植物生长与环境

植物生长与环境主讲人：陈民生学习情境二：植物生理生化指标的测定植物生长与环境任务引导1、植物细胞对水分的吸收机理与植物组织水势的测定2、植物的光合作用与植物光合强度的测定3、同化物的运输与分配机制4、植物的呼吸作用与植物呼吸速率的测定5、植物激素和植物生长调节剂子学习情境一：植物细胞对水分的吸收机理与植物组织水势的测定学习情境二：植物生理生化指标的测定学习情境二：植物生理生化指标的测定第一节水分在植物生命活动中的作用一、植物含水量一般植物组织含水量占鲜重的60％～90％二、植物体内水分的存在状态细胞中的水可分为两类：束缚水－与细胞组分紧密结合不能自由移动、不易蒸发散失的水。自由水－与细胞组分之间吸附力较弱，可以自由移动的水。自由水束缚水两者比值原生质代谢生长抗逆性高溶胶旺盛快弱低凝胶活性低迟缓强学习情境二：植物生理生化指标的测定三、水分在植物生命活动中的作用1.水分是原生质的组成成分含水量减少溶胶凝胶含水量增加学习情境二：植物生理生化指标的测定2.水分是生命活动的介质和参与者3.水分是物质吸收和运输物质的工具4.水分能使植物保持固有的姿态生理需水--满足植物生理活动所需要的水分生态需水--利用水的理化特性,调节植物周围的环境所需要的水分第二节植物对水分的吸收满足植物生长发育的需要水分，主要是从土壤中吸取的。植物吸水的器官是根，吸水部位是根毛区。细胞是植物体结构和功能的基本单位，植物吸水首先是细胞吸水。一、植物吸水原理（一）水势水势：相同温度下，一个系统中一摩尔的水与一摩尔的纯水之间的自由能差。溶液浓度愈大，水势愈低。水的流动方向由水势的高低决定，水由水势高流向水势低的区域。水在植物体内的移动主要形式为集流与扩散。渗透作用是扩散的一种特殊形式。（一）细胞吸水扩散作用：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。渗透作用：水分子通过半透膜由水势高向水势低的部位流动的现象。半透膜：水分子可以自由通过，其他物质有选择通过的特殊的膜。原生质层：包括质膜、细胞质和液泡膜看成一个半透膜，液泡内的细胞液含许多溶解在水中的物质，具有水势。因此，细胞构成一个渗透系统。细胞的吸水方式：渗透性吸水（细胞形成液泡后的主要吸水方式）；吸胀吸水（未形成液泡的细胞的吸水方式）；代谢性吸水（直接消耗能量的吸水方式）。植物细胞主要是通过渗透作用来吸收水分的。质壁分离与复原质壁分离：细胞失水使原生质与细胞壁分离的现象。质壁分离复原：质壁分离的细胞吸水，原生质膨胀最终恢复与细胞壁相接触的现象。利用细胞质壁分离和质壁分离复原的现象可以判断细胞死活。（二）根系吸水1.根系吸水的部位主要在根的尖端，从根尖向上约10mm的范围内，包括根冠、根毛区、伸长区和分生区，以根毛区的吸水能力最强，因为：①根毛多，增大了吸收面积(5～10倍)；②细胞壁外层由果胶质覆盖，粘性较强，有利于和土壤胶体粘着和吸水；③输导组织发达，水分转移的速度快。根冠分生区伸长区根毛区2.植物根系吸水动力主动吸水——由植物根系生理活动而引起的吸水过程。根的主动吸水具体反映在根压上。被动吸水——植物根系以蒸腾拉力为动力的吸水过程。2.根系吸水的动力根压——是指由于植物根系生理活动而促使液流从根部上升的压力。大多数植物的根压为0.1～0.2MPa，有些木本植物的根压可达0.6～0.7MPa。伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象。①伤流从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象。伤流是由根压引起的。从伤口流出的汁液叫伤流液。伤流液其中除含有大量水分之外，还含有各种无机物、有机物和植物激素等。伤流和根压示意图(1)伤流液从茎部切口处流出；(2)用压力计测定根压②吐水叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。3.产生根压的原因①植物根系主动吸收土壤溶液中的离子。