导图社区 《植物生理学》第一章植物的水分生理1
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植物水分生理
水分在生命活动中的作用
植物含水量的计算
WC=(FW-DW)/FW×100%
RWC=(FW-DW)/(SFW-DDW)×100%
植物体内水分存在的状态
束缚水（结合水）：被细胞内胶体颗粒或大分子吸附或存在于大分子结构空间、不能自由移动的水
自由水（游离水）：不被植物细胞内胶体颗粒或大分子所吸附、能自由移动并起溶剂作用的水
主要参与植物体内各种代谢反应
自由水/束缚水：衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一
自由水/束缚水比值高时，细胞原生质呈溶胶状态，植物代谢旺盛，生长较快，抗逆性弱；反之，细胞原生质呈凝胶状态，代谢活性低，生长迟缓，但抗逆性强。
水分在植物生命活动中作用
水是原生质的主要成分（70%～90%）
水参与植物体内的各种生理生化反应
水是生理生化反应和物质运输的介质
水使植物保持固有状态
水调节植物体温和环境气候
植物细胞对水分的吸收
植物细胞的水势
自由能与化学势
自由能：在温度恒定条件下可用于做功的能量 束缚能：不能用于做功的能量
化学势：描述体系中各组分发生化学反应的本领及转移的潜在能力
通常将一定条件下纯水的化学势规定为零
水势
在等温等压下，体系中每偏摩尔体积的水与纯水之间的化学势差
Ψw=Ψs+Ψp+Ψm
细胞水势的组成
溶质势（渗透势）
由于溶质颗粒存在而引起水势降低值 恒为负值（Ψs=-iCRT）
压力势
由于细胞壁压力的存在 一般为正值，质壁分离时为零，剧烈蒸腾时为负值
重力势
水分重力存在 正值，一般忽略不计
衬质势
细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起 负值 已形成液泡的细胞衬质势忽略不计
植物细胞吸水的方式
水分运动方式：扩散和急流
细胞与外液或相邻细胞之间的水分移动状况取决于其水势差
水势差不仅决定水分运动的方向，也影响水分运动的速度
主要吸水方式
渗透吸水
把由液泡膜、质膜和其间的细胞质构成的原生质层看作是半透膜
将细胞置于高水势溶液中，随着细胞吸水，细胞相对体积变大，膨压增加，Ψp逐步增加，伴随着细胞含水量增加，Ψs也逐步提高，Ψw增大，细胞吸水能力下降
若将细胞放到滴水溶液中，随着细胞失水体积缩小，Ψw，Ψs，Ψp也相应降低，达到初始质壁分离时，Ψp=0，Ψw=Ψs。若细胞继续失水，则发生质壁分离，此时Ψp＜0，Ψw，Ψs降低，细胞吸水能力上升
吸胀吸水
依靠亲水胶体的吸胀力引起水分吸收的方式
液泡未发育的分生组织和干燥种子细胞的主要吸水方式
降压吸水
Ψp的降低而引起的细胞吸水方式
代谢性吸水
植物细胞利用呼吸作用产生的能量，使水经过质膜进入细胞的过程
水分跨膜运输与水通道蛋白
植物水通道蛋白的分布表现出明显的器官、组织和细胞特异性
植物AQPs的功能：促进水的长距离运输；在逆境应答等过程中促进细胞内外的跨膜水分运输；调节细胞的胀缩；运输其他小分子物质；参与光合作用、氮代谢、开花生理、果实的发育与成熟、种子的成熟与萌发
植物AQP的表达受植物激素脱落酸，赤霉素，乙烯等植物激素以及植物发育的调节
植物根系对水分的吸收
根系吸水的部位
根毛区（扩大了根吸收水分的面积，有利于根与土壤颗粒的密切接触，有利于水分向地上部位的转移）
根系吸水
根系吸水途径
1.质外体途径 2.跨膜途径 3.共质体途径
根系吸水的动力
