植物生理学第二章 植物的水分关系07

1巴 = 0.987 大气压 = 105 帕
相邻细胞水分移动的规律： 水分总是从水势高的部位向水势低
的部位流动。
渗透吸水：由于ψw的下降而引起细胞吸 水。是含有液泡的细胞吸水的主要方 式。
渗透作用(osmosis)：指溶剂分子从水势 高的区域通过半透膜向水势低的区域扩 散的现象。
2.植物细胞的渗 透现象
变化量：
μW
=
(
эGw эnw
) T.P.ni (ni≠nw)
与其它热力学函数一样，水的化学势的绝对
值也无法确定，故通常用水的化学势μW与同条 件下纯水的化学势μ0W之差值来表示：
ΔμW =μW - μ0W
第二节 植物细胞对水分的吸收
纯水的化学势比任何其他体系中水的 化学势都要高，因为水是极性分子，容易 与体系中其他物质，如无机离子、多糖、 蛋白质等相互作用，生成水合离子，使水 分子的活动能力减小，水分子所具有的内 能就降低。所以纯水中的水分子的自由能 最大，水势也最高。在热力学中将纯水的 化学势规定为零，那么溶液中的水与纯水 的化学势差就等于该溶液中水的化学势， 即ΔμW =μW ，而且任何溶液中水的化学 势都必然小于零。
渗透装置的条件
1、具有半透膜 2、半透膜两侧 具有浓度差
由渗透作用引 起的水分运转
a. 烧 杯 中 的 纯 水和漏斗内液 面相平；
b. 由 于 渗 透 作 用使烧杯内水 面降低而漏斗 内液面升高
经过一段时间后，由于水分子可以自由通过 半透膜，而蔗糖分子不可以。单位体积内，清 水中水分子数多于蔗糖分子中的，因此，单位 时间内由清水向蔗糖溶液扩散的水分子数多。 故而导致蔗糖溶液的液面升高。 (动动画画)
蔗糖分子 半透膜
水分子
1.水势 （1）化学势(chemical potential)
以希腊字母μ表示。组分j的化学势μj 定义为某组分j的偏摩尔自由能。
第二节 植物对水分的吸收
（1）化学势(chemical potential)
化学势的定义为：在恒温恒压及其它组分 不变的条件下，体系自由能对某一组分（nj） 的摩尔数取偏微分或偏导数，用希腊字母“μ” 来表示：
5. 水分移动的规律：水分总是从水 势高的部位向水势低的部位流动。
土壤—植物—大气连续体系（soilplant-atmosphere continum,SPAC）
中的水势通常土壤的水势>植物根的 水势>茎木质部水势>叶片的水势>大 气的水势(图2-6)，使根系吸收的水 分可以源源不断地向地上部分输 送。
动画
１.主动吸水的机理：
主动吸水的动力是根压。
根压(root pressure) ：指植物根系的生 理活动使液流从根部上升的压力。根压 的的产生与根系生理代谢活动和导管内 外的水势差有密切关系。(动动画画)
产生根压的机制 根压的产生与根系生理活动和 导管内外的水势差有关。植物根系可以利用 呼吸作用释放的能量主动吸收土壤溶液中的 离子，并将其转运到根的中柱和木质部导管 中，使中柱细胞和导管中的溶质增加，溶质 势下降。当导管水势低于土壤水势时，土壤 中的水分便可自发地顺着内皮层内外的水势 梯度从外部渗透进入中柱和导管，这时内皮 层起着选择透性膜的作用。再则导管的上部 呈开放状态，不产生压力，于是水柱就在指 向上方的压力下向上移动，就形成了根压。
第二章 植物水分生理
水是生命起源的先决条件,没有水
就没有生命,也就没有植物。植物的水
分代谢包括：
水
水
水
水
分
分
分
分
的
的
的
的
吸
运
利
散
收
输
用
失
第一节 水分在植物生命活动中的作用 第二节 植物对水分的吸收 第三节 植物的蒸腾作用 第四节 植物体内水分的运输 第五节 合理灌溉的生理基础
第一节 水分在植物生命活动中的作用
第二节 植物对水分的吸收
3．植物细胞水势的组分：
任何含水物系的水势都要受能改变水分子 的自由能的诸因素的影响:
1）压力（正、负） 2）温度（高、低） 3）溶质 4）衬质 5）海拔 ψw = ψP + ψT + ψs + ψM + ψg
典型细胞的水势为 ψw = ψP + ψs + ψM
第二节 植物对水分的吸收
一个成熟的植物 细胞就是一个完 整的渗透装置
细胞壁（全透性）
细胞膜
原 生
液泡膜 质
层 细胞质
细胞液
细胞核
原生质层具有选择透过性，近似于半透膜
质壁分离现象
当外界溶液水势小于细胞液水 势时(细胞处于高渗溶液中），细 胞发生质壁分离。
细胞壁
动画
细胞膜 液泡膜 原生质层 细胞质
细胞液 细胞空腔
质壁分离复原现象
第二节 植物对水分的吸收
一、植物细胞的吸水 （一）细胞的渗透吸水：液泡膜和质
