高中生物联赛辅导之植物生理水分和矿质元素代谢.ppt

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植物生理（代谢）：

植物生理（代谢）：

指维持植物指维持植物各种生命活动各种生命活动（如生长（如生长、繁殖和运动）过程中、繁殖和运动）过程中化学变化化学变化（包括物质合成、转（包括物质合成、转化和分解）的总称。

化和分解）的总称。

主要内容主要内容有收无收在于水，多收少收在于肥有收无收在于水，多收少收在于肥。

第一章第一章植物的水分生植物的水分生理理第第11章章植物的水分代谢植物的水分代谢主要内容主要内容植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程被称为植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程被称为植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程被称为植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程被称为植物的水分代谢植物的水分代谢植物的水分代谢植物的水分代谢（watermetabolism）（watermetabolism）（watermetabolism）（watermetabolism）。

1.1.植物对水分的需要植物对水分的需要2.2.植物细胞对水分的吸收植物细胞对水分的吸收3.3.根系吸水和水分向上运输根系吸水和水分向上运输4.4.蒸腾作用蒸腾作用5.5.植物体内水分的运输植物体内水分的运输6.6.合理灌溉的生理基础合理灌溉的生理基础水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命。

水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命。

人们常说人们常说“有收无收在于水有收无收在于水”“水利是农业的命脉水利是农业的命脉”。

研究植物水分代谢的规律，为植物提供良好的生态环境，这研究植物水分代谢的规律，为植物提供良好的生态环境，这对植物的生长发育有着重要意义。

对植物的生长发育有着重要意义。

u植物的含水量植物的含水量（Watercontent）（Watercontent）不同植物的含水量有很大的不同不同植物的含水量有很大的不同。

水生水生水生水生90%90%90%90%以上以上以上以上陆生陆生陆生陆生40-90%40-90%40-90%40-90%旱生（沙漠）植物旱生（沙漠）植物旱生（沙漠）植物旱生（沙漠）植物6%6%6%6%。

木本。

木本。

木本。

木本阳生。

阳生。

阳生。

阳生。

在同一植株中，不同器官和不同组织的在同一植株中，不同器官和不同组织的含水量的差异也甚大。

含水量的差异也甚大。

生长点、根尖、幼嫩茎生长点、根尖、幼嫩茎生长点、根尖、幼嫩茎生长点、根尖、幼嫩茎等达等达等达等达90%90%90%90%以上以上以上以上功能叶功能叶功能叶功能叶70-90%70-90%70-90%70-90%树干树干树干树干40-50%40-50%40-50%40-50%休眠休眠休眠休眠芽芽芽芽40%40%40%40%风干种子风干种子风干种子风干种子8-14%8-14%8-14%8-14%。

凡是生命活动越旺盛的部分，含水量也凡是生命活动越旺盛的部分，含水量也凡是生命活动越旺盛的部分，含水量也凡是生命活动越旺盛的部分，含水量也越高越高越高越高。

莲莲含水量含水量90%90%苔藓苔藓含水量含水量6%6%第第11章章植物的水分代谢植物的水分代谢一、水分在植物生命活动中的作用一、水分在植物生命活动中的作用（physiologicalroles）（physiologicalroles）水分在植物生命活动中的作用主要表现如下：

水分在植物生命活动中的作用主要表现如下：

1.1.水分是细胞质的主要成分水分是细胞质的主要成分细胞质的细胞质的含水量含水量一般在一般在70%90%70%90%，使细胞质呈溶胶状态，保证了旺盛的代谢作用正常进行，如根尖、使细胞质呈溶胶状态，保证了旺盛的代谢作用正常进行，如根尖、茎尖。

如果含水量减少，细胞质便变成凝胶状态，生命活动就大茎尖。

如果含水量减少，细胞质便变成凝胶状态，生命活动就大大减弱，如休眠种子。

大减弱，如休眠种子。

2.2.水分是代谢作用过程的反应物质水分是代谢作用过程的反应物质在在光合作用、呼吸作用光合作用、呼吸作用、有机物质合成和分解的过程中，都有水分子参与。

有机物质合成和分解的过程中，都有水分子参与。

33、水分是植物对物质吸收和运输的溶剂、水分是植物对物质吸收和运输的溶剂一般来说，植物不一般来说，植物不能直接吸收固态的无机物质和有机物质，这些能直接吸收固态的无机物质和有机物质，这些物质物质只有只有溶解溶解在水在水中才能被植物中才能被植物吸收吸收。