蒸腾拉力（被动吸收）
地上部蒸腾作用引起
水分在导管中的移动是一种集流，上升动力为压力势梯度
根只为水分进入植物体提供了通道
根压（主动吸收）
根系本身生理活动引起
伤流
伤流液的数量和成分可作为根系活动能力强弱的生理指标
吐水
用于判断幼苗长势的强弱
影响根系吸水的环境因子
大气因子
通过影响蒸腾拉力来影响根系吸水
土壤因子
土壤水分状况
判断土壤水分的运动方向或作物根系能否吸收水决定于土壤不同部位、土壤与根系之间的水势差异
土壤通气状况
通气不良时，抑制根系的有氧呼吸，影响根系主动吸水，能量供应减少，不利于根系细胞分裂，因无氧呼吸积累还原性有机酸使根系中毒受伤。
土壤温度
温度过低：使水粘性增大，扩散速率降低，水分扩散阻力加大，能量供应减少，生长缓慢，有碍吸水面积的增加
温度过高：提高根的木质化程度，加速其老化，减少根系吸水面积，使根细胞中各种蛋白酶变性失活
土壤溶液浓度
土壤溶液浓度较低，土壤水势较高时，根系易于吸水
土壤溶液浓度过高，土壤水势低，造成作物吸水困难（盐碱地烧苗）
植物根系的提水作用
概念
在植物蒸腾降低的情况下，处于深层湿润土壤中的部分根系吸收水分，并通过输导组织运至浅层根系，进而释放到周围较干燥土壤之中
影响因素
土壤水分条件
植物根系提水作用通常在干旱条件下发生，但不同植物发生时的土壤水势可能不同
植物种类
植物种类或品种不同，其根系提水作用的强度不同，与植物的遗传性有关
意义
维持干燥浅层土壤中的根系对生长，以致在干旱胁迫时不至于大量死亡，是植物一种重要的抗旱生存机制
增加浅层土壤水分，提高土壤养分的有效性
有利于植物从表层干土中吸收微量元素
有利于维系植物根际微生物的生存，维持根系活力
植物的蒸腾作用
概念及生理意义
概念：植物体内的水分以气体状态通过植物体表，从体内散发到体外的现象
生理意义：①蒸腾作用产生的蒸腾拉力，是植物被动吸水的主要动力 ②促进木质部汁液中的矿质营养和根系合成的有机物质的运输，并随着水的集流而被运输到植物体各部分 ③通过散失大量的辐射热，降低叶片温度，防止灼伤 ④有利于CO₂的同化，有利于植物光合作用的正常进行
方式
全表面蒸腾、皮孔蒸腾、角质蒸腾、气孔蒸腾
度量
蒸腾速率：植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量
其强弱因植物种类而不同，受光照、湿度、温度等因素影响
简单测定方法：离体快速称重法、干燥管吸湿法等
蒸腾效率（TR）：植物每消耗1kg水所形成的干物质克数
表示植物对水分的利用率，一般在1～8g/kg之间
蒸腾系数（1/TR):植物制造1g干物质所需水分的克数
因植物种类而异，同一种植物因外界条件及生育期不同
气孔蒸腾
气孔运动原理
钾离子、苹果酸、蔗糖
渗透调节保卫细胞， 吸水膨胀，失水收缩
例外：CAM植物，内源节律， 叶片两侧对外界条件反应不一， 施用ABA→气孔关闭
影响气孔运动的因素
光强、光质、气孔关闭、温度、 气体、湿度、化学物质
小孔扩散率
经过小孔的扩散速率与孔的周长成正比，不与面积成正比
蒸腾作用的调节
气孔蒸腾过程
①蒸发，叶肉细胞中的水分通过气孔下腔周围的细胞壁表面向气孔下腔蒸发 ②扩散，气孔下腔水蒸气通过气孔扩散到大气
蒸腾速率=扩散力/扩散阻力
调节方式
子主题
影响蒸腾作用的因素
合理灌溉的生理基础
作物的需水规律
不同作物需水不同
同一作物不同生育期需水量不同
合理的灌溉指标
形态指标
生长速率、叶色等
生理指标
叶片水势、细胞汁液浓度或渗透势、 气孔开度、含水量
节水灌溉的方法
喷灌
滴灌
调亏灌溉
控制性分根交替灌溉
