植物水分代谢

null第一章 植物的水分代谢第一章 植物的水分代谢null没有水就没有生命! 植物的一切生命活动都只有在一定的细胞水分状态下才能进行，否则，植物正常生命活动就会受阻，甚至停止。 农谚说“有收无收在于水!” 章节概述章节概述1.水分与植物生命活动 2.植物细胞对水分的吸收 3.植物根系对水分的吸收 4.蒸腾作用 5.水分因子对园林植物生态习性影响 6.合理灌溉的生理基础与意义 1.1植物体内的含水量1.1植物体内的含水量 植物种类：一般植物含水量为70%～90%；水生植物的含水量大于90%；旱生植物含水量可低至6%。 植物组织和器官：根的含水量为80%～90%；茎：50%～80%；叶：80%～90%，果实：85%～95%，休眠芽：40%；种子：5%～15%。 环境条件：阴蔽、潮湿环境中，含水量高；向阳、干燥环境中，含水量低。1.水分与植物生命活动 水分代谢(water metabolism)：植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程。 null1.2 水分在植物中的存在形式1.2 水分在植物中的存在形式 束缚水(bound water)是被原生质胶体颗粒紧密吸附或存在于生物大分子结构空间的水、这些水被束缚，不能自由移动，不起溶剂作用。 自由水(free water)是指存在于原生质胶粒之间、液胞内、细胞间隙、导管和管胞内以及植物体其他组织间隙中的不被吸附、能在体内自由移动、起溶剂作用的水。 自由水／束缚水的比值可作为衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一。 1.3水分在植物生命活动中的作用1.3水分在植物生命活动中的作用生理作用： 1. 原生质的主要组成成分 植物细胞原生质一般含水量在80%以上 2. 植物体内代谢过程的重要原料 3. 各种生化反应和物质吸收、运输的介质 4. 使植物保持固有的姿态 5. 保持植物体正常的体温 水的汽化热高、比热大 生态作用： 1.水对可见光的通透性 2.水对植物生存环境的调节 增加大气湿度、维持土温、气温的相对稳定2.植物细胞对水分的吸收 2.植物细胞对水分的吸收 2.1水势与水的迁移过程 水势：指在相同温度和压力下每偏摩尔体积水的化学势与纯水的化学势差。 纯水的化学势最高，人为的定为零 溶液的化学势小于零 水在自然界的移动形式：集流和扩散（渗透作用） 自由能(free energy)在恒定条件下，体系内能用来做功的能量。 自由能是相对的，是一个体系变化前后的能差。ΔG=G2-G1 化学势(chemical potential)：是在恒温恒压等条件下，1摩尔某组分在体系中的自由能，可用来衡量物质反应或转移所用的能量。2.植物细胞对水分的吸收 2.植物细胞对水分的吸收 对于一个典型的植物细胞，其水势由3部分组成，即： 水势=渗透势+压力势+衬质势 渗透势（osmotic potential，）：溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值。用负值表示。亦称溶质势（s）。 压力势（pressure potential，p）：由于细胞壁压力的存在而增加的水势值。一般为正值。初始质壁分离时，p为0，剧烈蒸腾时，p会呈负值。 衬质势（matric potential，m）：细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起的水势降低值，以负值表示。2.2植物细胞的水势组成2.植物细胞对水分的吸收 2.植物细胞对水分的吸收 2.3 植物细胞吸水的方式 1.