同样，各种物质在植物体内的。

同样，各种物质在植物体内的运输运输，也要，也要溶溶解解在水中才能进行。

在水中才能进行。

44、水分能保持植物的固有姿态、水分能保持植物的固有姿态由于细胞含有大量水分，维持由于细胞含有大量水分，维持细胞的细胞的紧张度（即膨胀），紧张度（即膨胀），使植物使植物枝叶挺立枝叶挺立，便于充分，便于充分接受光照接受光照和交换气体。

同时，也使和交换气体。

同时，也使花朵张开花朵张开，有，有利于传粉利于传粉。

二、二、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束缚水束缚水两者比值两者比值原生质原生质代谢代谢生长生长抗逆性抗逆性高高溶胶溶胶旺盛旺盛快快弱弱低低凝胶凝胶活性低活性低迟缓迟缓强强束缚水（boundwaterboundwater）：

）：

靠近细胞原生质胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分，称为束缚水。

自由水（自由水（freewatefreewate）：

距离细胞原生质胶粒较远可以自由流动的水分，称）：

距离细胞原生质胶粒较远可以自由流动的水分，称为自由水。

为自由水。

自由水参与各种代谢作用，束缚水不参与代谢作用。

自由水占总含水量的百自由水占总含水量的百分比越大，则植物代谢越旺盛；束缚水含量与植物抗性大小有密切关系。

分比越大，则植物代谢越旺盛；束缚水含量与植物抗性大小有密切关系。

细胞质细胞质主要是由主要是由蛋白质蛋白质组成的，占总干重组成的，占总干重60%60%以上。

其以上。

其水溶液具有水溶液具有胶体胶体的性质。

蛋白质分子的的性质。

蛋白质分子的疏水基疏水基（如烷（如烷烃基、苯基等）在烃基、苯基等）在分子内部分子内部，而，而亲水基亲水基（如（如NHNH22，COOHCOOH，OHOH等）则在等）则在分子的表面分子的表面。

这些亲水基对水有。

这些亲水基对水有很大的亲和力，容易起很大的亲和力，容易起水合作用水合作用。

所以所以细胞质胶体微细胞质胶体微粒具有显著的粒具有显著的亲水性亲水性，其，其表面吸附着很多水分子表面吸附着很多水分子，形成，形成一层很厚的一层很厚的水层水层。

水分子距离胶粒越近，吸附力越水分子距离胶粒越近，吸附力越强；相反，则吸附力越弱。

强；相反，则吸附力越弱。

植物细胞内水分以植物细胞内水分以束缚水和自由水束缚水和自由水两种状态存在。

两种状态存在。

三、植物细胞对水分的吸收三、植物细胞对水分的吸收

（一）植物细胞吸收水分的主要方式A）A）吸胀吸水吸胀吸水imbibitionabsorption:

imbibitionabsorption:

亲水性胶体物质吸水膨亲水性胶体物质吸水膨胀的现象。

胀的现象。

B）B）代谢性（降压）吸水代谢性（降压）吸水metabolismabsorptionmetabolismabsorption:

利用细胞利用细胞呼吸释放出的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程。

呼吸释放出的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程。

C）C）渗透性吸水渗透性吸水Osmosisabsorption:

Osmosisabsorption:

借助渗透作用，即水借助渗透作用，即水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动进分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动进行吸水行吸水（最主要方式）（最主要方式）。

C）C）渗透吸水渗透吸水（osmosisosmosis）渗透作用（渗透作用（osmosisosmosis）是指溶）是指溶剂分子通分子通过半透膜而移半透膜而移动的的扩散散现象。

