植物的水分平衡在线视频

同学们好

我是云南大学

生态学与环境学院的郭晓荣老师

我们在前面的章节中

为大家介绍了环境

环境因子和生态因子的概念

以及生态因子的作用特征

和作用规律等内容

今天我将讲解

环境因子对生物的影响

环境因子有很多种

比如光

水

温度

风

火等等

大部分动物对环境有主动选择的能力

比如通过迁徙

但少数动物和多数植物的定居环境

更大程度上是随机获得的

比如藤壶的浮游性的幼体

碰巧遇到的附着物

就成了它成体生存的环境

植物的种子落在哪里

生根发芽也有随机性

因此

了解各种环境因子对生物的作用

就显得格外重要

首先

让我们来了解水对生物的生态作用

生命起源于水中

水又是一切生物的重要组分

生物体的含水量一般为60-80%

有些生物可达90%以上

如水母

蝌蚪等

生物的代谢活动都必须以水为介质

生物体内营养的运输

废物的排除

激素的传递

以及生命赖以生存的各种生物化学过程

都必须在水溶液中才能进行

而所有物质

也都必须以溶解状态才能出入细胞

所以在生物体和它们的环境之间

时时刻刻进行着

水交换

此外

水对陆生生物的热量调节

和热能代谢也具有重要的意义

因为蒸发散热是所有陆生生物

降低体温的最重要的手段

水在4℃时密度最大

这个特性使水体不会同时全部冻结

当水温降到4℃以下时

温暖的水

总是在底层

而冷水却在表面

结冰是从上到下进行的

这对历史上的冰河时期

和现今寒冷地区生物的生存和演化

是至关重要的

水的热容量大

吸热

放热的过程都比较缓慢

因此水体温度的变化

不像大气温度那样剧烈

也较少受气温波动的影响

因此

水体为生物的生存和演化

提供了一个相对稳定的温度环境

一般来说

水体环境具有弱光

缺氧

粘性高

密度大

温度变化平缓的特点

这些特点直接影响了生活在

水体中的植物的形态和结构

水生植物一般机械组织不发达

甚至退化

具有较强的弹性和扭曲能力

叶片呈带状或丝状

以适应水的流动性

增加采光面积

同时也有利于吸收水中的氧气

二氧化碳

和无机盐

如沉水植物海菜花和苦草

一种漂浮植物菱角的形态很有趣

浮在水面上的叶片是菱形的

叶柄中部膨大

形成气囊

而沉没在水下的叶子

几乎分裂成丝状

体现了对水生环境的极度适应

沉没在水中的植物叶片

一般表皮发育微弱或几乎不发育

几乎没有气孔

而浮在水面上的叶片上表面有气孔

下表面则没有气孔

另外

适应水下弱光环境的特点还有

叶片不分栅栏组织和海绵组织

细胞间隙大

叶绿体大而多等这些特点

有些水生植物体内常具有由气腔

气囊

气道等组成的发达的通气组织

以适应缺氧的水生环境

如凤眼莲在叶柄中部膨大

形成气囊

莲藕中有多个孔道

植物的细胞间隙特别发达

水生植物的通气组织

有开放式和封闭式两大类

莲等植物的通气组织

属于开放式的

空气从叶片的气孔

进入后能通过茎和叶的通气组织

从而进入地下茎

和根部的气室

整个通气组织通过气孔

直接与外界的空气进行交流

金鱼藻等植物的通气组织是封闭式的

它不与外界大气相通

只贮存光合作用产生的氧气

供呼吸作用之用

以及呼吸作用产生的二氧化碳

供光合作用之用

有些水生植物演化出

特别的传粉模式

如水鳖科苦草属植物的雄花

是离开母体后才开放的

在顺水漂流的过程中遇到雌花后

花粉和柱头一旦触碰

就可以受精

依据植物对水分的依赖程度不同

可把水生植物分成

沉水植物

浮水植物

和挺水植物

沉水植物一般

整株植物都沉没在水下

根退化或消失

叶片可以直接吸收水中的气体

无机盐和水分

如狐尾藻和海菜花等

浮水植物的叶片漂浮在水面

不扎根的如凤眼莲

浮萍

扎根的如睡莲

莕菜等

挺水植物的茎和叶

大部分挺出水面

根扎在水底的淤泥里

如芦苇

香蒲等

现在家庭养鱼

喜欢在鱼缸里种一些水草

常常选一些沉水植物来配置

但水族馆有时用陆生植物

临时泡在水里冒充沉水植物

同学们

我们来想一想

怎么判断真假呢

我们可以从茎的柔韧性

和叶片的形态以及厚度来判断

如果一株植物叶片

厚实

肥大

茎的纤维化程度较高

也就是茎可以直立起来

那么这株植物

多数情况下不是沉水栽培的

接下来我们将来学习

水对陆生植物的影响

生物进化90%的时间

是在水中完成的

生物登陆后所面临的主要问题

