1水分生理讲解
第一章 植物的水分生理
2. 角质层蒸腾：叶片，5 ％～10％左右
3. 气孔蒸腾：叶片，可占蒸腾总量的 80％～90％。 （三）蒸腾作用的指标（3种） 1．蒸腾速率(transpiration rate) 植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用所散失水 分的量称为蒸腾速率，也可称为蒸腾强度。一般用每小时每平方米叶面积蒸腾水量的克数表 示（g.m-2.h-1或 mg.dm-2.h-1 ）。现在国际上通用 mmol.m-2.s-1来表示蒸腾速率。 2．蒸腾效率(transpiration ratio TR) 指植物在一定生长期内有光合作用所积累的干物质与 蒸腾失水量之比，也就是每蒸腾1kg水所形成干物质的g数。常用 g.kg-1 表示。
ψw=ψS+ψm+ψP+ψg
第二节 植物细胞对水分的吸收
1、纯水的水势（ψ0w） 所谓纯水是指不以任何物理的或者化学的方式与 任何物质结合的水，完全是自由水，纯水的水势为0。
2、溶质势（ψS） 指由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低的数值。 在标准大气压下，溶液的水势就等于其溶质势，溶液的溶质越多，其溶质势 越低，且任何一种溶液的水势均低于纯水的水势而为负值。在渗透体系中， 溶质势表示了溶液中水分子潜在渗透能力的大小，所以，溶质势又可称为渗 透势。
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、水的移动 水的移动方式有3种式：扩散、集流和渗透作用。 (一) 扩散 是物质分子（包括气体分子、水分子、溶质分 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。 （二）集流 是指液体中成群的原子或者分子（例如组成 水溶液各种物质的分子）在压力梯度（水势梯度）的作用下 共同移动的现象。 （三）渗透作用 是物质依水势梯度移动。指溶液中的溶 剂分子通过半透膜扩散现象。
植物生理学 1水分生理
观察质壁分离和去质壁分离现象：
1、说明原生质层具半透膜性质，植物成熟细胞是 一个渗透系统，主要以渗透作用吸水；
2、可判断细胞死活（死细胞的膜丧失半透性）； 3、测定细胞的渗透势； 4、通过质壁分离复原速度测定物质进入细胞的速
率。
细胞的水势构成※
Ψw = Ψs+ Ψp + Ψm + Ψg Ψs（溶质势）：也称渗透势（Ψπ），是由于溶质
第一章 植物的水分生理 Plant Water Physiology
4 学时
第一章 植物的水分生理
第一章 植物的水分生理(4h)
内容提要
第一节 水在植物生活中的重要性 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 作业2、3
植物成熟细胞就是一个渗透系统
• 质壁分离（plasmolysis）：把具有液泡的细胞 置于高浓度的蔗糖溶液中，细胞内的水向外扩 散，整个原生质体收缩，最后原生质体与细胞 壁完全分离。
• 质壁分离复原或去质壁分离 （deplasmolysis）：把已发生了质壁分离的 细胞再浸入水势较高溶液或蒸馏水中，外界的 水分子便进入细胞，液泡变大，整个原生质体 慢慢地恢复原状。又称去质壁分离。
颗粒的存在而引起的水势降低值。恒为负值。 Ψs = -iCRT
i：溶质的解离系数；C:溶质的质量摩尔浓度；R： 气体常数；T:系统（细胞）绝对温度.
细胞的水势构成※
细胞液渗透是各种溶质势的总和。溶质浓度越高, 渗透势越低。
细胞液泡中的渗透调节物质:主要是无机离子（K+, Na+, Cl-等）、糖类（蔗糖、可溶性糖、甘露醇 Mannitol、山梨醇Soritol等）、有机酸（如苹 果酸Malate 、草酸等）。还有少量悬浮的大分 子（如蛋白质、核酸等）。
第一章植物的水分生理(共54张PPT)
水分通过胞间连丝的吸收。移动速度较慢。
•
由于水势梯度引起水分进入中柱后产生 的压力。
和 现象可以证明根压的存在。
伤流（bleeding）
吐水（guttation）
从受伤或折断的植物组织溢 从未受伤叶片尖端或边缘向
出液体的现象
外溢出液滴的现象
水、无机盐、有机物、植物激素（细胞 分裂素）。
伤流液的数量和成分，可以作为根系活 力强弱的指标。
lower epidermis more than in the upper epidermis.
