考点6 植物的水分代谢和矿质代谢
植物生理水分代谢、矿质营养和光合作用
植物的蒸腾作用
• 蒸腾作用的指标：
– 蒸腾速率:是指植物在一定时间内，单位叶面积上散失 水分的量，一般以g/(m2·h)表示。
– 蒸腾效率:又称蒸腾比率,是指蒸腾失水1千克时所形成 的干物质的克数。
– 蒸腾系数:是指形成1克干物质所消耗水分的千克数。
• 影响气孔运动的因素：
• 直接作为酶的活化剂或参与渗透调节
植物生理水分代谢、矿质营养和光 合作用
植物体的矿质营养
• 矿质元素在植物体内的同化
– 氮的同化
• 铵盐——氨基酸 • 硝酸盐——铵盐——氨基酸 • 生物固氮：氮——氨
植物生理水分代谢、矿质营养和光 合作用
植物体内的物质运输
• 水和矿质离子的运输：通过导管或管胞，主要靠蒸 腾接力，根压也有作用
• 一类是对生命的代谢活动起调节作用：如促进酶的活 性，调节细胞的渗透势，影响原生质的胶体状况和膜 的电荷平衡等。一般是金属阳离子的作用。
– 必需元素的缺素症
• 病症诊断
– 病症在老叶：缺氮、磷、镁、钾、锌 – 病症在嫩叶：缺钙、硼、铜、锰、铁、硫
• 植物器官组织及土壤组分测定
植物生理水分代谢、矿质营养和光 合作用
土壤——根毛——根皮层——根中柱鞘——根木质 部维管束——茎木质部维管束——叶柄木质部维 管束——叶脉木质部维管束——叶肉细胞——叶 肉细胞间隙——气孔下腔——气孔——大气
• 水分沿导管上升的动力
1.根压：在蒸腾较弱时，根压作用大 2.蒸腾拉力：在晴朗的环境下是主要的（蒸腾拉力-
内聚力-张力学说）
植物生理水分代谢、矿质营养和光 合作用
由于土壤颗 粒的表面带 有负电荷， 阳离子被土 壤颗粒吸附 于表面。外 部阳离子如 钾离子可取 代土壤颗粒 表面吸附的 另一个阳离 子如钙离子 ，使得钙离 子被根系吸 收利用。
9植物的水分代谢和矿质代谢
植物的水分代谢和矿质代谢一、水分的吸收（一）吸水的器官和部位主要的吸水器官是，吸水最活跃的部位是。
（二）吸水方式成熟的植物细胞含有，主要靠吸水；根尖分生区及干种子细胞主要靠吸水。
（三）吸水原理1．吸胀吸水：细胞内含有物质，主要是一些大分子的有机物，这些物质亲水性由强到弱的顺序是。
2．渗透作用的原理（1）概念：透过的扩散（2）渗透作用产生必须具备的两个条件一是具有；二是。
3．成熟的植物细胞是一个渗透系统，其原生质层（包括、、）相当于半透膜，而且细胞液与外界溶液间具有，所以构成渗透系统，使细胞能够进行渗透吸水和失水。
该过程可由实验验证。
二、水分的运输、利用和散失1、水分的吸收和运输过程根成熟区的表皮细胞层层细胞根导管茎导管叶脉导管叶肉细胞2、利用：一般有1%--5%的水分保留在植物体内参与和等生命活动。
3、散失：途径为等。
意义（1）是植物和的动力。
（2）促进的运输。
（3）降低植物体特别是叶片的温度。
三、合理灌溉根据植物需水的规律，、、地灌溉，不同植物的不同；同一植物在不同生长发育时期也不同。
三、植物的矿质代谢1、植物必需的矿质元（1）植物必需的矿质元素：除了以外，主要由从中吸收的元素（2）判断某元素为必需矿质元素的方法：法如果该元素，植物的生长发育不正常，而该元素后，植物的生长发育又恢复正常状态，则这种元素为植物必需的元素。
（3）、必需元素的种类：种。
其中大量元素，微量元素。
2、矿质元素的吸收（1）矿质元素是以形式，通过的方式被吸收的。
（2）影响矿质元素吸收的外界因素：等，并绘制关系曲线图。
