植物生理学第一章水分生理

植物生理学第一章总结，水分生理的异化作用:植物将体内复杂的有机物分解为简单的无机物，获得能量的过程。

第一章水分生理

• 名词解释
  • 代谢：维持生命活动过程的化学变化的总称
  • 同化作用：植物从环境中吸收简单有机物，经过各种化学变化形成各种复杂的无机物，综合成自身一部分，并且把太阳能转化为化学能储存于有机物中的过程
  • 异化作用：植物将体内复杂的有机物分解为简单的无机物，获得能量的过程
• 1.水分存在状况及生理生态作用
  • 1.1植物的含水量
    • 植物含水量：植物所含水分占植物鲜重的比值
    • 相对含水量:植物实际含水量占水分饱和时含水量的百分数（一般以相对含水量确定灌溉需要）
    • 含水量区别
      • 不同植物不同，水生（＞90%）大于中生大于陆生大于旱生（低达6%）
      • 同种植物生活环境不同，含水量不同
      • 同株植物不同器官和组织含水量不同
      • 同一器官在不同生长期含水量不同
      • 生命活动旺盛的部位，含水量高
  • 1.2水分存在状况
    • 自由水：不被胶体颗粒或渗透物质亲水基团所吸引或者引力很小，可以自由移动的水分
    • 束缚水:被胶体颗粒或渗透物质亲水基团所吸引，且被牢牢束缚在周围不能自由移动的水分
    • 自由水/束缚水是衡量植物代谢强弱与抗性高低的生理指标之一
    • 束缚水特点：不参与代谢，不宜结冰，不起溶剂作用，含量变化小
    • 水合作用
      • 定义：水分子中由于电荷分布不均匀而有极性，当H2O遇到带电荷的离子或者分子时，由于电荷的作用，会使水分子定向排列在离子或者分子的周围形成水膜的现象
      • 功能：使细胞内环境稳定
      • 影响因素：离子半径越小，电荷数目越高，水合能力越强
    • 自由水/束缚水
      • 较高时：植物原生质体处于溶胶状态，植物代谢活跃，生长快，抗逆性差
      • 较低时：植物原生质处于凝胶状态，代谢活性低，生长缓慢，抗逆性强
• 2.水的迁移过程
  • 2.1 迁移方式：水分由土壤经植物体再进入大气的移动过程
    • 2.1.1集流
      • 长距离运输的主要方式，集流比扩散运输速率更高，需要能量
    • 2.1.2扩散：其中渗透作用是扩散的一种特殊方式
      • 水分在细胞膜系统内移动的途径
      • 水孔蛋白
        • 一类对水专一，可减少水分跨膜运输阻力，加快水分进出生物膜的通道蛋白
        • 介导细胞或细胞器与介质之间快速被动的水的运输，是水分进入细胞的主要途径
        • 所有的活细胞均有aquapoeins
        • 结构：MIP是通道蛋白中的一个类群，单体为狭窄的四聚体，呈滴漏模型
          • MIP家族典型特征：含有6个人跨膜α-螺旋区段，由5个跨膜半环组成（LA,HB,LC,LD,HE），其中HB和HE含有保守的NPA序列（天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸）
        • 氯汞苯磺酸盐对水通道有强烈抑制，对尿素通道无影响
        • 功能
          • 水通道的开闭可以有效调节水分的跨膜运动
          • 可能生理功能：生殖生长，细胞伸长与分化、保卫细胞和叶枕运动等
        • 影响水孔蛋白活性的因素
          • 外界环境和植物激素可以通过调节水孔蛋白基因表达影响其丰度及分布，从而影响水分代谢
          • 受磷酸化、去磷酸化和合成量调节
          • Hg、高浓度的外部溶质会使通道关闭
          • 水势和膨压影响孔道开闭
          • 水势梯度决定水分的转移
    • 2.1.3渗透作用
      • 定义：溶质分子通过半透膜进行扩散的现象，依照水势梯度移动
  • 2.2水势
