.2-4.3水和無機鹽在植物體中的代謝【學習目標】了解水分、無機鹽對植物生命活動的作用。了解植物體對水分的吸收、運輸、利用和散失的過程。知道植物吸水、失水的原理。知道維持植物體內水分平衡以及合理灌溉、合理施肥。【要點梳理】要點一、植物體對水分、無機鹽的吸收、運輸植物水分吸收是指植物器官從土壤、環境中吸水水分的方式，根系是大多數陸生植物的主要吸水器官。根系吸水通過細胞吸水進行。水生的藻類和許多菌類則沒有專門的吸水器。植物生命活動中吸收、傳導和散失水分的連續過程，這種關系也稱植物水分代謝。水是植物體的重要組成成分。植物鮮重的70～90%是水。生理活性強的器官如嫩葉、嫩果等的含水量高；而生理活性弱的器官如種子、孢子等則含水較少。細胞中的水分為許多生化反應提供了良好的介質。它的物理性質如高的汽化熱、比熱，對調節植物體溫有重要作用。水也是調節原生質膠體的凝膠與溶膠態的逆變的決定性因素。水還可維持細胞處于緊張狀態，使植株挺立、葉片開展，有利于承受陽光進行光合作用。許多大分子物質的合成也都離不開水。陸生植物由于葉的蒸騰作用，根部從土壤吸收的水，經體內傳導而不斷地向大氣中散失。因此它們必須不斷地在吸水-傳導-散失的連續運動過程中求得體內含水量的動態平衡，才能保證正常的生命活動。水在土壤－植物－大氣系統中的這種運動是由于水在這一系統各個部位中的自由能差所造成的。植物細胞吸水或失水，主要取決于細胞液的濃度和細胞周圍水溶液的濃度的大小：當周圍水溶液的濃度大于細胞液的濃度時，細胞就吸水；當周圍水溶液的濃度小于細胞液的濃度時，細胞就失水。水在植物體內傳導的途徑為：根毛→根皮層→內皮層→根木質部導管→莖木質部導管→葉脈導管→葉肉細胞→氣孔或角質層，然后向大氣散失。同時，無機鹽溶解在水中也被運往植物體內部。要點二、蒸騰作用蒸騰作用是水分從活的植物體表面（主要是葉子）以水蒸汽狀態散失到大氣中的過程，是與物理學的蒸發過程不同，蒸騰作用不僅受外界環境條件的影響，而且還受植物本身的調節和控制，因此它是一種復雜的生理過程。其主要過程為：土壤中的水分→根毛→根內導管→莖內導管→葉內導管→氣孔→大氣.植物幼小時，暴露在空氣中的全部表面都能蒸騰。（一）分類1、皮孔蒸騰木本植物經由枝條的皮孔和木栓組織的裂縫的蒸騰，叫做皮孔蒸騰。但是皮孔蒸騰的量非常小，約占樹冠蒸騰總量的0.1%。2、角質層蒸騰通過葉片和草本植物莖的角質層的蒸騰，叫做角質層蒸騰，約占蒸騰作用的5%~10%。幼嫩葉子的角質蒸騰可達總蒸騰量的1/3到1/2。一般植物成熟葉片的角質蒸騰，占總蒸騰量的5%～10%。長期生長在干旱條件下的植物其角質層蒸騰更低，其蒸騰總量小于5%。3、氣孔蒸騰通過氣孔的蒸騰，叫做氣孔蒸騰，氣孔蒸騰是植物蒸騰作用的最主要方式。氣孔是植物進行體內外氣體交換的重要門戶。水蒸氣（H2O）、二氧化碳（CO?）、氧氣（O2）都要共用氣孔這個通道，氣孔的開閉會影響植物的蒸騰、光合、呼吸等生理過程。影響因素1、光照光對蒸騰作用的影響首先是引起氣孔的開放，減少氣孔阻力，從而增強蒸騰作用。其次，光可以提高大氣與葉子的溫度，增加葉內外蒸氣壓差，加快蒸騰速率。2、溫度對蒸騰速率的影響很大。當大氣溫度降低時，葉溫比氣溫高出2～10℃，因而氣孔下腔蒸氣壓的增加大于空氣蒸氣壓的增加，使葉內外蒸氣壓差增大，蒸騰速率增大；當氣溫過高時，葉片過度失水，氣孔關閉，蒸騰減弱。