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Galería de mapas mentales Fisiología vegetal Capítulo 2 Metabolismo del agua
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Fisiología vegetal Capítulo 2 Metabolismo del agua
Fisiología vegetal: las plantas absorben agua del entorno que las rodea, por un lado, y pierden agua continuamente al medio ambiente, por otro lado. El proceso de absorción, transporte, utilización y pérdida de agua de las plantas se denomina metabolismo hídrico de las plantas.
Editado a las 2024-03-19 10:48:00,
- Breve historia del tiempo
Este es un mapa mental sobre una breve historia del tiempo. "Una breve historia del tiempo" es una obra de divulgación científica con una influencia de gran alcance. No sólo presenta los conceptos básicos de cosmología y relatividad, sino que también analiza los agujeros negros y la expansión. del universo. temas científicos de vanguardia como la inflación y la teoría de cuerdas.
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¿Cuáles son los métodos de fijación de precios para los subcontratos de proyectos bajo el modelo de contratación general EPC? EPC (Ingeniería, Adquisiciones, Construcción) significa que el contratista general es responsable de todo el proceso de diseño, adquisición, construcción e instalación del proyecto, y es responsable de los servicios de operación de prueba.
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Los puntos de conocimiento que los ingenieros de Java deben dominar en cada etapa se presentan en detalle y el conocimiento es completo, espero que pueda ser útil para todos.
Fisiología vegetal Capítulo 2 Metabolismo del agua
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- Resumen
Capitulo dos metabolismo del agua
concepto Por un lado, las plantas absorben agua del entorno que las rodea y, por otro, pierden agua continuamente hacia el medio ambiente. El proceso de absorción, transporte, utilización y pérdida de agua de las plantas se denomina metabolismo hídrico de las plantas.
Sección 1 El papel del agua en las actividades de la vida vegetal.
Propiedades físicas y químicas del agua relacionadas con las actividades de la vida vegetal.
El agua tiene una mayor capacidad calorífica específica.
El agua tiene un alto calor de vaporización.
La cohesión, adhesión y tensión superficial del agua.
Cohesión: la atracción intermolecular entre moléculas similares.
Adhesión: la atracción mutua entre la fase líquida y la fase sólida.
El agua es un buen disolvente.
El agua es un líquido transparente.
contenido de agua de la planta
Contenido de humedad = [(calidad del material fresco - calidad del material seco) / calidad del material fresco] x 100%
Diferentes plantas tienen diferentes contenidos de agua.
Generalmente, el contenido de agua del tejido vegetal es del 75% al 90%.
El contenido de agua de las plantas acuáticas puede alcanzar el 95%.
El contenido de agua de las plantas inferiores, como los líquenes y los musgos que crecen en ambientes áridos, es sólo del 5% al 7%.
Diferentes órganos y tejidos de una misma planta tienen diferentes contenidos de agua.
Generalmente, los órganos y tejidos que crecen vigorosamente (como tallos tiernos, raíces jóvenes, hojas nuevas y frutos en desarrollo) tienen un contenido de agua más alto, del 80 % al 90 %.
Los órganos y tejidos que tienden a envejecer y volverse inactivos tienen un contenido de agua menor, generalmente inferior al 60%.
⛛El contenido de humedad de las semillas secas es del 10% al 14%.
Los mismos órganos y tejidos tienen diferentes contenidos de agua en diferentes etapas de crecimiento.
Las hojas tienen un alto contenido de agua durante el período de crecimiento, pero el contenido de agua disminuye después del crecimiento y la finalización.
El contenido de humedad de las semillas de cereales puede alcanzar el 90% en las primeras etapas de desarrollo y desciende a menos del 25% cuando maduran.
La misma planta crece en diferentes ambientes con diferentes contenidos de agua.
Las plantas que crecen en ambientes húmedos y sombreados tienen un mayor contenido de agua que las plantas que crecen en ambientes secos y soleados.
A lo largo del día, las plantas generalmente tienen mayor contenido de agua por la mañana que al mediodía y por la tarde.
Cuanto más vigorosas sean las actividades vitales, mayor será el contenido de agua.
El estado del agua presente en las plantas.
El agua unida se refiere al agua que está estrechamente unida a los componentes celulares y no puede moverse libremente. El contenido de agua ligada es relativamente estable, no se evapora fácilmente y no actúa como disolvente ni participa en reacciones químicas.
Cerca de partículas coloidales hidrofílicas.
Adsorbido por componentes protoplásmicos.
El agua libre se refiere al agua que tiene una adsorción débil a los componentes celulares y puede moverse libremente. El contenido de agua libre cambia y puede participar en diversas actividades metabólicas.
Manténgase alejado de partículas hidrófilas
No absorbido por componentes protoplásmicos.
Cuando la proporción de agua libre/agua unida es alta, el protoplasma celular está en un estado similar al sol, la planta tiene un metabolismo fuerte, crece rápidamente y tiene una resistencia débil al estrés. Por el contrario, el protoplasma celular está en un estado gel. Tiene baja actividad metabólica, crecimiento lento y es débil en resistencia al estrés.
El papel del agua en las actividades de la vida vegetal.
El agua es el componente principal del protoplasma celular.
El agua juega un papel importante en las actividades fisiológicas de las plantas.
El agua es un reactivo metabólico.
El agua es el medio para el transporte de materiales, la absorción y las reacciones bioquímicas.
El agua mantiene la turgencia celular y promueve el crecimiento.
El agua mantiene las plantas en su posición adecuada.
El agua tiene un importante significado ecológico para la supervivencia de las plantas.