    • 定义
      • 热力学定义:当温度、压力及其它物质数量一定时，体系中1mol的水分的自由能
      • 同温同压的一系统中，偏摩尔体积的水在系统中的化学式与纯水在相同温度压力下的化学势之差
    • 单位：大气压（atm）或巴（bar）1bar=0.1Mpa
    • 纯水的水势为0
    • 含水体系水势的组成：渗透势，压力势，重力势，衬质势，温度势
      • 渗透势：与溶质浓度有关
      • 压力势：与细胞质壁分离的状态有关，正常情况下为正值，剧烈蒸腾时原生质体快速失水，细胞壁与膜未分离为负值，质壁分离时为0
      • 衬质势：已有中心大液泡的细胞来说为0，风干种子，分生细胞这些没有中心大液泡的衬质势很低
  • 2.2.3.1植物细胞的渗透吸水
    • 植物细胞和溶液环境共同构成一个渗透系统
      • 细胞的液泡溶液，原生质层，细胞外液构成渗透系统，由水势高向水势低流动
    • 细胞吸水过程中体积和水势组分的变化
      • 常态下：压力势大于0，完全紧张下：水势为0，初步质壁分离：压力势等于0，剧烈蒸腾：压力势小于0
      • 吸胀吸水：在形成液泡之前，主要靠衬质势；代谢吸水：利用细胞呼吸的能量使水分进入细胞
  • 2.2.4细胞间水分移动：由水势差决定，并且还决定移动速度
• 3水分运输
  • 3.1和3.2
    • 质外体途径
      • 质外体：原生质以外的包括细胞壁，细胞间隙，胞间层以及木质部的导管等无生活物质相互连接而成的一个整体，不跨膜，移动速度快
    • 共质体途径
      • 共质体：活细胞内的原生质体通过胞间连丝结成一个连续整体，因为要跨膜，因此水分移动阻力较大
  • 3.3根部吸水机制
    • 根压：主动吸水，定义：根系本身生理活动引起的植物吸水的现象，使植物根系的液流从根部上升的压力；现象：吐水，伤流
      • 产生机制：渗透论，代谢论，内皮层跳跃理论
    • 蒸腾拉力：被动吸水，定义：地上部的蒸腾作用而引起根部吸水。动力是蒸腾拉力由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使水分沿着导管上升的力，大小与根系活力无关
  • 3.4影响根部吸水的因素
    • 内部因素：根部水势、跟的发达程度、对水分的透性等，外部因素：大气因子影响蒸腾速率，从而间接影响根系的吸水，土壤因子直接影响根系吸水
    • 土壤水分状态
      • 重点：暂时萎焉，永久萎焉
    • 土壤水分的移动：集流
• 4、蒸腾作用
  • 意义：1、植物吸收和运输水分的动力；2、物质运输满足生命需要；3、见底植物体温度；4、气孔开放，利于从吸收和同化
  • 部位：皮孔蒸腾，叶片蒸腾：通过角质层的蒸腾为角质蒸腾，通过气孔的蒸腾成为气孔蒸腾
    • 气孔蒸腾速度比同面积的自由水面蒸腾速率快上50倍多
    • 小孔定律：水蒸气通过小孔表面扩散的速率与小孔周长成正比
    • 气孔结构：保卫细胞与临近细胞或者副卫细胞共同组成；通过保卫细胞的吸水膨胀和失水皱缩实现小孔的关闭
    • 运动基理：淀粉糖转化学说；K离子积累学说；苹果酸代谢学说
    • 影响气孔运动的因素：光，CO2，温度，水分，气孔震荡，植物激素
  • 蒸腾作用的指标：蒸腾强度/速率：一定时间内单位叶面积蒸腾的水量
    • 降低蒸腾作用的途径：减少蒸腾面积；降低蒸腾速率（避开强光照、高温）；使用抗蒸腾计
• 5、植物体内水分运输
  • 运输途径：土壤植物大气；速度：质外体快于共质体；动力：下部的根压，上部的蒸腾拉力
• 6、水分应用
  • 合理灌溉：维持植物体内在一定含水量基础上的水分平衡、
  • 作物的水分临界期：水分临界期：是指需水量不一定多，但植物对水分不足特别敏感，最易受害的时期；一般作物的水分临界期都在营养生长转向生殖生长的阶段
  • 合理灌溉指标：作物形态指标，土壤含水量指标，灌溉的生理指标：叶水势，细胞叶势浓度，气孔开度