• In grain plants, those distribution is nearly equal in the lower epidermis to in
the upper epidermis.
• T—absolute temperature
• 植物细胞膜的特点—生物膜（质膜、液泡
膜），半透膜，选择透性，水分子易于通 过，而对溶质则有选择性；而且细胞液与 外界溶液具有Ψw 差。
• 质壁分离（Plasmolysis）和质壁分离复原
（ Deplasmolysis）现象可以验证之。
高浓度溶液中， 细胞失水，质壁 分离。
扩散 依浓度梯度进行，短距离运输 集流 依压力梯度进行，长距离运输
A. 单个水分子通过膜 脂双分子层进入细胞
B．多个水分子通过水孔蛋白形成的水
通道进入细胞
水分移动需要能量做功，该动力来自于 渗透作用。
渗透作用：
通过半透膜移动的现象。
发生条件：半透膜，膜两边有浓度差。
1 mol物质的自由能。
每偏摩尔体积水的化学势，用Ψ表示，
0.5
0
-0.5
第一章植物生理学-水分生理
第一章植物生理学-水分生理
32
(三)、相邻细胞间水分运转的方向
X ψS＝－14Pa ψP＝＋ 8 Pa
Y ψS＝－14Pa ψP＝＋ 4 Pa
Z ψS＝－12Pa ψP＝＋7 Pa
ψW＝－6Pa
ψW＝－8Pa
X→Y←Z
ψW＝－5Pa
第一章植物生理学-水分生理
33
第一章植物生理学-水分生理
34
(四)、渗透作用
第一章植物生理学-水分生理
43
洋葱上表皮细胞的质壁分离
刚开始发生质壁分离
明显发生质壁分离
第一章植物生理学-水分生理
44
质壁分离的作用： ①测定细胞渗透势； ②判断细胞死活。（死细胞质膜无选择透 性，因此只有活细胞才有质壁分离现象； ③作为细胞是一个渗透系统的证据。
第一章植物生理学-水分生理
45
三、 吸胀吸水
第一章植物生理学-水分生理
8
三、 水分在植物生命活动中的作用
(四）水能使植物保持固有姿态 (五）细胞分裂及伸长都需要水分 (六）水还可以通过水的理化性质调节植物周
围的环境，这就是水对植物的生态作用。
第一章植物生理学-水分生理
9
四、植物体内水分状态及作用
自由水： 不被原生质胶体吸附的， 能自由移动并起溶剂作用的水。
渗
水柱1小时后的液面
透
装
置
• 由于渗透 作用纯水 通过选择 透性膜向 糖溶液移 动，使糖 溶液液面 上升
第一章植物生理学-水分生理
35
su5r%gae
wPautreer
等压
高渗
Bag 5%surgae su15rg%ae
低渗
第一章植物生理学-水分生理
植物生理学01水分生理
Root pressure (根压)：由于根系的生理活动 使液流从根部沿木质部导管上升的压力。一 般为0.1-0.2MPa 。 它大小和成分代表根生理 活动和强弱。
• 根 压 产 生 的 机 制
水分和溶质在根内的横向运输可能通过三条途径。 1 通过质外体 2 通过共质体 3 通过细胞膜
几个相关的概念
等渗溶液：溶液的Ψs等于细胞或细胞器的Ψw
p
s m
4, 水势的应用
水分总是由水势高的部位向水势低的部位运 转，故水势可用于判断水分迁移的方向。如：
1）相邻细胞的水分转移：水分由水势高的细胞沿水势梯
度流向水势低的细胞
故根系水分可向地上部分运转。 3）土壤-植物体-大气连续体系的水分转移：水势从高到低 的顺序是：土壤-根系-叶片-大气，水分也按此顺序迁
3）跨膜途径： 水分从一个细胞移动到另一个细胞，要经两次膜。
有研究表明，水分在细胞膜内的移动又有两种方式：一是单 个水分子直接越膜，二是经过一种膜通道蛋白——水孔蛋白进行 水孔蛋白
2、吸水部位 根系主要吸水区域-根毛区 数量度多，吸收面积 大； 细胞壁较薄，透水性 好； 输导组织发达。 栽植物时要带土，尽 量减少根毛损伤，以 利成活。
