植物生理学 ——水分生理—— 任课教师： 张 鹏 生命科学与技术学院

第一节 水分与植物细胞 第二节 植物根系对水分的吸收 第三节 植物体内水分的向上运输 第四节 植物的蒸腾作用 第五节 合理灌溉的生理基础

第一节 水分与植物细胞 “有收无收在于水” “水利是农业的命脉”

第一节 水分与植物细胞 （一）水的组成和结构

第一节 水分与植物细胞 （一）水的组成和结构

第一节 水分与植物细胞 （二）水的物理化学性质 1.水的比热容 是指使单位质量的物质温度升高1℃所需的热量。水的比热容为4.187J·g-1·℃-1。 2.水的蒸气压 水分子处于不断运动之中，其中有少数分子的动能较大，足以冲破表面张力的影响而进入空间成为水蒸气分子，这就叫蒸发。液面上的水蒸气分子也可重新返回液体中，这称为凝聚。与液体达到动态平衡的蒸气称为饱和蒸气。饱和蒸气所产生的压力称为饱和蒸气压。 3.水的沸点和气化热 当液体蒸气压等于外界压力时的温度称为沸点。在一定的温度下,将单位质量的物质由液态转变为气态所需的热量就称为气化热。在正常气压(1atm)下水的沸点为100℃,此时水的气化热为2.257kJ·g-1。

第一节 水分与植物细胞 （二）水的物理化学性质 4.水的内聚力、粘附力和表面张力 同类分子间具有的分子间引力叫做内聚力。由于水中存在大量的氢键，水的内聚力很大。液相与固相间的相互引力叫做粘附力。由于水是极性分子,它可以与其他极性物质形成氢键,因此水与极性物质间有较强的粘附力。如果水与某物质间的粘附力大于水的内聚力，则此物质为可湿性的。处于界面的水分子均受着垂直向内的拉力，这种作用于单位长度表面上的力，称为表面张力。 5.毛细作用 是指在液体与固体相接触的表面间的一种相互作用。 6.水的电性质 水是许多电解质和极性分子的良好溶剂。

第一节 水分与植物细胞 （三）水的移动 1.集流是指液体中成群的原子或分子(例如组成水溶液的各种物质的分子)在压力梯度(水势梯度)作用下共同移动的现象。

第一节 水分与植物细胞 （三）水的移动 2.扩散是物质分子(包括气体分子、水分子、溶质分子等)从高浓度(高化学势)区域向低浓度(低化学势)区域转移，直到均匀分布的现象。

第一节 水分与植物细胞 （三）水的移动 3.渗透是指溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象。对于水溶液而言，就是指水分子从水势高处通过半透膜向水势低处扩散的现象。

第一节 水分与植物细胞 （四）水分在植物生命活动中的作用 1.水是细胞的重要组成成分 细胞中的水可分为二类，一类是与细胞组分紧密结合而不能自由移动、不易蒸发散失的水称为束缚水, 另一类是与细胞内胶体之间吸附力较弱,可以自由移动的水称为自由水。 2.水是代谢过程的反应物质 3.水是各种生理生化反应和运输物质的介质 4.水能使植物保持固有的姿态 5.水具有重要的生态意义

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第二节 植物根系对水分的吸收 (一)土壤水分的存在形式及性质 毛管上升水 毛管悬着水 毛管水 束缚水 重力水 可利用水 不可利用水 按物理状态 按能否被利用 永久萎蔫系数：是指植物发生永久萎蔫时，土壤中尚存留的水分占土壤干重的百分率。 田间持水量：是指当土壤中重力水全部排除，而保留全部毛管水和束缚水时的土壤含水量。通常以水分占土壤干重的百分比表示。

第二节 植物根系对水分的吸收 (二)根系吸水的部位 根系吸水的部位主要在根的尖端，从根尖开始向上约10mm的范围内，包括根冠、根毛区、伸长区和分生区，其中以根毛区的吸水能力最强。 由于植物吸水主要靠根尖,因此在移栽时尽量保留细根，就减轻移栽后植株的萎蔫程度。

第二节 植物根系对水分的吸收 (三)根系吸水的途径 植物根部吸水主要通过根毛、皮层、内皮层，再经中柱薄壁细胞进入导管。 水分在根内的径向运转有质外体和共质体两条途径。

第二节 植物根系对水分的吸收 (四)根系吸水的机理 主动吸水:由植物根系生理活动而引起的吸水过程。 根压: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。 1.伤流 从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象。 2.吐水 生长在土壤水分充足、潮湿环境中的植株，叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。

第二节 植物根系对水分的吸收 (四)根系吸水的机理 被动吸水: 植物根系以蒸腾拉力为动力的吸水过程。 蒸腾拉力：是指因叶片蒸腾作用而产生的使导管中水分上升的力量。 在一般情况下，土壤水分的水势很高，很容易被植物吸收，并输送到数米，甚至上百米高的枝叶中去。在光照下，蒸腾着的枝叶可通过被麻醉或死亡的根吸水，甚至一个无根的带叶枝条也照常能吸水。　　 主动吸水和被动吸水在植物吸水过程中所占的比重，因植物生长状况和蒸腾速率而异。通常正在蒸腾着的植株，尤其是高大的树木，其吸水的主要方式是被动吸水。只有春季叶片未展开或树木落叶以后以及蒸腾速率很低的夜晚，主动吸水才成为主要的吸水方式