Regulación de la temperatura corporal de las plantas por el agua.
Regulación del agua en el entorno de vida de las plantas.
La transmisión de luz del agua permite que las reacciones de las plantas acuáticas que requieren luz se desarrollen con normalidad.
El requisito fisiológico de agua se refiere al agua necesaria para las actividades de la vida vegetal y para mantener el equilibrio hídrico en las plantas.
El requisito ecológico de agua se refiere al agua necesaria para regular el entorno ecológico de las plantas mediante la utilización de las propiedades físicas y químicas del agua.
*Seccion 3 Absorción de agua por las raíces de las plantas.
La parte del sistema radicular que absorbe agua.
Las partes del sistema radicular que absorben agua se encuentran principalmente en la punta de la raíz, incluida la cofia de la raíz, la zona meristemática, la zona de alargamiento y la zona del pelo de la raíz. Entre ellas, la zona del pelo de la raíz tiene la mayor capacidad de absorción de agua.
La razón por la que los pelos de la raíz tienen una gran capacidad para absorber agua
Hay muchos pelos radiculares en el área del pelo radicular, lo que aumenta el área de absorción.
La capa exterior de la pared de las células ciliadas de la raíz está cubierta con pectina, que es muy pegajosa e hidrófila, lo que favorece la adhesión a las partículas coloidales del suelo y la absorción de agua.
El tejido conductor en el área de la raíz del cabello está bien desarrollado y tiene poca resistencia al movimiento del agua, por lo que la transferencia de agua es rápida.
Cómo las raíces absorben el agua
El agua absorbida por las raíces ingresa a los vasos a través de los pelos radiculares, la corteza, la endodermis y las células del parénquima periciclo.
vía apoplásica
Se refiere al movimiento del agua a través del apoplasto compuesto por paredes celulares, espacios intercelulares y vasos del xilema.
vía del simplasto
Se refiere al movimiento de agua desde el citoplasma de una célula hacia el citoplasma de otra célula a través de los plasmodesmos.
vía transmembrana
Se refiere a la vía de transporte del agua a través de las membranas celulares.
El mecanismo de absorción de agua por las raíces.
Absorber agua activamente
El fenómeno de la absorción activa de agua.
presión de raíz
La presión de la raíz es la presión positiva en el xilema.
Las raíces de las plantas absorben continuamente iones del suelo y los transportan a la endodermis de las raíces, lo que hace que aumenten los solutos en las células estelas y los vasos y que disminuya el potencial de soluto. Cuando el potencial hídrico en la endodermis es menor que el potencial hídrico del suelo, el agua del suelo penetra desde el apoplasto externo a través de la endodermis hasta la estela y los conductos a lo largo del gradiente de potencial hídrico, donde la endodermis actúa como una membrana selectivamente permeable. Además, la parte superior del conducto está en un estado abierto y no genera presión, por lo que la columna de agua se mueve hacia la parte aérea bajo la presión ascendente, formando así presión de raíz.
Lesión
El sangrado es el fenómeno del líquido que se escapa de las heridas de las plantas.
La cantidad y composición del líquido de la herida se puede utilizar como fisiológico de la raíz. indicadores de actividad
Las lesiones y los vómitos también pueden demostrar la existencia de presión radicular.
escupir agua
El escupitajo es el fenómeno de las gotas de agua que se desbordan de los agujeros de agua en las puntas o bordes de las hojas de la planta.
En un ambiente con suficiente humedad del suelo, calor húmedo y transpiración débil, es fácil observar el fenómeno de las plantas escupiendo agua.
El fenómeno del chorro de agua se puede utilizar como indicador de la actividad fisiológica de las raíces y de la supervivencia del trasplante de cultivos.
Mecanismo activo de absorción de agua.
Las plantas utilizan energía metabólica para absorber activamente solutos externos, lo que hace que el potencial hídrico de la solución en la capa endotelial sea menor que el potencial hídrico de la solución externa. El agua ingresa pasivamente al catéter desde el exterior a lo largo del gradiente de potencial hídrico.
Absorción pasiva de agua
La absorción de agua de las raíces causada por la transpiración se llama absorción pasiva de agua.
La atracción de transpiración se refiere a la fuerza del gradiente de potencial hídrico generado por la transpiración de las hojas para hacer que el agua en la planta aumente.
Modo primario de la planta, independiente de la actividad metabólica.
La proporción de absorción activa de agua y absorción pasiva de agua.
Las plantas que transpiran, especialmente los árboles altos, absorben agua principalmente de forma pasiva. La absorción activa de agua se convierte en el principal método de absorción de agua sólo durante la etapa de plántula, después de que las hojas del árbol no se han expandido ni caído, y por la noche, cuando la tasa de transpiración es muy baja. Además, si el potencial hídrico del suelo está entre 0,2 y -0,1 MPa o menos, la absorción activa de agua será ineficaz, pero la absorción pasiva de agua aún puede continuar hasta que la humedad del suelo se acerque al punto de marchitamiento permanente (aproximadamente 1,5 MPa que las plantas no pueden utilizar). el agua en el suelo.
Condiciones del suelo que afectan la absorción de agua de las raíces.
Estado de humedad del suelo
Estado físico de la humedad del suelo y su disponibilidad.
El agua del suelo se puede dividir en agua ligada, agua capilar y agua por gravedad según su estado físico.
El agua unida se refiere al agua absorbida por las partículas coloidales del suelo. El potencial hídrico es inferior a -3,1 MPa y las plantas no pueden utilizarla.