（3）根吸收矿质离子与吸收水分的关系和有关3、矿质元素的运输：是随着的运输而运输的。
4、矿质元素的利用。
植物新陈代谢一水分代谢和矿质代谢
植物新陈代谢一水分代谢和矿质代谢[知识结构]一、绿色植物的水分代谢1．水分的吸收（1）植物体吸水的结构根器官——→根尖——→根毛区——→表皮细胞（如根毛）（主要器官）（最活跃区域）（吸水功能单位）吸胀吸水：细胞种类：幼嫩的植物细胞（没有形成大液泡之前）原理：靠亲水性物质纤维素、蛋白质、淀粉等吸水。
思考：1、相同重量的大豆、小麦和花生放在水中，在相同时间内，哪种生物的种子增重最多？为什么？（2）细胞渗透吸水原理（3）渗透吸水原理的验证实验——质壁分离和复原的实验①分析细胞质壁分离及复原的原因②分析说明质壁分离实验的意义说明原生质层确实具有选择透性，相当于一层半透性膜。
思考：2、质壁分离及其复原实验有哪些方面的应用？3、在某些溶液中，细胞发生质壁分离后自动复原的原因是什么？4、给农作物施肥后有时会出现烧苗现象的原因是什么？2．水分的运输和利用（1）水分运输（2）水分利用：约占吸水总量的1%—5%，用于各种代谢活动。
3．水分的散失（1）水分散失形式：以气体蒸腾为主、液态的吐水和伤流为辅（2）水分蒸腾量：约占吸水总量的95%—99%左右（3）气孔蒸腾途径（4）蒸腾的意义①降低叶面温度，防止灼伤②蒸腾拉力是水分吸收和运输的主要动力③蒸腾液流促进无机盐的运输补充资料：影响气孔运动的主要因素1、温度：气孔张开度一般随温度的上升而增大，温度为30℃左右时达到最大；低温时气孔不能很好张开；温度过高由于蒸腾作用过强，保卫细胞失水而导致气孔关闭。
2、叶片的含水量：白天若蒸腾作用过于强烈，保卫细胞失水气孔关闭，阴雨天叶子吸水饱和，表皮细胞含水量高，挤压保卫细胞，故白天气孔也关闭。
4．合理灌溉、节约水资源根据植物的需水规律适时、适量灌溉，以便使植物茁壮生长，并且用最少的水获取最大的收益。
二、绿色植物的矿质代谢1．植物生活的必需元素（1）种类（2）作用：植物体的重要结构物质，或者参与调节生命活动实验设计：如何验证某种元素是植物必需的矿质元素溶液培养法，不要用基质2．吸收特性（1）选择性吸收：和膜上离子载体的种类和数量有关（2）代谢性吸收：需要消耗细胞代谢产生的能量（3）与水分吸收的关系：植物细胞吸收矿质元素和渗透吸水是两个相对独立的过程。
水分代谢和矿质代谢
成熟区
伸长区 分生区
根冠
根的初生结构（根的分生区分裂使根伸长而形成的结构） （一）表皮 （二）皮层
内皮层以内的部分， 包括中柱鞘、初生维管组织，有的有髓。 内1、中柱鞘：维管柱最外的一层细胞，具潜在的分生能力。由此 可产生部分维管形成层、木栓形成层、不定芽、侧根和不定根。
• 28、用32P标记的营养液培养某植物幼苗一段时间，在根 细胞中检测32P的积累量和运输量，结果如图所示。根据 该实验结果可以得出以下哪些结论? ( ) • A．根的最顶端32P的积累量最高，说明该部位对32P的需 求量最大 • B．距根尖约5mm处32P积累量最低，其原因一是该部位 细胞吸收能力较低，二是该部位已经存在输导组织 • C．距根尖约30mm处32P运输量最大，说明该部位细胞 的细胞膜上相关离子载体数量最多 • D．距根尖60mm以上的部位32P运输量和积累量趋向稳 定而不会继续上升或下降
石斛茎横切面简图
1.表皮 2.维管束 3.基本组织
双子叶植物茎
初生构造简图
髓部
木质部 形成层 韧皮部
皮层
周皮 表皮
三年生椴树茎的横切面（次生结构）
