合理灌溉的生理基础
第一章 植物的水分生理-植物生理学(潘瑞炽第7版)
低渗溶液(低 浓度） 纯水中
V>1
ΨP增大 Ψp= -Ψs
Ψw= Ψs +Ψp Ψw = 0
饱和状态，充分膨胀
V=1.5
高渗溶液(高 浓度） 剧烈蒸腾
失水，质壁分离
V<1
Ψp =0 Ψp ＜0
Ψw = Ψs Ψw ＜ Ψs
无质壁分离
V<1
（五）植物细胞间水分的移动
移动方向：高水势处流向低水势,直至两处水势差为零
Ψπ= -iCRT
C-溶液浓度；T-绝对温度；R-气体常数；i-解离系数 注：Ψπ大小决定于溶液中溶质颗粒（分子或离子）总数。
压力势（ΨP ）：由于压力的存在而使体系水势改变的值。 一般情况：正值 质壁分离：零 剧烈蒸腾：负值
重力势（Ψg ）：指水分因重力下移与相反力量相等时的力量。 正值 忽略不计
5. 将洋葱表皮浸泡在7%的尿素溶液中，表皮细胞发生质壁分离，随后又自发地 发生质壁分离复原。出现这种现象的原因可能是（ B） A、细胞液浓度下降 B、尿素分子进入液泡 C、细胞壁受到破坏 D、细胞膜受到破坏 6. 口腔炎发炎，大夫常叫病人用盐水漱口，主要原因（D ）？ A.盐水清洁，可把口腔内细菌冲走 B.盐水温度低，细胞不易成活 C.Na+在盐水中有消炎作用 D.细菌在较高浓度的盐水中体内失水而难以生存
（2）若细胞的Ψp＝－ Ψs，将其放入某一溶液中时，则体积不变。
（3）若细胞的Ψw＝Ψs，将其放入纯水中，则体积不变。
（1）不完全正确
（ 2）不正确
（ 3）不正确
3．下列情况会发生渗透作用吸水的是 （C ）。
A．干种子萌发时的吸水 B．水从气孔进入外界环境 C．萎蔫的青菜放进清水中 D.玫瑰枝条插入盛有清水的花瓶中 4．能发生质壁分离的细胞是（B ）。 A．干种子细胞 C．红细胞 B．根毛细胞 D．腌萝卜干的细胞
第一章 植物的水分生理
2. 角质层蒸腾：叶片，5 ％～10％左右
3. 气孔蒸腾：叶片，可占蒸腾总量的 80％～90％。 （三）蒸腾作用的指标（3种） 1．蒸腾速率(transpiration rate) 植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用所散失水 分的量称为蒸腾速率，也可称为蒸腾强度。一般用每小时每平方米叶面积蒸腾水量的克数表 示（g.m-2.h-1或 mg.dm-2.h-1 ）。现在国际上通用 mmol.m-2.s-1来表示蒸腾速率。 2．蒸腾效率(transpiration ratio TR) 指植物在一定生长期内有光合作用所积累的干物质与 蒸腾失水量之比，也就是每蒸腾1kg水所形成干物质的g数。常用 g.kg-1 表示。
ψw=ψS+ψm+ψP+ψg
第二节 植物细胞对水分的吸收
1、纯水的水势（ψ0w） 所谓纯水是指不以任何物理的或者化学的方式与 任何物质结合的水，完全是自由水，纯水的水势为0。
2、溶质势（ψS） 指由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值。 在标准大气压下，溶液的水势就等于其溶质势，溶液的溶质越多，其溶质势 越低，且任何一种溶液的水势均低于纯水的水势而为负值。在渗透体系中， 溶质势表示了溶液中水分子潜在渗透能力的大小，所以，溶质势又可称为渗 透势。
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、水的移动 水的移动方式有3种式：扩散、集流和渗透作用。 (一) 扩散 是物质分子（包括气体分子、水分子、溶质分 子）从高浓度（高化学势）区域向低浓度（低化学势）区域 转移，直到均匀分布的现象。 （二）集流 是指液体中成群的原子或者分子（例如组成 水溶液各种物质的分子）在压力梯度（水势梯度）的作用下 共同移动的现象。 （三）渗透作用 是物质依水势梯度移动。指溶液中的溶 剂分子通过半透膜扩散现象。
第一章植物的水分生理(共54张PPT)
水分通过胞间连丝的吸收。移动速度较慢。
•
由于水势梯度引起水分进入中柱后产生 的压力。
和 现象可以证明根压的存在。
伤流（bleeding）
吐水（guttation）
从受伤或折断的植物组织溢 从未受伤叶片尖端或边缘向
出液体的现象
外溢出液滴的现象
水、无机盐、有机物、植物激素（细胞 分裂素）。
伤流液的数量和成分，可以作为根系活 力强弱的指标。
lower epidermis more than in the upper epidermis.