是如何保持体内的水分平衡

在长期的适应和进化过程中

它们在获取水分

减少水分散失

和贮存水

三个方面形成了各式各样的适应模式

对陆生植物来说

在其正常的气体交换过程中

所损失的水要比动物多得多

动物在呼吸中所吸进去的氧气

约占大气成分的20%

而植物所需要的二氧化碳

却只占大气成分的0.03%

因此

与动物吸入氧气相比

植物获得同等体积的二氧化碳

就必须多交换700倍的大气

也就是说

植物失水的可能性

要比动物大700倍

经测定

一株玉米在晴天条件下

一天大约需要2千克水

夏天

一株树木一天的需水量

约等于其全部鲜叶重的5倍

因此

陆生植物吸收水和散失水之间

保持平衡

是其进行正常生活的关键

陆生植物包括湿生

旱生和中生植物三种类型

湿生植物的抗旱能力小

不能长时间忍受缺水

生长在光照弱

湿度大的森林下层

或日照充足

土壤水分经常饱和的环境中

前者如热带雨林中

附生的蕨类和兰科植物等

以及地生的秋海棠

和其它一些兰科植物

后者如水稻和灯心草等

旱生植物能忍受较长时间干旱

主要生长在干旱草原和荒漠地区

分为少浆液植物和多浆液植物

前者叶面积缩小

含水量极少

根系发达

例如一种滨藜

它的地上茎干

虽然只有1—2米高

但是主根却可深达4—5米

后者体内有发达的贮水组织

一些种类叶片退化

而由绿色的茎代行光合作用

如仙人掌

还有一些种类叶片肉质

贮水组织发达

如芦荟

同学们

讲到这里

我想问问大家有没有把

仙人球

或其它仙人掌类植物养死的经历

这种情况多因为水浇得太多

导致根腐烂而死亡

因为这类植物的茎

贮水能力很强

但根系的吸水能力

和耐水淹的能力都很弱

不少旱生植物

在叶片的形态和结构上

表现出很显著的适应旱生的特点

例如蒿

红沙和滨藜

它们在旱季前生长的叶子

叶面积较大

旱季来临时

叶子脱落

代之以一些形状较小的

更为旱生性的叶子

而一种沙枣的叶子上

常有浓密的表皮毛

或白色的蜡质

这可能与减低蒸腾作用

和反射强光有关系

夹竹桃等旱生植物的气孔

深入在表皮内

可形成下陷的气孔窝

窝内

或沟内覆盖有表皮毛

可以降低蒸腾失水

叶子内卷

也是一种旱生植物叶子的抗旱方式

特别在禾本科植物中可以看到

如针茅和玉米

这类植物的叶子

特具许多泡状细胞

或叫运动细胞

当遇到干旱时

由于这种泡状细胞失水后变得松弛

导致叶子内卷

减少蒸腾失水

另一种适应旱生的奇特现象

是在一些沙生植物

特别是沙生灌木中观察到的

这类植物茎部

常分裂形成几个分开的部分

由于所遇到的小生境可能不同

因此

有的干死了

而有的却可能存活下来

继续生长

比如骆驼蓬

中生植物适于生长在

水湿条件适中的环境中

其形态结构

及适应性

介于湿生植物和旱生植物之间

是种类最多

分布最广的陆生植物

如森林中的树木和大多数的农作物

在中生环境中

土壤的水分含量和水分供给方式

影响植物根的形态和发达程度

一项研究表明

滴灌可以促进番茄的根

形成更多的侧根

主根不发达

滴灌之外的浇灌方式

都促进番茄形成一个较粗大的主根

侧根相对不突出

同学们

学了水的生态作用

和植物适应水的策略后

让我们来想想生活中的一些案例

比如我们讲到世事变迁时

经常说道

真是沧海桑田啊

那么这个过程涉及到的植物

都有哪些类型呢

广义的沧海

我们可以看作所有的水体

包括湖泊

湖泊超过7米深的时候

一般在湖面上会生长飘浮植物

也就是不扎根的浮水植物

随着时间推移

湖泊中死亡的生物有机体

和湖岸雨水冲刷所带来的矿质微粒

逐渐积累

导致湖底增高

当湖泊达到2-7米水深的时候

沉水植物大量生长

湖底有机质积累速度加快

湖泊逐渐变浅

水深达到1米左右时

睡莲等扎根浮水植物

开始生长

湖底进一步垫高

随之

芦苇

香蒲等挺水植物开始生长

当湖泊变成季节性积水的湿地时

根茎发达的湿生植物开始生长

如莎草科

禾本科等

接下来湖泊越来越干燥

最终变成中生环境

树木等中生植物侵入

至此

沧海变为桑田

这里的桑田我们可以理解为

土壤已经达到可以耕种的条件

同学们

以上内容是关于水的生态作用

以及在不同的水分条件下

陆生植物形成的

各种生态型的形态

和生长特点的介绍

下节课我们介绍不同的水分条件

对水生动物的影响

同学们再见