植物生理学笔记梳理

植物生理学中水的知识点有水的意义、水势的组成、根部吸水、影响根部吸水的土壤条件、蒸腾作用、植物体内水分的运输，农学考研看过来！

水

• 水的意义
  • 水是细胞的原生质的组成部分，原生质的含水量达70%－90%
  • 水生理活动意义
    • 水是代谢的反应物，水是光合作用的原料
    • 水是物质运输、吸收及生化反应对的载体
    • 水维持细胞膨压，促进生长
    • 水使植物保持固有的姿态
  • 水对植物生存的生态意义
    • 水可以调节植物的体温，在烈日下，通过蒸腾作用降温，使植物不受高温伤害
    • 水可以增加打大气湿度、改善土壤及土壤表面大气的温度，改善田间小气候
• 水势的组成
  • 渗透势
    • 由于溶质颗粒存在而引起体系水势下降
    • 高渗溶液
      • 细胞处在高渗溶液中会失水
      • 质壁分离
        • 当发生质壁分离时，压力势为0，通过质壁分离和复原可以判断植物的死活
    • 低渗溶液
      • 细胞处在低渗溶液中会吸收水分
      • 通过质壁复原的难易程度，可以判断细胞对某物质的吸收难易程度
  • 压力势
    • 细胞壁在受到膨压作用是会产生的与膨压大小相等方向相反的力
      • 质壁分离时，压力势为0
  • 衬质势
    • 亲水物质对自由水的束缚而引起的水势降低
      • 种子发育前期主要是靠衬质势吸水，蛋白质>淀粉>纤维素
  • 水势的组成
    • 存在大液泡的细胞，水势=渗透势+压力势 质壁分离时 水势=渗透势=溶液的水势
  • 将细胞入与其渗透势相等的蔗糖溶液，细胞可能失水，叶可能保持水分的动态平衡
  • 高温气候条件，用冷水灌溉植物会引起植物德尔萎奄
• 根部吸水
  • 吸水部分 根毛区
  • 吸水途径
    • 根系吸水进入植物体主要经由共质体途径和质外体途径。质外体途径是指水分通过细胞壁和细胞间隙扩散进入植物体内部。共质体途径是指水分从一个细胞经过胞间连丝进入另一个细胞。水分进入植物体可以通过两条途径交替进行，交替中需要经历跨膜途径。水分从皮层质外体通过内皮层时，需跨膜进入内皮层细胞。水分从内皮层进入木质部时又需要共质体跨膜出细胞。质外体途径的水分运输阻力小，运输速度快。共质体途径和跨膜途径的水分运输阻力大，运输速度慢。
  • 吸水的动力
    • 主动吸水 由于根本身的生理活动引起的植物吸收水分的现象
      • 现象：伤流，吐水 反应根系生理活动的指标
      • 根压力产生的机理
        • 根压的产生与内皮层内外的水势差有关
        • 根系从土壤溶液中吸收离子，进入皮层细胞的离子通过共质体途径进入内皮层，再通过共质体或质外体途径进入导管。内皮层相当于皮层和导管之间的一层半透膜，离子不能自由进出，离子在导管内积累使导管内渗透势下降，从而在内皮层内外建立水势梯度，水分沿着水势梯度进图导管并产生正的静水压，根压推动水分向上运输。
        • 由于需要消耗代谢能，低温，缺氧，呼吸抑制剂等抑制呼吸会降低根压
    • 被动吸水 由于植物地上部蒸腾作用而引起的植物吸水
      • 由于保卫细胞蒸腾失水水势降低，细胞从周围水势高的细胞吸水，如此传递，从叶脉导管到尽导管到根导管产生由低到高的水势梯度，从而将水分从根部运输到地上部
    • 植物吸水的方式
      • 正在蒸腾的植物以被动吸水为主，但是幼苗期，树叶没有展开，落叶，夜晚蒸腾速率比较低时，主要进行主动吸水
• 影响根部吸水的土壤条件
  • 土壤水分
    • 土壤中植物可以利用的水主要是毛细管水，田间持水量达到70%，适宜耕种和根系吸水
    • 暂时萎奄 永久性萎奄
  • 土壤温度
    • 在一定范围内，根系吸水随土壤温度的升高而加快
    • 高温：导致根部木质化，减少吸水面积。降低酶蛋白的活性，影响根系的主动吸水
