沒有幻燈片標(biāo)題-河北師范大學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

1、植物生理學(xué)教學(xué)多媒體課件,河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物生理教研室,生理學(xué)(physiology)： 是研究生物生命活動(dòng)機(jī)理和規(guī)律的一門生物學(xué)分支學(xué)科。植物生理學(xué)(plant physiology)：植物生理學(xué)是研究植物生命活動(dòng)機(jī)理和規(guī)律的學(xué)科。研究的內(nèi)容主要包括植物的細(xì)胞生理、物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)化、生長發(fā)育與形態(tài)建成、逆境生理以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等。新陳代謝(metabolism) ： 簡稱代謝，生物體的各組成物質(zhì)通過合成及降解不斷更新的

2、過程和能量交換過程的總稱。,,,主要內(nèi)容 第一篇 植物的物質(zhì)生產(chǎn)和光能利用 第二篇 植物體內(nèi)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)變 第三篇 植物的生長和發(fā)育 第四篇 植物對(duì)不良環(huán)境的反應(yīng),第一章 植物的水分代謝（water metabolism),植物的含水量,植物種類不同，含水量不同 同種植物不同生長環(huán)境含水量不同 同一植株不同器官和不同組織含水量不同,蛋白質(zhì),,,自由水束縛水,植物

3、體內(nèi)水分存在的狀態(tài),,束縛水（bound water）： 靠近蛋白質(zhì)膠粒而被膠粒吸附不易自由移動(dòng)的水。 自由水（free water）： 距離蛋白質(zhì)膠粒遠(yuǎn)而容易自由移動(dòng)的水。,水的存在狀態(tài)與代謝強(qiáng)度：自由水：參與代謝（光合、呼吸、物質(zhì)運(yùn)輸），自 由水含量越大，代謝越旺盛。束縛水：不參與代謝，可降低代謝強(qiáng)度，增強(qiáng)植物 抵抗不良外界環(huán)境的能力。水與原

4、生質(zhì)狀態(tài)： 溶膠態(tài)（sol）： 凝膠態(tài)（gel）：,1．水分是原生質(zhì)的主要成分2．水分是代謝過程的反應(yīng)物質(zhì)：3．水分是物質(zhì)吸收和運(yùn)輸?shù)娜軇?．水分能保持植物的固有姿態(tài)：,水分在生命活動(dòng)中的作用,一、滲透性吸水 osmotic absortion of water 二、吸漲作用 imbib

5、ition,第二節(jié) 植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收,滲透吸水（一）：自由能和水勢(shì),1、系統(tǒng)總能 自由能（free energy） 束縛能（bound energy） 2、化學(xué)勢(shì)（chemical potential）： 每摩爾物質(zhì)的自由能。 3、水勢(shì)（water potential）： 水的化學(xué)勢(shì)，指每偏摩爾體積水的自由能,,,水勢(shì)（water poten

6、tial） Ψw =μw-μw0/ Vw μw ：水溶液的化學(xué)勢(shì)（J/mol=Nm/mol） μ0w：同溫同壓同一系統(tǒng)中純水的化學(xué)勢(shì) Vw：水的偏摩爾體積(m3/mol) Ψw: 水勢(shì)，Nm/mol÷m3/mol=N/m2=Pa偏摩爾體積（partial molar volume)： 溫度、壓強(qiáng)及其組分不

7、變的條件下，在體系中加入1mol水時(shí)，體系體積的變化。,純水的化學(xué)勢(shì)規(guī)定為零，水中的溶質(zhì)會(huì)增加束縛能，降低水的自由能，所以溶液的化學(xué)勢(shì)均小于零，為負(fù)值。 水分的移動(dòng)方向：水分由高水勢(shì)區(qū)域流向低水勢(shì)區(qū)域，植物細(xì)胞正是利用這一性質(zhì)來吸水的,滲透吸水（二）：滲透作用（osmosis): 水分從水勢(shì)高的系統(tǒng)通過半透膜向水勢(shì)低的系統(tǒng)移動(dòng)的現(xiàn)象。,滲透吸水（三）：植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng),,,,質(zhì)膜,液泡膜,細(xì)胞質(zhì),,半透膜,（2）滲透系統(tǒng),（

