的作用
一、植物的含水量

1. 不同植物含水量不同
水生＞中生＞旱生

2.植物不同器官、不同发育时期的含水量不同
幼嫩、生命活动旺盛的器官含水量高
有细胞质的移动途径。

2. 越膜途径：水分从一个细胞到另一个细胞，
要两次通过质膜，故称跨膜途径。 3. 共质体途径：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，形成一 个细胞质的连续体的途径。


跨膜途径和共质体途径统称为细胞途径。
根系吸水的途径
越膜途径 质外体途径
（三）根系吸水的动力
三 气孔蒸腾
（一）气孔的大小和分布 数目、大小、分布随植物种类而不同 （二）气孔蒸腾的过程 水分子扩散的动力是气孔内部与环境的水蒸 气压差 扩散快慢决定于气孔内外的水蒸气压差气孔 阻力和叶表面的界面层阻力。 （三）气孔扩散的效率 气孔扩散符合小孔扩散规律，扩散速率与小 孔的边缘长度（周长）成正比。
的过程。
（一）腾作用的生理意义
. 生理意义 A 水分吸收和运输的主要动力 B 是矿质元素和有机物运输的动力 C 降低叶温 D有利于气体交换
二、蒸腾作用的部位
（一）部位
1、植物幼小时，地面以上的全部表面
２、皮孔蒸腾 — 高大木本植物，约占全部 蒸腾的0.1% 3、叶片蒸腾 （1）角质蒸腾 — 约占全部蒸腾的5%~10% （2）气孔蒸腾 — 主要方式
第二节
植物对水分的吸收
在植物的生命活 动中，植物不断的从 环境中吸收水分，也 不断的向环境中散失 水分。植物是如何从 环境中吸收水分的呢？
（一）细胞吸水主要有三种方式

1、吸胀作用（未形成液泡的细胞）


2、渗透作用（形成液泡的细胞）
3、代谢性吸水
（1）水势的概念
纯水水势：1摩尔体积水的化学势。 偏摩尔体积：指在恒温恒压、其它组分 不变的 条件下，加入1摩尔的水所引起的体 积增量。

根压（主动吸水） :由于水势梯度引起水分进
入中柱后产生的压力称为根压。

蒸腾拉力（被动吸水）:由于蒸腾作用产生的 一系列水势梯度而形成的向上拉水的力量。
证据证明根系根压主动吸水的存在
伤流：从受伤或折断的植物组处流出液体的现象叫
伤流。
吐水现象：在水分充足的土壤中生长植物，在清
晨或潮湿的天气条件下，叶尖或叶缘也有液

Ψm： 衬质势
Ψs :溶质势，也称渗透势（Ψs）由 于水中存在可溶性亲水物质的水合作用 而降低的水势。 恒为负值。
Ψs
= -iCRT
i:解离系数，C：溶质浓度 R：气体常 数，T：绝对温度
ψm ：衬质势，是由于体系中衬质（亲水胶
体等大分子物质）吸附水分子而使水的自 由能降低的水势，称为衬质势，负值。
思考：
干旱时，自由水/束缚水高抗旱？ 还是自由水/束缚水低抗旱？
三、水分在植物生命活动中的作用


1. 是细胞质的主要成分。70－90%
2. 是代谢过程中的重要反应物质。如水解、
脱氢反应，光合作用。

3. 水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.水的理化性质给植物的生命活动带来各种有利条件。
溶液的水势 ※
Ψw=ψs+ψm

Ψs :渗透势，也称溶质势 Ψm： 衬质势
(2)渗透作用
渗透作用：水分子通过半透膜从水势高 的部位向水势低的部位扩散的作用称为渗 透作用。
渗透作用
液面上升
蔗糖溶液 半透膜 水
压力（水势）
经过一段时间
典型细胞的水势构成 ※
Ψw=ψs+ψm+ψp

Ψs :渗透势，也称溶质势 Ψp ：压力势
衰老的、生命活动弱、死组织器官含水量低
二、植物体内水分存在的状态
自由水（free water）：距离胶体颗粒亲水物质 较远而且可以自由流动的水分。 束缚水（bound water）：细胞内的亲水物质通 过水和作用而束缚的一部分不易流动的水分。
二、植物体内水分存在的状态
自由水 蛋白质亲水胶粒
束缚水
Ψ s ＝-1.4MPa Ψp=+0.8MPa
？？
Ψ s ＝-1.2MPa Ψp=+0.4MPa
甲 Ψw=-0.6MPa
乙 Ψw=-0.8MPa
二、植物根系对水分的吸收
根 毛 （一）根系吸水区域： 区
根尖的根毛区吸水 能力最强
伸 长 区
分 生 区
(二)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
体外泌，这种现象称为吐水。
蒸腾拉力：被动吸水
（四）影响根系吸水的土壤条件
1、土壤中水分状况
2、土壤通气状况：根系呼吸
3、土壤温度：过低，过高 4、土壤溶液：过高，烧苗Leabharlann 第三节植物的蒸腾作用
气态散失 — 蒸腾作用
失水方式：液态散失 — 吐水、伤流
蒸腾作用：指植物体内的水分以气态方式从
植物的表面从体内扩散到大气中
C.风干种子细胞的水势：Ψw=ψm

(二)水分的跨膜运输和水孔蛋白
水 孔 蛋 白
（磷 质脂 膜双 ）分 子 层
（三）细胞之间的水分移动

流动方向与从水势高到水势低，从浓度低
到浓度高。

例题1： C液＞C细，水的流向？
C液＜C细，水的流向？ C液＝C细，水的流向？

例题：判断甲、乙两细胞水分的移动方向
（四） 气孔运动及其机理


1. 气孔运动：保卫细胞 A.结构： 双子叶－半月形
Ψp ：压力势，由于压力的存在 而使水势发生改变的值。 一般情况下，压力势为正值； 质壁分离时，压力势为零； 剧烈蒸腾时，压力势为负值。
不同类型细胞的水势组成
A. 分生组织：Ψw=ψ s +ψm+ψp
B. 成熟细胞：Ψw=ψ s +ψp

成熟细胞指已形成中央大液泡的细胞，这种细 胞原生质被挤压为一薄层，因此，（ψg）很 小忽略。 风干种子细胞原生质处于凝胶状态，没有溶液， 即没有渗透势；膜失去弹性，也没有压力势。
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， 水的偏摩尔体积是多少？（18.07cm3）
几种常见化合物的水势
溶液
纯水
Ψw /Mpa
0
Hoagland营养液
海水 1mol· L-1蔗糖 1mol· L-1 KCl
-0.05
-2.50 -2.69 -4.50