El agua por gravedad se refiere al agua que no es absorbida por las partículas del suelo y los capilares después de la precipitación o el riego, y puede filtrarse de arriba a abajo bajo la acción de la gravedad. El potencial hídrico es superior a -0,01 MPa.
El agua capilar se refiere al agua contenida en los capilares entre las partículas del suelo. El potencial hídrico es de -3,10 ~ -0,01 MPa. Es la principal fuente de agua absorbida por las plantas.
capacidad de retención de agua del suelo
El indicador de la capacidad de retención de agua del suelo es la capacidad de agua del campo.
Se refiere al contenido de humedad del suelo cuando toda el agua capilar y el agua unida se retienen después de que se elimina toda el agua por gravedad en el suelo, expresado como la proporción de agua a la masa de materia seca del suelo (%).
El potencial hídrico del suelo es de 0, 03 ~ 0,01 MPa. Por lo general, cuando el contenido de humedad del suelo es aproximadamente el 70% de la capacidad hídrica del campo, es más adecuado para la agricultura y la absorción de agua por las raíces.
Comportamiento de las plantas ante la escasez de agua en el suelo.
Cuando se absorbe menos agua de la que se pierde, las células perderán presión de turgencia y la planta se marchitará. Si la tasa de transpiración disminuye, las plantas marchitas pueden volver a la normalidad y este marchitamiento se denomina marchitez temporal.
Si la planta marchita aún no puede volver a la normalidad después de reducir la tasa de transpiración, dicho marchitamiento se denomina marchitez permanente.
El marchitamiento permanente sólo puede eliminarse aumentando el agua disponible en el suelo. El marchitamiento permanente puede causar la muerte de la planta si continúa.
El coeficiente de marchitez permanente se refiere a la proporción (%) del agua que queda en el suelo con respecto a la masa de materia seca del suelo cuando la planta se marchita permanentemente.
temperatura del suelo
Efecto de la baja temperatura
Las bajas temperaturas reducen la absorción de agua por las raíces
razón ① La viscosidad del agua aumenta a baja temperatura y la velocidad de difusión disminuye. Al mismo tiempo, debido al aumento de la viscosidad del protoplasma celular, aumenta la resistencia a la difusión del agua. ② Se debilita la actividad metabólica del sistema radicular y se reduce la absorción activa de agua. ③ El sistema de raíces crece lentamente, lo que afecta el aumento del área de absorción de agua.
Efecto de la alta temperatura
Una temperatura excesivamente alta del suelo también es perjudicial para la absorción de agua por el sistema radicular. Aumentará el grado de lignificación de las raíces, acelerará el envejecimiento de las raíces y provocará desnaturalización y malestar de la caseína.
Los pelos de la raíz se caen y el área de absorción de agua disminuye.
Generalmente, las plantas termófilas y las de crecimiento vigoroso absorben agua y se ven afectadas por las bajas temperaturas.
Estado de aireación del suelo.
Cuando la humedad en el suelo es adecuada, el intercambio de gases es fluido y el oxígeno es suficiente, se puede promover la respiración aeróbica de las raíces y aumentar la absorción activa de agua. También favorece el crecimiento de las raíces y la expansión de la absorción de agua. área.
Si el suelo se endurece o tiene demasiada agua, oxígeno insuficiente y acumulación de dióxido de carbono, afectará la respiración normal del sistema radicular. No solo se reducirá la absorción de agua y fertilizantes, sino que se acumularán más sustancias nocivas en el suelo. sistema de respiración anaeróbica, que envenenará el sistema radicular.
Medidas como cultivar campos y drenar y secar los campos pueden mejorar la aireación del suelo y mejorar la capacidad de absorción de las raíces.
Cuando el contenido de oxígeno en el suelo es inferior al 5%, la capacidad de absorción de agua de las raíces se reduce significativamente.
concentración de solución del suelo
La concentración de la solución del suelo determina el potencial hídrico del suelo. Generalmente, la concentración de la solución del suelo es baja y no afectará la absorción normal de agua de las raíces.
Hay dos situaciones que pueden causar que la concentración de la solución del suelo sea demasiado alta: ① Se utilizan demasiados fertilizantes químicos o demasiado concentrados, lo que hace que el potencial hídrico local del suelo disminuya ② En tierras salinas-álcalis, porque hay más iones de sal; la solución del suelo, la concentración de la solución del suelo aumenta y el potencial hídrico disminuye. En estas circunstancias, las raíces no pueden absorber agua e incluso se produce ósmosis inversa del agua, provocando la "quema de plántulas". Se pueden utilizar medidas como el riego y el lavado con sal para reducir la concentración de la solución del suelo.
Para absorber agua en el suelo, el potencial hídrico de sus células debe ser menor que el potencial hídrico de la solución del suelo.
Sección 5 transporte de agua en plantas
Caminos y velocidades del transporte del agua en las plantas.
En el continuo suelo-planta-atmósfera, la vía de transporte de agua es: pelo del suelo, corteza, endodermis, periciclo, vaso radicular, vaso del tallo, vaso del pecíolo, vaso de la vena, células del mesófilo, espacio intercelular de la hoja, estomas Cámara inferior - estomas y atmósfera
El mecanismo por el cual el agua sube en las plantas.
La fuerza de la humedad que sube a lo largo del conducto.
La capacidad del agua para subir a lo largo del conducto (o traqueida) está determinada por la diferencia de potencial de presión entre los dos extremos del conducto.
