第一单元 植物水分生理

本图介绍了植物的水分生理：植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程知识，有兴趣的可以看看哟。

植物水分生理

• 植物对水分的需要
  • 植物含水量
    • 不同植物含水量不同
    • 不同环境同种植物含水量不同
    • 同一植物不同器官含水量不同
    • 同一器官不同时期 含水量不同
  • 水分存在状态
    • 束缚水
      • 与细胞组分紧密结合而不能自由移动，不易蒸发散失的水。
        • 束缚水🉑增强植物的抗逆性。
    • 自由水
      • 与细胞组分之间吸附力较弱，可以自由移动的水。
        • 自由水🉑直接参与各种代谢活动。
  • 水分在植物生命活动中的作用
    • 水是细胞原生质的重要组成成分
    • 代谢过程中的反应物质
    • 生化反应的介质
    • 植物物质吸收与运输的溶剂
    • 保持植物固有姿态
    • 有重要的生态意义
      • 对植物体温的调节
      • 对植物生态环境的调节
      • 水的透光性使水生植物的需光反应正常进行
    • 是细胞维持膨压促进生长
  • 水的物理化学性质
    • 高比热
      • 保持体温相对恒定
    • 高沸点、高气化热
      • 调节体温
    • 高溶解热
      • 难以结冰
    • 内聚力、附着力、表面张力
      • 产生毛细作用
    • 高介点常数
      • 是植物体内良好的溶剂
    • 不可压缩性
      • 保持固有姿态
• 细胞内的水分关系
  • 总能量
    • 自由能
      • 化学势：每偏摩尔物质所具有的自由能
      • 在恒温、恒压条件下体系可以用来对环境作功的那部分能量。
    • 束缚能
      • 不能转化为用于作功的能量
  • 化学势（μ）
    • 用来衡量物质反应或转移所用的能量，是用来在描述体系中组分发生化学反应的本领 及转移的潜在能力，一摩尔物质的自由能就是该物质的化学势
      • 纯水的自由能最大，化学势最高（规定为0）
  • 水势ψw＝ψm+ψs+ψp+ψg
    • 水势就是每偏摩尔体积水的化学势差，即水溶液的化学势(μw)与同温、 同压、同一系统中的纯水的化学势之差(μ0w)
      • 纯水的水势最高，并定为零，其他溶液的水势皆为负值。
    • 溶质势ψs
      • 溶质势亦称渗透势（ψπ）
        • 由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值，以负号表示
    • 衬质势（Ψm）
      • 由于衬质的存在引起体系水势降低的数值，以负号表示
    • 压力势（ψp）
      • 由于压力的存在而使体系水势改变的数值
        • ψp在细胞吸水膨胀时，为正值，即降低细胞吸水能力
        • ψp在细胞失水收缩时，为负值，即提高细胞的吸水能力
    • 重力势（ψg）
      • 由于重力的存在使体系水势增加的数值，正值
  • 具有液泡的细胞
    • 水势ψw＝ψs+ψp
  • 不具液泡的细胞
    • 水势ψw＝ψm
  • 细胞间的水分移动
    • 扩散
      • 顺浓度梯度
      • 适合水分短距离运输
    • 渗透
      • 半透膜
      • 顺水势梯度
    • 集流
      • 压力梯度向下
      • 通过水孔蛋白形成的水通道进行
        • 具有选择性，高效运转水分功能的膜内在蛋白
    • 水势差决定水流方向——水总是从高水势区域向低水势区域移动
      • 土壤的水势＞植物根的水势＞茎木质部水势＞叶片水势＞大气水势
    • 水势影响水分移动的速度
      • 细胞间水势梯度越大，水分运动越快越好，反之则慢
  • 植物吸水
    • 吸胀吸水：未形成液泡的植物细胞和干燥种子（低衬质势（ψm）引起）
      • 吸胀能力：蛋白质＞淀粉＞纤维素
    • 渗透吸水：具有液泡的植物细胞（溶质势下降引起）
      • 渗透吸水的条件：选择透过性膜，膜两侧有水势差
    • 代谢性吸水（降压吸水）：因ψp的降低而引发的细胞吸水
• 水分在植物体内的传输途径
  • 径向运输
    • 水分从土壤溶液中运输至木质部导管的过程，即根系吸水
  • 轴向运输
    • 水分在木质部导管向上运输至植物顶部的过程，即水分的向上运输
• 植物根系对水分的吸收
  • 土壤水分
    • 毛管水
      • 上升水
      • 悬着水
    • 束缚水（吸湿水）
    • 重力水
    • 环保方向
      • 不可利用水
      • 可利用水
  • 根系吸水
    • 部位
      • 根尖
        • 根毛区（吸水力最大）
        • 根冠
        • 分生区
        • 伸长区
    • 途径
      • 通过根毛、皮层、内皮层，再经木质部壁细胞进入导管
      • 质外体途径
        • 通过细胞壁、细胞间隙、木质部导管移动
        • 阻力小，速度快
      • 共质体途径
        • 通过胞间连丝移动
