最新《植物水分代谢1》课件.ppt
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- 植物水分代谢1 最新 植物 水分 代谢 课件
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1、植物水分代谢植物水分代谢1ppt课件课件参与物质运输、细胞信号转导、细胞识别。(注:参与物质运输、细胞信号转导、细胞识别。(注:生物膜生物膜或叫细胞膜,是指构成细胞的所有膜的总或叫细胞膜,是指构成细胞的所有膜的总称,可粗分为质膜和内膜系统。主要成分是称,可粗分为质膜和内膜系统。主要成分是蛋白蛋白质质、脂类脂类和和少量糖少量糖。其中脂类主要是。其中脂类主要是磷脂磷脂,其次,其次为胆固醇和其它脂类。膜上的为胆固醇和其它脂类。膜上的蛋白蛋白可分外围蛋白可分外围蛋白或外在蛋白,及整体蛋白也中内在蛋白)或外在蛋白,及整体蛋白也中内在蛋白)质膜的生理功能:质膜的生理功能:胶体颗粒可形成双电层,水化作用,稳
2、定胶体系统;胶体颗粒可形成双电层,水化作用,稳定胶体系统;分散度高,内界面大,活性强,利于生化反应进行;分散度高,内界面大,活性强,利于生化反应进行;存在可逆溶胶与凝胶两种状态,利于适应环境变化;存在可逆溶胶与凝胶两种状态,利于适应环境变化;实例:种子萌发时大量吸水,使凝胶态的贮存物水实例:种子萌发时大量吸水,使凝胶态的贮存物水解而提高生命活性,此时的原生质胶体呈溶胶态,酶解而提高生命活性,此时的原生质胶体呈溶胶态,酶被激活或诱导,物质运输增强,萌发。被激活或诱导,物质运输增强,萌发。原生质胶体特性及其在生命活动中的重要作原生质胶体特性及其在生命活动中的重要作用及实例。用及实例。第第2章章 植
3、物的水分代谢植物的水分代谢 地球上最早的生命是在水中产生的。植物也不例外,地球上最早的生命是在水中产生的。植物也不例外,起初在水中发生,而后逐渐进化,有的仍保持水生状态,起初在水中发生,而后逐渐进化,有的仍保持水生状态,大部分进化为陆生植物。因此水是植物发育的先天条件,大部分进化为陆生植物。因此水是植物发育的先天条件,即使陆生植物其一切正常的生命活动都必须在一定的水即使陆生植物其一切正常的生命活动都必须在一定的水分状况下才能进行。否则植物的生命活动就会受阻,甚分状况下才能进行。否则植物的生命活动就会受阻,甚至死亡。其它一切生物也一样。因此没有水就没有生命。至死亡。其它一切生物也一样。因此没有水
4、就没有生命。在农林业生产上,水是决定收成有无的重要因素之一。在农林业生产上,水是决定收成有无的重要因素之一。“有收无收在于水。有收无收在于水。”植物的一生中,一方面不断地从环植物的一生中,一方面不断地从环境中吸收水分,以满足生命活动的需要,境中吸收水分,以满足生命活动的需要,另一方面又不可将大量水分丢失到环境另一方面又不可将大量水分丢失到环境中,由此就形成了植物的水分代谢:中,由此就形成了植物的水分代谢:植物对水分的吸收、运输和散失过程植物对水分的吸收、运输和散失过程称为水分代谢(称为水分代谢(Water metabolismWater metabolism)。)。本章的主要内容:本章的主要内
5、容:一、水分在植物生命活动中的重要性一、水分在植物生命活动中的重要性 二、植物对水分的吸收二、植物对水分的吸收 三、植物体内水分的散失三、植物体内水分的散失 四、植物体内水分的运输四、植物体内水分的运输 五、植物的水分平衡与合理灌溉五、植物的水分平衡与合理灌溉主要了解主要了解:植物对水分吸收、运输及蒸腾基本原理植物对水分吸收、运输及蒸腾基本原理认识维持植物水分平衡的重要性认识维持植物水分平衡的重要性合理灌溉理论基础合理灌溉理论基础重点和难点重点和难点植物细胞的水分关系植物细胞的水分关系植物水分吸收和散失的调控机理植物水分吸收和散失的调控机理第一节第一节 水在植物生命活动中的重要性水在植物生命活