第三节 水分代谢和矿质代谢
• 77、生长旺盛的植物，其叶片有时会出现 “吐水”现象。这种现象不能说明( ) • A.植株渗透压高 B．叶片细胞膨压 高 • C．叶片气孔大量关闭 D．根吸水能力很 强
（三）维管柱
皮 层2、初生维管组织：包括初生木质部和初生韧皮部 上 的 凯 氏 带
木栓 木栓形成层 周皮
栓内层
双子叶植物茎初生构造简图 1.表皮 2.皮层 初生韧皮部 3.维管柱----(1)初生维管束---- 初生木质部
(2)髓射线 (3)髓
植物水分代谢和矿质代谢易错点剖析
吸收水分的因素。２植物对水分的运输及 （）
。
— —
如果 Ｂ为清水 ， ０３／ Ｌ的蔗 面上 升 ．但 由于 葡 萄糖 可 以通 过 半 透 膜 ， ｂ为 ． ｍ ｇ
达 利用 ， 水分的运输主 要影响 因素 、 分的 糖溶 液 ，则 图 ３漏 斗 中 的液 面 变 化 是 所 以一 段 时间 后 液 面 随之 而 下降 ． 到 平 水
典例 １ 用 的 产 生 必须 具 备 两个 条 件 ． 是 具 有 半 一
跟踪 训 练 １
透 膜 ： 是 这 层 半 透膜 两侧 的溶 液 具 有 浓 二
１ 江苏海安模拟） ． ｆ 图示向 日葵在 ２ ４ｈ
度 差 ， 别 强 调 的 是 ． 里 的 浓 度 是 指 摩 内的水分吸收和蒸腾作用速率的变化 ， 特 这 据
卤 卤
２ ３ ４
ｂ ｄ Ａ 一天中 ， ． 植体 内水分最少 的是 ｂ 点
Ｃ分析环境条件对该矿质元素吸收的 全营养液 ，实验 组浇 以不 含镁 离子的完 ．
影响
全营养液 ，两组 置于相 同的适 宜条件下
Ｂ在光下 ， ． 吸收速率总是大于蒸腾作
用 速 率
Ｄ观察含全部营养的培养液中去掉该 培养 ，观 察比较 两组植物 的生长发 育情 ． 矿质元素前、 后植株生长发育状况 【 错解 】 Ａ
３ 发现 ， 本专题 考查 内容不少。大纲版 地区 升 ， ｈ 下 降 ， 么在 ａ 而 那 中加入 的物质最 （）小题 ，如 果 两 者开 始 波 面 上 升 高度 相
２０ 、０ ８年 高考考 查本 专题 知识 比较 可能是 ０ ７ ２０
少 ，在课标地区主要考查 了水分的吸收 、
—
利用等都是属于易错知识点 。（）合理灌 ３
复习植物的水分代谢和矿质营养
复习植物的水分代谢和矿质营养一. 教学内容：复习植物的水分代谢和矿质营养二. 学习过程：1. 植物细胞的吸水和失水与渗透作用2. 水分代谢水分运输：随着导管，主要由根部向地上部位运输。
动力：蒸腾拉力。
水分利用和散失：植物体吸收的水分95%都以蒸腾作用的方式散失到大气中，被植物体利用的水则主要用于光合作用和呼吸作用。
3. 必需矿质元素的确定：大量元素：N P S K Ca Mg微量元素：Fe Mn Zn B Mo Cl Ni4. 根对矿质元素的吸收植物对矿质元素的吸收经历了三个阶段，各阶段具体的过程及原理图解过程如下：5. 植物对矿质元素的利用不同的矿质元素在植物体内的利用有差异，有些可重复利用，有些只能利用一次。
根据各种元素的不同作用，在农业生产中要进行合理施肥。
可以再利用的元素：K；N P Mg等不可以再利用的元素：Fe Ca等。
【典型例题】[例1] 下图是研究植物水分代谢的4个实验装置。
请判断实验开始后，玻璃管内的水是否流动及流动方向（无流动以×表示。
流动方向以↑、↓、→、←表示）。