• In grain plants, those distribution is nearly equal in the lower epidermis to in
the upper epidermis.
• T—absolute temperature
• 植物细胞膜的特点—生物膜（质膜、液泡
膜），半透膜，选择透性，水分子易于通 过，而对溶质则有选择性；而且细胞液与 外界溶液具有Ψw 差。
• 质壁分离（Plasmolysis）和质壁分离复原
（ Deplasmolysis）现象可以验证之。
高浓度溶液中， 细胞失水，质壁 分离。
扩散 依浓度梯度进行，短距离运输 集流 依压力梯度进行，长距离运输
A. 单个水分子通过膜 脂双分子层进入细胞
B．多个水分子通过水孔蛋白形成的水
通道进入细胞
水分移动需要能量做功，该动力来自于 渗透作用。
渗透作用：
通过半透膜移动的现象。
发生条件：半透膜，膜两边有浓度差。
1 mol物质的自由能。
每偏摩尔体积水的化学势，用Ψ表示，
0.5
0
-0.5
合理灌溉的指标及灌溉方法
合理灌溉的指标及灌溉方法作者：暂无来源：《农民致富之友（上半月）》 2011年第8期霍树臣一、作物的需水规律（一）不同作物的需水量不同一般可根据蒸腾系数的大小来估算作物对水分的需求量，既以作物的生物产量和蒸腾系数的积作为理论最低需水量。
但实际应用时还应考虑土壤保水能力的大小、降雨量的多少以及生态需水等。
因此，实际需要的灌溉水要比理论数大得多。
（二）同一作物不同生育期对水分的需求量不同同一作物不同生育期对水分的需要量有很大的差别。
例如早稻在苗期由于蒸腾面积较小，水分消耗量不大；进人分蘖期以后，蒸腾面积扩大，气温也逐渐升高，水分消耗量明显增大；到孕花期蒸腾量达到最大值，耗水也最多；进人成熟期后，叶片逐渐衰老、脱落，水分消耗量又逐渐减小。
小麦一生中对水分需要大致可分为四个时期：①种子萌发到分蘖前期，消耗水不多；②分蘖末期到抽穗期，消耗水最多；③抽穗到乳熟末期，消耗水较多，缺水会严重减产；④乳熟末期到完熟期，消耗水较少，如此时供水过多，反而会使小麦贪青迟熟，籽粒含水量增高，影响品质。
（三）作物的水分临界期水分临界期是指植物在生命周期中对水分最敏感、最易受害的时期。
一般而言，植物的水分临界期多处于花粉母细胞四分体形成期，这个时期一旦缺水，就会使性器官发育不正常。
小麦一生中有两个水分临界期，第一个水分临界期是孕穗期，这期间小穗分化，代谢旺盛，性器官的原生质粘性与弹性均下降，细胞液浓度很低，抗旱力最弱，如缺水，则小穗发育不良，特别是雄性生殖器官发育受阻或畸形发育。
第二个水分临界期是从开始灌浆到乳熟末期。
这个时期营养物质从母体各部分输送到籽粒，如果缺水，一方面影响旗叶的光合速率和寿命，减少有机物的制造；另一方面使有机物质运输变慢，造成灌浆困难，产量下降。
其他农作物也有各自的水分临界期，如大麦在孕穗期，玉米在开花至乳熟期，高梁在抽花序到灌浆期，豆类、花生、油菜在开花期，向日葵在花盘形成至灌浆期，马玲薯在开花至块茎形成期，棉花在开花结铃期。
植物生理学 2.水分代谢
原因：(F)
①根毛区有许多根毛，增大了吸收面积； ②根毛细胞壁的外部由果胶质组成，粘性强， 亲水性也强，有利于与土壤颗粒粘着和吸水；
③根毛区的输导组织发达，对水分移动的阻 力小。
二 根系吸水的途径
1、质外体途径 2、跨膜途径 3、共质体途径
三 根系吸水的动力
角质蒸腾 叶片蒸腾的方式 气孔蒸腾（主要方式）
（二）气孔蒸腾
一)气孔的形态结构及生理特点
1.气孔数目多、分布广 2.气孔的面积小，蒸腾速率高 3.保卫细胞体积小,膨压变化迅速 4.保卫细胞具有多种细胞器 5.保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微 纤丝结构 6.保卫细胞与周围细胞联系紧密