    • 低温：1 水的粘度增加，扩散速率下降 2 原生质的粘度增加，水分扩散阻力增加 3 根系代谢活动降低，主动吸水减少 4 根系生长缓慢，影响吸水面积
  • 土壤通气状况
    • 土壤水分过多，氧气不足，CO2 积累，影响根系的正常呼吸，吸水减少。同时无氧呼吸累计较多的有害物质使根系受毒害。
  • 土壤溶液浓度
    • 土壤的溶液浓度过高会降低土壤水势，到时根系吸水困难，严重将导致根系反渗透，如出现烧苗现象
• 蒸腾作用
  • 意义
    • 蒸腾作用产生对的蒸腾拉力时植物吸收和运输水分对的主要动力
    • 蒸腾作用促进木质部汁液中物质的运输
    • 降低植物体的温度
    • 有利于CO2的同化，蒸腾作用时气孔开放，使CO2 进入细胞。
  • 方式
    • 皮孔蒸腾，极少，在0.1%
    • 角质层蒸腾5% － 10%
      • 角质层起减少水分散失的作用，但是不是完全不透水，内部存在孔道，水分可以通过这些孔道散失。
      • 在夜晚植物的蒸腾量还是比较大原因：一般植物失水依赖与蒸腾作用，蒸腾作用包括气孔蒸腾，皮孔蒸腾，角质层蒸腾。皮孔蒸腾的量非常少，约占全部蒸腾的0.1%。植物蒸腾主要在叶片上进行，叶片对的蒸腾作用包括角质层蒸腾和气孔蒸腾。气孔蒸腾使主要的形式。气孔蒸腾量 与气孔开闭有关，一般白天气孔张开，气孔蒸腾量较大，夜晚气孔关闭，气孔蒸腾量较少。角质层蒸腾时指通过叶片表皮的角质层进行的蒸腾，角质层本身不允许水分通过，但是角质层中含有吸水能力较大的果胶质，以及角质层具有间隙，可以让水分通过。夜晚虽然植物气孔关闭，但是角质层蒸腾依然存在，因此夜晚植物依然存在水分的散失。通过角质层蒸腾的水分散失的量与植物的生长环境有关，尤其在干旱地区，大气相对湿度较低，夜晚空气仍然比较干燥，植物与空气的水势差比较大，植物通过角质层蒸腾散失的水量较高
    • 气孔蒸腾 主要的蒸腾方式
  • 指标
    • 蒸腾速率
      • 单位面积，单位时间内蒸腾散失的水量
    • 蒸腾系数 又植物需水量
      • 指植物每指制造1克干物质所蒸腾水分对的克数，在沙漠地区不适合种植蒸腾系数高的植物，因植物会大量吸收地下水分，时地区表达更加干旱
  • 气孔
    • 运动机理
      • 淀粉－蔗糖学说
        • 由于保卫细胞进行光合作用，CO2浓度下降，PH 值下降，淀粉水解，产生单糖，细胞的水势降低，细胞吸水，气孔张开
      • 苹果酸代谢学说
        • 由于光合作用，CO2 浓度下降，PH 值降低，淀粉水解产生PEP，PEP与HCO3 作用产生苹果酸，细胞水势降低，吸水，气孔张开
      • K 泵学说
        • 由于光合作用，产生ATP，同时光照可以激活H-ATP 酶的活性，将细胞内的 H 离子泵到细胞外，产生膜内外对的电化学势梯度，K离子顺着电化学梯度进入到细胞内，水势降低，细胞吸水，气孔张开
    • 气孔运动
      • 由于保卫细胞的膨压变化引起的
    • 形态结构
      • 由两个保卫细胞组成，成肾型，靠近孔口一侧细胞壁比较厚，以气孔为中心呈辐射状径向排列的微纤丝。当细胞吸水时，细胞膨压增大，外壁向外扩展，通过微纤丝将拉力传递到内壁，将内壁拉开，气孔张开。
      • 与相邻细胞相比，保卫细胞拥有叶绿体，之间没有胞间连丝
      • 单子叶植物气孔在上下表皮都有，双子叶植物主要分布在上表皮，浮水植物分布在上表皮
    • 小孔率
      • 与细胞的周缘长度成正比
    • 影响气孔运动的外界因素
      • 光
        • 光是影响气孔运动的主要环境因素，在光下气孔张开，在黑暗中气孔关闭。
        • 蓝光是调控气孔开放最为有效的光质。原因：可以活化H-ATP 酶活性，讲质子泵出细胞，直接对气孔开启作用
        • 红光通过途径光合作用的方式间接效应
        • 光可以提高大气与叶片的温度，增加叶内外对的蒸气压差，加快蒸腾速率
      • CO2