下面四个选项中的符号依次表示4个装置中用符号标示的玻璃管内的水分流动现象，其中正确的是A. ↑↓××B. ×↑×→C. ↓↑→→D. ↓↑×←解析：渗透作用的进行需具备两个条件，一是具有半透膜。
二是膜两边的溶液具有浓度差。
成熟的植物细胞是一个渗透系统。
原生质层是其选择透过性膜，当膜两侧溶液的浓度不同时。
水分子表现出由低浓度一侧向高浓度一侧运动，分析各项可知：（1）玻璃管内的水分子不运动：（2）蒸腾作用和渗透作用使玻璃管内的水向上运动；（3）由于玻璃管两端的蔗糖溶液的浓度相同，故玻璃管内的水分子不运动；（4）玻璃管两端的液体浓度不同，浓度高的一侧吸入的水分子多，另一侧吸入的水分子少，玻璃管内出现水分由左向右运动。
[例2] 天平的两端托盘上的烧杯内各插有一根树枝，且两根树枝的树叶一多一少，开始时天平两边平衡。
水分代谢、矿质营养知识要点
一、水分代谢、矿质营养【学习要点】1. 掌握植物细胞对水分的吸收方式以及水势的概念。
2. 掌握植物根系对水分的吸收途径、动力和影响根系吸水的土壤条件。
3. 掌握蒸腾作用的生理意义和部位以及影响蒸腾作用的外、内条件。
4. 认识植物体内水分的运输途径、速度和动力。
5. 理解植物必需矿质元素的生理作用，并掌握如何判断缺素症状。
6. 掌握植物体对矿质元素的吸收方式。
7. 了解矿物质在植物体内的运输和分布。
8. 理解植物对氮的同化过程。
9. 了解合理灌溉和施肥的生理基础。
【知识结构框架】【重要名词概念】水势、渗透作用、根压、蒸腾作用、蒸腾速率、蒸腾比率、蒸腾系数、永久萎蔫、内聚力学说、水分临界期、必需元素、微量元素、溶液培养法、主动运输、单盐毒害、离子颉抗、交换吸附。
【重点与难点解析】（一）植物体的水分代谢1植物细胞对水分的吸收(1) 自由能和水势当把一小块高锰酸钾结晶投入到一盛有纯水的烧杯中时，高锰酸钾分子会迅速地由结晶处向烧杯中的其他地方迁移。
这种迁移之所以能够发生，完全是由于结晶与烧杯中的其他地方存在着化学势差的结果。
化学势就是在恒温恒压条件下，一摩尔的物质分子所具有的自由能，自由能则是在恒温恒压条件下能够用于做功的能量。
所以化学势就是指物质分子能够用于做功的能量的度量。
其大小与物质的浓度或纯度呈正相关关系，并且能够指示物质分子发生反应或产生运动的方向和限度。
在上述系统中，高锰酸钾分子迁移消耗的就是高锰酸钾分子的化学势或者说就是高锰酸钾分子的自由能。
正因为如此，高锰酸钾分子也只能由化学势较高的结晶向化学势较低的其他地方迁移，直到烧杯各处高锰酸钾的化学势都相等为止。
这种物质分子顺着化学势梯度或浓度迁移的现象就叫扩散。
化学势用μ来表示，单位是耳格／摩尔或达因·厘米/ 摩尔。
在上述系统中高锰酸钾分子扩散的同时，水分子也在扩散，消耗的是水的化学势，是水中能够用于做功的能量度量。
其大小当然能够指示水分子发生反应或产生运动的方向和限度，包括植物体内的水分运动。
水分代谢与矿质代谢
水分代谢与矿质代谢
植物根尖的结构
根冠
根尖四部分结构的特点与功能各是什么？
根尖伸长区、根毛区表皮细胞、导管、筛管细胞来自于 哪一部分？这体现了细胞的什么特性？
促进根伸长的生长素产生部位与作用部位分别是哪一部 分？生长素的运输有什么特点？ 成熟区的导管与筛管在结构与功能上有什么区别？
水分 的吸收与矿质元素的吸收比较：
项目
减少
水
0%
NH+
83%
K+
72%
Ca2+
97%
Po4384%
（1） 上述四种离子减少的原因：
根的吸收
（2） 离子大量减少而水却没有减少的原因
根对水和对矿质元素的吸收是两个相对独立的过程