El establecimiento de la diferencia de potencial de presión proviene principalmente de dos aspectos, uno es la presión de la raíz (potencial de presión positiva) y el otro es la fuerza de atracción de la transpiración (potencial de presión negativa).
continuidad de la columna de agua
La transpiración hace que las hojas pierdan agua, el potencial hídrico disminuye y el agua se absorbe en el conducto. El extremo superior del conducto está sujeto a la tracción de la transpiración hacia arriba, y la gravedad de la propia columna de agua y la resistencia al flujo de agua tiran del agua. columna hacia abajo, de modo que la columna de agua del conducto esté sujeta a una especie de tensión.
Cuanto más alta esté la parte de la planta del suelo, mayor será la tensión sobre la columna de agua del conducto.
Dado que la fuerza cohesiva del agua es mucho mayor que la tensión de la columna de agua y, al mismo tiempo, existe adhesión entre las moléculas de agua y las moléculas de celulosa en la pared del catéter (atracción mutua entre la fase líquida y la fase sólida), la Se mantiene la continuidad de la columna de agua en el catéter, lo que hace que el agua siga subiendo. Por lo tanto, esta teoría debería llamarse teoría del flujo de transpiración-cohesión-tensión.
El gas se disolverá en el flujo de líquido del catéter. Cuando aumenta la tensión de la columna de agua, el gas disuelto escapará del agua y formará burbujas. Esto se llama cavitación y las burbujas seguirán expandiéndose bajo la acción de la tensión. Las burbujas grandes pueden bloquear las tuberías, lo que se llama embolia.
El fenómeno de cavitación reducirá en cierta medida la capacidad de conducción de agua del xilema, pero no es del todo malo para el equilibrio hídrico de la planta. Debido a que la cavitación ocurre principalmente en los extremos de los tejidos de conducción de materiales con alta tensión y bajo potencial hídrico (hojas y ramas pequeñas), puede reducir eficazmente la transpiración de agua y ayudar a prevenir la deshidratación de los troncos y raíces de las plantas.
Sección 6 La base fisiológica del riego racional.
Razones del riego racional para aumentar la producción
El riego razonable es la forma más eficaz de mantener el equilibrio hídrico en las plantas. Un riego razonable puede satisfacer las necesidades fisiológicas de agua de las plantas, especialmente asegurando el suministro de agua durante el período crítico de agua de los cultivos, haciendo que las plantas crezcan más rápido, expandiendo el área foliar y aumentando el área fotosintética, mejora la actividad de las raíces y favorece la absorción de agua; y fertilizantes, y asegura la transpiración normalmente, aumenta la tasa de transporte de agua y nutrientes, acelerando así la tasa fotosintética, reduciendo el fenómeno de la siesta fotosintética, mejorando la distribución y utilización de los productos fotosintéticos y aumentando el rendimiento. Un riego razonable también puede satisfacer las necesidades ecológicas de agua de las plantas y mejorar las condiciones climáticas y del suelo del entorno de cultivo. Por ejemplo, puede promover la disolución de fertilizantes, lavar sal y álcali, mantener caliente y prevenir el frío, enfriar e hidratar, suministrar oxígeno y desintoxicar, y aliviar la sequía atmosférica y del suelo.
Necesidades de agua de los cultivos
Diferentes cultivos tienen diferentes necesidades de agua
El coeficiente de transpiración se puede utilizar para estimar el requerimiento hídrico de los cultivos, es decir, el producto del rendimiento biológico del cultivo y el coeficiente de transpiración se utiliza como el requerimiento mínimo teórico de agua.
Un mismo cultivo tiene diferentes necesidades de agua en diferentes etapas de crecimiento.
En el ciclo de vida de las plantas, el período más sensible y vulnerable a la deficiencia hídrica se denomina período crítico hídrico.
Cultivos con efectos limitados del estrés hídrico
El estrés hídrico no es enteramente un efecto negativo en etapas específicas de desarrollo de los cultivos, un estrés hídrico limitado es beneficioso para mejorar el rendimiento y la calidad. El impacto de la escasez de agua en los cultivos implica un proceso que va desde la adaptación hasta el daño. Siempre que la escasez de agua no exceda el rango adaptativo, a menudo pueden ocurrir efectos de compensación sobre la utilización del agua y el crecimiento después del riego, lo que es beneficioso o perjudicial para el rendimiento final. Este es el efecto limitado de la escasez de agua de los cultivos.
Índice de riego
índice de suelo
En términos generales, el contenido de humedad del suelo en la capa activa de las raíces del cultivo (0~90 cm) debe representar del 60 % al 80 % de la capacidad hídrica del campo.
Indicadores morfológicos
Los síntomas de la escasez de agua en los cultivos incluyen: marchitamiento de los tallos y hojas jóvenes; reducción de la tasa de crecimiento; aumento relativo del contenido de clorofila, tallos y hojas más oscuros y algunos tallos y hojas se vuelven rojos;
Indicadores fisiológicos
Las hojas son las partes más sensibles que reflejan cambios fisiológicos en las plantas. El contenido relativo de agua, el potencial osmótico, el potencial hídrico, la concentración de savia celular y la apertura de los estomas de las hojas pueden usarse como indicadores fisiológicos para el riego.
El contenido relativo de agua de las hojas se refiere a la relación (%) entre el contenido de agua real y el contenido de agua cuando el agua está saturada. Generalmente el contenido de humedad relativa de las hojas es del 85% al 95%. Si el contenido de humedad relativa es inferior al valor crítico (alrededor del 50%), las hojas generalmente se marchitarán.
Cuando el equilibrio hídrico en el cuerpo de la planta está desequilibrado, el potencial de soluto de las hojas disminuye, el potencial hídrico disminuye, la concentración de savia celular aumenta y la apertura de los estomas disminuye o incluso se cierra.
