植物水分生理汇总
植物生理知识汇总
作业第一章植物的水分生理名词解释：1. 自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。
2. 束缚水：靠近胶粒而被胶粒所束缚不易自由流动的水分。
3. 渗透作用：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。
4. 水势（屮w）:每偏摩尔体积水的化学势差。
符号：％。
5. 渗透势（屮上：由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值，符号屮；。
用负值表示。
亦称溶质势（屮S）。
6. 压力势（W p）:由于细胞壁压力的存在而增加的水势值。
一般为正值。
符号屮p。
初始质壁分离时，'-P为0,剧烈蒸腾时，'-P会呈负值。
7. 衬质势（屮m）：细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起的水势降低值，以负值表示。
符号'-m。
8. 吸涨作用：亲水胶体吸水膨胀的现象。
9. 代谢性吸水：利用细胞呼吸释放出的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程。
10. 蒸腾作用：水分以气体状态通过植物体表面从体内散失到体外的现象。
11. 根压：植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力。
12. 蒸腾拉力：由于蒸腾作用产主的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。
13. 蒸腾速率：又称蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位面积通过蒸腾作用而散失的水分量。
（g/dm • h）14. 蒸腾比率：植物每消耗I公斤水时所形成的干物质重量（克）。
15. 蒸腾系数：植物制造1克干物质所需的水分量（克），又称为需水量。
它是蒸腾比率的倒数。
16. 内聚力学说：又称蒸腾流-内聚力-张力学说。
即以水分的内聚力解释水分沿导管上升原因的学说。
填空题1. 植物细胞内水分存在的状态有___________ 和__________ 。
2. 植物细胞原生质的胶体状态有两种，即____________ 和_________ 。
3. 水在植物体内整个运输途径中，一部分是通过__________ 和_______ 的长距离运输；另一部分是在活细胞间的短距离径向运输，包括水分由根毛到根部导管要经过及由叶脉到气室要经过__________。
植物的水分生理
第一章植物的水分生理第一节植物对水分的需要一、植物的含水量（几-90以上%）主要影响因素：植物种类：水生植物、肉质植物>90%以上,草本植物为70-85%,在干旱环境中生长的低等植物（地衣、藓类）为6%。
生长环境：生长于阴蔽、潮湿环境中的植物较向阳、干燥环境中的高。
器官、组织种类：幼嫩>衰老。
根尖、茎尖、嫩幼苗、绿叶为60-90%，树干为40%，休眠芽为40%，风干种子为10-14%。
二、植物体内水分的存在状态1、束缚水—植物体内距离亲水物质（蛋白质、核酸等）较近而被之吸咐束缚不易自由移动的水分子。
2、自由水—植物体内距离亲水物质（蛋白质、核酸等）较远而不被吸咐束缚易自由移动的水分子。
自由水/束缚水：高，植物代谢旺，抗逆能力弱；低，植物代谢弱，抗逆能力强。
如：越冬植物和休眠的干燥种子，自由水/束缚水低，仅以极弱的代谢维持生命活动，但抗性却明显增强，能度过不良的逆境条件。
松、竹、梅，被称作“岁寒三友”，抗寒能力极强，也与体内束缚水多有关。
三、水分在植物生命活动中的作用1、水分是细胞质的主要成分2、水分是代谢过程的反应物质3、水分是植物对物质吸收和运输的溶剂4、水分能保持植物的固有姿态第二节植物细胞对水分的吸收吸水方式：扩散集流渗透性吸水（主要方式）三、渗透性吸水（一）概念1、渗透性吸水：细胞通过渗透作用吸水。
2、渗透作用：（广义）—物质由浓度高处向浓度低处扩散移动的现象。
（狭义）—水分子通过半透膜由水势高处向水势低处移动的现象。
3、半透膜：只能让水分子、葡萄糖分子等小分子物质自由通过，而不能让大分子物质自由通过的膜。
种子的种皮、细胞膜、猪膀胱等。
反之称为透性膜，如细胞壁。
4、水势—每偏摩尔体积水的化学势或水的偏摩尔自由能。