        • 低浓度促进气孔张开，高浓度促进气孔关闭。原因：高浓度增加质膜透性，导致 K 离子泄露，减少溶质势梯度。高浓度是细胞内酸化，影响跨膜质子浓度梯度的建立
      • 温度
        • 在一定范围内，气孔开度随温度升高而增大。最适温度 30，最低温度 10，最高温度40。
        • 在久雨后，表皮细胞为水饱和，挤压保卫细胞，气孔开度依然较小甚至关闭，当散失部分水后，表皮细胞膨度有所下降，气孔可重新打开
      • 水分
        • 植物含水量降低，气孔开度减少，严重缺水时，即便在光下，气孔仍然关闭
      • 激素
        • 细胞分裂素促进气孔张开，脱落酸促进气孔关闭。一般脱落酸来之根部。当水分亏缺时，根系合成脱落酸，随木质部输送到地上部，作为信使与受体蛋白结合，增加原生质 Ca浓度，促进外向 K 通道开放，使K 排出，导致水势升高，细胞失水，气孔关闭。
    • 暗中气孔关闭的原因
      • 暗中叶片光合作用停止，呼吸作用释放CO2，使CO2 浓度升高，PH降低，淀粉磷酸化酶将可溶性糖转变为淀粉，水势升高，保卫细胞失水，气孔关闭
      • 暗中不能进行光合磷酸化, ATP 合成减少，保卫细胞质膜上的 H-ATPase建立的质子梯度受影响，不能驱动K离子进入保卫细胞，相反导致 K 离子从保卫细胞扩散出去，保卫细胞水势升高，细胞失水，气孔关闭
  • 影响蒸腾作用的内外因素
    • 内部因素
      • 叶的内表面积与外表面积比率大，气孔下腔容积大，下腔内蒸气压高有利于气孔蒸腾
    • 外部因素
      • 光
        • 光促进气孔张开，气孔阻力减少。光增加大气与叶温度，增大叶内外蒸气压差，加快蒸腾速率
      • 温度
        • 温度升高时叶温比大气高，细胞间隙中蒸汽压增大大于空气蒸汽压的增加，使叶内外蒸汽压差大，蒸腾加强。但是温度过高，水分过度散失会引起气孔关闭，蒸腾减弱。
      • 湿度
        • 大气相对湿度大，蒸腾减弱，大气相对湿度小，蒸腾速率加快
      • 风速
        • 风速较大可以吹散叶面气孔外水蒸气扩散层，降低相对湿度，减少扩散阻力，增加叶内外蒸气压差，促进蒸腾作用
      • 土壤状况
        • 植物地上部的蒸腾的持续依赖根系向土壤不断吸水，正常情况下，蒸腾散失的水分与根系吸水量时等量的
    • 降低蒸腾的措施
      • 减少蒸腾面积，去掉一些枝叶
      • 降低蒸腾速率，大棚，地膜，遮阳网等措施增加大气环境湿度和扩散阻力
      • 使用抗蒸腾剂
        • 影响保卫细胞膨压，减少气孔开度
        • 在叶片表面形成保护膜，防止水分散失
        • 增加叶面对光的反射
• 植物体内水分的运输
  • 途径
    • 径向运输
      • 指水分从土壤－根毛－根皮层－内皮层－中柱，叶肉细胞－叶细胞间隙－气孔下腔－气孔－大气，在活细胞中运输，阻力大，速度慢
    • 纵向运输
      • 在导管和管胞的运输可占运输途径的99.5%, 阻力小，速度快
  • 机制
    • 动力
      • 水分沿导管上升的动力是导管两段的压力势差，主要由根压（正压）和蒸腾拉力（负压）产生
    • 水柱连续
      • 水分在导管中受到向上对的蒸腾拉力，向下的重力，从而形成张力，但是水分有很强的内聚力且远大于拉力，同时水分子与导管壁的纤维素分子有附着力，从而使导管水柱保持联系性。
      • 气穴现象 当张力增大时，溶解的气体会从水中溢出形成气泡，使水流中断。水流可以横向进入相邻的导管分子。在夜间，雨后，蒸腾减小，张力减小时，溢出的气泡可重新进入溶液。气穴现象发生在张力大水势低的植物输导组织的末端，有效减少水分多而蒸腾，防止植物主干和根系的缺水。
• 准备几道论述题
  • 子主题
  • 子主题
  • 子主题
  • 子主题