渗透性吸水：植物细胞与外部溶液环境共同构成了一个渗透系统，借助渗透作用，即水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动进行吸水（最主要方式） 植物细胞由于液泡失水而使原生质体和细胞壁分离的现象，称为质壁分离(plasmolysis) 发生了质壁分离的细胞吸水后使整个原生质体恢复原状的现象，称为质壁分离复原(deplasmolysis)2.植物细胞对水分的吸收 2.植物细胞对水分的吸收 1、说明原生质层是半透膜 2、判断细胞死活 3、测定细胞的渗透势 4、观察物质通过细胞的速率。 质壁分离现象可以解决下列问题：null2.吸胀性吸水：亲水性胶体物质吸水膨胀的现象。 在未形成液泡的细胞和干燥的种子细胞中的亲水胶体包括原生质和细胞壁组成成分以及细胞的贮藏物淀粉、蛋白质等都呈凝胶状态对水分有强大的吸引力，这种吸引水的力量称为吸胀力。 豆类种子中胶体的衬质势可低于-100MPa，易发生吸胀吸水。2.植物细胞对水分的吸收 null 水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转，故水势可用于判断水分迁移的方向。如： 1）相邻细胞的水分转移：水分由水势高的细胞沿水势梯度流向水势低的细胞 2）植物体内的水分转移：植株地上部分的水势低于根系，故根系水分可向地上部分运转。 2.植物细胞对水分的吸收 2.4水分的移动TitleTitle3）土壤-植物体-大气连续体系的水分转移：水势从高到低的顺序是：土壤-根系-叶片-大气，水分也按此顺序迁移。3.植物根系对水分的吸收3.植物根系对水分的吸收 研究表明，水分在细胞膜内的移动又有两种方式：一是单个水分子直接越膜，二是经过一种膜通道蛋白——水孔蛋白进行。 3.1土壤中的水分和土壤水势 1、土壤中水分的性质 土壤中的水分按物理状态可分为三类：毛细管水、重力水和束缚水（或称吸湿水）。毛细管水是植物吸水的主要来源。 2、土壤水势 3、土壤中水分的移动 ：以集流的方式向根运动null3.2植物根系吸水的部位 根系是植物吸水的主要器官，其中根毛区为主要的吸水区域。 根毛细胞壁含有丰富的果胶质，有利于与土壤接触并吸水。 根毛区有成熟的输导组织，便于水分运输。 根毛极大的增加了根的吸收面积。3.3植物根系吸水的途径 1 质外体途径(apoplast pathway) 2 共质体途径(symplast pathway)null质外体：是指由细胞壁、细胞间隙、胞间层以及导管的空腔组成的部分。当水分在质外体中移动时，不越过任何膜，所以移动阻力小，移动速度快。 共质体：是指由一个个生活的细胞通过胞间连丝组成的连续整体。由于水分在共质体内运输时要跨膜，因此水分移动阻力大。null3.4根系吸水的动力 根系吸水有主动吸水（根压）和被动吸水（蒸腾作用）两种形式。 1、主动吸水： 依据根系本身生理活动而引起植物吸水的现象，叫做植物的主动吸水。 所谓根压（root pressure），是指由于植物根系生理活动而促使液流从根部上升的压力。证明根压存在的两个现象“伤流”和“吐水”。null2、被动吸水 由于枝叶的蒸腾作用(transpiration)而引起根部的吸水称作被动吸水。 被动吸水的动力是蒸腾拉力。 由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度，而使水分沿导管上升的力量称为蒸腾拉力。 就大多数高等植物而言，春季叶片未展开之前，以主动吸水为主；一旦叶片展开，蒸腾作用逐渐加强，便以被动吸水为主。null 1. 土壤水分状况 土壤可用水分的水势范围： -0.45 Mpa ～ -0.3 MPa 2. 