Método de riego
Métodos de riego comunes
Riego por inundación
También conocido como riego superficial, el agua forma una capa de agua o fluye sobre la superficie de las tierras de cultivo a través de zanjas y se filtra en el suelo.
Tiene las ventajas de una operación simple y conveniente y un bajo costo operativo.
Su desventaja es que desperdicia muchos recursos hídricos y provoca erosión del suelo, pérdida de fertilidad y otras desventajas. La clave para mejorar el riego superficial es mejorar la planitud del terreno y mejorar la distribución del agua en el campo.
riego por aspersión
Se refiere a rociar agua en el aire con la ayuda de equipos eléctricos para formar gotas de agua y caer sobre las plantas y el suelo.
Este método puede aliviar eficazmente la sequía atmosférica y la sequedad del suelo, ahorrar mano de obra, ocupar menos tierra cultivada y tiene una gran adaptabilidad al terreno.
Sus desventajas son que se ve muy afectado por el viento y requiere una alta inversión en equipamiento.
riego por goteo
Un método de riego localizado que suministra agua de riego y nutrientes directamente alrededor de las raíces de las plantas a través de una red de tuberías enterradas o colocadas en el suelo.
El riego por goteo casi no tiene pérdidas por evaporación ni filtraciones profundas, lo que permite que las raíces de los cultivos estén siempre en buen estado de humedad, aire y nutrientes. El riego por goteo se puede utilizar en una variedad de terrenos y condiciones de suelo, y es especialmente adecuado en áreas con escasez de agua o alta salinidad.
La desventaja es que el orificio del gotero se obstruye fácilmente, por lo que es necesario filtrar el agua de riego.
Varios métodos nuevos de riego para ahorrar agua
riego preciso
Es un método de riego inteligente que ahorra agua y se basa en las necesidades reales de agua de los cultivos y utiliza tecnología de la información como el control automático por computadora y la detección remota.
El sistema de riego preciso puede mejorar en gran medida la utilización del agua y ahorrar recursos de agua dulce; puede suministrar agua automáticamente de acuerdo con las necesidades de las plantas de manera oportuna, mejorando en gran medida la calidad del crecimiento de las plantas. El riego de precisión es una tendencia en el riego verde del futuro
riego deficitario regulado
Es un método de riego que ahorra agua y se basa en las características fisiológicas de los cultivos, con una pérdida moderada de agua durante el período de máximo crecimiento vegetativo, un suministro de agua suficiente durante el período crítico de demanda de agua y una combinación de promoción y control.
Ejercer artificialmente un cierto grado de estrés hídrico en determinadas etapas de crecimiento puede regular la proporción de distribución de productos fotosintéticos entre diferentes tejidos y órganos, regular la dinámica de crecimiento de las partes aéreas y subterráneas, controlar el crecimiento vegetativo y promover el crecimiento reproductivo, aumentando así la producción económica. Lograr los objetivos de conservación del agua, alta eficiencia, alto rendimiento y alta calidad, y aumento del área de riego.
Riego alterno controlado de la zona radicular
El riego alternativo, para abreviar, es un método de riego que ahorra agua y que solo riega algunas áreas durante el proceso de riego, mientras mantiene otras áreas secas, de modo que los sistemas de raíces en diferentes áreas están sujetos alternativamente al estrés hídrico.
① Las raíces en el área seca local transmiten ácido abscísico a la superficie, ajustando la apertura de los estomas de la planta, reduciendo así la pérdida excesiva de agua por transpiración de toda la planta. ② Someter algunas raíces a un cierto grado de estrés hídrico puede estimular la función compensatoria de las raíces y mejorar su conductividad. ③La fotosíntesis y la transpiración responden de manera diferente a la apertura de los estomas. La tasa fotosintética aumenta con la apertura de los estomas. Cuando la apertura de los estomas alcanza un cierto valor, el aumento en la tasa de fotosíntesis ya no es obvio, mientras que la tasa de transpiración aumenta con la apertura de los estomas. . De manera similar, la abertura estomática se vuelve más pequeña, la tasa fotosintética disminuye menos y la pérdida de agua por transpiración se reducirá considerablemente. Por lo tanto, es teóricamente factible alcanzar el máximo sin sacrificar la acumulación de productos fotosintéticos del cultivo. ④ Reduzca la evaporación del suelo entre las plantas y la penetración profunda en la zona de las raíces, mejore la eficacia del agua almacenada en la zona de las raíces y mejore la eficiencia en la utilización del agua.
*Sección 4 transpiración
concepto El proceso por el cual el agua de las plantas pierde su estado gaseoso hacia la atmósfera.
El significado fisiológico, los métodos y los indicadores de la transpiración.
Importancia fisiológica de la transpiración.
La atracción de transpiración generada por la transpiración es la principal fuerza impulsora para que las plantas absorban y transporten agua.
La transpiración promueve el transporte de sustancias en la savia del xilema.
La transpiración puede bajar la temperatura de las plantas.
La transpiración normal es beneficiosa para la asimilación del dióxido de carbono.
forma de transpiración
A medida que la planta crece, se forman corchos en la superficie de los tallos y ramas, y hay lenticelas en las partes descorchadas, lo que permite la transpiración de las lenticelas, pero la cantidad de transpiración de las lenticelas es muy pequeña y representa solo alrededor del 0,1% de la transpiración total. . La transpiración de las plantas se realiza principalmente por las hojas.