6、动中的重要性一、一、植物的含水量植物的含水量 植物体都含有水,其含水量一般约占组织鲜重植物体都含有水,其含水量一般约占组织鲜重70%70%90%90%。但含水量不是恒定的,可因植物的种的差。但含水量不是恒定的,可因植物的种的差异。生命力旺盛异。生命力旺盛 ,代谢活动强,代谢活动强,其含水量亦高。其含水量亦高。植物种类:植物种类:水生水生 陆生;草本陆生;草本 木本;阴生木本;阴生 阳生阳生器官或组织:器官或组织:根尖、幼叶根尖、幼叶606090%90%;树干;树干 4050%4050%;休眼芽休眼芽40%40%;休眼种子;休眼种子10%10%14%14%;环境条件:环境条件:阴湿环境阴湿环境
7、向阳、干燥处向阳、干燥处 沙生植物沙冬青沙生植物沙冬青渐危种。常绿灌木,高渐危种。常绿灌木,高1 1至至2 2米。分布于内蒙古、宁夏和甘肃米。分布于内蒙古、宁夏和甘肃等地海拔等地海拔10001000至至12001200米低山地带。为常绿超旱生植物。喜沙米低山地带。为常绿超旱生植物。喜沙砾质土壤,种子吸水力强,发芽迅速。花开砾质土壤,种子吸水力强,发芽迅速。花开4 4、5 5月,月,7 7月果熟。月果熟。植物体的含水量计算植物体的含水量计算(1)以鲜重为基数含水量)以鲜重为基数含水量(%)=(2)以干重为基数含水量)以干重为基数含水量(%)=(3)以水饱和重、鲜重、干重为基数:相对含水量)以水饱
8、和重、鲜重、干重为基数:相对含水量(Relative Water Content,RWC)新鲜植物新鲜植物 称重称重105 0C杀死杀死80 0C烘干烘干称重称重(鲜重)(鲜重)(干重)(干重)Wf WdWf 100 100Wf WdWd测定方法:测定方法:RWC(%)=100Wf:鲜重;:鲜重;Wt:组织水饱和重;:组织水饱和重;Wd:干重。:干重。意义:是反映植物水分状况,研究植物水分意义:是反映植物水分状况,研究植物水分关系及农产品质量的重要指标。关系及农产品质量的重要指标。WfWdWtWd二、二、水对植物的生理生态作用水对植物的生理生态作用(一一)水对植物的生理作用水对植物的生理作用
9、1.水是原生质的主要组分水是原生质的主要组分 2.水直接参与植物体内重要的代谢过程水直接参与植物体内重要的代谢过程 3.水是许多生化反应的良好介质水是许多生化反应的良好介质 4.水能使植物保持固有的姿态水能使植物保持固有的姿态 5.细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水(二二)水的生态作用水的生态作用所谓生态作用就是通过水分子的特所谓生态作用就是通过水分子的特殊理化性质,给植物生命活动创建殊理化性质,给植物生命活动创建 一一个有益的环境条件。个有益的环境条件。1.1.水是植物体温调节器水是植物体温调节器 2.2.水对可见光的通透性水对可见光的通透性 3.3.水对植
10、物生存环境的调节水对植物生存环境的调节三、三、植物体内水分存在的状态植物体内水分存在的状态自由水自由水(free water)不被胶体颗粒或渗透物质所吸引或吸引不被胶体颗粒或渗透物质所吸引或吸引力很小,可以自由移动的水分,力很小,可以自由移动的水分,当温度升高时可以挥发,温度降低到冰当温度升高时可以挥发,温度降低到冰点以下可结冰,起溶剂作用。点以下可结冰,起溶剂作用。束缚水束缚水(bound water)被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质所吸引被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质所吸引,且紧紧被束缚不能自由移动的水分且紧紧被束缚不能自由移动的水分,当温,当温度升高时不能挥发,温度降低到冰点以下也度升高时