符号：ψ国际单位：兆帕（Mpa=106pa），1atm=1.013×103pa重要用途：衡量一个系统中水分子自由扩散能力的强弱，水势高，水分子自由扩散力强，反之则弱。
植物的水分生理
※植物对水分的需要●植物的含水量▲不同植物: 水生＞中生＞旱生▲同一植株不同器官、组织: 新生旺盛＞衰老成熟▲同一器官不同生长期: 前期＞后期●植物体内水分存在的状态▲状态: 自由水束缚水▲蛋白质亲水胶粒使水分子聚集★自由∕束缚→低→抗旱●水分对植物的作用A: 是细胞质的主要成分。
70－90%B: 是代谢过程中的重要反应物质。
如水解、脱氢反应，光合作用。
C: 水分是各种生化反应的基本介质（溶剂）。
D: 水分能保持植物的固有姿态。
（就像吹气气球）※植物细胞对水分的吸收●细胞的吸水方式▲扩散：是物质分子从一点到另一点的运动，即分子从较高化学势区域向较低化学势区域随机的、累积的运动。
△特点：A：短距离→运输方式B：浓度差→动力C：自发过程→分子通过热运动进行▲集流：是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。
△特点：A：长距离运输→运输方式B：压力差（根压、蒸腾拉力）→动力C：主动运输，需能▲渗透作用：水从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。
△特点：A：水势差→动力B：短距离→运输方式C：主动运输●细胞水势的组成▲Ψw—水势（差）：就是每偏摩尔体积水的化学式（差）实质是压力单位。
★Ψw=ψ s +ψp(+ψm)▲ψs —渗透势或溶质势:由于溶质的作用使细胞水势降低的值。
(<0)★ψs ＝－iCRTi —等渗系数， C —溶液的质量摩尔浓度(mol ·kg-1)R —气体常数： 0.00823 kg·MPa · mol-1 · kg-1T —热力学温度(K)：t℃+ 273▲ψp —压力势：细胞壁对原生质体产生压力引起的水势变化值。
△细胞吸水时存在△多数情况下压力势为正，因为壁压增大水势（大于纯水，>0）。
水势有时为零，有时为负值。
▲ψm —衬质势：由于原生质中的亲水物质束缚水使细胞水势降低的值。
(<0)▲不同类型细胞的水势组成A. 分生组织：Ψw=ψs +ψp+ψmB. 成熟细胞：Ψw=ψs +ψp成熟细胞指已形成中央大液泡的细胞，这种细胞原生质被挤压为一薄层，因此，衬质势（ψm）很小忽略。
植物的水分生理
⒊根系吸水的动力
根压 蒸腾拉力 蒸腾－内聚力－张力学说
⒋影响根系吸水的土壤条件
⑴土壤可用水分 ⑵土壤温度 ⑶土壤通气状况 ⑷土壤溶液浓度
⒌植物体内的水分运输
⑴水分运输的途径 水分在树木茎、叶细胞内的运输有两种途径： 经过死细胞 经过活细胞 ⑵植物体内水分运输的速度
1.3植物的蒸腾作用
⒈蒸腾作用的概念、意义和方式
⒊树干注药原理
树干注药防治
工人给树干注药
⒋合理灌溉
1.5旱涝灾害对植物的危害及抗性
香
⑴水生植物
蒲
王 莲
金鱼藻
沉水植物
浮叶植物
挺水植物
（2）陆生植物
湿生植物 中生植物 旱生植物
欧洲慈菇
湿生植物
灯心草
北美沙漠的仙人掌
沙蓬
南美的瓶子树 沙拐枣
旱生植物
⒉旱害与植物的抗旱性
⑴旱害的类型
大气干旱 土壤干旱
气孔开闭 1双子叶植物 2单子叶植物
⒊影响蒸腾作用的内外部条件
外界条件
光照 温度 大气湿度
CO2 风速 土壤
内部因素
气孔的构造 内部因素
1.4水分生理与园林生产
⒈抑制蒸腾作用 减少蒸腾面积 改变环境条件 使用抗蒸腾剂
2.植物移栽成活原理 保持和恢复植株的水分平衡平衡。
在植物挖运和栽植过程中，防止植株过度失水； 植物栽植后短期内恢复和扩大根系的吸收表面与能力； 根系与土壤颗粒密切接触，土壤有足够适量的水分供应。
⑵干旱对植物的危害
⑶植物的抗旱性 ⑷提高植物抗旱性的途径
抗旱锻炼 选择抗旱性园林植物 化学药剂处理 生长调节剂和抗蒸腾剂的使用 合理施肥
⒊涝害与植物的抗涝性
⑴涝害类型及危害 湿害 涝害
植物生理学：植物的水分生理
扩散是一种自发过程，是由于分子的随机热运动所造成的物质从 浓度高的区域向浓度低的区域移动，扩散是物质顺着浓度梯度进行的。 扩散适合于水分短距离的迁徙。
扩散速度与物质的浓度梯度成正比。 水的蒸发、叶片的蒸腾作用都是水分子扩散现象。
二、集流（mass flow）
指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动，例如水在水管中的 流动，河水在河中的流动等。植物体中也有水分集流.