Hay dos formas de transpiración en las hojas: una es la transpiración a través de la capa de maíz, que se llama transpiración de la capa de maíz y la otra es la transpiración a través de los estomas, que se llama transpiración estomática.
La transpiración estomática es el principal modo de transpiración en plantas mesofíticas y de crecimiento temprano.
Indicadores de transpiración
Tasa de transpiración
También conocida como intensidad de transpiración, se refiere a la cantidad de agua que pierden las plantas a través de la transpiración por unidad de tiempo y por unidad de área foliar. Las unidades más utilizadas son g/(m^2·h), mg/(dm^2·h)
Eficiencia de transpiración
También conocida como productividad de transpiración, se refiere a la cantidad de materia seca formada por la transpiración de las plantas por kilogramo de agua. La unidad común es g/kg.
Coeficiente de transpiración
También conocida como demanda de agua, se refiere a la cantidad de agua (g) transpirada por las plantas por 1 g de materia seca producida. La unidad es g/g.
Cuanto menor sea el coeficiente de transpiración, mayor será la eficiencia de utilización del vapor de agua.
relación de transpiración
Se refiere a la cantidad de agua (mol) necesaria para la transpiración y disipación por 1 mol de dióxido de carbono fijado por la fotosíntesis de las plantas.
Generalmente, la tasa de transpiración de las plantas leñosas es menor que la de las herbáceas.
transpiración estomática
Estructura morfológica y características fisiológicas de los estomas.
Estomas es el nombre general de las dos células protectoras del tejido epidérmico y los poros formados por ellas.
Las células protectoras están rodeadas de células epidérmicas. Si las células epidérmicas adyacentes son morfológicamente iguales a otras células epidérmicas, se denominan células adyacentes. Si son obviamente diferentes, se denominan células accesorias.
Las células protectoras, las células accesorias y los poros del medio se denominan en conjunto órgano estomático, también conocido como complejo estomático.
Por lo general, las hojas monocotiledóneas tienen estomas en la epidermis superior e inferior, las hojas dicotiledóneas tienen estomas principalmente en la epidermis inferior y las plantas flotantes tienen estomas en la epidermis superior.
Cuanto más pequeño es el agujero, más evidente es el efecto de borde y más rápida es la velocidad de difusión.
Las células protectoras de las dicotiledóneas y la mayoría de las monocotiledóneas tienen forma de riñón, y las células protectoras de las gramíneas tienen forma de mancuerna.
El mecanismo del movimiento estomático.
El movimiento estomático es causado por cambios en la presión de turgencia de las células protectoras.
Teoría de la bomba de iones inorgánicos
Impulsados por el gradiente de potencial electroquímico de H, los iones de potasio ingresan a las células protectoras desde las células circundantes a través del canal de K* interno en la membrana plasmática de las células protectoras y luego ingresan a la vacuola. La concentración de K* aumenta y el potencial hídrico disminuye, lo que provoca la células protectoras para absorber agua y abrir los estomas. Los iones cloruro pueden ingresar a las células protectoras a través del cotransportador CI-H*. En la oscuridad, la fotosíntesis se detiene, la actividad H* ATPasa disminuye y la membrana plasmática de las células protectoras se despolariza, lo que hace que el K* se transfiera a las células circundantes a través del canal de K* externo, acompañado de la liberación de aniones, lo que provoca el potencial hídrico de las células protectoras aumentan y el agua se mueve hacia afuera y cierra los estomas.
Teoría del metabolismo del ácido málico.
Bajo la luz, se utiliza el dióxido de carbono en las células protectoras, el pH aumenta a 8,0 ~ 8,5 y la fosfoenolpiruvato carboxilasa en el citoplasma se activa y cataliza el fosfoenolpiruvato producido por la degradación del almidón. Se combina con bicarbonato para formar oxaloacetato, que. se reduce a ácido málico mediante NADPH (o NADH). El ácido málico se disocia en 2H y radicales malato. Impulsado por la bomba H*/K*, el H* se intercambia con el K*. Los radicales malato ingresan a la vacuola y el Cl* mantiene el equilibrio eléctrico con el K*. Al mismo tiempo, la presencia de ácido málico también puede reducir el potencial hídrico, lo que hace que las células protectoras absorban agua y abran los estomas. Cuando las hojas pasan de la luz a la oscuridad, el contenido de ácido málico disminuye, lo que hace que las células protectoras pierdan agua y cierren los estomas.
Teoría de la transformación del almidón y el azúcar.
Cuando el almidón se convierte en azúcar soluble, el potencial osmótico disminuye y los estomas se abren; cuando el azúcar soluble se convierte en almidón, el potencial osmótico aumenta y los estomas se cierran.
Factores externos que influyen en el movimiento estomático.
Luz
La luz es el principal factor ambiental que afecta el movimiento estomático. Los estomas de la mayoría de las plantas se abren con la luz y se cierran en la oscuridad.
Hay dos efectos de la luz que promueve la apertura de los estomas: ① El efecto indirecto que se produce a través de la fotosíntesis, que puede ser inhibido por el inhibidor de la transferencia de electrones fotosintético diclorofenildimetilurea. ② El efecto directo que se produce a través de los fotorreceptores que detectan el efecto de las señales de luz, que no se inhibe. por diclorofenildimetilurea. Tanto la luz roja como la luz azul pueden hacer que los estomas se abran. La luz roja lo hace a través de un efecto indirecto; la luz azul es la calidad de luz más efectiva para regular la apertura de los estomas. Puede activar la membrana plasmática H*-ATPasa, bombear protones fuera de la membrana plasmática. célula y abre directamente los estomas. Además, la luz puede aumentar la temperatura de la atmósfera y de las hojas, aumentar la diferencia de presión de vapor entre el interior y el exterior de las hojas y acelerar la tasa de transpiración.
dióxido de carbono
Las bajas concentraciones de dióxido de carbono promueven la apertura de los estomas, mientras que las altas concentraciones de dióxido de carbono promueven el cierre de los estomas.
temperatura
La apertura de los estomas generalmente aumenta a medida que aumenta la temperatura.