11、不能挥发,温度降低到冰点以下也不结,不能起溶剂作用。不结,不能起溶剂作用。自由水自由水/束缚水比值束缚水比值较较高高时,植物代谢活跃,生长较快;时,植物代谢活跃,生长较快;反之,代谢活性低、生长缓慢,但抗逆反之,代谢活性低、生长缓慢,但抗逆性较强。性较强。第二节第二节 植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收植物的生命活动是植物的生命活动是以细胞为基础以细胞为基础的的.植物对水分的吸收最终决定于植物对水分的吸收最终决定于细胞细胞的水分关系的水分关系。细胞吸水有三种方式:细胞吸水有三种方式:吸胀吸水吸胀吸水 未形成液泡的细胞靠吸胀作用吸水;未形成液泡的细胞靠吸胀作用吸水;渗透性吸水渗透性吸水 具
12、中心液泡的成熟细胞以渗透性吸水为主具中心液泡的成熟细胞以渗透性吸水为主 代谢性吸水代谢性吸水 直接消耗能量,直接消耗能量,使水分子经过原生质膜进入细胞的过程使水分子经过原生质膜进入细胞的过程 以渗透性吸水最为重要。以渗透性吸水最为重要。一、一、植物细胞的渗透吸水植物细胞的渗透吸水水分进出细胞和在细胞间运动也必水分进出细胞和在细胞间运动也必然伴随着能量的变化,受能量转化规律然伴随着能量的变化,受能量转化规律的制约。的制约。如何衡量植物不同细胞和细胞不同如何衡量植物不同细胞和细胞不同邻位及环境中水分的能量的变化呢邻位及环境中水分的能量的变化呢?一个具有普遍意义的判断标准是自一个具有普遍意义的判断标
13、准是自由能的变化,由能的变化,常以常以G代表。代表。1.1.自由能自由能根据热力学原理,系统中物质的总根据热力学原理,系统中物质的总能量可分为能量可分为:束缚能束缚能(bound energy)(bound energy)是不能是不能用于做有用功的能量用于做有用功的能量;自由能自由能(free energy)(free energy)是在恒是在恒温、恒压下用于做有用功的能量。温、恒压下用于做有用功的能量。自由能的绝对值无法测定,自由能的绝对值无法测定,只知道在变化前只知道在变化前后两个不同系统的由能变化后两个不同系统的由能变化(自由能差自由能差)G。G=若若G0,说明自由能增加,系统不可自动进
14、行说明自由能增加,系统不可自动进行,必须从外界获得能量才能进行;,必须从外界获得能量才能进行;若若G=0,说明自由能不增不减,表示系统处于说明自由能不增不减,表示系统处于动态平衡。动态平衡。可见,自由能的变化可见,自由能的变化 是判断系统能否自动是判断系统能否自动进行反应的标准。进行反应的标准。2.化学势化学势 化学势化学势(chemical potential)用来衡量物质反应或转移所用的能量。用来衡量物质反应或转移所用的能量。化学势化学势 1偏摩尔的该物质所具有的自由能偏摩尔的该物质所具有的自由能,用用表示表示.即在一个多组分的混合体系内,组即在一个多组分的混合体系内,组分分 j 的化学势
15、,的化学势,是指在等温、等压是指在等温、等压,保持其它保持其它各组分浓度不变时,加入各组分浓度不变时,加入1 mol j 物物 质所引质所引起体系自由能的增加量。起体系自由能的增加量。3.3.水势水势 水分移动水分移动(和任何物质移动和任何物质移动)的能量基础的能量基础或基本动力,就是不同部位的或基本动力,就是不同部位的水的自由能差水的自由能差,它造成水分移动的趋势。它造成水分移动的趋势。重要的不在于水中所含自由能的绝对数重要的不在于水中所含自由能的绝对数量本身,而在不同部分自由能的量本身,而在不同部分自由能的相对水平相对水平。水势水势(Water potential)()(差差)wwwwV0