（四）：细胞的水势（Cell water potential）
w p g
w ——细胞的水势（water potential ） ——渗透势（osmotic potential） p ——压力势（pressure potential） g ——重力组分（gravity component）
• 自由水（free water）： 距离蛋白质胶粒远而容易自由移动的水。
蛋白质
自由水 束缚水
水的存在状态与代谢强度：
自由水：参与代谢（光合、呼吸、物质运输），自 由水含量越大，代谢越旺盛。
束缚水：不参与代谢，可降低代谢强度，增强植物 抵抗不良外界环境的能力。
水与原生质状态：
溶胶态（sol）：
凝胶态（gel）：
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理
第一节 植物对水分的需要
第二节 植物细胞对水分的吸收※
第三节 植物根系对水分的吸收※
第四节 蒸腾作用
※
第五节 植物体内的水分运输
第六节 合理灌溉的生理基础
“水利是农业 的命脉”
没有水就没有生命 “有收无收在于水”
第一章 植物的水分代谢
（water metabolism)
三、 水分在生命活动中的作用
植物生理学植物的水分生理
➢水孔蛋白（AQPs）：一种存在于生物膜上的、分子量为28,000 、具有通透水分功能的内在蛋白。也称之为水通道蛋白。 (图)
第一章 植物的水分生理
植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程，
称为植物的水分代谢（water metabolism）。
植物从环境中不断吸取水分，以满足正常生命活动的需要。 但是，植物又不可避免地要丢失大量的水分到环境中去。这样就形 成了植物水分代谢的三个过程：植物通过根系吸收水分、水分在植 物体内的运输、植物通过气孔排出水分。(图)
➢ 导管上部呈开放状态，不产生压力，于是水柱就在指向上方 的压力下向上移动。
这样就形成了根压
有人指出：根压是由于根内外皮层存在水势梯度而产生的一种 现象，它可作为根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.
2. 被动吸水
动力――蒸腾拉力
➢ 蒸腾拉力（transpirational pull）：指因为叶片蒸腾作用而产 生的使导管中水分上升的力量。（图）
ψw＝ψs＋ψp
Ⅱ.植物细胞吸水达到紧张状态 ψw＝0,ψs = -ψp 体积最大 , 细胞吸水能力最小。
Ⅲ.植物细胞初始质壁分离状态 ψw ＝ψs,ψp＝0 体积最小，细胞吸水能力最大。
Ⅳ.植物细胞水为蒸汽状态 ψp＜0, ψw≤ψs＋ψp
三、相邻细胞间水分的运转
相邻细胞的水分移动方向决定于两细胞间的水势差异，
或边缘的水孔向外溢 出液滴的现象。
✓吐水现象可作为根 系活动的生理指标， 并能用以判断植物苗 长势的强弱。 ★
三、植物水分生理综述
（2)蒸气(zhēnɡ qì)压法
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(3)压力(yālì)室法
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(4)压力(yālì)探针法测定膨压 (5)冰点(bīngdiǎn)下降法测定渗透势 (6)质壁分离法测渗透(shèntòu)势
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（三）植物根系对水分(shuǐfèn)的 吸收
1.土壤的水分(shuǐfèn)状况
毛管水 毛管上升水、毛管悬着水 --植物吸水的主要来源
物理状态 束缚水 土壤胶体吸附，不能利用 重力水 水分饱和的土壤中，由于重力，自上而 下渗漏出来的水分
根系(gēnxì)吸水:ψ土 > ψ根 土壤中水的流动取决于水势梯度和土壤导水率
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2.根系吸水的部位(bùwèi)与途径
根系是陆生植物吸 收水分的主要(zhǔyào)器官。 根尖端的根毛区是吸水 的主要(zhǔyào)部位.