Humedad
Cuando el contenido de agua de la planta disminuye, la apertura de los estomas disminuye. Cuando la planta pierde mucho agua, los estomas se cerrarán incluso con la luz.
viento
Breeze facilita la apertura de los estomas y la transpiración.
hormona vegetal
La citoquinina (CTK) promueve la apertura de los estomas, mientras que el ácido abscísico (ABA) promueve el cierre de los estomas.
Factores internos y externos que afectan la transpiración.
Factores internos que influyen en la transpiración.
Los factores internos que influyen en la transpiración estomática son principalmente la estructura de las hojas, especialmente la estructura morfológica del aparato estomático y sus células circundantes.
Factores externos que afectan la transpiración.
iluminación
La luz es la condición externa más importante que afecta la transpiración. La luz provoca la apertura de los estomas y reduce la resistencia estomática; la luz aumenta la temperatura de la atmósfera y de las hojas, aumenta la diferencia de presión de vapor entre el interior y el exterior de las hojas y acelera la tasa de transpiración.
temperatura
Cuando la temperatura aumenta, la temperatura de la hoja puede ser de 2 a 10 °C más alta que la temperatura del aire. El aumento de la presión de vapor en las células del mesófilo es mayor que el aumento de la presión de vapor del aire. El interior y exterior de la hoja aumenta y se potencia la transpiración. Cuando la temperatura es demasiado alta, las hojas pierden exceso de agua y los estomas se cierran, debilitando la transpiración.
humedad
Cuando la temperatura es la misma, cuanto mayor sea la humedad relativa de la atmósfera, mayor será la presión de vapor dentro y fuera de las hojas, y el vapor de agua en la cavidad inferior de los estomas no se difundirá fácilmente. , y la transpiración se debilitará. Por el contrario, cuando la humedad relativa de la atmósfera es baja, la transpiración se reducirá.
velocidad del viento
Cuando la velocidad del viento es alta, la capa de difusión de vapor de agua fuera de los estomas en la superficie de la hoja puede ser eliminada y reemplazada por aire con menor humedad relativa, lo que no solo reduce la resistencia a la difusión, sino que también aumenta la diferencia de presión de vapor entre el interior. y fuera de la hoja, lo que puede acelerar la transpiración. Una ventilación intensa puede hacer que los estomas se cierren o reduzcan su apertura, aumente la resistencia interna y debilite la transpiración.
condición del suelo
La transpiración continua de las partes aéreas de las plantas depende de la absorción continua de agua por las raíces del suelo, y la cantidad de agua perdida por transpiración y la cantidad de agua absorbida por las raíces son iguales en circunstancias normales. Por lo tanto, cualquier condición del suelo que afecte la absorción de agua de las raíces (como el contenido de humedad del suelo, la temperatura, el gas, la concentración de la solución, etc.) puede afectar indirectamente la transpiración.
Formas y medidas para reducir la transpiración.
Reducir el área de transpiración.
Al trasplantar plantas, se pueden eliminar algunas ramas y hojas para reducir el área de transpiración y la pérdida de agua por transpiración para aumentar la tasa de supervivencia.
Reducir la tasa de transpiración
Evite las condiciones externas que promuevan la transpiración, trasplante las plantas por la noche o en días nublados y rocíe agua para dar sombra después de plantar. Cultivar plantas en invernaderos o invernaderos o usar películas de mantillo, redes para sombrillas, cubiertas de paja y otras medidas puede aumentar la humedad y la difusión ambiental; Resistencia, reduce la tasa de transpiración.
Utilice agentes antitranspirantes.
Las sustancias que pueden reducir la tasa de transpiración de las plantas pero que tienen poco efecto sobre su fotosíntesis y crecimiento se denominan agentes antitranspirantes.
Algunos agentes antitranspirantes pueden afectar la expansión de las células protectoras y reducir la apertura de los estomas, como el ácido abscísico, la atrazina, etc., algunos pueden formar una película protectora después de aplicarse a la superficie de la hoja para evitar la pérdida de agua, como la silicona y el látex; , cera de polietileno, etc.; algunas pueden aumentar el reflejo de la luz en la superficie de la hoja, reducir la temperatura de la hoja y reducir la transpiración, como la arcilla de caolín. Algunos agentes antitranspirantes multifuncionales (como agentes formadores de película poliméricos, inhibidores de la transpiración, reguladores del crecimiento de las plantas y oligoelementos, etc.) han comenzado a promoverse en la producción y pueden usarse en el trasplante de árboles, flores de césped y frutas. materiales medicinales arbóreos, cultivos extensivos, pendientes de carreteras, jardines en tejados, etc., tiene los efectos de reducir la transpiración, prevenir el viento y el frío, mejorar la resistencia al estrés de las plantas, una alta tasa de supervivencia y la calidad de la supervivencia.
*Sección 2 absorción de agua por las células vegetales
El concepto de potencial hídrico.
potencial químico
concepto Potencial químico: Es la energía libre por mol parcial de sustancia, representada por la letra griega μ.