16、 就是每偏摩尔体积水的化学势就是每偏摩尔体积水的化学势(差差)。即水液的化学势。即水液的化学势()与同温同压同一系统中纯水的化学势与同温同压同一系统中纯水的化学势()之差之差 ()除以水的偏摩尔体积除以水的偏摩尔体积(V(V)所得的商。所得的商。代表水势代表水势为化学势差为化学势差V为偏摩尔体积为偏摩尔体积.水势可以用公式表示为:水势可以用公式表示为:偏摩尔体积偏摩尔体积(Partial molar volume)是指恒温恒压下,在多组分体系中加是指恒温恒压下,在多组分体系中加入入 1mol该物质所占据的体积。该物质所占据的体积。在稀的水溶液中,水的偏摩尔体积与在稀的水溶液中,水的偏摩尔体积与
17、纯水的摩尔体积纯水的摩尔体积(18.00cmmol)相差不相差不大,大,实际应用时往往用纯水的摩尔体积代实际应用时往往用纯水的摩尔体积代替偏替偏 摩尔体积。摩尔体积。水势单位水势单位 (水滴)(水滴)(干纸)(干纸)地地心心引引力力(地势高)(地势高)水势高水势高 水势低水势低(地势低)(地势低)水水势势高高水水势势低低(滤纸)(滤纸)水势低水势低水势高水势高(水)(水)(叶子)(叶子)水势低水势低 水势高水势高(根系)(根系)*纯水水势为纯水水势为“0 0”*水流方向:水往低处流水流方向:水往低处流(二二)渗透现象渗透现象半透膜半透膜semipermeable membrane:只允许水分子
18、通过,只允许水分子通过,而不能使任何而不能使任何溶质分子或离子透过的膜,溶质分子或离子透过的膜,如火棉胶、膀如火棉胶、膀胱、羊皮纸等胱、羊皮纸等.现代半透膜还用与多孔性壁现代半透膜还用与多孔性壁(如无釉陶瓷)并使适当的化合物(如铁(如无釉陶瓷)并使适当的化合物(如铁氰化铜)沉淀于其孔隙中制成。氰化铜)沉淀于其孔隙中制成。渗透系统渗透系统:半透膜包闭的蔗糖或其它溶液置半透膜包闭的蔗糖或其它溶液置于另一溶液于另一溶液(或水或水)中构成的系统。中构成的系统。渗透作用渗透作用(osmosis):(osmosis):水分从水势高的系统通水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。过半透膜向水势
19、低的系统移动的现象。(二)渗透势与渗透压(二)渗透势与渗透压 1 1、渗透作用、渗透作用半透膜半透膜(三三)植物细胞构成的渗透系统植物细胞构成的渗透系统细胞壁细胞壁主要由纤维素分子主要由纤维素分子 组成的微纤丝构成,组成的微纤丝构成,水和溶质都可以通过;水和溶质都可以通过;原生质层原生质层(包括原生质膜、原生质和液泡膜包括原生质膜、原生质和液泡膜)为选择性膜,就相当于一个半透膜。为选择性膜,就相当于一个半透膜。如果把此细胞置于水或溶液中,则液泡内的细胞如果把此细胞置于水或溶液中,则液泡内的细胞液,液,原生质层以及细胞外溶液三者就构成了一个原生质层以及细胞外溶液三者就构成了一个渗透系统。渗透系统
20、。植物细胞膜具有选择透性,类似于半透膜,因此植物细胞膜具有选择透性,类似于半透膜,因此植物细胞就是个渗透系统。植物细胞就是个渗透系统。若将细胞放入低渗液若将细胞放入低渗液(高水势高水势)细胞吸水;细胞吸水;若将细胞放入等渗液若将细胞放入等渗液(低水势低水势)吸水与失水动态平衡;吸水与失水动态平衡;若将细胞放入高渗液若将细胞放入高渗液细胞失水;细胞失水;液泡失水,体积缩小,原生质体随之收缩液泡失水,体积缩小,原生质体随之收缩质壁分离质壁分离 利用质壁分离现:(利用质壁分离现:(1 1)判断细胞的死活;(判断细胞的死活;(2 2)测定)测定细胞的渗透势;(细胞的渗透势;(3 3)观测物质透过原生质