8、1）植物細(xì)胞結(jié)構(gòu),質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原 （plasmolysis） （deplasmolysis）,質(zhì)壁分離： 植物細(xì)胞液泡失水，使原生質(zhì)體和細(xì)胞壁分離的現(xiàn)象。質(zhì)壁分離復(fù)原是其逆過程。,質(zhì)壁分離解決的問題,說明原生質(zhì)層是半透膜判斷細(xì)胞死活，活細(xì)胞才有質(zhì)壁分離測定細(xì)胞滲透勢(shì)利用質(zhì)壁分離復(fù)原速度確定物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的速度,y w= y p + y p + y m,滲透吸水（四）： 細(xì)胞的水勢(shì),Yp

9、 --滲透勢(shì)（osmotic potential）Yp —壓力勢(shì)（pressure potential)Ym —襯質(zhì)勢(shì)（matric potential),,滲透勢(shì)（osmotic potential）溶質(zhì)勢(shì)（solute potential）,由于溶質(zhì)顆粒的存在而使水的自由能降低導(dǎo)致水勢(shì)降低的部分，其大小決定于溶液中溶質(zhì)顆粒數(shù)目。 非電解質(zhì)稀溶液的滲透勢(shì)計(jì)算 ψπ=－CRT（氣體壓力計(jì)算公式）

10、， （C：濃度，R：氣體半數(shù)，T：溫度）電解質(zhì)濃溶液滲透勢(shì)計(jì)算公式ψπ= -iCRT （i為等滲系數(shù)，依鹽的種類和溫度不同而變化） 說明：（1）電解質(zhì)電離之后，按生成離子的濃度算。（2）多種溶質(zhì)共存時(shí)，滲透勢(shì)可以累加。,壓力勢(shì)（pressure potential）,壓力勢(shì)：由于細(xì)胞壁壓力的存在而增加的水勢(shì)。細(xì)胞壁對(duì)抗細(xì)胞質(zhì)向外膨脹而產(chǎn)生向內(nèi)擠壓原生質(zhì)體的壓力，即為壓力勢(shì)，壓力勢(shì)使胞內(nèi)水勢(shì)

11、升高，是正值。壓壁分離初始階段：ψp =0， 劇烈蒸騰時(shí)：ψp <0，,襯質(zhì)勢(shì)（matric potential）,● 細(xì)胞膠體物質(zhì)親水性和毛細(xì)管對(duì)自由水 束縛而引起水勢(shì)降低的值。★未形成液泡細(xì)胞：可低達(dá)-100MPa， 已形成液泡細(xì)胞：只有-0.01MPa， ★絕大多數(shù)植物細(xì)胞均有液泡，因此原水勢(shì)計(jì)算公式可寫成ψw = ψπ + ψp,滲透吸水（五）細(xì)胞間的水分移動(dòng)：,相鄰兩細(xì)胞間的水分移動(dòng)：水分由高

12、水勢(shì)細(xì)胞流向低水勢(shì)細(xì)胞。多個(gè)細(xì)胞間的水分移動(dòng)：由高水勢(shì)一端流向低水勢(shì)一端。,二、細(xì)胞的吸漲作用（imbibition）,1、定義：親水膠體吸水膨脹的現(xiàn)象。 吸漲作用：蛋白質(zhì) > 淀粉 > 纖維素2、吸漲與襯質(zhì)勢(shì): 未形成液泡之前, ψπ ＝ ψp＝ 0， 所以ψw = ψm， 而ψm極低，所以ψw 很低，成為吸水的主要?jiǎng)恿Α?三、水分進(jìn)入細(xì)胞的途徑,單個(gè)水分子穿過脂雙層間隙進(jìn)入細(xì)胞。