（3） Ca2+比K+减少量明显大的原因
根对不同矿质元素的吸收量不同，与膜上的载体有关
1、水分 运输与矿质元素运输的关系？
实验三
Hale Waihona Puke ＊镁是植物生活必需的矿质元素吗？
镁是植物生活必需的矿质元素
实验原理 ：当植物缺少某中必需矿质元素就会严 重影响植物的生长和发育，并出现特有的病症 实验材料、仪器、药品 ： 玉米幼苗、完全培养液、缺镁培养液 培养 瓶、黑纸、导管、软木塞、棉花
取材 配制培养液
选取若干长势良好、大小相似 的玉米幼苗，并作好记录
光合作用
2、水分 的利用情况
呼吸作用
高分子有 机物水解
主要器官 结构
3、水分的散失
分布的部位 与植物 分布的关系
意义
矿质元素利用
种 类 存在 状态 能否 转移 利用 次数 组织 分布 缺乏时先 受害 落叶 测定
合理灌溉与合理施肥
植物的水分代谢
第10讲植物的水分代谢和矿质营养考试要求1．渗透作用的原理。
识记发生渗透作用必须具备的两个条件；说明渗透作用的原理。
2．植物细胞的吸水和失水。
理解成熟的植物细胞是一个渗透系统，解释植物细胞的吸水和失水现象。
3．水分的运输、利用和散失。
理解植物吸收和运输水分的动力；描述水分的利用和散失过程。
4．合理灌溉。
正确理解合理灌溉的原理、应用和意义。
5．植物必需的矿质元素。
识记植物必需的矿质元素，掌握溶液培养法的方法及其应用。
6．根对矿质元素的吸收。
理解矿质元素的吸收是主动运输的过程。
阐述成熟区表皮细胞吸收矿质元素和渗透吸水是两个相对独立的过程。
7．矿质元素的运输和利用。
举例说出可再度利用元素和不可再度利用元素的区别。
8．合理施肥。
正确理解合理施肥的原理、应用和意义。
知识整理一、水分代谢1．概念：水分代谢是指水分的、、和。
细胞壁：细胞构造特点原生质层：浓度差构成一个渗透系统细胞液外界溶液2．渗透吸水〔主要的吸水方式〕吸水：外界溶液浓度细胞液浓度原理失水：外界溶液浓度细胞液浓度验证：实验举例：细胞3．运输：根吸收的水分，通过根部的输送到茎，再由茎输送到叶。
1%—5%的水分用于作用和作用等生命活动4．利用和散失95%—99%的水分通过作用散失，所产生的拉力，是的重要动力。
原理：不同植物的不同，同一植物在亦不一样。
5．合理灌溉应用：根据植物的需水规律，灌溉。
二、矿质营养大量元素：等9种； 1．植物必需的元素微量元素：等8种。
2．矿质元素的概念：除之外，主要是由从中吸收的元素。
目前，科学家确定植物必需的矿质元素有种。
吸收状态：3．吸收 吸收方式：呼吸作用提供影响吸收的因素 细胞膜上的4．运输：随着的运输到达植物的各个局部。
离子状态：如可再度利用利用形式 不稳定的化合物：如5．利用 难溶解的稳定的化合物：如只能利用一次。
功能：和。
原理：不同植物所需的不同，同一植物在亦不一样。
6．合理施肥应用：根据植物的需肥规律，施肥。
植物的水分代谢和矿质营养
微观的渗透作用示意图
问题1：渗透作用发
生的条件是什么？
（1）具半透膜
（2）半透膜两侧具浓度差
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜， 从低浓度向高浓度溶液扩散
走近高考:下图表示渗透作用装置图, 请思考下列问题:
Aa
图一
(1)如果A为清水,a为30%的蔗糖溶液,则图一中 漏斗的液面_上__升____. 如果A为清水,a为30%的葡萄糖溶液,则图一漏 斗中的液面__先__上_升__,后__下_降___.