3、濕度在溫度相同時，大氣的相對濕度越大，其蒸氣壓就越大，葉內外蒸氣壓差就變小，氣孔下腔的水蒸氣不易擴散出去，蒸騰減弱；反之，大氣的相對濕度較低，則蒸騰速率加快。4、風速風速較大，可將葉面氣孔外水蒸氣擴散層吹散，而代之以相對濕度較低的空氣，既減少了擴散阻力，又增加了葉內外蒸氣壓差，可以加速蒸騰。強風可能會引起氣孔關閉，內部阻力增大，蒸騰減弱。（三）蒸騰作用的意義1、降溫（植物長時間被曬又不能動）蒸騰作用能夠降低葉片的溫度。太陽光照射到葉片上時，大部分能量轉變為熱能，如果葉子沒有降溫的本領，葉溫過高，葉片會被灼傷。而在蒸騰過程中，水變為水蒸氣時需要吸收熱能，因此，蒸騰能夠降低葉片表面的溫度，使葉子在強光下進行光合作用而不致受害。2、運輸（導管是死的，需要一個升力）蒸騰作用是植物對水分的吸收和運輸的一個主要動力，特別是高大的植物，假如沒有蒸騰作用，由蒸騰拉力引起的吸水過程便不能產生，植株較高部分也無法獲得水分。由于礦質鹽類（無機鹽）要溶于水中才能被植物吸收和在體內運轉，既然蒸騰作用是對水分吸收和流動的動力，那么，礦物質也隨水分的吸收和流動而被吸入和分布到植物體各部分中去。所以，蒸騰作用對這兩類物質在植物體內運輸都是有幫助的。3、環境蒸騰作用為大氣提供大量的水蒸氣，使當地的空氣保持濕潤，使氣溫降低，讓當地的雨水充沛，形成良性循環。要點三、植物對水的利用參與細胞代謝：細胞內有大量的水分，使細胞的代謝處于活躍狀態。作為原料，參與光合作用，與二氧化碳合成有機物。作為溶劑：溶解無機鹽，運往植物各處保持植物的固有形態，植物具有細胞壁，吸收了大量水分之后會保持緊張度。有利于保持植物的固體形態。用于蒸騰作用，降低溫度要點四、植物對無機鹽的利用在植物體內經常可以檢測到70多種化學元素，但國際公認的高等植物生長發育所bai需的必需營養元素僅有16種，它們是碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、硼(B)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉬(Mo)和氯(C1)。按植物對它們需要量的多少，可分為大量營養元素、中量營養元素和微量營養元素。大量營養元素包括碳、氫、氧、氮、磷、鉀；中量營養元素有鈣、鎂、硫；微量元素包括鐵、硼、錳、銅、鋅、鉬和氯。現在也有學者認為鎳(Ni)是第17種必需營養元素。據研究，確定為植物必需營養元素的3個條件是：①這種元素對植物的營養生長和生殖生長應該是必不可少的，當它完全缺乏時，植物就不能完成其生命周期；②植物對這種元素的需要是專一的，其它元素不能代替它的作用，缺乏時，植物會出現特殊的缺乏癥狀，只有滿足這種元素，癥狀才會消除；⑧這種元素必須在植物體內起直接作用，而不僅僅是起改善植物生長環境的間接作用。氮是植物生長的必需養分，它是每個活細胞的組成部分。植物需要大量氮。氮是植物體內蛋白質、核酸和葉綠素的組成成分，葉綠素a和葉綠素b;都是含氮化合物。綠色植物進行光合作用，使光能轉變為化學能，把無機物（二氧化碳和水）轉變為有機物（葡萄糖）和氧氣，是借助于葉綠素的作用。葡萄糖是植物體內合成各種有機物的原料，而葉綠素則是植物葉子制造“糧食”的工廠。