枝、果——皮孔蒸腾Lenticular transpiration约0.1% 叶片——角质层蒸腾cuticular transpiration(5~10%) 气孔蒸腾stomatal transpiration（主要方式）
4.2 气孔蒸腾
气孔--气体和水分交换的主要通道。
马 薯 表 皮 气 孔
1，气孔大小、数目及分布
1.2.1 植物体内水分含量 植物种类：水生90%以上>陆生40-90% >旱生 （沙漠）植物6%。木本<草本植物。 植物生长环境：阴生>阳生。 植物器官：生长点、根尖、幼嫩茎等达90%以 上>功能叶70-90% >树干40-50% >休眠芽 40% >风干种子8-14%。 凡是生命活动越旺 盛的部分，含水量也越高。
Chapter 1 植物的水分生理
Chapter 1 植物的水分生理一、名词解释：1、水势(Ψw，Ψs，Ψp，Ψm)水势是同温同压下，每偏摩尔体积细胞中的水与纯水的化学势之差。
Ψw=Δμw／V w.水势反应了植物系统中水参与化学反应和移动的能力。
水势的数值是相对的，纯水的水势最高，设定为零。
任何溶液的ψw均为负值。
溶液越浓，水势越低。
一般情况下细胞水势包括渗透势Ψs、压力势Ψp、衬质势Ψm和重力势Ψg。
Ψw = Ψs + Ψp + Ψm+Ψg渗透势Ψs（负）：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。
势水势的水势下降值。
凡影响细胞液浓度的外界条件都能改变渗透势。
Ψs = -icRT压力势Ψp（正）：由于细胞壁压力（细胞膨压）的存在而使水势增加。
细胞初始质壁分离，压力势为零；剧烈蒸腾，压力势为负。
衬质势Ψm（负）：细胞内亲水胶粒（如蛋白质、淀粉、细胞壁物质）对水分吸附而引起水势降低的值。
未形成液泡的细胞、干燥种子具有明显的衬质势：ψw=ψs+ψp+ψm一般植物细胞，衬质势很小可忽略：ψw=ψs+ψp重力势Ψg（正）：由于重力的存在使体系水势增加的数值。
Ψg=P w gh2、伤流和吐水根的主动吸水可由“伤流”和“吐水“两种现象证实。
【伤流】生长旺盛的植株，从地面切断，有汁液从残茎切口溢出的现象，是伤流。
流出的汁液是伤流液。
伤流与地上部无关，由根压引起。
伤流液除了含有大量水分外，还含有多种无机盐、有机物和植物激素。
所以，伤流液的数量和成分可作为根系活力强弱的指标。
【吐水】没有受伤的植物如处于土壤水分充足、气温适宜、空气潮湿的环境中，叶尖或叶缘向外溢出液滴的现象，是吐水。
吐水由根压引起的，通过叶尖或叶缘的水孔排出水分。
禾本科植物常常可出现吐水现象。
可利用吐水现象作为壮苗的一种生理指标。
3、膨压和根压液泡内溶质的存在降低了水势，细胞从外界吸收水分，细胞体积膨胀对细胞壁产生了一种压力，就是膨压。
（与水势中的压力势大小相等、方向相反）由于根系的生理活动使液流从根部沿木质部导管上升的压力，称为根压。
植物生理学
植物生理学第一章水分生理（一）名词解释自由水：远离植物细胞原生质胶体颗粒而可以自由移动的水分。
束缚水：又叫结合水，由于植物细胞原生质胶体颗粒紧密吸附而不易流动和流失的水分。
水势：溶液中每偏摩尔体积水的化学势差。
蒸腾速率：又称蒸腾强度或蒸腾率，是指植物在单位时间、单位叶面积上通过蒸腾作用散失的水量。
蒸腾效率：也称蒸腾比率，是指植物每蒸腾1kg水所形成干物质的克数。
水分临界期：指植物在生命周期中对水分缺乏最敏感，最易受害的时期。
（二）问答题1、植物细胞的水势由哪几部分组成？说明成熟植物细胞从萎蔫到充分膨胀的过程中，各个组分的变化情况。
含水体系的水势主要由四部分组成，即水势(ψw)= 溶质势(ψs)+衬质势(ψm)+压力势(ψp) +重力势(ψg)。