指由于ψs的下降而引起的细胞吸水。
含有液泡的细胞吸水，如根系吸水、气孔保卫细胞的吸水 主要为渗透吸水。
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2.吸胀吸水
指依赖于低ψm而引起的吸水。衬质吸引水分子的力量称 为(chēnɡ wéi)吸胀力，衬质吸水膨胀的现象称为(chēnɡ wéi)吸胀作用吸 胀作用是细胞吸水的方式之一。
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3.降压吸水
因ψp的降低而引发(yǐn fā)的细胞吸水。
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细胞吸水过程中水势(shuǐ shì)组分的变化
1.5
1
特例
0.5
1、强烈蒸腾下细胞
0
充 Ψp为负值
分
-0.5
吸
水Байду номын сангаас2、初始质壁分离细胞
-1
Ψp=0, Ψw= Ψs
-1.5
植物的水分生理汇总
第一章植物的水分生理名词解释水势：每偏摩尔体积水的化学势差。
渗透压：恰好能够使从半透膜一侧通过到另一侧的水分子数目平衡的在较高浓度溶液的液面上施加的额外压强称为渗透压。
质外体：由细胞壁及细胞间隙等空间（包含导管与管胞）组成的体系。
渗透作用：指两种不同浓度的溶液隔以半透膜（允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜），水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。
思考题4.水分是如何进入根部导管？水分优势如何运输到叶片？答：进入根部导管有三种途径：①质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质部分的移动，阻力小，移动速度快。
②跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次通过质膜，还要通过液泡膜。
③共质体途径：水分从一个细胞的细胞质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细胞质，形成一个细胞质的连续体，移动速度较慢。
这三条途径共同作用，使根部吸收水分。
根系吸水的动力是根压和蒸腾拉力。
运输到叶片的方式：蒸腾拉力是水分上升的主要动力，使水分在茎内上升到达叶片，导管的水分必须形成连续的水柱。
造成的原因是：水分子的内聚力很大，足以抵抗张力，保证由叶至根水柱不断，从而使水分不断上升。
5.植物叶片的气孔为什么在光照条件下会张开，在黑暗条件下会关闭？答：气孔运动主要受保卫细胞的液泡水势的调节。
调节保卫细胞水势的渗透调节物有下列几种。
因为光照时保卫细胞内的叶绿体进行光合作用，水势降低，周围的水分流向保卫细胞，气孔就开（1）K+：在保卫细胞质膜上有ATP质子泵，分解由氧化磷酸化或光合磷酸化产生的ATP，将H+分泌到保卫细胞外，使得保卫细胞的pH升高。
质膜内侧的电势变得更负，驱动K+从表皮细胞经过保卫细胞质膜上的钾通道进入保卫细胞，再进入液泡。
在K+进入细胞内时，还伴随着少量氯离子的进入，以保持保卫细胞的电中性。
保卫细胞中积累较多的钾离子和氯离子，水势降低，水分进入保卫细胞，气孔就张开。
（2）苹果酸：照光下，保卫细胞内的二氧化碳用于光合碳循环，pH升高，导致淀粉分解生成PEP与二氧化碳反应，形成草酰乙酸转变成苹果酸，苹果酸和氯离子共同平衡钾离子。
1.植物的水分生理
水的偏摩尔体积化学势),标准态水的水势自然为零。植物的水势一般都低于零 (负
值)。在热力学上，水总是从水势高的相或区域自发地流向水势低的相或区域。水
势指体系中水的水势，通常将细胞中水的水势称为细胞的水势，大气中水的水势
称为大气的水势，等等。
部导管来说，压力势通常是导管中水溶液的张力( tension )或负压力