②离子转运到根的内皮层内，使中柱细胞和导管的溶质增加。③内皮层的水势低于土壤溶液的水势时，土壤中的水分顺水势梯度从外部经内皮层渗透进入中柱细胞和导管。（三）影响根系吸水的土壤条件1.土壤温度①土温低使根系吸水下降，原因：粘度增加，扩散速率降低；根系呼吸速率下降，主动吸水减弱；根系生长缓慢，有碍吸水面积的扩大。②土温过高对根系吸水不利，原因：提高根的木质化程度，加速根的老化，根细胞中各种酶蛋白变性失活。2.土壤通气状况CO2浓度过高或O2不足，则根的呼吸减弱，不但会影响根压的产生和根系吸水，而且还会因无氧呼吸累积较多的酒精而使根系中毒受伤。3.土壤水分土壤缺水时，植物细胞失水，膨压下降，叶片、幼茎下垂，这种现象称为萎蔫。4.土壤溶液浓度。土壤溶液浓度过高，土壤水势降低，若低于根系水势植物不能吸水反而失去水分，这样导致生理性干旱。（三）影响根系吸水的土壤条件第三节水分的散失——蒸腾作用一、蒸腾作用1.蒸腾作用：植物体内的水分以气态散失到大气中去的过程。2.蒸腾作用的生理意义①蒸腾拉力是植物吸水与转运水分的主要动力②促进木质部汁液中物质的运输③降低植物体的温度（夏季，绿化地带的气温比非绿化地带的气温要低3-5℃）④有利于CO２的吸收、同化3.蒸腾作用的方式皮孔蒸腾（茎、枝）角质层蒸腾（叶）气孔蒸腾（叶）——植物蒸腾作用的最主要方式二、气孔蒸腾1.气孔的形态结构及生理特点：气孔是植物表皮上一对特化的细胞─保卫细胞和由其围绕形成的开口的总称，是植物进行体内外气体交换的门户。植物叶片表面特别是叶缘部分分布着大量的气孔，但气孔很小。气孔所占面积，不到叶面积的1%，但气孔的蒸腾量却相当于所在叶面积蒸发量的10％～50％，甚至100％。2.小孔扩散律：气体通过多孔表面扩散的速率,不与小孔的面积成正比，而与小孔的周长成正比。三、气孔运动的机理⒈蔗糖－淀粉假说气孔运动是由于保卫细胞中蔗糖和淀粉间的相互转化而引起渗透势改变而造成的。2.无机离子泵学说又称K+泵假说。K+从副卫细胞转运到保卫细胞中引起渗透势下降，气孔张开；K+反向转运，则气孔关闭。淀粉可溶性糖（pH6.1~7.3）（pH2.9~6.1）淀粉磷酸化酶四、影响蒸腾的因素1.光通常气孔在光下张开,暗中关闭。2.水分水分胁迫条件下气孔开度减小，如蒸腾过于强烈，即使在光下，气孔也会关闭。3.温度随温度的上升气孔开度增大，30℃左右开度最大。4.风微风促进蒸腾，强风引起气孔关闭。总之：外界较高的光强和温度、较低的湿度、较大的风速有于气孔的蒸腾。五、水分的传导一、水分传导途径：土壤根毛皮层内皮层中柱鞘根的导管茎的导管叶柄导管叶肉细胞叶细胞间隙气孔下腔气孔大气二、水分传导的速度在根、茎、叶细胞内的运输有两种途径：（1）经过质外体（导管等）。运输速度一般3～45m·h-1（2）经过活细胞。以渗透方式进行运输，运输距离短，运输阻力大，一般只有10-3cm·h-1子学习情境二：植物的光合作用与植物光合强度的测定学习情境二：植物生理生化指标的测定第二节光合作用的机制第三节影响光合作用的因素第四节光合作用与作物生产第一节叶绿体和光合色素一、叶绿体第一节叶绿体和光合色素（一）叶绿体的形态及分布高等植物的叶绿体大多呈扁平椭圆形，每个细胞中叶绿体的大小与数目依植物种类、组织类型以及发育阶段而异。一个叶肉细胞中约有10至数百个叶绿体，其长3～7μm，厚2～3μm。叶肉细胞中的叶绿体较多分布在与空气接触的质膜旁，在与非绿色细胞(如表皮细胞和维管束细胞)相邻处，通常见不到叶绿体。这样的分布有利于叶绿体同外界进行气体交换。1．被膜2．基粒3．基质4．类囊体5．基粒片层6．基质片层第一节叶绿体和光合色素（二）叶绿体的基本结构二、光合色素叶绿素a的结构叶绿素：a，b，c，d。叶黄素类胡萝卜素胡萝卜素藻胆素光合色素第一节叶绿体和光合色素光照：黄化现象。温度：2℃，30℃，40℃。（三基点）营养元素：N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn。氧气：缺氧影响叶绿素的合成。水分：干旱时叶片呈黄褐色。