植物生理学 ——水分生理—— 任课教师： 张 鹏 生命科学与技术学院.

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1 植物生理学 ——水分生理—— 任课教师： 张 鹏 生命科学与技术学院

2 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

3 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”

4 第一节 水分与植物细胞 （一）水的组成和结构

5 第一节 水分与植物细胞 （一）水的组成和结构

6 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。

7 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。

8 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。

9 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。

10 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。

11 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

12 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

13 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。

14 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。

15 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。

16 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。

17 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

18 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。

19 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

20 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。

21 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

22 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

23 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。

24 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。　　

25 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

26 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。

27 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

28 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

29 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。

30 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。

31 The end