        • 连续，速度慢
      • 跨膜途径
        • 水分子借助扩散和水孔蛋白从一个细胞移动到另一个细胞，通过质膜和液泡膜的过程
  • 吸水机制根系吸水动力
    • 蒸腾拉力
      • 被动吸水
        • 高大乔木吸水的主要方式
    • 根压
      • 主动吸水
        • 吐水
          • 可做根系生理活动的指标，判断苗的长势强弱
        • 伤流
          • 可做根系活动能力强弱的生理指标
  • 影响根系吸水的因素
    • 内部因素
      • 导管水势、根系大小、根系对水的透性、根系吸水速率等
    • 外部因素
      • 大气因子
        • 主要通过蒸腾作用影响植物的被动吸水
      • 土壤因子
        • 植物生长在土壤中，土壤条件必然直接对植物的主动吸水影响很大
          • 土壤中可用水分
          • 土壤通气情况
            • 土壤通气良好，根系吸水性强
            • 土壤通气不良，根系吸水困难
          • 土壤温度
            • 低温
              • 原生质粘性大，对水的阻力增大，水不易透过生活组织，植物吸水减弱
              • 水分子运动减慢
              • 根系生长受抑，吸收面积减少
              • 根系呼吸速率降低，离子吸收减弱，影响根系吸水
            • 高温
              • 加速根系老化过程，吸水面积减少
          • 土壤溶液浓度
            • 子土壤溶液浓度过高，水势低，根系吸水困难，引起“烧苗”
    • 土壤的温度
      • 高温：加速老化
      • 低温：水粘度增加
    • 土壤溶液浓度
      • 化肥过多盐碱地
      • 子主题
• 蒸腾作用
  • 概念
    • 植物体内的水分以气态散失到大气中去的过程
  • 生理意义
    • 产生蒸腾拉力是植物被动吸水和运转水分的主要动力
    • 促进木质部汁液中物质的运输
    • 降低植物体温度
  • 作用方式
    • 角质蒸腾
      • 通过角质层蒸腾
        • 角质层本身不易让水通过
    • 通过气孔蒸腾
      • 气孔由2个保卫细胞和其他孔隙四周邻近
      • 保卫细胞的特点
        • 外壁薄，内壁的中间厚。两端薄，且细胞壁中有径向排列辐射状微纤束
          • 双子叶植物——肾型
          • 禾本科植物——哑铃型
      • 生理特点
        • 气孔面积小，蒸腾速率高
        • 气孔蒸腾遵循小孔扩散律，蒸腾速率高
          • 小孔扩散律
            • 气体通过小孔扩散的速率不与小孔的面积成正比，而是与小孔的周长成正比
        • 气孔数目多，分布广
        • 气孔运动与保卫细胞的结构特点密切相关
        • 保卫细胞有多种细胞器
      • 气孔运动机理
        • 淀粉-糖转化学说
          • • 渗透势升高，水势升高；细胞失水，气孔关闭
            • 渗透势下降，水势下降；细胞吸水，气孔开放
        • K+泵假说（K+积累学说）
        • 淀粉—K+—苹果酸代谢理论
          • 保卫细胞中有PEP，在PEP羧激酶作用下形成苹果酸，气孔开放时淀粉下降，苹果酸增多降低液泡水势
      • 影响气孔的外界因素
        • 光
        • 温度
          • 气孔开度一般随温度的升高而增大
        • 二氧化碳
          • 低浓度促使气孔张开，高浓度促使气孔关闭
        • 水分
        • 植物激素
          • 细胞分裂素和生长素促进
          • 脱落酸促进气孔关闭
  • 指标
    • 蒸腾速率（强度)
    • 蒸腾比率（效率）
    • 蒸腾系数(需水量）
  • 影响蒸腾作用的外部因素
    • 光照
    • 大气湿度：湿度增加蒸腾速率变慢，反之蒸腾速率加快
    • 温度：温度增高，蒸气压差加大蒸腾加强
    • 风：微风促进
    • 土壤条件
  • 内部因素
    • 内部阻力
    • 叶肉细胞间隙的面积
• 人类生活服务
  • 合理灌溉
    • 根据作物的需水规律灌溉
    • 根据天气和土壤含水量灌溉
    • 采用合理的灌溉方式提高水分利用效率
  • 人类健康生活
    • 从植物中获得人体需要水分
    • 利用植物水分生理改善环境
• 水分向上运输
  • 水分运输途径
    • 土壤-根毛-皮层-内皮层-中柱鞘-根的导管-茎-叶柄-叶脉-叶肉-叶细胞间隙-气孔下腔-气孔-大气
  • 木质部是水分运输的主要通道
  • 经活细胞的运输（短距离）
    • 通过共质体，阻力大，速度慢
  • 经过死细胞的运输（长距离）
    • 通过质外体，阻力小，速度快
  • 共质体
    • 阻力小，运输速度快
  • 质外体
    • 活细胞的原生质，运输速度慢