三、影响叶绿素形成的条件第一节叶绿体和光合色素返回第二节光合作用的机制光合作用的实质是将光能转变成化学能。根据能量转变的性质，将光合作用分为三个阶段：1.光能的吸收、传递和转换成电能，主要由原初反应完成；2.电能转变为活跃化学能，由电子传递和光合磷酸化完成；3.活跃的化学能转变为稳定的化学能，由碳同化完成。原初反应电子传递碳同化一、原初反应聚光色素：亦称天线色素，能吸收、传递光能到作用中心色素分子上起光学反应，包括大部分的叶绿素a,全部的叶绿素b和类胡萝卜素.中心色素：亦称作用中心色素，能接受聚光色素传递来的光能并通过光化学反应将其转化为电能,指少数特殊状态的叶绿素a(P680和P700)。（一）光能的吸收与传递第二节光合作用的机制（二）光化学反应第二节光合作用的机制原初反应的光化学反应是在光合作用中心进行的，通过光化学反应将光能转换为电能。光合作用中心是发生原初反应的最小单位，它至少包括一个中心色素分子（P）、一个原初电子受体（A）和一个原初电子供体（D）。第二节光合作用的机制光系统Ⅰ和光系统Ⅱ的组成光系统DPAPSⅠPCP700P430PSⅡZP680Q光合作用中存在两个光反应，分别由两个不同的光系统完成。返回二、电子传递和光合磷酸化第二节光合作用的机制（一）电子传递第二节光合作用的机制（二）光合磷酸化光合磷酸化共分为三种类型：１.非环式光合磷酸化２.环式光合磷酸化３.假环式光合磷酸化返回C3途径三、碳同化植物利用光反应中形成的NADPH和ATP将CO2转化成稳定的碳水化合物的过程，称为CO2同化或碳同化。根据碳同化过程中最初产物所含碳原子的数目以及碳代谢的特点，将碳同化途径分为三类：C3途径、C4途径和CAM途径。第二节光合作用的机制C4途径CAM途径（一）C3途径（卡尔文循环）C3循环中反应物及产物的生成（一）C3途径（卡尔文循环）C3途径是光合碳代谢中最基本的循环，是所有放氧光合生物所共有的同化CO2的途径。整个循环由RuBP开始至RuBP再生结束，共有14步反应，均在叶绿体的基质中进行。全过程分为羧化、还原、再生3个阶段。C3途径的总反应式可写成：3CO2+5H2O+9ATP+6NADPH→GAP+9ADP+8Pi+6NADP++3H+返回（二）C4途径C4途径中的反应虽因植物种类不同而有差异，但基本上可分为羧化、还原或转氨、脱羧和底物再生四个阶段（见右图）。返回（三）景天酸代谢途径（CAM）（三）景天酸代谢途径返回CAM途径主要反应是两类羧化反应。即在黑暗中进行PEPC的羧化反应和在光下进行Rubisco的羧化反应，与此相伴随的是由PEP羧化生成草酰乙酸并进一步还原为苹果酸的酸化作用和由苹果酸释放CO2的脱羧作用。第三节影响光合作用的因素一、光合速率及表示单位光合速率通常是指单位时间、单位叶面积的CO2吸收量或O2的释放量，也可用单位时间、单位叶面积上的干物质积累量来表示。常用单位有：μmolCO2·m-2·s-1第三节影响光合作用的因素二、影响光合作用的内部因素（一）叶片的发育和结构1、叶龄2、叶的结构（二）光合产物的输出三、影响光合作用的外部因素第三节影响光合作用的因素（一）光照光饱和现象：光照增加到一定强度光合速率不再增加的现象。光饱和点：刚刚达到光饱和现象时的光照强度。光补偿点：光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等时的光照强度。CO2饱和点：CO2浓度继续增加光合速率不再增加，此时CO2的浓度称CO2饱和点。CO2补偿点：光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等时的CO2浓度。CO2补偿点以上，CO2饱和点以下的区间内，净光合速率与CO2浓度成正比。第三节影响光合作用的因素（二）CO2┌最高温度：40－50℃三基点│最适温度：25－35℃└最低温度：5－7℃昼夜温差对光合净同化率有很大的影响。在一定温度范围内，昼夜温差大有利于光合积累。（三）温度第三节影响光合作用的因素1、水为光合作用的原料，没有水不能进行光合作用。2、水分亏缺会使光合速率下降。在水分轻度亏缺时，