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植物生理学辅导(一)第1.2章.
植物生理学辅导(一)
第1章 植物的水分代谢
一、内容提要
1 水分的生理作用:
水分在细胞内通常呈束缚水和自由水两种状态。
没有水就没有生命,一般植物含水量约占鲜重的70%~90%。
水分是植物体原生质的主要组分,
是细胞内各种代谢反应的良好介质,
作为反应原料参与光合、呼吸、有机物的合成与分解等多种代谢反应。
足够的水分能使细胞维持一定的膨压,有利于细胞的分裂与伸长和保持植物固有的姿态。
2 植物细胞对水分的吸收:
植物细胞对水分的吸收有渗透吸水、代谢吸水和吸胀吸水三种方式,其中渗透吸水是主要方式。
植物细胞是一个渗透系统,其吸水关键取决于水势典型植物细胞水势为ψw=渗透势ψs+压力势ψp+衬质势ψm;具有液泡的细胞水势为ψw=ψs+ψp;分生组织细胞、风干种子的水势为ψw=ψm。
细胞与细胞间水分移动的方向和速度决定于二者的水势差,水分总是由水势高的一方流向水势低的一方。
3 根系吸收水分的方式与动力:
根系是吸水的主要器官,根系吸水有主动吸水和被动吸水两种方式,前者的动力是根压,后者的动力是蒸腾拉力,其中被动吸水是主要吸水方式。
4影响根系的吸水的因素
(1)土壤因素(土壤水分、温度、氧气及土壤溶液浓度)
(2)影响蒸腾作用的大气因素(如大气温度、湿度、光照、空气流动性等)
5 蒸腾作用及其调控机理:
植物的蒸腾作用有气孔蒸腾、角质层蒸腾和皮孔蒸腾三种方式,其中气孔蒸腾是陆生植物水分散失的主要方式。
气孔是植物与外界进行气体交换的“大门”,也是蒸腾的主要渠道,气孔蒸腾符合小孔扩散原理,且受植物生理活动的调控。气孔运动主要取决于保卫细胞膨压的变化,膨压增大时气孔开放,反之关闭。而膨压的变化又取决于保卫细胞水势的变化,保卫细胞水势降低时引起吸水,导致膨压增大,气孔开放。
影响气孔运动的环境因素主要有光照、温度、CO2浓度、水分、风等,内部因素以气孔调节为主。
6.水分运输的途径与动力:
(1)水分在根部的运输有质外体和共质体运输两种途径,在茎、叶的运输是在死细胞(导管和管胞,属质外体)和活细胞(属共质体)内进行的,前者对水分运输的阻力小,适应于长距离运输;后者距离虽短,但阻力大。植物体内水分向上运输的动力,下有根压,上有蒸腾拉力。
6.植物水分平衡及其维持:
植物在一定含水量基础上的水分平衡是正常生命活动的关键。维持水分平衡一般是从减少水分丢失(主要是地上枝叶的蒸腾)和增加供水(根系的吸水)两方面入手,后者是主要的、积极的途径。
合理灌溉是维持植物水分平衡的根本措施,发展节水技术如喷灌、滴灌等,既有供水又有减少蒸腾、蒸发的效果。
(一)基本内容
水分在植物生命活动中的生理作用、植物对水分的吸收、运输和散失过程。
(二)重点
植物细胞的水分关系以及水分吸收和散失的调控机理。
(三)基本概念
水势、渗透势、根压、蒸腾作用、气孔运动。
2.1 将一植物细胞放入纯水中其水势、渗透势、压力势和体积如何变化?
分析 在纯水中由于细胞吸水,其体积增大,水势、渗透势、压力势增高,水势最终增至零,渗透势与压力势绝对值相等,故代数和为零。
解 (1)如果该细胞处在初始质壁分离状态下,因其压力势为零,其水势等于渗透势,将该细胞放入纯水,由于二者存在有水势差,水分就会不断地内渗,使原生质体不断膨胀,质壁分离逐渐复原。由于细胞壁有一定的弹性,整个细胞的体积会随之增大。
(2)细胞质壁分离复原后,随着水分的内渗,原生质体对细胞壁产生膨压,即细胞产生了压力势。压力势的出现提高了细胞水势,但只要细胞水势仍低于外液水势,水分继续进入细胞,压力势和渗透势就会继续增大,水势也随之增大,当增大到使细胞水势等于外液水势(ψw = 0)时,细胞停止吸水,此时细胞水势则为零,压力势与渗透势彼此抵消(数值相等,符号相反)。细胞吸水时,由于稀释作用,细胞液中的溶质浓度降低,渗透势增大。最后达到渗透平衡时,渗透势已大于原来的数值。总之,细胞在吸水过程中,体积、水势、压力势、渗透势是同时增大的,至吸水饱和时,细胞体积达最大,各组分不再变化。
例2.2 测定植物组织水势的方法主要有哪些?各方法的基本原理及注意事项是什么?
分析 测定水势的方法很多,其一般原理是:当植物组织的水势与其环境的水势(已知)相等时,在组织与环境间便不发生水分的迁移,也就是说不产生与水分迁移相关的现象。这样就可以利用环境的水势来反映植物组织的水势。
解 水势是植物水分状况最基本、应用最广的度量指标。常用的测定植物水势的方法有:
1.组织体积法:
把植物的组织放入一系列已知不同浓度的溶液中(溶质通常为蔗糖、甘露醇等,最好是分子量为4000~6000的PEG。这些物质不易透过细胞的质膜,且不损害组织),经过一段时间后,找出其中组织体积不发生变化的溶液,它表明组织与溶液间没有水分的净交换,即二者的
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