对于一个已形成液泡的成熟细胞来说，其ψw=ψs+ψp。
植物细胞吸水或失水，细胞体积会发生变化，渗透势和压力势因之也会发生改变。
在细胞初始质壁分离时（相对体积＝1.0），压力势为零，细胞的水势等于渗透势，两者都呈最小值（约-2.0MPa）。
当细胞吸水，体积增大时，细胞液稀释，渗透势増大，压力势増大，水势也増大。
当细胞吸水达到饱和时（相对体积＝1.5），渗透势与压力势的绝对值相等（约1.5MPa），但符号相反，水势为零，不吸水。
蒸腾剧烈时，细胞虽然失水，体积缩小，但并不发生质壁分离，压力势就变为负值，水势低于渗透势。
2、简述气孔运动机理的无机离子泵学说。
无机离子泵学说又称K+泵假说。
在光下，K+由表皮细胞和副卫细胞进入保卫细胞，保卫细胞中K+浓度显著增加，溶质势降低，引起水分进入保卫细胞，气孔就张开；暗中，K+由保卫细胞进入副卫细胞和表皮细胞，使保卫细胞水势升高而失水，造成气孔关闭。
这是因为保卫细胞质膜上存在着H+-ATP 酶，它被光激活后能水解保卫细胞中由氧化磷酸化或光合磷酸化生成的ATP ，并将H+从保卫细胞分泌到周围细胞中，使得保卫细胞的pH 升高，质膜内侧的电势变低，周围细胞的pH 降低，质膜外侧电势升高，膜内外的质子动力势驱动K+从周围细胞经过位于保卫细胞质膜上的内向K+通道进入保卫细胞，引发气孔开张。
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。
第一节水分
第一章食物成份化学第一节水分一、水的作用水是维持动、植物和人类生存必不可少的物质之一。
水的生理功用如下：一、水的溶解力很强，食物中各类无机及有机物质都很容易溶于水中，即便不溶于水的物质如脂肪和某些蛋白质，也能在适当条件下分散于水中，成为乳浊液或胶体溶液。
二、水是体内各类物质运输的载体。
3、水的比热及蒸发潜热大，能使生物体温维持恒定。
4、水是体内关节、肌肉等摩擦的润滑剂，食物吞咽需水的帮忙。
食物的含水量除谷物和豆类等种子外（1216％），一样都比较高（6090％），水是食物各类组分中数量最多的组分。
如：蔬菜85 97％蛋类73 75％水果80 90 ％乳类87 89％鱼类67 81 ％猪肉43 59％食物的含水量与其风味及腐败和发霉等现象有极大关系，如香肠的口味就与其吸水、持水情形关系专门大，而含水多的食物都容易发霉、腐败。
另外，食物中水分含量的转变也常引发食物的物理性质发生转变，如面包和饼类烘烤后变硬就不仅是失水干燥；而且也是水分含量的转变，使得淀粉结构发生转变的结果。
二、结合水与自由水尽管食物中含有大量水分，但在切开它们时一样都可不能流出水来，这表明，食物中含的水有二种，一种是与一般水一样能自由流动的水，称为自由水或游离水。
另一种是与食物中蛋白质、碳水化合物等以氢键结合着而不能自由运动的结合水，结合水的性质与一般水的不同：一、它的冰点为－40 C二、它没有溶剂作用3、食物中的微生物孢子不能利用结合水进行发芽和繁衍，因此，只要从食物中除去自由水，就可使食物安全地保藏。
食物的含水量，是指其中自由水与结合水的总和。
三、水分活性新鲜或干燥食物中的含水量，都随环境条件的变更而转变。
若是食物周围环境的空气干燥，湿度低，则水分会从食物向空气中蒸发，水分慢慢减少而干燥，反之，如环境湿度高，则干燥的食物就会吸湿,使得水分增多。
当食物所吸收的水量等于从食物中蒸发的水量时，食物的水分含量就再也不发生转变，咱们把现在的水分称为平稳水分。
第一章 植物的水分生理1
压力势 细胞壁在受到膨压作 草本植物叶肉细胞的ψ p，在温暖天气的 用时会产生与膨压大 午后为0.3～0.5MPa，晚上则达1.5 MPa ψp
小相等、方向相反的 壁压，即压力势， ψ p一般为正值.