氮也是植物體內維生素和能量系統的組成部分。氮對植物生長發育的影響是十分明顯的。當氮充足時，植物可合成較多的蛋白質，促進細胞的分裂和增長，因此植物葉面積增長快，能有更多的葉面積用來進行光合作用。此外，氮的豐缺與葉子中葉綠素含量有密切的關系。這就使得我們能從葉面積的大小和葉色深淺上來判斷氮營養的供應狀況。在苗期，一般植物缺氮往往表現為生長緩慢，植株矮小，葉片薄而小，葉色缺綠發黃。禾本科作物則表現為分孽少。生長后期嚴重缺氮時，則表現為穗短小，籽粒不飽滿。在增施氮肥以后，對促進植物生長健壯有明顯的作用。往往施用后，葉色很快轉綠，生長量增加。但是氮肥用量不宜過多，過量施用氮素時，葉綠素數量增多，能使葉子更長久地保持綠色，以致有延長生育期、貪青晚熟的趨勢。對一些塊根、塊莖作物，如糖用甜菜，氮素過多時，有時表現為葉子的生長量顯著增加，但具有經濟價值的塊根產量卻少得使人失望。磷在植物體中的含量僅次于氮和鉀，一般在種子中含量較高。磷對植物營養有重要的作用。植物體內許多重要的有機化合物都含有磷。磷是植物體內核酸、蛋白質和酶。等多種重要化合物的組成元素。磷在植物體內參與光合作用、呼吸作用、能量儲存和傳遞、細胞分裂、細胞增大和其他一些過程。磷能促進早期根系的形成和生長，提高植物適應外界環境條件的能力，有助于植物耐過冬天的嚴寒。磷能提高許多水果、蔬菜和糧食作物的品質。磷有助于增強一些植物的抗病性，抗旱和抗寒能力。磷有促熟作用，對收獲和作物品質是重要的。但是用磷過量會使植物晚熟結實率下降。鉀是植物的主要營養元素，同時也是土壤中常因供應不足而影響作物產量的三要素之一。農作物含鉀與含氮量相近而比含磷量高。且在許多高產作物中，含鉀量超過含氮量。鉀與氮、磷不同，它不是植物體內有機化合物的成分。迄今為止，尚未在植物體內發現含鉀的有機化合物。鉀呈離子狀態溶于植物汁液之中，其主要功能與植物的新陳代謝有關。鉀在植物代謝活躍的器官和組織中分布量較高，具有保證各種代謝過程的順利進行、促進植物生長、增強抗病蟲害和抗倒伏能力等功能。鉀能夠促進光合作用，缺鉀使光合作用減弱。鉀能明顯地提高植物對氮的吸收和利用，并很快轉化為蛋白質。鉀還能促進植物經濟用水。由于鉀離子能較多地累積在作物細胞之中，因此使細胞滲透壓增加并使水分從低濃度的土壤溶液中向高濃度的根細胞中移動。在鉀供應充足時，作物能有效地利用水分，并保持在體內，減少水分的蒸騰作用。鉀的另一特點是有助于作物的抗逆性。鉀的重要生理作用之一是增強細胞對環境條件的調節作用。鉀能增強植物對各種不良狀況的忍受能力，如干旱、低溫、含鹽量、病蟲危害、倒伏等。植物最常見的缺鉀癥狀是沿葉緣的灼傷狀，首先從下部的老葉片開始，逐步向上部葉片擴展，并且有斑點產生。缺鉀植物生長緩慢，根系發育差。莖桿脆弱，常出現倒伏。種子和果實小且干皺。植株對病害的抗性低。具有明顯的抗伏倒性，可以增加果實類、蔬菜類作物口感。缺少元素口訣：氮黃紅磷鉀褐斑要點五、無土栽培無土栽培，是指以水、草炭或森林腐葉土、蛭石等介質作植株根系的基質固定植株，植物根系能直接接觸營養液的栽培方法。無土栽培中營養液成分易于控制，且可隨時調節。在光照、溫度適宜而沒有土壤的地方，如沙漠、海灘、荒島，只要有一定量的淡水供應，便可進行。無土栽培根據栽培介質的不同分為水培、霧（氣）培和基質栽培。