マインドマップギャラリー 植物生理学 第1章 水生理学
『植物生理学』第 1 章の要約: 水生理学の異化: 植物が体内の複雑な有機物を単純な無機物に分解してエネルギーを得るプロセス。
2023-11-01 20:51:44 に編集されました第 1 章 水の生理
用語集
代謝:生命活動プロセスを維持する化学変化の総称
同化:植物が環境から単純な有機物を吸収し、さまざまな化学変化を受けてさまざまな複雑な無機物を形成し、それを自分自身の一部に統合し、太陽エネルギーを化学エネルギーに変換して有機物に蓄積するプロセス。
疎外:植物がエネルギーを得るために体内の複雑な有機物を単純な無機物に分解するプロセス。
1. 水分状態と生理学的および生態学的影響
1.1 植物の水分含有量
植物水分含有量:植物の生重に対する植物に含まれる水分の割合
相対含水量: 水が飽和したときの含水量のパーセンテージとして表した植物の実際の含水量 (一般に、相対含水量は灌漑の必要性を決定するために使用されます)
含水率の違い
植物が異なれば異なります。水生植物 (>90%) は中生植物よりも大きく、陸生植物よりも大きく、乾生植物 (わずか 6%) よりも大きくなります。
同じ種類の植物でも異なる環境に生息しており、含水量も異なります。
同じ植物でも器官や組織が異なれば水分含量も異なる
同じ臓器でも成長段階が異なると水分含有量が異なる
生命活動が活発で水分を多く含む部位
1.2 水分の存在状態
自由水:コロイド粒子や浸透物質の親水基に引き寄せられないか、引力がほとんどなく、自由に動ける水
結合水:コロイド粒子や浸透物質の親水基に引き寄せられ、周囲と強く結合して自由に動けない水。
自由水・結合水は植物の代謝や抵抗力を測る生理学的指標の一つです。
結合水の特徴:代謝に関与しない、凍結に適さない、溶媒として作用しない、含有量の変化が少ない
水分補給
定義: 水の分子は、不均一な電荷分布により極性を持ちます。H2O が荷電イオンまたは分子に遭遇すると、電荷の作用により、水分子は配向され、イオンまたは分子の周囲に配置され、水の膜を形成します。
機能:細胞内環境を安定させる
影響要因: イオン半径が小さいほど、電荷の数が多くなり、水和能力が強くなります。
自由水/結合水
高い場合:植物のプロトプラストがゾル状態にあり、植物の代謝が活発で、成長が早く、ストレス耐性が劣る。
低い場合: 植物の原形質はゲル状態にあり、代謝活動が低く、成長が遅く、ストレス耐性が強いです。
2. 水の移行プロセス
2.1 移行方法: 土壌から植物を通って大気中への水の移動
2.1.1 収束
長距離輸送の主なモードである集中は拡散より輸送速度が高く、エネルギーを必要とします。
2.1.2 拡散: 浸透は特別な拡散方法です。
細胞膜システム内で水がどのように移動するか
アクアポリン
水に特異的なチャネルタンパク質の一種で、膜を通過する水の輸送抵抗を軽減し、生体膜の内外への水の移動を高速化します。
細胞または細胞小器官と培地の間の水の迅速な受動輸送を仲介します。これは水が細胞に入る主な方法です。
すべての生きた細胞はアクアポインを持っています
構造: MIP はチャネルタンパク質のグループであり、単量体は細長い四量体であり、ドリップ モデルを示します。
MIP ファミリーの典型的な特徴: 5 つの膜貫通ハーフループ (LA、HB、LC、LD、HE) で構成される 6 つのヒト膜貫通α-ヘリックス セグメントを含み、そのうち HB と HE には保存された NPA 配列 (アスパラギン-プロリン-アラニン) が含まれます。 )
ベンゼンスルホン酸クロロ水銀は水チャネルを強力に阻害し、尿素チャネルには影響を与えません。
関数
水路の開閉により、水の膜内移動を効果的に制御できます。
考えられる生理学的機能: 生殖成長、細胞の伸長と分化、孔辺細胞と後頭部の運動など。
アクアポリンの活性に影響を与える要因
外部環境と植物ホルモンは、発現を調節することでアクアポリン遺伝子の存在量と分布に影響を及ぼし、それによって水分代謝に影響を与える可能性があります。
リン酸化、脱リン酸化、合成によって調節される
水銀、高濃度の外部溶質によりチャネルが閉じる可能性があります
水ポテンシャルと膨圧は毛穴の開閉に影響します
水ポテンシャル勾配が水の移動を決定する
2.1.3 浸透
定義: 水ポテンシャル勾配に従って移動する、半透膜を通過する溶質分子の拡散現象
2.2 水ポテンシャル
意味
熱力学的定義: 温度、圧力、その他の物質の量が一定の場合、系内の水 1 モルの自由エネルギー