量
C 曲线表明这些植物细胞 质
D 年龄
A.细胞液浓度>蔗糖液浓度
壁 分 100
B.细胞液浓度<蔗糖液浓度
离 80 百 60
C.有不同浓度的细胞液
分 40 率 20
0
D.细胞膜有不同的选择性
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
蔗糖溶液浓度
3.某同学做了一次水培植物实验,培养液完全按该 植物的所需标准配制,在培养过程中又及时补充该 培养液.实验过程中,第一周长势正常,第二周出现缺 素症,且越来越严重,根据此情况,该同学采取了有效 措施并成功地解决了问题,随后第三周植物出现全 株萎蔫,最后死亡.实验失败,请分析该同学的实验:
溶液中缺氧
(1)配制的是全素营养液,为什么还出现缺素症?___, 当时,该同学采取了向__培_养__液_通__气_的措施进行补救
(2)培养液中并不缺水,为什么第三周竟然萎蔫?____, 为了解决这个问题,可以采取的措施是__加__水____.
蒸腾使水大量丧失,溶 液浓度变大,植物失水
4.把体积与质量浓度相同的葡萄糖溶液和蔗
(2)及时排涝: 增加土壤的通气性，提高根细胞的呼吸作用， 促进根对矿质元素的吸收。
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考点6 植物的水分代谢和矿质代谢
选择题
1．(2011·全国卷)将紫色洋葱在完全营养液中浸泡一段时间，撕取外表皮，先用浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液处理，细胞发生质壁分离后，立即将外表皮放入蒸馏水中，直到细胞中的水分不再增加。
若在该实验过程中，蔗糖溶液处理前外表皮细胞液的浓度为甲，细胞中的水分不再增加时外表皮细胞液的浓度为乙，则甲、乙的关系，以及实验过程中水分进出细胞的方式为( )
A．甲＜乙，被动运输 B．甲＞乙，被动运输
C．甲＞乙，主动运输 D．甲＝乙，主动运输
【解析】选B。
本题考查质壁分离及复原的相关知识。
用浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液处理紫色洋葱外表皮细胞使之发生质壁分离，然后将其放入蒸馏水中发生复原。
整个过程中水进出细胞的方式是自由扩散过程，属于被动运输。
蔗糖溶液处理前紫色洋葱外表皮浸泡在完全营养液中，细胞会吸收一部分营养物质，使细胞液浓度升高；同时，由于细胞液与完全培养液的浓度差较小，细胞吸水较少，则只考虑水的流动导致的细胞液浓度的降低较少；质壁分离后放入蒸馏水中，两侧溶液浓度差较大，细胞吸水较多，细胞液浓度降低较多，所以细胞液浓度甲＞乙。
2.(2011·重庆高考)如图为某种植物幼苗(大小、长势相同)均分为甲、乙两组后，在两种不同浓度的KNO3溶液中培养时鲜重的变化情况(其他条件相同且不
变)。
下列有关叙述，错误的是( )
A．3 h时，两组幼苗均已出现萎蔫现象，直接原因是蒸腾作用和根细胞失水B．6 h后，甲组幼苗因根系开始吸收K+、NO-3，吸水能力增强，使鲜重逐渐提高C．12 h后，若继续培养，甲组幼苗的鲜重可能超过处理前，乙组幼苗将死亡D．实验表明，该植物幼苗对水分和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程【解析】选B。
A项，3 h时外界KNO3溶液浓度高，甲、乙植物均失水，而蒸腾作用还会散失水分因而幼苗均已出现萎蔫现象；B项，当幼苗一开始放入KNO3溶液中细胞就开始通过主动运输吸收K+、NO-3，而不是在6 h后;C项，12 h后甲组因K+、NO-3进入液泡，导致细胞不断吸水，鲜重增加，可能超过处理前，而乙组外界溶液浓度过高而使细胞死亡；D项，植物幼苗对水分和矿质元素的吸收并不同步，而是两个相对独立的过程。