膜具有类似半透膜的性质，只允许 水分及某些小分子物质通过，而不 允许其他物质通过。
动画
渗透作用（osmosis） 是指溶液中的溶剂分 子通过半透膜(semipermeable membrane) 扩散的现象。对于水溶液而言，就是指水 分子从水势高处通过半透膜向水势低处扩 散的现象。
胞胶体颗粒吸附，不易流动的水分。 3.自由水/束缚水比值影响代谢
自由水/束缚水比值高时，代谢旺盛,抗性较弱； 自由水/束缚水比值低时。代谢缓慢,抗性较强。
二、 水在植物生命活动中的重要性 1.水是细胞原生质的主要组成成分； 2.水是代谢过程的反应物质； 3.水是各种生理生化反应和运输物质的
介质； 4.水能使植物保持固有的姿态； 5.水能有效降低植物的体温； 6.水是植物原生质良好的稳定剂。 是内皮层 外，包括根毛、皮层的胞间层、细胞壁和细 胞间隙，称为外部质外体，二是内皮层内， 包括成熟的导管和中柱各部分细胞壁，称为 内部质外体。因此，水分由外部质外体进入 内部质外体时必须通过内皮层细胞的共质体 途径才能实现。
总之，水分在根中可从一个细胞到相邻细胞， 并通过内皮层到达中柱，再通过薄壁细胞而 进入导管。
,J组分A B,至少获得μΔj =
,J组分稳定态, μj A
=
μj B
, μΔj μj
μj A
μj B
=0
-
A
μj B
μj A
第二节 植物对水分的吸收
（2）水的化学势
在一个含水体系中，水参与化学反应的本
领或在两相中移动的能力也可用水的化学势来
表示，即在恒温恒压及体系其它组分不变的条
件下，由水的摩尔数变化所引起体系自由能的
根部吸水 的途径
根据吸水动力，根系吸水的途径：
1.主动吸水(active absorb water) ：
由于根本身的生理活动引起的植物吸收
水分的现象，与地上部无关。其动力是
根压。
动画
2.被动吸水(passive absorb water) ： 由于地上部的蒸腾作用而引起的根部吸 水，被动吸水的动力是蒸腾拉力。
应当指出，以上所说的主动吸水通常不是 指根系主动吸收水本身，而是植物利用 代谢能量主动吸收外界溶质，从而造成 导管溶液的水势低于外界溶液的水势， 而水则是被动地(自发地)顺水势梯度从 外部进入导管。所以有人指出根压是由 于根内皮层内外存在水势梯度而产生的 一种现象，它可作为根部产生水势差的 一个量度，但不是一种动力，因为水流 的真正动力是水势差。
土壤—植 物—大气 连续体系 中的水势
（二）吸胀吸水：依赖于低的ψm而引起的 吸水。是无液泡的分生组织和干燥种子 细胞的主要吸水方式。
原理：淀粉、纤维素和蛋白质这些亲水性 物质吸水而膨胀。 蛋白质类物质吸胀力最大，淀粉次之，纤 维素较小。因此富含蛋白质的豆类种子 的吸胀作用比禾谷类种子要显著。豆科 植物种子的子叶中含有大量的蛋白质， 而种皮中则有较多的纤维素，所以在豆 科植物种子的吸胀过程中，由于子叶的 吸胀力较种皮大而使种皮被胀破。
эG µj = ( эnj ) T.P.ni
第二节 植物对水分的吸收
化学势能指示某特定组分物质起反应或转
移的本领,或者说它能够指示该物质变化的方 向和限度.
如组分J有A和B两个状态,其化学势分别为μj
和 μB j 当 μj>
A
. μj
B
当μj < A
μj B
当μj A
= μj B
,J组分A B,至少放能 Δ =
3)衬质势(matric potential)：由于 细胞中亲水胶体物质和毛细管对自 由水的吸附和束缚而引起水势的降 低值，用ψm表示。衬质势呈负值。
不同情况下水势的组成
典型植物细胞的水势：ψw = ψP + ψs + ψm 分生组织细胞的水势：ψw = ψm 成熟细胞的水势：ψw = ψP + ψs 干燥种子吸水：ψw = ψM 渗透吸水：ψw = ψP + ψs 吸胀吸水：ψw = ψM
（3） 水势(water potential)指每偏摩尔
体积水的化学势差，用ψw表示。
ψw＝
μwμw0 Vw
Δμw ＝
Vw
植物生理学中的水势并不是水的化学势
第二节 植物细胞对水分的吸收
水势的大小和单位：
纯水的水势(ψw0)最大ψw0=0，植物 细胞的水势都为负值。
水势的单位：帕（Pa）、巴(bar)、 大气压(atm)。
1)溶质势：由于溶质颗粒的存在而引 起体系水势降低的数值,又称渗透势。用 ψs表示。
ψs =ψπ=-π(渗透压)=-iCRT 细胞中含有大量溶质，其溶质势为各
溶质势的总和。溶质势呈负值。
2)压力势(pressure potential) ： 由 于压力的存在而 使体系水势改变 的 数 值 ， 用 ψp 表 示。细胞压力势 一般为正值，只 有在蒸腾过旺时 为负值。