导图社区 414 植物生理学 第二章 植物的水分代谢
这是一篇关于植物的水分代谢的思维导图，主要内容包括：水，植物中的水，植物对水分的吸收，根系对水分的吸收，蒸腾作用，水分运输，合理灌溉。
这是一篇关于植物光合作用的思维导图，主要内容包括：光合作用的概念，叶绿体，光合色素，光合作用机理，影响光合作用的因素，光合效率与作物生产。
这是一篇关于植物的矿质与氮素营养的思维导图，主要内容包括：植物体内的元素，必需元素，植物细胞对溶质的吸收，植物对矿质元素的吸收，氮、磷、硫的同化，合理施肥，无土栽培。
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植物的水分代谢
1. 水
结构
2个氢原子+1个氧原子
水分子间 相互吸引形成氢键
极性分子
电中性
理化性质
比热容高，利于植物适应环境
汽化热大，利于散热
内聚力、粘附力、表面张力大，导管中的水柱不易被拉断
介电常数高，是良好的溶剂，利于维持大分子在基质中的稳定性
是透明液体，利于光的吸收与传导
体积不可压缩
结冰时密度小，利于水生动物生存
2. 植物中的水
含水量
【（鲜重-干重）/鲜重】*100%
存在的状态
束缚水
与细胞组分紧密结合，不能自由移动
不易蒸发散失
不作为溶剂或参与化学反应
自由水
与细胞组分之间吸附力较弱
可自由移动
可参与各种代谢活动
自由水/束缚水,原生质呈溶胶状，植物代谢旺盛，生长快，抗逆性弱 自由水/束缚水¯,原生质呈凝胶状，植物代谢活性低，生长慢，抗逆性强
作用
细胞原生质的主要成分（70%~90%）
生理活动
水是代谢反应物
水是物质运输、吸收及生化反应的介质
维持细胞膨压，促进生长
使植物保持固有姿态
生理需水
用于 植物生命活动和保持植物体内水分平衡 所需要的水分
植物生存
调节植物体温
调节生存环境，改善小气候
具有透光性，使水生植物的需光反应正常进行
生态需水
利用水的理化特性，调节植物生态环境 所需要的水分
3. 植物对水分的吸收
细胞水势
Yw=Ys+Ym+Yp+Yg 水势=溶质势+衬质势+压力势+重力势
纯水的水势Yw0=0
溶质势ys（渗透势yp）
由于溶质颗粒存在而引起水势改变的数值
衬质势Ym
由于衬质的存在而引起水势改变的数值
衬质：表面能够吸附水分的物质
压力势Yp
由于压力的存在而引起水势改变的数值
一般为正值，提高细胞水势
只有在细胞壁松弛和压力势降低时，细胞生长才能进行
重力势Yg
由于重力存在而引起水势改变的数值
未形成液泡的细胞（分生组织）ψ细胞=ψ细胞质=ψs+ψm+ψp 含有液泡的成熟细胞ψ细胞=ψ细胞质=ψ细胞器=ψ液泡=ψs+ψp 研究乔木时，还应考虑重力势ψg
水的移动
集流
液体中 成群的原子或分子 在压力梯度作用下 共同移动的现象
集流速率
两端压力势差
管道半径（敏感）
两端距离¯
溶液黏度¯
扩散
物质分子从高化学势区域向低化学势区域转移，直到均匀分布的现象
扩散速率
物质的浓度梯度
扩散距离¯
渗透作用
溶液中的溶剂分子通过半透膜的扩散现象
对水溶液，水分子高水势®半透膜®低水势
水分子移动速率
水势差（物质浓度梯度）
压力势差
细胞吸水方式
渗透吸水