21、体的难易程度。)观测物质透过原生质体的难易程度。由于液泡失水而使原生质体与细胞壁发生分离的由于液泡失水而使原生质体与细胞壁发生分离的现象称为质壁分离(现象称为质壁分离(plasmolysis)由此可见,植物细胞的水势由以下几部分组成由此可见,植物细胞的水势由以下几部分组成:(1 1)液泡的渗透势)液泡的渗透势;(2 2)细胞壁对内容物的压力势)细胞壁对内容物的压力势;(3 3)原生质亲水胶体对水分子吸附作用产生)原生质亲水胶体对水分子吸附作用产生的衬质势的衬质势(matric potential,m m););w=s s+p+m m 成熟细胞成熟细胞液泡很大,细胞质引起的衬质势很小液泡很大,细
22、胞质引起的衬质势很小(小于(小于0.01MPa0.01MPa),故其水势公式可写为故其水势公式可写为:w=s s+p植物细胞的水势构成植物细胞的水势构成 渗透势(渗透势(s):溶液中由于溶质存在,而使水溶液中由于溶质存在,而使水势降低的值,又叫溶质势。势降低的值,又叫溶质势。s=-iCRT s 0 压力势(压力势(p):由于细胞壁压力的存在而引起:由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值的细胞水势增加的值 p0 衬质势(衬质势(m):细胞胶体物质亲水性和毛细管:细胞胶体物质亲水性和毛细管对水束缚吸引而引起的水势降低值对水束缚吸引而引起的水势降低值 m0 w=s+p+m植植物物细细胞胞的的水
23、水势势构构成成 不同生境下植物叶片的不同生境下植物叶片的w、s s、p范围范围:完全吸水膨胀时叶片的完全吸水膨胀时叶片的w=0 MPa土壤供水充足、生长迅速土壤供水充足、生长迅速:w=-0.2-0.8MPa水分亏缺、生长缓慢水分亏缺、生长缓慢:w=-0.8-1.5MPa中生植物干旱伤害时中生植物干旱伤害时:w=-2.0-3.0MPa沙漠灌木干旱生长停止生长沙漠灌木干旱生长停止生长:w=-3.0-6.0MPa温带作物组织渗透势一般在温带作物组织渗透势一般在:-1-2MPa旱生植物叶渗透势可低达旱生植物叶渗透势可低达:-10MPa草本作物叶片细胞压力势下午约为草本作物叶片细胞压力势下午约为:+0.
24、3+0.5MPa 晚上约为晚上约为:+1.5MPa(五)细胞间的水分流动(五)细胞间的水分流动p=+0.6s s=-1.2=-1.2A Ap=+0.2s s=-1.0=-1.0B Bp=+0.5s s=-1.4=-1.4p=+0.4s s=-1.2=-1.2p=+0.3s s=-1.0=-1.0p=+0.6s s=-1.2=-1.2p=+0.5s s=-1.0=-1.0由水势高的区域向水势低的区域流动由水势高的区域向水势低的区域流动!二、细胞的吸胀吸水二、细胞的吸胀吸水 吸胀吸胀(imbibition)是亲水胶体吸水膨胀的是亲水胶体吸水膨胀的现象。干燥种子、正在成熟的种子、没有液泡的现象。干燥
25、种子、正在成熟的种子、没有液泡的分生细胞都是靠细胞内的亲水胶体对水分子的吸分生细胞都是靠细胞内的亲水胶体对水分子的吸附作用来吸水。附作用来吸水。吸胀力就是衬质势,因此上述组织或细胞的吸胀力就是衬质势,因此上述组织或细胞的水势仅取决其衬质势,即:水势仅取决其衬质势,即:w=m(s=0;p=0)三、细胞的代谢吸水三、细胞的代谢吸水 细胞利用呼吸作用释放出的能量细胞利用呼吸作用释放出的能量使水分经使水分经过质膜进入细胞的过程称为代谢性吸水过质膜进入细胞的过程称为代谢性吸水(metabolic absorpotion of water)。)。这种吸水这种吸水方式的机理尚不清楚,细胞是否存在着这种吸方式
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