( negative pressure)。多数情况下，细胞的压力势>0，为正值，而木质
部导管的压力势<0,为负值。
当植物细胞受到干旱或冰冻脱水胁迫时，也会通过细胞壁产生细胞
内的负压力，严重时导致细胞壁向细胞塌陷( cytorhysis )，这时细胞的
体系内组分)不变时体系中每增加或减少一摩尔水所引起的自由能改变，
也可简单表述为特定条件下体系内每摩尔水所具有的自由能。
根据Kramer等人在1966年提出的水势概念和后来的完善，一个体系
中水的水势(Ψw）是体系中水的偏摩尔体积化学势与某一标准态的水
的偏摩尔体积化学势之差，即
μw-μw0
Ψw=
ഥ W
(三)植物细胞的水势
一个体系中水的化学势是温度、压力和水的摩尔分数的函数。在等
温条件下，体系中水的化学势和水势是压力和水的摩尔分数的函数。
在水溶液中，水的摩尔分数可以转换成渗透势，因此在等温条件下，
水势Ψw主要由压力势( pesure potential, Ψp )和渗透势( osmotic
potential, Ψπ)构成:
物的生态型(ecotype)等，都有决定性的影响。
图1-2显示了同一地区沙漠和湿地生长的芦苇的生态型的差别。
植物的水分生理
第三节 根系吸水和水分向上运 输
一、根系吸水 （一）根部吸水的区域 1、根尖结构 • 根冠 • 分生区 • 伸长区：能够吸收水分和无机盐 • 根毛区（成熟区）：主要的吸水部位
（二）根系吸水途径 1、质外体途径 • 水分通过细胞壁、细胞间隙等没有原生质的空间部分移动，水分传输 阻力小，移动速度快。 • 由于内外皮层上存在质外体障碍物（凯氏带、次生栓质化），可以阻 断质外体途径的水分传输。
第一章 植物的水分生理
主要内容
• 植物对水分的需要 • 植物细胞对水分的吸收 • 植物根系对水分的吸收 • 蒸腾作用 • 植物体内水分的运输 • 合理灌溉的生理基础
第一节 植物对水分的吸收
一、植物的含水量 1、不同植物含水量不同 • 水生植物——鲜重的90％以上 • 地衣、藓类——仅占6％左右 • 草本植物——70％～85％ • 木本植物——稍低于草本植物
（2）压力势（pressure potential，ψp） • 由于细胞吸水膨胀时原生质向外对细胞壁产生膨压，而细胞壁向内产 生的反作用力（壁压）使细胞内的水分向外移动，即等于提高了细胞 的水势。由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值叫压力势 ，一般为正值。当细胞失水时，细胞膨压降低，原生质体收缩，压力 势则为负值。当刚发生质壁分离时压力势为零。
二、集流 • 集流（mass flow）：液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移 动，例如水在水管中的流动，河水在河中的流动等。植物体中也有水 分集流。 • 植物体的水分集流通过膜上的水孔蛋白（aquaporin）形成的水通道 实施的。
• 1988年，Agre等在鉴定人类Rh血型抗原时，偶然发现了一种红细胞 膜上的新28kD蛋白。后来，越来越多已知序列的蛋白质归属到这个 家族，根据MIP26将这个家族命名为“MIP”家族。 • 植物的水孔蛋白有两种：一种是质膜上的质膜内在蛋白（plasma membrane intrinsic protein），另一种是液泡膜上的液泡膜内在蛋白 （tonoplast intrinsic protein）
植物生理学之水分生理
纯
大
Ψw
-0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8
水
气
53
➢ 当土壤含水量达到田间 持水量时，土壤溶液水 势仅稍稍低于0，约为0.01MPa。
➢ 大气的水势通常低于100MPa。
➢ 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，使根系吸收的水 分可以源源不断地向地 上部分输送。
等压
