《植物生理学》第一章植物的水分生理

《植物生理学》的思维导图，包括植物对水分的需要、植物细胞对水分的吸收、根系吸水和水分向上运输、蒸腾作用、合理灌溉的生理基础。

植物的水分生理

• 植物对水分的需要
  • 植物的含水量
    • 不同植物
      • 水生植物>陆生植物>旱生植物
      • 肉质植物>草本植物>木本植物
    • 不同生境
      • 荫蔽潮湿>向阳干燥
    • 不同器官、组织
      • 生命活动较旺盛部分， 水分含量比较多
    • 不同生长期
      • 幼嫩>成熟>衰老
  • 水分存在状态
    • 束缚水：靠近胶粒或亲水基团而被 吸附束缚不易自由流动的水分
      • 一般不参与植物代谢反应
    • 自由水：距离胶粒或亲水基团较远 可以自由流动的水分
      • 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
  • 水分在植物生命活动中作用
    • 生理作用
      • 1.水是原生质主要组分 2.水直接参与植物体内重要代谢过程 3.水是物质吸收运输的良好介质 4.水保持植物固有姿态 5.细胞的分裂和生长需要足够的水
    • 生态作用
      • 1.调节植物体温 ①高比热：稳定植物体温 ②高汽化热：降低体温，避免高温伤害 ③介电常数高：有利于离子的溶解 2.水对可见光有良好通透性 3.水可调节对植物的生存环境
• 植物细胞对水分的吸收
  • 水的迁移过程
    • 扩散（跨膜磷脂双分子层）
      • 单个水分子通过 速率较慢
    • 集流（跨膜水孔蛋白）
      • 成群水分子通过 呈线性扩散 速率快
    • 渗透作用：溶质分子通过半透膜进行扩散的现象，是扩散作用的一种特殊形式，依照水势梯度而移动。
  • 水分跨膜运输的原理
    • 自由能：在温度恒定的条件下可用于做功的能量 束缚能：不能用于做功的能量
    • 1.化学势：1mol物质的自由能 2.水势：每偏摩尔体积水的化学势差（Pa） 3.偏摩尔体积：一定温度和压力，其他组分不变条件下，加入1mol体积水所引起的体积增量（所占有效体积）
      • 纯水自由能最大，水势最高
      • 浓度增加，水势降低 （与溶质颗粒数直接相关，而不是浓度）
      • 水势=水的化学势/水的偏摩尔体积
    • 植物细胞的水势
      • 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
      • 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 加正压力会使体系水势升高
      • 重力势
        • 由于水分重力的存在 正值，一般忽略不计
      • 衬质势
        • 由于衬质（表面能够吸附水分的物质）的存在 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
    • 植物细胞的渗透吸水
      • 含有液泡的成熟细胞
      • 依赖渗透作用
      • 质壁分离与质壁分离复原
    • 植物细胞的吸胀吸水
      • 因吸胀力的存在而吸收水分子
      • 非代谢性吸水
    • 植物细胞的代谢吸水
      • 利用细胞呼吸释放的能量
  • 细胞间的水分移动
    • 相邻细胞：取决于水势差异，水分由水势高细胞流向水势低细胞
    • 多个细胞：形成水势梯度，水分由水势高一端流向水势低一端
• 根系吸水和水分向上运输
  • 根系吸水（径向运输）
    • 主要为根尖根毛区
      • 1.根毛区根毛数量大，增大了吸收面积
      • 2.根毛细胞壁
      • 3.根毛区的输导组织发达，对水分移动的阻力小
    • 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）
      • 根压（主动吸收）
        • 伤流、吐水
    • 影响根系吸水的土壤条件
      • 土壤中可用水分
      • 土壤通气状况
      • 土壤温度
      • 土壤溶液浓度
  • 水分向上运输（轴向运输）
    • 水分在木质部运输的速率
    • 水分沿导管或管胞上升的动力
      • 蒸腾-内聚力-张力学说
  • 土壤状况
    • 土壤水分状况
      • 土壤中水分的性质
        • 按物理状态：重力水、毛细管水和束缚水（土壤有机和无机胶体）
        • 按水能否被植物利用：可利用水、不可利用水
        • 土壤保水性能的指标：最大持水量、田间持水量
      • 土壤中水分的移动
        • 以集流的方式向根移动
        • 速率取决于压力梯度的大小和水的传导率
    • 土壤通气状况
    • 土壤温度
    • 土壤溶液浓度
• 蒸腾作用
  • 生理意义
    • 形成水势梯度：有利于水分的吸收和运输， 有利于矿物质和有机物的吸收和运输
    • 维持植物体温相对稳定
  • 部位
    • 1.植物幼小时：暴露于空气的全表皮 2.植物长大时：皮孔蒸腾（木本植物） 3.叶片：角质膜蒸腾、气孔蒸腾（最主要）
  • 指标
    • 1.蒸腾速率：植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量 2.蒸腾比率（TR）：植物蒸腾散失水分与光合作用同化CO2的物质的量的比值 3.水分利用效率（WUE）:TR的倒数
  • 气孔蒸腾
    • 气孔运动机理
      • 钾离子积累学说
        • 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
      • 淀粉-糖转化学说
      • 苹果酸代谢学说
    • 影响气孔运动的因素
      • 光
      • CO2
      • 气孔的振荡
      • 温度
      • 水分
      • 化学物质（植物激素）
    • 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
    • 影响蒸腾作用的因素
      • 外界条件
        • 光照（最主要）
        • 空气相对湿度
        • 大气温度
        • 风
      • 内部因素
        • 气孔因素
          • 气孔频度
          • 气孔大小
          • 气孔下腔
          • 气孔构造
          • 气孔开度（长成的叶子内部阻力主要取决于气孔开度）
        • 叶面积和叶片内部面积
• 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
  • 合理灌溉增产原因
    • 1.可改善各种生理作用，尤其光合作用 2.能改变栽培环境的土壤条件和气候条件（满足生态需水） 3.防治土壤干旱（满足生理需水）
• 公师三班 张泽平 学号：222020317011093