13、水分子集流通過細(xì)胞膜上的水孔蛋白中的水通道進(jìn)入細(xì)胞。,,水孔蛋白（ aquaporin）具有選擇性、能夠高效轉(zhuǎn)運(yùn)水分子的膜通道蛋白。,第三節(jié) 植物根系對(duì)水分的吸收,根系吸水的主要部位－根毛區(qū)冬黑麥：生長4個(gè)月后根總面積為枝葉總面積的30倍，每天長出的新根為11萬5千條，根毛1億1千9百萬條，連接起來88公里。,一、根系吸水的途徑,1、質(zhì)外體途徑（apoplast pathway):水分通過細(xì)胞壁、 細(xì)胞間隙等沒有原生質(zhì)的部分移

14、動(dòng)。 速度快 2、跨膜途徑（transmembrance pathway)：水分從一個(gè)細(xì)胞移動(dòng)到另一個(gè)細(xì)胞，兩次跨越質(zhì)膜，但不經(jīng)過細(xì)胞質(zhì)。 3、共質(zhì)體途徑(symplast pathway)：水分從一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞經(jīng)過胞間連絲移動(dòng)到另一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)。 速度慢,共質(zhì)體和質(zhì)外體途徑,植物細(xì)胞間胞間連絲,胞間連絲作為胞間通道，將相鄰的細(xì)胞互相貫通，行使水分、營養(yǎng)物質(zhì)、小的信號(hào)分子 及大分子的直接胞間運(yùn)輸功能，是通透

15、性可被調(diào)節(jié)的細(xì)胞器。,柿子胚乳細(xì)胞,二、根系吸水的動(dòng)力,1、 根壓 root pressure ： 植物根系的生理活動(dòng)使液流從根部上升的壓力，是一個(gè)主動(dòng)吸水過程。大約0.1-0.2Mpa 2、蒸騰拉力 transpirational pull： 葉片蒸騰→葉肉細(xì)胞失水而使胞內(nèi)的水勢(shì)↓→從周圍細(xì)胞要水→從導(dǎo)管中要水→導(dǎo)管從根部要水→導(dǎo)致根的被動(dòng)吸水。,根壓存在的證據(jù)：,傷流（bleed

16、ing） 傷流液（bleeding sap）的成分：水分、無機(jī)鹽、有機(jī)物、植物激素等。（傷流液的數(shù)量和成分可作為根系活力指標(biāo)） 吐水（guttation）：,The origin of root pressure,The origin of root pressure,三、影響根系吸水的土壤條件： 1、土壤中可用水分 2、土壤通氣狀況

17、 3、土壤溫度 4、土壤溶液濃度,第四節(jié) 蒸騰作用（transpiration ）,1．生理意義： 是植物對(duì)水分吸收和運(yùn)輸?shù)闹饕獎(jiǎng)恿Α?對(duì)植物吸收礦物質(zhì)和有機(jī)物，以及兩類物質(zhì)在體內(nèi)運(yùn)輸有幫助。 能降低葉片溫度，使植物免受灼傷。 2．植物的蒸騰部位： 皮孔：通過莖、枝上的皮孔進(jìn)行 葉片蒸騰：是最主要的形式,二、氣孔蒸騰（stomatal transpiration

18、）,氣孔構(gòu)造氣孔運(yùn)動(dòng)：由保衛(wèi)細(xì)胞的膨壓控制。,,氣孔開關(guān)機(jī)制細(xì)胞骨架中的微纖絲在氣孔開關(guān)中的作用。不同部位細(xì)胞壁彈性不同導(dǎo)致細(xì)胞吸水和放水時(shí)形狀變化的不均衡，在微纖絲牽拉下氣孔打開。,,氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)理： 淀粉—糖轉(zhuǎn)化學(xué)說 starch-sugar conversion theory 無機(jī)離子吸收學(xué)說 inorganic ion uptake theory

19、 蘋果酸生成學(xué)說 malate production theory,光 暗 保衛(wèi)細(xì)胞光合作用↑ 光合↓，呼吸↑ CO2↓，細(xì)胞內(nèi)PH↑ CO2↑，PH↓ 淀粉磷酸化酶活性適于分解