溶质势下降引起的细胞吸水
质壁分离
质壁分离复原
作用： 1、鉴别细胞死活 2、测定细胞的渗透势 3、观测物质透过原生质体的难易程度
降压吸水
因压力势降低引发的吸水
蒸腾旺盛时，细胞壁失水收缩，压力势下降，失水过多，细胞壁内陷，形成负压，压力势<0
代谢性吸水
吸胀吸水
依赖于低衬质势引起的吸水
吸胀作用：衬质吸水膨胀的现象
吸胀力：衬质吸引水分子的力量
蛋白质>淀粉>纤维素>脂类
非代谢性吸水
细胞间的水分移动
顺水势梯度移动
土壤水势>植物根的水势>茎木质部水势>叶片水势>大气水势
4. 根系对水分的吸收
吸水部位
根冠
分生区
伸长区
木栓化程度高 输导组织未形成
根毛区（最强）
根毛增大了吸水面积
根毛细胞壁覆盖有果胶质，黏性强，吸水性好
输导组织发达
吸水途径
质外体途径
水分经由细胞壁、细胞间隙以及木质部导管等组成的质外体途径
外部质外体
内皮层以外
根毛、表皮、皮层的细胞壁
细胞间隙
内部质外体
内皮层以内
成熟导管
中柱各部分的细胞壁
特点
阻力小运输速度快
共质体途径
水分依次从一个细胞的细胞质，经过胞间连丝，进入另一个细胞的细胞质的移动途径
阻力大，移动速度慢
跨膜途径
水分透过细胞膜的运输途径
细胞-细胞途径
吸水机理
主动吸水
根系代谢活动引起的吸水过程
根压
由于根系自身生理代谢活动所引起的压水向上的力量（木质部中的正压力）
生理现象
伤流
植物伤口溢出液体
吐水
植物叶片间断或边缘的水孔向外溢出液滴
产生机制
内皮层内外存在水势差
苗期、树木叶片未展开、落叶后、蒸腾速率低的夜晚
被动吸水
由蒸腾拉力引起的根系吸水
正在蒸腾的植株、高大树木
影响因素
土壤水分状况
土壤中的水分
被土壤胶体颗粒吸附着的水
毛管水
保持在土壤颗粒间毛细管内的水
吸收水分的主要来源
重力水
降水或灌溉后，在重力作用下，能自上而下渗漏出的水
不利于根系呼吸和生长
萎蔫
暂时萎蔫
永久萎蔫
永久萎蔫系数
植物发生永久萎蔫时，土壤中尚存留的水分占土壤干重干重的百分率
是反应土壤中不可利用水的指标
土壤温度
低温
水、细胞原生质黏度增加，水分扩散阻力增大
根系代谢减弱，主动吸水降低
根系生长缓慢，影响吸水面积增加
“午不浇园”：烈日下不要用冷水浇灌作物，骤然降温会使根系吸水减少
高温
提高根系木质化程度
影响酶活性
土壤通气状况
土壤溶液浓度
5. 蒸腾作用
植物体内水分以气态散失到大气中的过程
生理意义
产生的蒸腾拉力是植物吸收与转运水分的主要动力
促进木质部汁液中矿质盐类和根系合成物质的运输
降低植物温度
气孔开放，有利于CO2的同化
方式
皮孔蒸腾
叶片蒸腾
角质层蒸腾
气孔蒸腾
气孔
植物体与外界交换气体的主要门户
气孔复合体
2个保卫细胞
液泡
丰富线粒体
叶绿体
含淀粉粒
光下淀粉减少
暗中淀粉积累
与一般光合细胞相反
细胞壁不均匀加厚
形状
肾形
双子叶植物、大多数单子叶植物
靠气孔口一侧的腹壁厚，背气孔口一侧的腹壁薄
细胞壁上有许多以气孔口为中心呈辐射状径向排列的微纤丝
液泡吸水，外壁向外扩展，通过微纤丝将拉力传递到内壁， 将内壁拉离开
哑铃型
禾本科
中间细胞壁厚，两端薄
吸水膨胀时，两端薄壁部分膨胀，气孔张开
副卫细胞/邻近细胞