图2-6 气孔蒸腾的过程
（1）气孔的构造：(F)
由两个肾形的保卫细胞组成。
（2）保卫细胞的特点：外壁薄内壁厚；内有叶绿体；
有淀粉磷酸化酶。
（3）气孔运动：
（1）单位：巴（Pa）(帕)
1巴=0.987大气压=106达因/cm2
（10.2米水柱高）
（2）符号：Ψ （3）纯水的水势：0巴 （4）溶液的水势：为负值（小于0）（原因）
（水分的流动是由水势高处流向水势低处。）
小结：
纯水的水势定为零， 溶液的水势就成负值。 溶液越浓，水势 越低 。 水分移动需要能量。
土壤温度过高对根系吸水也不利。
原因：
①高温加速根的老化过程，吸收面积减少， 吸收速率也下降。
②温度过高使酶钝化，影响根系主动吸水。
４土壤溶液浓度
根系要从土壤中吸水，根部细胞的水势必须 低于 土壤溶液的 水势。
➢在一般情况下，土壤溶液浓度较低，水势较 高，根 系吸水；
➢盐碱土则相反
植物的水分生理
细胞液
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洋葱上表皮细胞的质壁分离
刚开始发生质壁分离
明显发生质壁分离
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2.发生质壁分离的条件
（1）外界环境水势低于细胞水势；
（2）原生质层具有选择性； （3）细胞壁与细胞质的收缩能力不同。
3.质壁分离说明以下问题
（1）原生质层具有半透膜的性质； （2）判断细胞的死活； （3）能测定细胞的渗透势（？）,进行农作物品种抗旱性鉴定。 (4) 测定物质进入原生质体的速度和难易程度。
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(二)植物细胞的水势
细胞的水势公式： ψw＝ψs＋ ψp ＋ψg ＋ ψm 1 .渗透势(溶质势)：由于溶质颗粒的存在而使水势降低
的部分（水的自由能降低），一般为负值。
2 .压力势：由于细胞壁压力的存在而增加的水势，一般 为正值，但质壁分离时为0，剧烈蒸腾时为负。 3 .重力势：水分因重力下移与相反力量相等时的力量。 有液泡的细胞或细胞群 ：ψw＝ψs＋ ψp
水通道蛋白
生物膜上具有通透水分
功能的内在蛋白，亦称水 孔蛋白(aquaporin)。
质膜内在蛋白
液泡膜内在蛋白
6个跨膜螺旋与两个保留的NPA（AsnPro-Ala）残基的水孔蛋白的结构
三、渗透作用
渗透作用：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。
水势：衡量水分反应或作功能量的高低。指每偏摩尔体积 水的化学势差。 纯水 Ψ o w =零 溶液：溶液的水势为负值,浓度越大，水势越低。
（二）根系吸水的方式及动力
1、主动吸水和根压 （1）根压的产生 由于离子的主动吸收，使皮层内外产生水势差，水分向 中柱扩散而产生静水压力（根压）——由于水势梯度引起水 分进入中柱后产生的压力。 （2）伤流 （3）吐水
植物生理学第二章-植物水分生理-六节-复习题
第二章水分生理第一节水分在植物生命活动中的作用（一）填空1. 植物细胞中自由水与束缚水之间的比率增加时，原生质胶体的粘性，代谢活性，抗逆性。
（二）选择题2．植物的下列器官中，含水量最高的是。
A．根尖和茎尖 B．木质部和韧皮部 C．种子 D．叶片（三）名词解释水分生理束缚水自由水（四）问答题1．简述水分在植物生命活动中的作用。
2．植物体内水分存在的形式与植物的代谢、抗逆性有什么关系？第二节植物细胞对水分的吸收（一）填空1.在标准状况下，纯水的水势为。
加入溶质后其水势，溶液愈浓其水势愈。