同じ温度および圧力の系において、系内の水の部分モル体積の化学式と、同じ温度および圧力における純水の化学ポテンシャルとの差。
単位: 大気圧 (atm) または bar (bar) 1bar=0.1Mpa
純水の水ポテンシャルは0です
水系における水ポテンシャルの成分: 浸透ポテンシャル、圧力ポテンシャル、重力ポテンシャル、ライニングポテンシャル、温度ポテンシャル
浸透圧ポテンシャル: 溶質濃度に関連
圧力ポテンシャル:細胞壁の分離状態に関係し、通常の状態ではプロトプラストが急激に水分を失うと、細胞壁と膜が分離しない場合はマイナスの値になります。細胞壁が剥がれると0。
内層電位: 大きな中心空胞を持つ細胞の場合は 0。風乾した種子および大きな中心空胞のない分裂組織細胞は、内層電位が非常に低くなります。
2.2.3.1 植物細胞の浸透水吸収
植物細胞と溶液環境が一緒になって浸透系を形成します
細胞の液胞溶液、原形質層、細胞外液は浸透圧系を構成し、高い水ポテンシャルから低い水ポテンシャルへと流れます。
細胞吸水時の体積変化と水ポテンシャル成分
通常の条件下: 圧力ポテンシャルは 0 より大きい、完全な張力下: 水ポテンシャルは 0、初期質量壁分離: 圧力ポテンシャルは 0 に等しい、激しい蒸散: 圧力ポテンシャルは 0 未満
膨潤と水分吸収: 液胞が形成される前は、主に内層の代謝による水分吸収に依存します。細胞呼吸のエネルギーを利用して水を細胞内に侵入させます。
2.2.4 細胞間の水の移動:水ポテンシャルの差によって決まり、移動速度も決まります
3水分輸送
3.1 および 3.2
アポプラスト経路
アポプラスト:細胞壁、細胞間隙、細胞間層、木部管などの原形質以外の無生物が相互に結合して構成された全身であり、膜を通過せず、素早く移動する。
シンプラスト経路
シントプラスト:生細胞内のプロトプラストは原形質連絡を介して連続した全体を形成するため、膜を通過する必要があるため、水の移動に対する抵抗が大きい。
3.3 根の吸水メカニズム
根圧:活発な吸水、定義:根系自体の生理学的活動によって引き起こされる植物が水を吸収する現象、および植物の根系の液体の流れを根から上昇させる圧力、現象:水を吐き出す。流れを悪くする
生成機構:浸透理論、代謝理論、内皮ジャンプ理論
蒸散引力: 受動的な水分吸収、定義: 地上の蒸散により、根による水分の吸収が引き起こされます。原動力は蒸散の力であり、蒸散によって生成される一連の水ポテンシャル勾配によって水が導管に沿って上昇する力です。その大きさは根系の活力とは関係ありません。
3.4 根の水分吸収に影響を与える要因
内部要因:根の水ポテンシャル、ヒールの発達、透水性など。 外部要因:大気要因は蒸散速度に影響を及ぼし、それによって間接的に根の吸水量に影響を与え、土壌要因は根の吸水量に直接影響します。
土壌水分の状態
ポイント:一時的に枯れる、永久に枯れる
土壌水分の移動:収束
4. 蒸散
重要性: 1. 水を吸収し輸送する植物の力、2. 生命の必要を満たすための物質輸送、4. 気孔の開口が吸収と同化を促進する。
部位:レンチセル蒸散、葉蒸散:クチクラを通した蒸散はクチン蒸散、気孔を通した蒸散は気孔蒸散
気孔からの蒸散速度は、同じ領域の自由水面からの蒸散速度よりも 50 倍以上速いです。
小孔の法則: 水蒸気が小孔の表面を通って拡散する速度は、小孔の円周に比例します。
気孔構造:孔辺細胞は隣接する細胞または付属細胞で構成され、孔は孔辺細胞による水分吸収の拡大と水分損失の収縮によって閉じられます。
運動の基礎:デンプン糖変換理論、リンゴ酸代謝理論、
気孔の動きに影響を与える要因: 光、CO2、温度、湿気、気孔振動、植物ホルモン
蒸散の指標: 蒸散強度・蒸散速度:一定期間内に葉の単位面積当たり蒸散した水の量
蒸散を減らす方法: 蒸散面積を減らす; 蒸散量を減らす (強い光と高温を避ける)。
5. 植物内の水の輸送
輸送経路:土壌、植物大気、速度:アポプラストはシンプラストより速い、力:下部の根圧、上部の蒸散引力
6. 湿気の塗布
合理的な灌漑: 一定の含水量に基づいて植物内の水分バランスを維持します。
作物の水分臨界期:水分需要は必ずしも多くないが、植物が特に水分不足に敏感であり、一般的な作物における水分臨界期は最も被害を受けやすい時期を指します。栄養成長が生殖成長に変わる段階
合理的な灌漑指標: 作物の形態指標、土壌水分含量指標、灌漑の生理学的指標: 葉水ポテンシャル、細胞葉ポテンシャル濃度、気孔開口部