特殊情况下ψ p也可为负值或零，初始质 壁分离时，细胞的ψ p为零；剧烈蒸腾时， 细胞壁出现负压，即细胞的ψ p呈负值
细胞渗透吸水的三种情况
Ø 植物细胞置于浓溶液中，由 于细胞壁的伸缩性有限，而 原生质层的伸缩性较大，当 细胞继续失水时，原生质层 便和细胞壁慢慢分离开来， 这种现象被称为质壁分离。
质壁分离
质壁分离复原
Ø 把发生了质壁分离的细胞浸在水势较高的稀溶液或清水中， 外液中的水分又会进入细胞，液泡变大，原生质层很快会恢 复原来的状态，重新与细胞壁相贴,这种现象称为质壁分离 复原。利用细胞质壁分离和质壁分离复原的现象可以判断细 胞死活，同时，也证明植物细胞是一个渗透系统。
２.细胞的压力势 原生质体、液泡吸水膨胀， 对细胞壁产生的压力称为膨压 (turgor pressure)。 细胞壁在受到膨压作用的同时 会产生一种与膨压大小相等、 方向相反的壁压，即压力势。
Ø 压力势一般为正值，它提高了细胞的水势。 Ø 草本植物叶肉细胞的压力势，在温暖天气的午后为0.3～ 0.5MPa，晚上则达1.5MPa。 Ø 在特殊情况下，压力势也可为等于零或负值。 例如初始质壁分离时，细胞的压力势为零； 剧烈蒸腾时，细胞壁出现负压，细胞的压力势呈负值。
（七）植物细胞间的水分移动
相邻两个细胞之间水分移动的方向，取决于两 细胞间的水势差，水分总是顺着水势梯度移动。
Ψπ = -1.5MPa Ψp = 0.7MPa Ψw = -0.8MPa
第一章植物的水分生理
第⼀章植物的⽔分⽣理第⼀章⽔分代谢第⼀节植物对⽔分的需要⼀、植物的含⽔量及其存在状态植物组织含⽔量⼀般为70%~90%。
存在状态：束缚⽔和⾃由⽔束缚⽔（bound water）：凡被原⽣质组分吸附、束缚不能⾃由移动的⽔分。
⾃由⽔（free water）：不被原⽣质组分吸附可⾃由移动的⽔分。
⾃由⽔/束缚⽔是衡量植物代谢强弱和抗性的⽣理指标之⼀。
⼆、⽔对植物的⽣理作⽤1、⽔是原⽣质的主要组分2、⽔直接参与植物体内重要的代谢过程3、⽔是物质吸收、运输的良好介质4、⽔保持植物的固有姿态5、细胞的分裂和⽣长需要⾜够的⽔6、⽔有特殊的理化性质⾼⽐热：稳定植物体温⾼汽化热：降低体温，避免⾼温危害介电常数⾼：有利于离⼦的溶解第⼆节植物细胞对⽔分的吸收※细胞吸⽔有3种⽅式：未形成液泡的细胞—吸胀吸⽔具中⼼液泡的成熟细胞—渗透性吸⽔代谢性吸⽔⼀、细胞的渗透性吸⽔（⼀）⾃由能、化学势、⽔势的概念⾃由能（G）：物质能⽤于做功的潜在能量。
化学势（µ）：描述体系中各组分发⽣化学反应的本领及转移的潜在能⼒。
每偏摩尔体积某物质的⾃由能。
⽔势（water potential）：每偏摩尔体积⽔的化学势差。
µ?w：纯⽔的化学势，定为0单位：ΔµJ /mol N·m/mol NΨw = = = =Vw，m m3/mol m3/mol m2⽔势的单位是压强的单位，帕Pa）、⼤⽓压（atm）、巴（bar）。
1bar = 0.1MPa = 0.987atmVw，m ：偏摩尔体积，指在恒温恒压其它组分不变的条件下加⼊1摩尔的⽔所引起的体积变化。
如：纯⽔的摩尔体积是18.00ml,加⼊58.00ml的⼄醇中，最终体积是75.00ml，⽔的偏摩尔体积是多少？17.00ml⽔分⼀定是从⽔势⾼处流向⽔势低处。
渗透作⽤（osmosis）：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。
（⼆）植物细胞构成的渗透系统成熟细胞的原⽣质层（原⽣质膜、原⽣质和液泡膜）相当于半透膜。
第一章植物的水分生理
过程。
根压是根系主动吸水的动力
2、蒸腾拉力（transpirational pull）
蒸腾作用（transpiration）是指水分以 气体状态，通过植物体的表面，从体内散 失到体外的现象。
蒸腾拉力是根系被动吸水的动力
根压一般不超过0.2MPa， 只能使水分上升20.4m。
（2）压力势
由于压力的存在而使体系水势改变的数值，用ψp 表示。
原生质吸水膨胀，对细胞壁产生压力，而细胞壁对原生质会 产生一个反作用力，这就是细胞的压力势。细胞压力势一般为正 值，只有在蒸腾过旺时为负值。
（3）重力势
由于重力存在而使体系水势改变的数值，
用ψg表示 。
当体系的两个区域高度相差不大时， 重力势可以忽略不计。
2. 共质体途径（symplast pathway）：是指水分从