土壤通气状况 土壤通气良好，根系吸水性强 土壤通气不良，根系吸水困难： (1) 根际缺O2， CO2积累，呼吸受抑； (2)长时期缺氧时根进行无氧呼吸，产生并积累乙醇，毒害根系； (3) 土壤处于还原状态，加之土壤微生物的活动，产生一些有毒物质，对根系生长和吸收都不利 中耕耘田、排水晒田 增加土壤通气3.5影响根系吸水的外部因素null3. 土壤温度 温度过高或过低，对根系吸水均不利 低温： (1) 原生质粘性增大，对水的阻力增大，水不易透过生活组织，植物吸水减弱 (2) 水分子运动减漫，渗透作用降低 (3) 根系生长受抑，吸收面积减少 (4) 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，收面积减少4. 土壤溶液浓度 土壤溶液浓度过高，水势低，根系吸水困难 施肥过多或过于集中时，可使根部土壤溶液浓度急速升高，阻碍了根系吸水，引起“烧苗” 盐碱地土壤溶液浓度太高，植物吸水困难，形成一种生理干旱。4.蒸腾作用4.蒸腾作用 4.2 蒸腾作用的部位与方式 1、植物幼小时，地面以上的全部表面 　 2、皮孔蒸腾 — 高大木本植物，约占全部蒸腾的0.1% 3、叶片蒸腾 （1）角质蒸腾 — 约占全部蒸腾的5%~10% （2）气孔蒸腾 — 主要方式4.1蒸腾作用的概念及生理意义 植物散失水分的方式： 以液态逸出体外--吐水； 以气态逸出体外--蒸腾作用 蒸腾作用(transpiration)指植物体内的水分以气态方式从植物的表面向外界散失的过程。 蒸腾作用是植物失水的主要方式，达植物吸水量的99%。null （2）经过气孔的蒸腾速率 气孔面积一般不超过叶面积的1%，但通过气孔的蒸腾量却达到叶片同样面积的蒸发量的50%以上。 经过小孔的扩散速率与孔的周长成正比,不与面积成正比。此规率叫小孔扩散定律。4.2气孔蒸腾 （1）气孔的大小、数目及分布4.蒸腾作用nullnull4.3 气孔的运动 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4.蒸腾作用null4.4影响气孔运动的因素 气孔运动非常复杂，本身具有内生近似昼夜节律(endogenous circadian rhythms)：即随一天的昼夜交替而开闭 影响气孔运动的外部因子： 1. CO2：一般来讲，浓度低的CO2可促使气孔张开，浓度高的CO2则促使气孔关闭。 2. 光：一般光照促使气孔开放(蓝光和红光最有效)，黑暗促使气孔关闭，即昼开夜关。 景天、落地生根和仙人掌类等植物的气孔则是昼关夜开。4.蒸腾作用null4.蒸腾作用 6. 植物激素: 细胞分裂素(CTK, cytokinin)促进气孔张开；脱落酸(ABA, abscisic acid)促进气孔关闭。 3. 温度：气孔开度一般随温度的升高而增大。在30℃以上，气孔开度达最大，但过高(30-35℃)或过低温度会引起气孔开度减小。 4.水分：叶片的水势对气孔开张有着强烈的控制作用。 缺水直接引起气孔关闭；叶片被水饱和时，表皮细胞相互挤压保卫细胞，也引起气孔关闭。 5. 气孔的震荡：植物在相对稳定的环境下，气孔以数分钟或数十分钟为周期的节律开合的现象。光合速率几乎不受影响。null4.4 影响蒸腾作用的内外条件 内部因素：叶片内部阻力影响蒸腾作用的内在因素。 4.蒸腾作用 蒸腾速率取决于水蒸气向外扩散的力量和扩散途径的阻力。 扩散力——气孔下腔蒸汽压与叶外蒸汽压之差。 扩散途径的阻力——气孔阻力与扩散层阻力之和。null外部因素： 凡是影响叶片内外蒸气压差和扩散途径阻力的外界条件，都会影响蒸腾速率的高低。例如光照、空气湿度、温度、风等。 (1)光照：光照↑，气孔开度↑，气孔阻力↓， ,蒸腾速率↑。 光照↑， 气温和叶温↑，但叶温↑更大，叶内外的蒸汽压梯度↑，蒸腾速率↑ 。 (2)大气温度：一定范围，温度↑，蒸腾↑。