第二节 植物根系对水分的吸收 (五)影响根系吸水的土壤条件 （1）土壤水分状况 缺水时，植物细胞失水，膨压下降，叶片、幼茎下垂，这种现象称为萎蔫。如果当蒸腾速率降低后，萎蔫植株可恢复正常，则这种萎蔫称为暂时萎蔫。蒸腾降低以后仍不能使萎蔫植物恢复正常，这样的萎蔫就称永久萎蔫。 （2）土壤温度 　　低温、高温都会使根系吸水下降 （3）土壤通气状况 　　用CO2处理小麦、水稻幼苗根部，其吸水量降低14％～50%；如通O2处理，则吸水量增加。 （4）土壤溶液浓度 　　在一般情况下,土壤溶液浓度较低,水势较高，根系易于吸水。但在盐碱地上,水中的盐分浓度高，水势低，作物吸水困难。

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第三节 植物体内水分的向上运输 水分运输的具体途径是：土壤→根毛→皮层→内皮层→中柱鞘→根的导管或管胞→茎的导管→叶柄导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气。

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第四节 植物的蒸腾作用 （一）蒸腾作用及其生理意义 蒸腾作用：是指植物体内的水分以气态散失到大气中去的过程。 与一般的蒸发不同，蒸腾作用是一个生理过程，受到植物体结构和气孔行为的调节。 １.蒸腾作用能产生的蒸腾拉力 ２.蒸腾作用促进木质部汁液中物质的运输 ３.蒸腾作用能降低植物体的温度 ４.蒸腾作用的正常进行有利于CO2的同化

第四节 植物的蒸腾作用 （二）蒸腾作用的方式 角质蒸腾 叶片蒸腾 气孔蒸腾 角质层蒸腾和气孔蒸腾在叶片蒸腾中所占的比重，与植物的生态条件和叶片年龄有关，实质上也就是和角质层厚薄有关。

第四节 植物的蒸腾作用 （三）气孔的形态结构及生理特点 气孔是植物叶片表皮组织的小孔，一般由成对的保卫细胞组成。保卫细胞四周环绕着表皮细胞，毗连的表皮细胞如在形态上和其它表皮细胞相同，就称之为邻近细胞，如有明显区别，则称为副卫细胞。保卫细胞与邻近细胞或副卫细胞构成气孔复合体。　　

第四节 植物的蒸腾作用 （三）气孔的形态结构及生理特点 １.气孔数目多、分布广 ２.气孔的面积小，蒸腾速率高 ３.保卫细胞体积小,膨压变化迅速 ４.保卫细胞具有多种细胞器 ５.保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微纤丝结构 6.保卫细胞与周围细胞联系紧密

第四节 植物的蒸腾作用 （四）影响气孔运动的因素 1.光 光是气孔运动的主要调节因素。一般情况下,光可促进气孔张开,暗中则气孔关闭。 2.二氧化碳 CO2对气孔运动影响很大。低浓度CO2促进气孔张开,高浓度CO2能使气孔迅速关闭（无论光下或暗中都是如此）。 3.温度 气孔开度一般随温度的上升而增大。 4.水分 气孔运动与保卫细胞膨压变化密切相关, 而膨压变化又是由于水分进出保卫细胞引起的，因此，叶片的水分状况是直接影响气孔运动的关键因素。 5.植物激素 细胞分裂素和生长素促进气孔张开，低浓度的脱落酸会使气孔关闭。

第四节 植物的蒸腾作用 （五）适当降低蒸腾的途径 １. 减少蒸腾面积 ２. 降低蒸腾速率 ３. 使用抗蒸腾剂 (1)代谢型 阿特拉津；苯汞乙酸、烯基琥珀酸 (2)薄膜型 如硅酮、丁二烯丙烯酸 (3)反射型 如高岭土

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第五节 合理灌溉的生理基础 （一）作物的需水规律 　　(1) 不同作物对水分的需要量不同 　　(2) 同一作物不同生育期对水分的需要量不同 　　小麦一生中对水分的需要大致可分为四个时期： ①.种子萌发到分蘖前期，消耗水不多； ②.分蘖末期到抽穗期，消耗水最多； ③.抽穗到乳熟末期，消耗水较多，缺水会严重减产； ④.乳熟末期到完熟期，消耗水较少。如此时供水过多，反而会使小麦贪青迟熟，籽粒含水量增高，影响品质。 　　(3) 作物的水分临界期 　　水分临界期是指植物在生命周期中，对水分缺乏最敏感、最易受害的时期。 一般而言，植物的水分临界期多处于花粉母细胞四分体形成期，这个时期一旦缺水，就使性器官发育不正常。

第五节 合理灌溉的生理基础 （二）合理灌溉的方法 漫灌是我国目前应用最为广泛的灌溉方法。 喷灌就是借助动力设备把水喷到空中成水滴降落到植物和土壤上。 滴灌是通过埋入地下或设置于地面的塑料管网络，将水分输送到作物根系周围，水分（也可添加营养物质）从管上的小孔缓慢地滴出，让作物根系经常处于保持在良好的水分、空气、营养状态下。

The end