象。

是水分是水分依水依水势梯度梯度而移而移动。

渗透水分移渗透水分移动需要能量作功，所以下面需要能量作功，所以下面首先首先讨论自由能、化学自由能、化学势和和水水势的概念，然后再的概念，然后再讲渗透渗透问题。

（11）自由能、化学势和水势）自由能、化学势和水势自由能：

自由能：

自由能：

自由能：

是指能够作功的能量和参与反应的本领。

是指能够作功的能量和参与反应的本领。

是指能够作功的能量和参与反应的本领。

是指能够作功的能量和参与反应的本领。

化学势（化学势（化学势（化学势（）：

1111摩尔物质的摩尔物质的摩尔物质的摩尔物质的自由能自由能自由能自由能。

是一种物质能够用于作功或发生反应的能量度量。

是一种物质能够用于作功或发生反应的能量度量。

是一种物质能够用于作功或发生反应的能量度量。

是一种物质能够用于作功或发生反应的能量度量。

水势水势水势水势（waterpotentialwaterpotentialwaterpotentialwaterpotential，wwww）-某某某某一一一一系系系系统统统统中中中中水水水水的的的的化化化化学学学学势势势势与与与与处处处处于于于于相相相相同同同同温温温温度度度度和和和和压压压压力力力力的的的的纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得的商纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得的商纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得的商纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得的商。

它是水分转移本领大小的指标。

它是水分转移本领大小的指标。

它是水分转移本领大小的指标。

它是水分转移本领大小的指标。

人为地设定：

人为地设定：

在在等温等压等温等压条件下条件下，纯水纯水的水势为的水势为零零ww00=0=0；溶液的水势就；溶液的水势就小于小于00，为为负负值值。

水势水势（psipsi，希腊字母）或，希腊字母）或可用下式表示：

可用下式表示：

【式中水的偏摩尔体积（式中水的偏摩尔体积（）是指（在一定温度和压力下）是指（在一定温度和压力下）1mol1mol水中加入水中加入1mol1mol某溶液后，该某溶液后，该1mol1mol水所占的有效体积。

水所占的有效体积。

】溶液越浓，水势溶液越浓，水势溶液越浓，水势溶液越浓，水势。

水分移动需要能量，所以：

水分移动需要能量，所以：

水分移动需要能量，所以：

水分移动需要能量，所以：

越低越低水势水势高高水势水势低低水分水分溶液溶液水势水势/MPa纯水纯水0霍格兰氏霍格兰氏霍格兰氏霍格兰氏（HoaglandHoagland）营养液营养液营养液营养液-0.05海水海水-2.501mol/L蔗糖蔗糖-2.691mol/LKCl-4.50几种常见化合物几种常见化合物水溶液的水势范围水溶液的水势范围把种子的种皮紧缚在漏斗上，注入蔗糖溶液，然后把种子的种皮紧缚在漏斗上，注入蔗糖溶液，然后把整个装置浸入盛有清水的烧杯中，漏斗内外液面相等把整个装置浸入盛有清水的烧杯中，漏斗内外液面相等（图（图1-2A1-2A）。

由于种皮是半透膜（）。

由于种皮是半透膜（semipermeablesemipermeablemembranemembrane），所以整个装置就成为一个渗透系统。

在一），所以整个装置就成为一个渗透系统。

在一个渗透系统中，水的移动方向决定于半透膜两边溶液的个渗透系统中，水的移动方向决定于半透膜两边溶液的水势高低。

水势高的溶液中的水，流向水势低的溶液。

水势高低。

水势高的溶液中的水，流向水势低的溶液。

随着水分逐渐进入玻璃管内，液面逐渐上升，静水压也随着水分逐渐进入玻璃管内，液面逐渐上升，静水压也逐渐增大，压迫水分从玻璃管内向烧杯移动速度就越快，逐渐增大，压迫水分从玻璃管内向烧杯移动速度就越快，膜内外水分进出速度越来越接近。

最后，液面不再上升，膜内外水分进出速度越来越接近。

最后，液面不再上升，停滞不动，实质上是停滞不动，实质上是水分进出的速度相等，呈动态水分进出的速度相等，呈动态平衡平衡（图（图1-2B1-2B）。

）。

水分从水势高的系统通过半透膜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，称为渗透作用。

向水势低的系统移动的现象，称为渗透作用。

图图1-2B1-2B由渗透作用引起的水由渗透作用引起的水分运转分运