2.利用细胞质壁分离现象，可以判断细胞，测定细胞的。
3.由于的存在而引起体系水势降低的数值叫做溶质势。
溶质势表示溶液中水分潜在的渗透能力的大小，因此，溶质势又可称为。
溶质势也可按范特霍夫公式Ψs＝Ψπ＝来计算。
4.具有液泡的细胞的水势Ψw＝。
干种子细胞的水势Ψw＝。
5．干燥种子吸水萌发时靠作用吸水，干木耳吸水靠作用吸水。
形成液泡的细胞主要靠作用吸水。
6．植物细胞处于初始质壁分离时，压力势为，细胞的水势等于其。
当吸水达到饱和时，细胞的水势等于。
7．设甲乙两个相邻细胞，甲细胞的渗透势为-1.6MPa，压力势为0.9MPa，乙细胞的渗透势为-1.3MPa，压力势为0.9MPa，甲细胞的水势是，乙细胞的水势是，水应从细胞流向细胞。
（二）选择题8．当细胞在0.25mol/L蔗糖溶液中吸水达动态平衡时，将该细胞置纯水中会。
A．吸水 B．不吸水也不失水 C．失水9．当植物细胞溶质势与压力势绝对值相等时，这时细胞在纯水中：。
A．吸水加快 B．吸水减慢 C．不再吸水 D．开始失水10．植物分生组织的吸水依靠：。
A．吸胀吸水 B．代谢性吸水 C．渗透性吸水 D．降压吸水11．将Ψp为０的细胞放入等渗溶液中，其体积。
A．不变 B．增大 C．减少12．压力势呈负值时，细胞的Ψw 。
A．大于Ψs B．等于Ψs C．小于Ψs D．等于013．呼吸抑制剂可抑制植物的。
华中农业大学 植物生理学 第一章水分代谢
2008-2009年全国干旱地图
2010年10月以来，中国发生的大事是什么？
北方冬麦区降水持续偏少，河北、 山西、江苏、安徽、山东、河南、 陕西、甘肃八省部分地区旱象持续 发展，干旱发生时间比2008年提早 了1个月左右。
2010-2011年青岛市降水量同比少九成
手持枯苗气加忧,恨旱想绝我夏收, 历尽磨难中华在,何惧旱魔这小丑?
三、影响根系吸水的因素
(一) 根系自身的因素
根系的 有效性 根系密度(root density)：根系密度越 大，吸水能力大； 根表面的透性：新生根的表面透性 大， 次生根的透性小或丧失。土壤 干旱时易引起根老化。
(二) 土壤条件 1、土壤中的可用水分
根吸水是土壤和植物争夺水分的问题。
2、土壤通气状况
不同物质分子吸胀力大小是：蛋白质 > 淀粉 > 纤维素 干燥种子、未形成液泡的根尖、茎尖 分生细胞靠吸胀吸水。
三、水分的跨膜运送 (P36) 水分如何跨过细胞膜？
短距离:扩散
长距离:集流
A
B
A 单个水分子通过膜脂双分子层的间隙进入细胞
B 水集流通过质膜上水孔蛋白（AQP） 水孔蛋白活性的调节:磷酸化/去磷酸化 Ca2+的蛋白激酶
-2.69
-4.50
？？？ 溶液的Ψw = Ψs = -icRT
Ψp ：压力势，由于细胞壁压力 的存在而引起的水势增加值。 一般情况下，压力势为正值；
初始质壁分离时，压力势为零；
剧烈蒸腾时，压力势为负值。
Ψg ：重力势，由于重力的影响 而水势升高值。恒为正值。
研究水分在细胞水平转运时，重 力势忽略不计。
渗透现象
（二）植物细胞构成的渗透系统(P33) 成熟细胞的原生质层（原生质膜、 原生质和液泡膜）相当于半透膜。 液泡液、原生质层和细胞外溶液 构成了一个渗透系统。
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叶片： 水势 细胞汁液的浓度
根据不同地区、不同 植物、不同生育期科学 地确定合理灌溉的生理 指标。
渗透势 气孔的开关状况等
生理指标比形态指标 更灵敏、更科学、更 客观。
三、合理灌溉增产的原因
（一）合理灌溉的生理效应
改善植物的生理状况，改善作物的光合 性能, 特别是光合作用。
（从作物的光合能力、光合时间、光合 面积、有机物质的分配、呼吸消耗等五 个方面去分析）