高渗
Bag 5%surgae su15rg%ae
低渗
36
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……
蔗糖分子 半透膜
水分子
37
(四)、渗透作用
渗透作用：水分子透过半透膜从水势高 的系统向水势低的系统移动的作用称渗 透作用。
21
• ψs (溶质势)：又叫 渗透势ψл，是由于溶 质的存在而引起水的自由能下降的值，为负
值，ψS＝-iCRT 。
• ψp (压力势)：由于压力存在而增加的水势。 一般为正值。(在细胞中是细胞壁压力)
• ψm (衬质势)：由于衬质存在而引起水势降 低的数值。一般为负值 （衬质：亲水层表面能吸附水的物
生活史的植物 旱生植物(xerophytes)：适应于干旱环境
的植物 中生植物(mesophytes)：适应于不干不湿
环境的植物
13
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、水分跨膜运输的途径与方式
1、扩散(diffusion) 物质分子从高浓度(高化 学势)区域向低浓度(低化 学势)区域转移，直到均 匀分布的现象。
植物生理学植物水分生理
细胞壁（全透性）
细胞膜 原
液泡膜 生
细胞质
质 层
细胞液
细胞核
原生质层具有选择透过性，近似于半透膜
细胞初始质壁分离时：
ψp =0, ψw = ψs
充分饱和的细胞:
ψw = 0 ψs = -ψp
蒸腾剧烈时： ψp < 0， ψw < ψs
质壁分离现象可以解决下列问题：
1、说明原生质层是半透膜 2、判断细胞死活 3、测定细胞的渗透势 4、观察物质通过细胞的速率。
水孔蛋白广泛分布于植物各个组织。 功能：依存在的部位不同而有所不同。
4.代谢性吸水
植物细胞利用呼吸作用产生的能量使水分经 过质膜进入细胞的过程
代谢性吸水只占吸水量的很少一部分。
证据： 当通气良好时，细胞呼吸加强，细胞吸水增强；
相反，减小氧气或以呼吸抑制剂处理时，细胞呼 吸速率降低，细胞吸水减少。
确切机理还不清楚。
（三）、水分进入细胞的途径
1、单个水分子通过膜脂双分子层的间隙进入细胞 2、水集流通过质膜上水孔蛋白组成的水通道进入细胞
植物的水分代谢(water metabolism)
水水 水 水 分分 分 分 的的 的 的 吸运 利 散 收输 用 失
水分生理的主要内容
§2-1. 水在植物生命活动中的作用 §2-2. 植物对水分的吸收 §2-3. 植物的蒸腾作用 §2-4. 植物体内水分的运输 §2-5. 合理灌溉的生理基础
自学
植物体内主要存在三种类型水孔蛋白：
1. 质膜水孔蛋白(PIP)。 2. 液泡膜水孔蛋白(TIP)。 3. 和大豆根瘤菌周膜上水通道蛋白 NOD26类似的通道蛋白NLMS (NOD26-like-MIPs) 。
水孔蛋白的活化依靠磷酸化和脱磷酸化作用调节。如 依赖Ca2+的蛋白激酶可使其丝氨酸残基磷酸化，水孔 蛋白的水通道加宽， 水集流通过量增加。如除去此磷 酸基团，则水通道变窄，水集流通过量减少。
第二章 植物水分生理
根压产生的机理
主要有 2 种解释。 ① 渗透理论 根部导管四周的活细胞由于 新陈代谢，不断向导管分泌无机盐和有机 物，导管的水势下降，而附近活细胞的水 势较高，所以水分不断流入导管。 ② 代谢理论 认为呼吸释放的能量参与 根系的吸水过程。
水势梯度
水势梯度
2.被动吸水机理－－－蒸腾拉力 由于蒸腾作用产生的一系列水势 梯度使导管中水分上升的力量。
第一节水分在植物生命活动中的重要性
二、 水在植物生命活动中的重要性 1. 水是细胞的重要组成成分； 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. 水具有重要的生态意义： 高的比热和气化热，有利于调节植物体的温度。
是由枝叶形成的力量传到根部而引 起的被动吸水
四、根系吸水的途径