一个细胞的细胞质经过胞间连丝（plasmodesma）移动 到另一个细胞的细胞质。共质体是细胞质的连续体。
3. 跨膜途径（transmembrane pathway）：是指水分从 一个细胞移动到另一个细胞，要通过质膜和液泡膜。
二、根系吸水的动力 1、根压（root pressure）：0.05-0.5MPa （1） 伤流（bleeding ）现象
途径：气孔
叶面扩散层
大气
蒸腾速率大小的决定因素： 气孔下腔和外界之间的蒸气压差
内部因素
❖ 气孔的频度 ❖ 气孔的大小 ❖ 叶片内部的面积
时间较长，就形成无氧 呼吸，产生和累积较多 酒精，根系中毒受伤， 吸水更少。
(3)土壤温度
低温能降低根系的吸水速率
① 水分本身的黏性增大，扩散速率降低；
② 细胞质黏性增大，水分不易通过细胞质；
植物的水分生理专家讲座
零值并不是没有水势，就好比定海平面为海拔高度 为0一样，作为一个参比值。
溶液：
➢溶液水势为负值,浓度越大，水势越低
植物的水分生理专家讲座
第11页
（二）渗透作用
水分从水势高系统经过半透膜向水势低系统移动现象
由渗透作用引发水 分运转
a.烧杯中纯水和漏 斗内液面相平； b. 因为渗透作用使烧 杯内水面降低而漏
>-0.01 影响土壤通气性，
旱田应排除，水田 可作为生态需水
植物的水分生理专家讲座
第45页
（二）土壤温度
1、土温低使根系吸水下降，原因： ⑴水粘度增加，扩散速率降低； ⑵根系呼吸速率下降，主动吸水减弱； ⑶根系生长迟缓，有碍吸水面积扩大。
2、土温过高对根系吸水不利，原因： ⑴提升根木质化程度，加速根老化， ⑵根细胞中各种酶蛋白变性失活。
在等温、等压下，1mol组分（物质）所含有自 由能。
植物的水分生理专家讲座
第9页
❖ 3. 水化学势和水势
❖ 水化学势（μw）：当温度、压力及物质数量（水 以外）一定时，体系中1mol水自由能。
❖ 水势（water potential):
❖ 每偏摩尔体积水在体系中化学势与纯水在相
同温度、压力下化学势之间差。
0.5MPa，晚上则达1.5MPa。 ➢在特殊情况下，压力势也可为等于零或负值。
比如初始质壁分离时，细胞压力势为零； 猛烈蒸腾时，细胞壁出现负压，细胞压力势呈负值。
植物的水分生理专家讲座
第18页
Ψg ：重力势（gravity otential)
水分因重力下移与相反力量相等时力量。 重力势依赖参加状态下水高度、水密度和 重力加速度而定，当水高1m时重力势是 0.01MPa。
植物生理学 第2章 水分生理 1
0 Mpa
1M KCl ---------------------------- 4.5Mpa 土壤水分供应充足生长迅速的叶片 - 0.2~- 0.8Mpa 土壤干旱，生长缓慢的叶片 - 0.8~- 1.5Mpa
（二）植物细胞是一个渗透系统
（1）植物细胞结构
证据？
（2）渗透系统 质膜
液泡膜
细胞质
半透膜
液泡化的植物细胞，衬质势可忽略不计。
重力势（gravity potential）
• 水分因重力的作用产生下移的趋势，它增加了细胞 中水的自由能，提高了水势，是正值。
• 0.01MPa
可忽略不计。
有液泡细胞的水势√
y w= y s + y p
cell水势、渗透势、压力势/MPa
1.5 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 0.9 1.0
集 流
2003年诺贝尔化学奖 获得者 阿格雷（Peter Agre）， 美国约翰霍普金斯大学
第三节 植物根系对水分的吸收和运输 一、根系对水分的吸收
根系吸水的主要部位－根毛区√ 冬黑麦： 生长4个月后根总面积 为枝叶总面积的30倍， 每天长出的新根为11万5千条， 根毛1亿1千9百万条， 连接起来88公里。
三、水分在植物生命活动中的作用 • 1、水的生理作用 • 2、水的生态作用
1、水的生理作用√
①水分是原生质的主要成分 ②水分是代谢过程的反应物质
③水分是物质吸收和运输的溶剂
④水分能保持植物的固有姿态 ⑤细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水
2、水的生态作用
①调节植物体温 ②改善田间小气候
第二节 植物细胞对水分的吸收
（二）根系吸水的动力√
第一章 植物的水分生理