Las sustancias siempre se mueven espontáneamente desde lugares con alto potencial químico a lugares con bajo potencial químico. Cuando los potenciales químicos son iguales, se produce un equilibrio dinámico.
potencial químico del agua
concepto Cuando la temperatura, la presión y la cantidad de otras sustancias (excepto el agua) permanecen sin cambios, el cambio en la energía libre del sistema causado por la cantidad de agua (incremento molar) se expresa en μw.
El agua siempre se mueve desde áreas de alto potencial químico a áreas de bajo potencial químico.
potencial de agua
concepto Diferencia de potencial químico por volumen molar parcial de agua
La energía libre del agua en una solución es menor que la del agua pura y el potencial hídrico de la solución es negativo. Cuanto más concentrada es la solución, menor es el potencial hídrico.
Energía ligada: energía que no se puede convertir en trabajo.
Energía libre: energía utilizada para realizar un trabajo a temperatura constante.
Potencial hídrico del agua pura = 0
Componentes del potencial hídrico de sistemas acuosos.
El potencial hídrico del agua pura ψw
El agua pura tiene el mayor potencial hídrico
Potencial de soluto ψs
concepto Se refiere al valor numérico que reduce el potencial hídrico del sistema debido a la presencia de partículas de soluto.
El potencial hídrico de una solución es igual a su potencial de soluto, que siempre es negativo. Cuantos más solutos tenga una solución, menor será su potencial de soluto.
En un sistema osmótico, el potencial del soluto representa la capacidad osmótica potencial del agua en la solución, por lo que el potencial del soluto también puede denominarse potencial osmótico ψπ.
El valor absoluto del potencial osmótico y la presión osmótica son iguales, pero el signo es opuesto.
El potencial de soluto de una solución diluida se puede calcular utilizando la fórmula empírica de van't Hoff: ψs=ψπ=-π=-icRT.i es el coeficiente de disociación del soluto.
Solución diluida sin electrolitos ψs = -CRT
Potencial del sustrato ψm
Las sustancias que pueden absorber agua en su superficie se llaman sustratos.
El valor del potencial hídrico del sistema que aumenta y disminuye debido a la presencia del sustrato se expresa como un valor negativo.
Potencial de presión ψp
Se refiere al valor que cambia el potencial hídrico del sistema debido a la presencia de presión.
Si se agrega presión positiva, el potencial hídrico del sistema aumenta; si se agrega presión negativa, el potencial hídrico del sistema disminuye.
Generalmente ψp>0 Etapa de reconocimiento inicial de plasmólisis ψp=0 ψp<0 durante ebullición violenta
Potencial gravitacional ψg
Se refiere al valor del aumento del potencial hídrico en el sistema debido a la presencia de la gravedad.
El potencial gravitacional está relacionado con la altura de la columna de agua y suele encontrarse en la base de las plantas.
potencial hídrico de solución
ψw=ψs ψm ψp ψg
movimiento de agua
Convergencia
concepto Se refiere al fenómeno de que grupos de átomos o moléculas en un líquido se mueven juntos bajo la acción de un gradiente de presión. (larga distancia)
difusión
Es el fenómeno por el cual las moléculas de sustancias se transfieren de un área de alto potencial químico a un área de bajo potencial químico hasta que se distribuyen uniformemente. (Distancia corta)
La velocidad de difusión es directamente proporcional al gradiente de concentración de una sustancia e inversamente proporcional a la distancia de difusión.
Ósmosis
Se refiere al fenómeno de difusión de moléculas de disolvente en una solución a través de una membrana semipermeable.
La capa protoplásmica es selectivamente permeable y se aproxima a una membrana semipermeable.
absorción de agua por las células vegetales
Componentes del potencial hídrico de las células vegetales.
potencial de soluto celular
Potencial de presión celular
potencial de matriz celular
Composición del potencial hídrico celular.
Composición del potencial hídrico de células sin vacuolas.
ψ célula = ψ citoplasma = ψs ψm ψp
Meristemo vacuolar y semillas secas.
ψw=ψm
La composición del potencial hídrico de las células vacuolares.
ψ célula = ψ citoplasma = ψ vacuola = ψ orgánulo
células maduras con vacuolas
ψ célula = ψ vacuola = ψs ψp
Cómo las células vegetales absorben el agua
Penetración y absorción de agua.
Absorción de agua celular debido a la disminución del potencial de soluto.
La absorción de agua por las células que contienen vacuolas (como la absorción de agua por las raíces y la absorción de agua por las células protectoras de los estomas) es principalmente absorción de agua osmótica.
Se hincha y absorbe agua.
Se refiere a la absorción de agua causada por el bajo potencial de matriz.
Reduce la presión y absorbe agua.
Absorción celular de agua debido a la reducción del potencial de presión.
Cambios en el volumen y los componentes del potencial hídrico de las células durante la absorción de agua.
El potencial de soluto, el potencial de presión y el potencial hídrico de las células aumentan a medida que aumenta el contenido de agua y la capacidad de absorción de agua de la célula disminuye en consecuencia; a la inversa, el potencial de soluto, el potencial de presión y el potencial hídrico disminuyen a medida que disminuye el contenido de agua y el agua de la célula; La capacidad de absorción aumenta en consecuencia.
movimiento del agua entre las células
El agua siempre fluye a lo largo del gradiente de potencial hídrico.
Dado que el potencial hídrico del suelo > el potencial hídrico de las raíces de las plantas > el potencial hídrico del xilema del tallo > el potencial hídrico de las hojas > el potencial hídrico de la atmósfera, el agua absorbida por las raíces puede ser transportada continuamente al parte superior del terreno.