质外体途径：水分通过细胞壁、细胞间隙 等没有原生质的部分移动，移动速度快。 共质体途径：是指水分从一个细胞的细胞 质经过胞间连丝，移动到另一个细胞的细 胞质。移动速度较慢。 内皮层细胞壁上的凯氏带 水分只能通过内皮层的原生质体。即进 入共质体
细胞核
原生质层具有选择透过性，近似于半透膜
当外界溶液浓度大于细胞液浓度时(高渗溶液），细 胞发生质壁分离。
细胞壁
细胞膜 液泡膜 原生质层
细胞质
细胞液
细胞空腔
原生质层和细胞壁分离的现象。
当外界溶液浓度小于细胞液浓度时（低渗溶液）， 细胞发生质壁分离复原。
图2-1 植物细 胞的相对体积 变化与水势 (ψw)渗透势(ψs) 和压力势(ψp) 之间的关系的 图解
化学势是能量概念，单位为J／mol [J=N（牛顿）· m]， 偏摩尔体积的单位为m3／mol，
植物的水分生理
2）空气湿度
气孔开放 气孔阻力 蒸腾加快
增大
变小
内外蒸汽压变小 蒸腾变慢
增大
3）温度
内外蒸汽压增大
蒸腾加快
微风 内外蒸汽压增大
蒸腾加快
4）风
强风
气孔关闭
蒸腾变慢
【三】影响蒸腾的因素
2. 内部因素
气孔 叶面积
多
气孔频度 （多少） 气孔大小 大
大
蒸腾加快
第五节 植物体内的水分 运输
【一】水分运输的途径（茎、叶） • 1. 通过死细胞：导管和管胞
水势增加
气孔关闭
葡萄糖
淀粉－糖
【二】气孔蒸腾 白 糖酵解作用 PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）
天 OAA（草酰乙酸）
2）气孔运动机制
苹果酸
C.苹果酸学说
苹果酸2-+2H+ 质子泵开放
ATP
细胞内K＋增多 离子泵 水势降低
气孔开放
【三】影响蒸腾的因素
1. 外界因素
增强
1）光照
叶温升高
内外蒸汽 压增大
蒸腾加快
2）气孔运动机制
A.淀粉－糖互 变学说
光合
白 天 CO2减少
PH升高
淀粉磷酸化酶
[OH-]
淀粉
葡萄糖 ？？
水势降低
吸水 气孔开放
【二】气孔蒸腾 黒
夜
2）气孔运动机制
光合停止 CO2增加 PH降低
A.淀粉－糖互 变学说
淀粉磷酸化酶
[H+]
葡萄糖
淀粉
？？ 水势升高
失水
气孔关闭
【二】气孔蒸腾 白 光合
天 ATP增加
2）气孔运动机制
质子泵开放
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小液流法测植物组织水势
蔗糖 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
浓度 M M M M M M M M M
液滴
↑↑↑↑↑↑
移动 ● ● ● ● ● ● ● ● ●
方向 ↓ ↓
凯氏带将质外体分成两个不连续的区域 内皮层外：根毛、皮层的胞间层、细胞壁和细胞间隙； 内皮层内：成熟的导管、中柱各部分细胞壁和细胞间隙。
渗透势
(osmotic potential / 溶质势 solute potential s）
➢ 由于溶质颗粒的存在，降低了水的自由能，因而其水势低于纯 水，为一负值。
➢ 溶液的渗透势决定于溶液中溶质颗粒的总数。
如 0.1mol葡萄糖溶于水后，渗透效应数0.1mol/L 0.1molNaCl溶于水后，渗透效应数为0.2mol /L
➢渗透势 与压力势p绝对值相等时， 水势w = 0
➢当细胞发生质壁分离时， 水势w= 渗透势
➢风干种子细胞 水势w= 衬质势m
细胞间水分的移动
= - 1.4MPa p = + 0.8MPa w= - 0.6MPa
= - 1.2MPa p = + 0.4MPa w= - 0.8MPa
Cell A
水的偏摩尔体积 m3 ·mol -1
= N ·m-2 = Pa
（压强单位Pascal,帕斯卡或兆帕Mpa, 1Mpa = 1 × 106 pa )
纯水的自由能最大，其水势最高，水势值定为零。
典型植物细胞 水势w = 渗透势 + 压力势p + 重力势g + 衬质势m
w: water = s =solute potential=osmotic potential p: pressure g: gravity m: matrix
