植物生理学第1章水分代谢

渗透势（ψs）：由于细胞液中溶质的存在引 起细胞水势降低的数值，为负值。
压力势（ψp）：由于细胞壁压力的存在引起 细胞水势变化的数值。
衬质势（ψm）：由于细胞胶体物质的亲水性 和毛细管作用对自由水的束缚而引起水势降 低的值，为负值。
Ⅰ：对于具有液泡的植物细胞 水势 = 渗透势 + 压力势 细胞的衬质势等于零
当植物细胞中自由水含量高时，原 生质处于溶胶状态，植物代谢活动旺盛， 但抗逆性弱。 植物细胞中束缚水含量高 时，原生质处于胶凝状态，植物细胞代 谢活动弱，但抗逆性强。
自由水与束缚水的比率影响植物代 谢活动的强弱。
四、水在植物生命活动中的生理和生态作用
生理作用： 1、作为原生质的主要成分 2、代谢过程的重要反应物质 3、植物吸收和运输物质的溶剂 4、保持植物的固有姿态 5、保持植物体的正常温度
生态作用：
6、水对可见光吸收极少 7、水还可以通过水的理化性质调节植物周围的 环境。
第二节 植物细胞对水分的吸收
细胞吸水是一个热力学过程
一、水势的概念和水的迁移过程
1、自由能、化学势和水势的概念
（1）自由能和化学势 在恒定条件下，体系内能用来做功的能量就
称为自由能(free energy)。 自由能是相对的，是一个体系变化前后的能
第一章 植物的水分代谢 Water Metabolism
水分在生命活动中具有非常重 要的作用，生命起源于水，水是生 命之源。
“有收无收在于水，收多收少在于肥” “风调雨顺，五谷丰登”
植物的水分代谢包含三个内容： 水分的吸收、水分在植物体内的运 输、水分的排出。
根据水分代谢机理指导作物的 合理灌溉，改变植物用水机制。
ψs=ψπ=-iCRT
式中 i为溶质的解离系数；C为溶质的体 积 摩 尔 浓 度 （ mol·L-1 ） ； R 为 气 体 常 数 (0.0083dm3·Mpa·mol-1·K-1)；T为绝对温度(K)。
对于一个开放系统来说，在常温常压下， 溶液的水势就等于其渗透势。
Jacobus Henricus van't Hoff， (1852—1911)
势（ψs）压力势（ψp）、重力势（ψg）、温度势（ψt） 和衬质势(ψm)。
所以：ψw=ψs+ψp+ψg+ψt+ψm （2）植物细胞的水势组成（见课本12页）
细胞水势ψw=渗透势ψs+压力势ψp+衬质势ψm 对于一个细胞来说，其重力势（ψg）和温度势 （ψt）可以忽略不计。
植物细胞的水势=渗透势+压力势+衬质势
（3）水势存在的证明及溶液水势的计算
半透膜也叫选择 透性膜，它允许水或 某些小分子通过，而 不允许其他分子通过。 如火棉纸、透析袋、 动物膀胱等。
渗透作用（osmosis)：是指水分从水势高的系 统通过半透膜向水势低的系统进行扩散的现象， 是扩散作用的一种特殊形式。
图1.2 渗透作用示意图
稀 溶 液 的 渗 透 势 可 用 范 特 ·霍 夫 （ Vant Hoff）计算渗透压的公式来计算：
第一节 水分与植物生命活动
一、水分的理化性质 1、水分子的化学结构
2、水的某些理化性质
（1）水的高汽化热 （2）水的高比热 （3）水的内聚力、黏附力和表面张力 （4）水是良好的溶剂 （5）在生理温度下是液体
（6）水的密度； （7）水的蒸气压；
（8）毛细作用； （9）水的高抗张强度；
二、植物的含水量
范特·霍夫：荷兰化学家：第 一个诺贝尔化学奖得主。
范特·霍夫 ，荷兰化学家， 1901年因研究 化学动力学和溶液渗透压的有关定律《气体体 系或稀溶液中的化学平衡》，成为第一位获得 诺贝尔化学奖的化学家。
2、植物细胞的水势组成
（1）含水体系水势的组成（见课本12页） 影响水分子自由能的因素主要有：溶质势或渗透
不同种类植物的含水量图示
黄瓜
西红柿
绝对含水量（％） 99
98
干重（％）
1
2
鲜重（％）
100
100
相对含水量（％） ～100
～100
鲜重/干重
100
50
绝对含水量＝（鲜重－干重）/鲜重
饱和含水量＝（饱和鲜重－干重）/饱和鲜重
相对含水量＝绝对含水量/饱和含水量
玉米含水量86％，87％。
三、植物体内水分存在的状态 自由水和束缚水
Ⅱ：对于未形成大液泡的分生细胞和干种子内 的细胞 水势=衬质势 细胞的压力势、渗透势等于零
Ⅲ：对于处于质壁分离状态的细胞 水势 =渗透势
细胞的压力势、衬质势等于零
3、细胞间的水分移动
土壤水势>植物根水势>茎木质部水势>叶片水势>大气水势
4、水分在植物体内的迁移方式
1巴＝0.1 MPa ＝0.987 atm； 1atm＝1.013× 105 Pa
偏摩尔体积（Vw,m）是指在恒温恒压和 其他组分浓度不变情况下，多组分体系中 1mol该物质所占据的有效体积。
在纯的水溶液中，水的偏摩尔体积与纯 水的摩尔体积（Vw＝18.00 cm3·mol-1）相差 不大，实际应用时往往用纯水的摩尔体积代 替偏摩尔体积。
植物细胞的原生质、膜系统以及细胞壁
是由蛋白质、纤维素等大分子组成，含有大 量的亲水基团，在周围形成水化层。
凡是被原生质胶体颗粒紧密吸附或 存在于生物大分子结构空间的水、这些 水被束缚，不能自由移动，称为束缚水 (bound water)。
自由水(free water)是指存在于原生 质胶粒之间、液胞内、细胞间隙、导管 和管胞内以及植物体其他组织间隙中的 不被吸附、能在体内自由移动、起溶剂 作用的水。
纯水的化学势最高，人为的定为零；
溶液的化学势小于零水势用ψw示＝w 0w wVw,m
Vw,m
μw ：水溶液的化学势（J·mol-1=牛顿·米·mol-1 ） μ0w：纯水的化学势 Vw,m: 偏摩尔体积（米3 ·mol-1 ） Ψw：Pa（帕） 一般用兆帕表示（1MPa＝106Pa）
过去常用巴或大气压表示
差。ΔG=G2-G1
化学势(chemical potential)：是在 恒温恒压等条件下，1摩尔某组分在体 系中的自由能，可用来衡量物质反应或 转移所用的能量。
化学势用“μ”表示。化学势和重力 势类似，是一种势能。
（2）水势的概念：指在相同温度和压 力下每偏摩尔体积水的化学势与纯水的 化学势差。