温度过低过高，蒸腾↓（气孔关闭） (3)大气湿度： 湿度↑ ，蒸腾↓ ；湿度↓ ，蒸腾 ↑ 。 (4)风速：微风促进蒸腾。强风可能会引起气孔关闭或开度减小，内部阻力加大，蒸腾减弱。 (5)蒸腾作用的昼夜变化：光照是影响蒸腾的主要因素，一天中蒸腾速率的变化与光照变化基本一致。4.蒸腾作用null4.5 降低蒸腾作用的途径 （1）减少蒸腾面积 （2）降低蒸腾速率 （3）使用抗蒸腾剂4.蒸腾作用5、水分因子对园林植物生态习性影响5、水分因子对园林植物生态习性影响（1）旱生树种： 1.少浆植物或硬叶旱生植物 A、减少蒸腾量（缩小叶面积，角质层，蜡质）；。 B、根系发达。如骆驼刺。TitleTitle（2）多浆植物或肉质植物 A、茎或叶具有发达的储水组织而多肉 B、大多数种类气孔下陷，数目不多， C、根系不发达 （3）冷生植物或干矮植物 本类植物具有旱生少浆植物的旱生特性，但一般形体矮小，多成团从状或垫状。 null（2）中生树种：大多数植物属于中生树种，对于干与湿的忍耐程度方面有很大差异。 中生耐水湿：具有湿生植物的性状倾向。桑树、旱柳、紫穗槐等。 中生耐干旱：具有旱生植物的性状倾向。油松、侧柏、荆条、白皮松等。 5、水分因子对园林植物生态习性影响null（3）湿生树种：如水松、落羽杉、池杉、红树等。 （4）水生植物： 通气组织发达，表皮不发达，根系不发达 5、水分因子对园林植物生态习性影响nullnull6.1灌水原则与依据 灌水原则与依据： 1.树种的生物学特性及其年生长节律。树种、物候期、树龄、不同生长发育期、动态表现。 2.气候条件。年降水量、降水强度、降水频度与分布。 3.土壤条件。质地与结构(保水能力)、地下水位、盐碱含量、地势(保水与排水性能)。 4.经济技术条件(保证重点，经济有效)。 5.结合土壤及施肥等栽培 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。6.合理灌溉的生理基础与意义 null(一) 灌溉的时期： 依据土壤含水量。一般作物生长较好的土壤含水量为田间持水量的60%~80% 依据形态变化：形态上已显露出缺水症状 (1）幼嫩的茎叶在中午前后易发生萎蔫； (2）叶、茎颜色由于生长缓慢，叶绿素浓度相对增大，而呈暗绿色。 (3）茎、叶颜色有时变红 生理指标可以比形态指标更及时、更灵敏地反映植物体的水分状况。 植物叶片的细胞汁液浓度、渗透势、水势和气孔开度等均可作为灌溉的生理指标。 6.合理灌溉的生理基础与意义 6.合理灌溉的生理基础与意义 6.合理灌溉的生理基础与意义 (二) 主要物候期的灌水 休眠期灌水：秋冬或早春。 我国北方秋末冬初灌封冻水，提高树木越冬安全性。 早春灌水，利于新梢和叶片生长、利于开花座果。 生长期灌水：花前灌水；花后灌水；花芽分化期灌水。 null6.2节水灌溉方法1.喷灌 2.微灌：滴灌、微喷灌、涌泉灌 3.渗灌：利用地下管道系统 4.膜上灌 5.精确灌溉：遥感和计算机自动监控技术 6.调亏灌溉控水灌溉 7.控制性分根区交替灌溉 8.肥水耦合，以肥调水6.合理灌溉的生理基础与意义 null1.明沟排水：在树旁纵横开浅沟排水。若成片栽植，则应全面安排排水系统。 2.暗道排水：在地下铺设暗管或用砖石砌沟，排除积水。 3.地面排水：地面排水至道路边沟。6.3园林树木的排水6.合理灌溉的生理基础与意义 null合理灌溉对植物的生理效应 合理的灌溉可以改善植物的各种生理状况，改善作物的光合性能。特别是光合作用. 合理灌溉对植物的生态效应 灌溉能改善灌溉地上的气候条件，改善栽培环境，间接地对植物产生影响如：夏季灌溉可以降低株间的气温；早春与晚秋季节灌溉可以保温；盐碱地灌溉可以洗盐压碱；施肥后灌溉可以溶解肥料。 6.4 合理灌溉增产的原因6.合理灌溉的生理基础与意义 null