Cell B
水势高向低的方向移动；水势差越大移动速度越快。
渗透势的计算
范德霍夫(Vant Hoff)方程式 = – iCRT MPa
i：溶质的解离系数 （蔗糖i =1 CaCl2 i = 2.6 NaCl i =1.8） C：等渗溶质的质量摩尔浓度(mol·L-1) R：气体常数(0﹒008314L ·MPa ·mol-1·K -1) T：绝对温度(K)，273通常省略不计
衬质势（matrix potential ）m
➢ 细胞原生质胶体物质（如蛋白质、淀粉粒、纤维素） 的亲水性都和及毛细管对自由水的束缚而引起的水势降低值。
➢ 细胞未形成液泡之前，如风干种子的萌发吸水、果实与 种子形成过程中的吸水、生长点分生区细胞的吸水等， 其水势组分即衬质势。
计算0.1 mol/L 蔗糖溶液在20 0C下的渗透势？
水势单位换算： 1 MPa （兆帕）= 106 Pa = 10 bar = 9.87atm
1 atm = 1.013105Pa = 1.013bar
由于液泡体积改变很小， 吸水后造成的细胞液浓 度变化可忽略不计。
0.1 mol/L 蔗糖溶液
由于液泡体积改变很小， 失水后造成的细胞液浓 度变化可忽略不计
0.9 1.0 不膨胀
压力势（ p ）
水势（ w ）
渗透势（ ）
1.1
1.2 1.3
细胞的相对体积
1.4 1.5 完全膨胀
植物细胞的相对体积变化与 水势（ w ）、渗透势（ ）和压力势（ p ）的关系
当压力势足够大时，就能阻止外界水分进入细 胞液，于是水分进出达到平衡，水的净转移停止。
由于细胞内正的压力势与负的渗透势相平衡， 使细胞不再吸水，最终细胞的水势与外界溶液的水 势相等（水势差=0），但细胞液本身的渗透势永远 是小于零。
例如：干燥种子快速吸水是一种亲水胶体膨胀的现象。 （细胞内亲水物质通过吸涨力而结合的水为吸涨水，是束缚水）
➢ 已形成中心大液泡的细胞，由于原生质仅为一薄层，细 胞含水量很高，衬质势趋于0，在计算时一般忽略不计。
具有液泡的植物细胞水势 w= 渗透势 + 压力势 p
+1.5 1.0 0.5
MPa
0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
在20℃（293K）时， 葡萄糖溶液的渗透势为﹣0.244MPa NaCl溶液的渗透势为﹣0.488MPa
植物细胞渗透作用与物理渗透现象区别
➢ 植物细胞渗透作用不完全决定于渗透势，因原生 质体的外围有细胞壁，限制原生质体膨胀
➢ 细胞中亲水胶体的吸水能力
压力势 (pressure potential) p
依赖参于状态下水的高度、密度和重力加速度而定。
g = ρwgh
ρw ：水的密度 （ ρ 单位体积的质量 kg/m3） g: 重力加速度 （N/kg; m/s2）
h: 水相对参考状态时的高度 （m）
重力势能(gravitational potential energy）是物体因为重力作用而拥有的能量，公式 为EP=mgh （m 质量，g重力加速度9.8N/kg，h物体据水平面的高度）
水势(water potential)：每偏摩尔体积水的化学势差
（水的每偏摩尔体积：在一定温度和压力下，1mol水中加入1mol某溶质 后，该1mol水所占的有效体积 ）
µw 水溶液化学势 -µ0w纯水化学势
Δµw
水势w = —————————————— = ———
Vw
Vw
水的化学势 N ·m ·mol-1 = ————————————
由于细胞吸水膨胀后，对细胞壁产生一种压力，常称作为 膨压 (turgor pressure) 。
相应引起细胞壁产生一种限制原生质体膨胀的大小相等、 方向相反的反作用力。压力势是由于细胞壁压力的存在而增加 水势的值。一般为正值。
重力势 (gravity potential) g
是水分因重力下移与相反力量相等时的力量。其增 加细胞水分自由能，提高水势的值，以正值表示。