植物的水分代谢.ppt

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2 学习要点: 掌握植物的含水量、水分存在的状态和作用 掌握细胞对水的吸收方法:扩散、集流和渗透作用 重点 细胞的水势和吸水的途径和生理 水分跨膜运转与水通道蛋白 过去认为水分跨膜运输是通过膜质双分子层的扩散,但这种形式无法实现水分快速的跨膜运输。 20世纪40年代提出了水通道的假说,80年代发现在细胞膜上的确存在蛋白质组成的对水分特异的通透孔道。定义为水通道蛋白,也称为水孔蛋白(aquaporin),存在于细胞膜和液泡膜上。(图) 水通道跨膜运输水分的能力可以被磷酸化所调节,在水通道蛋白的氨基酸残基上加上或除去磷酸就可以改变其对水的通透性,从而也调节细胞膜对水分的通透性。 图1-5b 水分跨膜移动途径的示意图 A.单个水分子通过膜脂间隙进入细胞;B.水分集流通过水孔蛋白进入细胞. A B 图1-5a 水孔蛋白的结构 示一个具有6个跨膜螺旋的水孔蛋白结构 Peroplasm 指依赖于低的Ψm而引起的吸水。如无液泡的分生组织和干燥种子。 植物细胞的原生质、细胞壁及淀粉粒等都是亲水物质,它们与水分子之间有极强的亲和力。水分子以氢键、毛细管力、电化学作用力等与亲水物质结合后使之膨胀。 亲水胶体物质吸水膨胀的现象称为吸胀作用(imbibition) 。 蛋白质 淀粉 纤维素 2 吸胀吸水 不同物质吸胀能力的大小与它们的亲水性有关。 降压吸水是指因ψP的降低而引发的细胞吸水。 如蒸腾旺盛时,木质部导管和叶肉细胞的细胞壁都因失水而收缩,使压力势下降,从而引起这些细胞水势下降而吸水。 3 降压吸水 图3 植物细胞的相对体积变化与水势ψW,渗透势ψS和压力势ψP之间的关系图解 在细胞初始质壁分离时(相对体积=1.0),压力势为零,细胞的水势等于渗透势。 当细胞吸水,体积增大时,细胞液稀释,渗透势增大,压力势也增大。 当细胞吸水达到饱和时,渗透势与压力势的绝对值相等,但符号相反,水势便为零,不再吸水。 当细胞强烈蒸腾时,压力势是负值(图中虚线部分),失水越多,压力势越负。在这种情况下,水势低于渗透势。 (三)细胞吸水过程中水势组分的变化 四、植物细胞间水分的运转 水分进出细胞取决于细胞与其外界的水势差。 相邻细胞间的水分移动同样取决于相邻细胞间的水势差。水势高的细胞中的水分向水势低的细胞中移动。 X Y ψS=-1.4 MPa ψP=+0.8 MPa ψS=-1.2 MPa ψP=+0.4 MPa 水势高低的不同不仅影响水分移动的方向,而且还影响水分移动的速度。两细胞间水势差越大,水分移动越快,反之则慢。 ψx=-0.6 MPa ψY=-0.8 MPa Ψw=ψS+ψP 植物体内水势的变化 在同一植株中,地上器官的水势比根系的水势低。 对植物的同一叶片而言,距主脉越远的部位其水势也越低。 在土壤-植物-大气连续体系中水分的移动: 土壤 植物体 大气 水势单位MPa * * 第一章 植物的水分生理 1 水分代谢 (water metabolism) 植物对水分的吸收,水分在植物体内的运输、利用以及水分的散失的过程称为植物的水分代谢。 水分代谢的作用是维持植物体内水分平衡 本章共有以下几部分内容: 第一节 水在植物生命活动中的作用 第二节 植物细胞对水分的吸收 第三节 植物根系对水分的吸收 第四节 植物的蒸腾作用 第五节 植物体内水分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础 第一节 水在植物生命活动中的作用 一、水分子的结构 2. 水分子之间通过氢键形成很强的内聚力. 水的很多性质都是由其分子结构决定的。水分子的结构具有如下特点: 1. 水分子有很强的极性. 3.水极容易与其它极性分子结合. 二、水与植物生命活动有关的理化性质 (一)高比热 比热容:是指单位质量物质温度升高1℃所需的热量。 因为需要很高的能量来破坏氢键,所以,水的比热很高。由于植物体含有大量的水分,所以当环境温度变化较大,植物体吸收或散失较多热能时,植物仍能维持相当恒定的体温。 (二)高汽化热 汽化热:是指在一定的温度下,将单位质量的物质由液态转变为气态所需的热量。 这同样是由于水分之间的氢键造成的,破坏氢键需要很高的能量。在炎热的夏天植物通过蒸腾作用散失水分,可以降低体温。 (三)高内聚力、黏附力和表面张力 由于水分子间有很强的内聚力、黏附力和表面张力,可以使木质部导管的水柱在受到很大张力的条件下不致于断裂,保证水分能运到很高的植株顶部。 (四)水是良好的

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