与保卫细胞间无胞间连丝
2个保卫细胞中间的孔隙
单子叶植物，上下表皮都有； 双子叶植物，主要分布在下表皮；浮水植物，分布于上表皮
小孔律
气体通过多孔表面的扩散速率与小孔周缘长度成正比
气孔运动机理
无机离子泵学说（K+泵学说）
光®保卫细胞膜上的H+-ATP酶®H+从保卫细胞分泌到周围细胞®H+电化学梯度®K+进入保卫细胞®保卫细胞吸水，气孔张开
苹果酸代谢学说
光®细胞内CO2被利用，pH上升®活化 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 ®PEP+HCO3-Þ草酰乙酸®苹果酸®2H+苹果酸根®H+与K+交换，苹果酸根进入液泡
淀粉-糖转化学说
淀粉Þ可溶性糖，渗透势降低，气孔张开
可溶性糖Þ淀粉，渗透势升高，气孔关闭
影响气孔运动因素
光
光下张开
光合作用（间接效应）
光受体感受光信号（直接效应）
红光（间接）
蓝光（直接）
活化H+-ATP合酶
提稿大气与叶片温度，加快蒸腾速率
暗中关闭
CO2
底浓度张开
高浓度关闭
膜透性增加，K+泄露
使细胞内酸化，影响跨膜质子浓度梯度的建立
温度
温度气孔开度
酶促反应
高温时，呼吸速率提高，CO2浓度升高
水分
含水量¯气孔开度¯
久雨，表皮细胞水饱和，挤压保卫细胞，气孔开度¯
植物激素
细胞分裂素，气孔张开
脱落酸，气孔关闭
中生植物、旱生植物蒸腾作用的主要方式
指标
蒸腾速率
植物在单位时间内、单位叶面积上蒸腾散失的水量
蒸腾效率
植物每蒸腾1kg水所形成的干物质的克数
蒸腾系数
植物每制造1g干物质所蒸腾水分的克数
蒸腾比率
植物光合作用每固定1molCO2所需蒸腾的水量
木本<草本
内部
气孔数量
气孔大小
气孔阻力
主要取决于气孔开度
外部
光照
湿度
风速
土壤状况
降低蒸腾的措施
减少蒸腾面积
移栽植物时，去掉一些枝叶
降低蒸腾速率
傍晚或阴天移栽植物，栽后喷水遮光
使用抗蒸腾剂
影响保卫细胞膨胀
形成保护膜，减少水分散失
增加叶面对光的反射，降低叶温
6. 水分运输
运输途径
导管
中空
无原生质体
长形
死细胞
阻力小，速度快
管胞
水分经纹孔移动
阻力大，速度慢
运输速度
白天>晚上
直射光>散射光
水分在植物内上升的机制
水分沿导管上升的动力
蒸腾压力（主要）
水柱的连续性
蒸腾流-内聚力-张力学说
水分子间相互吸引，具有内聚力
蒸腾作用使导管上端受到向上的蒸腾拉力
水柱受到向下的重力和阻力
水柱上产生张力
水分子内聚力远大于张力
水分子与导管壁的纤维素分子间有附着力
维持了导管水柱的连续性
7. 合理灌溉
合理灌溉的增产原因
作物的需水规律
理论最低需水量=生物产量*蒸腾系数
水分临界期
对水分缺乏最敏感、最易受害的时期
灌溉指标
土壤指标
形态指标
生理指标
灌溉方式
漫灌
喷灌
滴管
精确灌溉
调亏灌溉
控制性根系分区交替灌溉
水分跨膜运输
膜脂双分子层间隙
水通道蛋白（水孔蛋白）
存在于生物膜上的 具有选择性和高效转移水分功能的 膜内在蛋白
水专一性通道：只允许水分子通过，不允许质子或离子
水流方向：水势高®水势低
调节开闭
磷酸化
质子化
质子浓度低®开
渗透压
静水压
高®闭