20、 淀粉磷酸化酶活性適合于合成水解淀粉，胞內(nèi)葡萄糖濃度↑ 將葡萄糖合成為淀粉保衛(wèi)細(xì)胞水勢(shì)↓，吸水膨脹 失水縮小 氣孔開放 氣孔關(guān)閉 淀粉—糖變化學(xué)說：(starc

21、h-sugar conversion theory),,,,,,,,,,,,,無機(jī)離子吸收學(xué)說：(inorganic ion uptake theory),內(nèi)容： 保衛(wèi)細(xì)胞膜上具有光活化的H+-泵ATP酶，利用分解ATP產(chǎn)生的能量將H+排放到細(xì)胞壁，同時(shí)將K+從膜外帶入膜內(nèi)，與之伴隨著Cl-也同時(shí)進(jìn)入到胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)K+，Cl-濃度升高，使保衛(wèi)細(xì)胞水勢(shì)↓，吸收水分→氣孔開放。證據(jù)：溶液中加入鉀離子可以明顯促進(jìn)

22、氣孔開放程度加大。,蘋果酸生成學(xué)說(malate production theory),光合作用產(chǎn)生部分碳酸根離子，與PEP結(jié)合生成草酰乙酸，再還原成為蘋果酸（MA），由MA作為滲透物，降低水勢(shì)，同時(shí)蘋果酸還能夠中和鉀離子進(jìn)入造成的電荷不平衡，促進(jìn)氣孔開放。,氣孔開關(guān)的綜合機(jī)理,（四）影響氣孔運(yùn)動(dòng)的因素：,光照： 溫度： CO2濃度 葉片相對(duì)含水量：,蒸騰速率的決定因素,擴(kuò)散力 氣孔下腔蒸汽壓-

23、葉外蒸汽壓蒸騰速率 ＝ ——————— ＝ —————————————— 擴(kuò)散途徑阻力 氣孔阻力＋擴(kuò)散層阻力,,外界條件對(duì)蒸騰作用的影響：,光：空氣相對(duì)溫度：溫度：風(fēng)：蒸騰作用的晝夜變化：,（四）蒸騰作用的表示方法：,蒸騰速率（transpiration rate）： 植物單位時(shí)間內(nèi)單位葉面積蒸騰的水量 g/dm2?h

24、蒸騰比率（transpiration ratio）： 植物每消耗1kg水時(shí)所形成的干物質(zhì)量蒸騰系數(shù)（transpiration coefficient） 植物每制造一克干物質(zhì)所需要的水量,第五節(jié) 植物體內(nèi)水分的運(yùn)輸,一、水分運(yùn)輸?shù)耐緩剑?1、 過程 水→根→皮層薄壁細(xì)胞→木質(zhì)部導(dǎo)管→上行進(jìn)入莖 葉木質(zhì)部→入葉肉細(xì)胞→蒸騰 2、水在根部的運(yùn)輸途徑

25、 非質(zhì)體（質(zhì)外體）、內(nèi)皮層、共質(zhì)體 3、水分在莖、葉內(nèi)的運(yùn)輸途徑 A. 經(jīng)過死細(xì)胞：距離長、阻力小，適于長距離送水。 裸子植物：經(jīng)過管胞； 被子植物：經(jīng)過導(dǎo)管， B. 經(jīng)過活細(xì)胞： 距離短，阻力大，不適于長距離運(yùn)輸。,二、水分沿導(dǎo)管或管胞上升的動(dòng)力,根壓 支持水柱高度10-20米 蒸騰拉力 是高大植物吸水的

26、主要?jiǎng)恿?澳大利亞桉樹最高達(dá)132.6m，胸徑6m；美國海岸紅木高達(dá)113.1米,,內(nèi)聚力－張力學(xué)說示意圖,The measurement of cohesive force between water molecules,第六節(jié)  合理灌溉的生理基礎(chǔ),一、作物的需水規(guī)律： 二、合理灌溉的指標(biāo)： 形態(tài)指標(biāo)：葉色、株形、土壤含水量。 生理指標(biāo)：葉片水勢(shì)、胞液濃度、氣孔開度 三、合理灌溉增產(chǎn)原因：