农艺节水技术：
半干旱地区保护性耕作栽培技术 干旱农业有限灌溉技术 作物抗旱性的遗传改良 应用化学调控改善作物抗旱和水分利用效率
（WUE） 设施农业节水灌溉技术
大田滴灌 1
大田滴灌 2
控制性分根交替灌溉技术
（隔沟交替灌溉技术）
控制性分根交替灌溉技术
（隔沟交替灌溉技术）
部分根系分区交替灌溉
杏
花芽生长和开花阶段
桃
果实成熟前的迅速生长期
草莓
果实生长到成熟阶段
小粒谷类 孕穗到抽穗期
马铃薯 高土壤水分，在块根形成，开花到收获期
萝卜
块根膨大期
甜菜
出苗后3~4周
二、合理灌溉的指标
合理灌溉要看天、看地、看庄稼。
土壤水分状况 作物的形态指标——长势、长相 生理指标
（一）土壤水分状况
100%
不同根区湿润方式的 玉米根系生长状况
全部根系均匀灌溉
固定部分根系灌溉
现代精确灌溉技术
信息技术在节水农业中的应用
澳作墒情遥测系统
该系统基于450MHz频段，基站与测点的 距离可达5公里，若采用大功率的解码器， 监测距离可达5-20公里。
Delta-T Scan 图象分析软件
电脑控制灌溉
三、合理灌溉增产的原因
（二）合理灌溉的生态效应 灌溉能改善灌溉地上的气候条件，改善 栽培环境，间接地对植物产生影响。 夏季灌溉可以降低株间的气温 早春与晚秋季节灌溉可以保温 盐碱地灌溉可以洗盐压碱 施肥后灌溉可以溶解肥料,以水调肥
四、合理灌溉的方法
灌溉的基本原则 是用少量的水取得最大 的效果。要进一步发挥灌溉的作用,就需 要掌握作物的需水规律。
土壤水
土壤蒸发用水
土壤渗漏水
土壤
地面与地下径流水
田间作物与土壤的水分消耗比例示意
（二）植物水分临界期
——植物一生中对水分亏缺最敏感,最容易
受水分亏缺伤害的时期称为水分临界期。
不同作物对土壤缺水的临界期
结球甘蓝 结球及膨大阶段
棉花
开花和结桃期＞早期生长阶段＞结桃后
花生
开花和种子生长阶段
樱桃
果实成熟前的迅速生长期
第一章 植物的水分代谢
第六节 合理灌溉的生理基础
合理灌溉的基本任务
用最少量的水获取最大的经济效益。
➢植物的需水规律
主 ➢合理灌溉的指标 要 内 ➢合理灌溉增产的原因
容 ：
➢合理灌溉的方法
➢现代灌溉技术
中国降水量分布图
张正斌 徐萍 , ：退耕还林还草之后的进一步思考,中国科学院（论坛）,2007年9月3日
作物需水量(蒸腾系数)因作物种类、生长发 育时期不同而有差异。
合理灌溉 要以作物需水量和水分临界期 为依据，参照生理指标制定灌溉方案， 采用先进的灌溉方法及时地进行灌溉。 合理灌溉可取得良好的生理效应和生态
植物灌水量与效益关系
金 额
非 充 分 灌 溉
投入 产值 效益最大灌水量
灌水量
四、合理灌溉的方法
1．以小麦为例，其整个生育期中哪两个时期为水分临 界期？
（ 蒸 腾 生 长 等 ）
作 物 活 动 相 对 强 度
田间持 水量
0
分水 “关键点
” 有效水耗竭程度
永久 萎蔫点
100%
关于土壤水分对作物有效性的示意图
（二）灌溉的形态指标
嫩茎叶部分） 确定是否需要灌溉
（三）灌溉的生理指标
一、植物的需水规律
（一）植物需水量及水分利用效率 需水量 是指植物的蒸腾系数。 水分利用效率 笼统地讲是指植物每消耗单
位 水量生产干物质的量(或同化的CO2的
量)。 植物水分利用效率分可为三个层次：
植物水分利用效率分可为三个层次：
• 植物瞬时水分利用效率（WUE） ： 是某一时刻光合速率与蒸腾速率之比，
也就是某一时刻的蒸腾效率。 植物长期水分利用效率：
是指一定时间内植物积累干物质量与蒸腾失水量之 比，是指较长一段时间的蒸腾效率。
农田水分利用效率：
指一定时间内植物积累的干物质与植物蒸腾失水和 田间蒸发失水量之和（蒸发蒸腾量）之比。
植物的水分利用效率很低
植物水
干重用水 鲜重用水
叶面蒸腾用水
植物