第一章植物的水分生理植物对水分的吸收、水分在植物体内的运输和水分的排出等3个过程，称为植物的水分生理(Water physiology of plant)第一节植物对水分的需要一、植物的含水量不同植物的含水量有很大的不同。
例如，水生植物（水浮莲、满江红、金鱼藻等）的含水量可达鲜重的98%以上，在干旱环境中生长的低等植物（地衣、藓类）则仅占6%左右。
又如，草本植物的含水量为70%~90%，木本植物的含水量稍低于草本植物。
同一种植物生长在不同环境中，含水量也有差异。
凡是生长在荫蔽、潮湿环境中的植物，它的含水量比生长在向阳、干燥环境中的要高一些。
在同一植株中，不同器官和不同组织的含水量的差异也甚大。
例如，根尖、嫩梢、幼苗和绿叶的含水量为80%~90%。
树干为40%~50%，休眠芽为40%，风干种子为10%~14%。
二、植物体内水分存在的状态水分在植物细胞内通常呈束缚水和自由水两种状态。
细胞质主要是由蛋白质组成的，占总干重60%以上。
蛋白质分子很大，其水溶液具有胶体的性质，因此，细胞质是一个胶体系统。
蛋白质分子的疏水基（如烷烃基、苯基等）在分子内部，而亲水基（如—NH2，—COOH，—OH等）则在分子的表面。
这些亲水基对水有很大的亲和力，容易起水合作用。
所以细胞质胶体微粒具有显著的亲水性，其表面吸附着很多水分子，形成一层很厚的水层。
水分子距离胶粒越近，吸附力越强；相反，则吸附力越弱。
靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分，称为束缚水（bound water）；距离胶粒较远而可以自由流动的水分，称为自由水（free water）。
自由水参与各种代谢作用。
自由水占总含水量的百分比越大，则植物代谢越旺盛。
束缚水不参与代谢作用，束缚水含量与植物抗性大小有密切关系。
由于含自由水含多少不同，所以细胞质亲水胶体有两种不同的状态：一种是含水较多的溶胶，另一种含水较少的凝胶。
除了休眠种子的细胞质呈凝胶状态外，在大多数情况下，细胞质呈溶胶状态。
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3）细胞分裂及生长都需要水分；
4）水分是植物对物质吸收和运输及生化反应的溶剂；
5）水分能使植物保持固有的姿态（维持细胞紧张度）；
6）调节植物体温及其大气湿度、温度等（蒸腾失水）。
Section 2 植物细胞对水分的吸收
植物细胞吸收水分的主要方式
A) 渗透性吸水Osmosis absorption: 借助渗透作用，即水 分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动进 行吸水（最主要方式）。 B) 代谢性吸水metabolism absorption : 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。 C) 吸涨性吸水imbibition absorption: 亲水性胶体物质吸水 膨胀的现象。
二 吸涨性吸水的特点
Imbibition (吸胀作用)是亲水胶体吸水膨胀的现象。 只与成分有关：蛋白质>淀粉>纤维素> >脂类。豆科植 物种子吸胀现象非常显著。 未形成液泡的植物细胞，如风干种子、分生细胞主要靠 吸胀作用。 吸胀作用的动力为Ψm，因为Ψs=0，Ψp=0，Ψw=Ψm。
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。
• 干燥种子的Ψm可达-100MPa； 未形成液泡的细胞具有明显的衬质势， 已形成液泡的细胞（-0.01MPa左右），可以略 而不计。 一般植物细胞水势: • Ψw=Ψs+Ψp。
等渗溶液：溶液的Ψ s等于细胞或细胞器的Ψ w
p
s m
水势=渗透势+衬质势+压力势 渗透势（osmotic potential，）：溶液中溶质颗粒的存 在而引起的水势降低值。用负值表示。亦称溶质势 （s）。 它取决于细胞内溶质颗粒（分子或离子）总和。 植物叶Ψs为-1～ -2MPa ，旱生植物叶片Ψs达-10MPa。
Ψs还存在着日变化和季节变化。
渗透性吸水的原理------水势
溶液的水势
B) 扩散:浓度较高－－>浓度较低迁移