水培是指植物根系直接與營養液接觸，不用基質的栽培方法。最早的水培是將植物根系浸入營養液中生長，這種方式會出現缺氧現象，嚴重時造成根系死亡。常采用營養液膜法的水培方式，即使一層很薄的營養液層，不斷循環流經作物根系，既保證不斷供給作物水分和養分，又不斷供給根系新鮮氧氣。優點：1、節水、省肥、高產：無土栽培中作物所需各種營養元素是人為配制成營養液施用的，水分損失少，營養成分保持平衡，吸收效率高，并且是根據作物種類以及同一作物的不同生育階段，科學地供應養分。因此作物生長發育健壯，生長勢強，可充分發揮出增產潛力。2、清潔衛生無污染：土壤栽培施有機肥，肥料分解發酵，產生臭味污染環境，還會使很多害蟲的卵孳生，危害作物，而無土栽培施用的是無機肥料，不存在這些問題，并可避免受污染土壤中的重金屬等有害物質的污染。3、省工省力、易于管理：無土栽培不需要中耕、翻地、鋤草等作業，省力省工。澆水追肥同時解決，并由供液系統定時定量供給，管理方便，不會造成浪費，大大減輕了勞動強度。4、避免連作障礙：在蔬菜的田間種植管理中，土地合理輪作、避免連年重茬是防止病害嚴重發生和蔓延的重要措施之一。而無土栽培特別是采用水培，則可以從根本上解決這一問題。5、不受地區限制、充分利用空間：無土栽培使作物徹底脫離了土壤環境，不受土質、水利條件的限制，地球上許多沙漠、荒原或難以耕種的地區，都可采用無土栽培方法加以利用。擺脫了土地的約束，無土栽培還可以不受空間限制，利用城市廢棄廠房、樓房的平面屋頂種菜種花，都無形中擴大了栽培面積。6、有利于實現農業現代化：無土栽培使農業生產擺脫了自然環境的制約，可以按照人的意志進行生產，所以是一種受控農業的生產方式。較大程度地按數量化指標進行耕作，有利于實現機械化、自動化，從而逐步走向工業化的生產方式。要點六、合理灌溉灌溉的基本要求是利用最少量的水取得最好的效果。進行合理灌溉，首先要注意選擇灌溉時期，具體有以下四種方法：1.根據土壤濕度決定灌溉時期。判斷準確，但不能充分發揮灌溉效益，因為灌溉的真正對象是植物而不是土壤。2.根據植物水分臨界期事先擬定灌溉方案。但因不同年份的氣象條件不同、不同地塊植物生長不同而常會有所變動。3.根據灌溉形態指標確定灌溉時期。植物缺水時，幼嫩的莖葉因水分供應不上而發生凋萎，莖顏色轉為暗綠或變紅，生長速度下降。這種方法的優點是灌溉形態指標易觀察，缺點是需要經過多次實踐才能掌握好。4.依據灌溉生理指標確定灌溉時期。一般地，我們將葉片長勢、細胞液濃度、滲透勢和氣孔開張度作為灌溉的生理指標。要點七、合理施肥有機肥最好選用精制有機肥，一般農作物每季每畝施用200公斤左右，施用時間為作物播種或移栽前7～15天。有機肥與無機肥配合施用的方法主要有兩種：第一種是以有機肥作基肥，化肥作追肥或種肥施用；第二種是有機肥與化肥直接混合施用，需要注意的是二者不可以任意混合，有些混合提高肥效，有些則降低肥效，如硝態氮肥與未腐熟的有機肥混在一起，在厭氧條件下，由于反硝化作用，易引起硝態氮素轉為氣體跑掉而損失養分。合理施肥，充分發揮肥料的增產作用，是實現高產、穩產、低成本的一個重要措施。合理配合、互相促進有機肥料和化肥配合，氮、磷配合，是合理施肥的重要原則。有機肥料養分全面，肥效慢；化肥肥分濃度大，見效快。特別是有機肥料