• （二）渗透作用 是指溶剂分子通过半透膜 (semipermeable membrane)的扩散作用。 • 半透性膜：动物膀胱、蚕豆种皮、透析袋。
1 植物细胞是一个渗透系统 * 细胞壁cell wall--A permeable membrane。 * 原生质膜Protoplastic layer--A semipermeable(selective) membrane。
一、细胞的渗透性吸水
（一）自由能，化学势，水势 bound energy和free energy。 自由能是指能够作功的能量和参与反应的本领。 化学势：1摩尔物质的自由能。
是一种物质能够用于作功或发生反应的能量度量。
A) 水势的概念
水势（water potential，w）
----- 某一系统中水的化学势与处于相同温度和压
Chapter 1 植物的水分生理
"有收无收在于水，多收少收在于肥"。
Section 1、 水分在植物生命活动中的意义
1.1 水的结构与理化性质
B. 高比热和高气化热 C. 大的表面张力、内聚力
• D. 高Байду номын сангаас电常数 and 良好的溶剂
1.2 植物的含水量及水分存在状态
1.2.1 植物体内水分含量 植物种类：水生90%以上>陆生40-90% >旱生（沙漠） 植物6%。木本<草本植物。 植物生长环境：阴生>阳生。 植物器官：生长点、根尖、幼嫩茎等达90%以上>功 能叶70-90% >树干40-50% >休眠芽40% >风干种子 8-14%。 凡是生命活动越旺盛的部分，含水量也越 高。
4, 水势的应用
水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转，故 水势可用于判断水分迁移的方向。如： 1）相邻细胞的水分转移 ：水分由水势高的细胞沿水势梯
度流向水势低的细胞
2）植物体内的水分转移 ：植株地上部分的水势低于根系，
故根系水分可向地上部分运转。
3）土壤-植物体-大气连续体系的水分转移：水势从高到低 的顺序是：土壤 -根系-叶片-大气，水分也按此顺序迁 移。
1.2.2 植物体内水分存在的状态
1）自由水（free water）：距离胶粒较远而可以自由流 动的水分。 2）束缚水（bound water）：靠近胶粒而被胶粒束缚不 易流动的水分。
1.2.3 植物体内水分状态与代谢的关系
1) 束缚水一般不参与植物的代谢反应。植物某些细胞和 器官主要含束缚水时，则代谢活动非常微弱，如越冬植 物的休眠和干燥种子，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；
2) 自由水主要参与植物体内的各种代谢反应。其含量多 少还影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛； 3) 自由水／束缚水的比值可作为衡量植物代谢强弱和抗 性的生理指标之一。
1.3 植物体内水分的生理生态作用
1）水是细胞质的主要成分（含水量一般达70％-90％）；
2）水分是代谢过程的反应物质和产物（光合、呼吸等）；
Cell wall Protoplastic layer
2, 质壁分离和质壁分离复原)
研究质壁分离和复原的意义： ①原生质层具有选择透性。 ②判断细胞死活。 ③测定细胞液的溶质势，进行农作物品种抗旱性鉴定。 ④测定物质进入原生质体的速度和难易程度。
3, 典型植物细胞的水势
对于一个典型的植物细胞，其水势由3部分组成，即：
压 力 势 （ pressure potential，
p）： 由于细胞壁压力的存
在而增加的水势值。一般为 正值。初始质壁分离时，p 为 0 ，剧烈蒸腾时， p 会呈 负值。 草本 ( 温暖天气）下
午 为 +0.3 ～ +0.5MPa ， 晚 上 为+1.5MPa。
衬质势 （ matric potential，m）： 细
力的纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积 所得的商。
它是水分转移本领大小的指标。
人为地设定 在等温等压条件下， 纯水的水势为零Ψw0=0。 溶液的水势就小于0，为负值。溶液越 浓，其水势的负 值越大。 Ψw的单位是MPa=106Pa=10bar。 海水为-2.5M Pa、 1M NaCl 为-4.46MPa 植物细胞在-0.1~1.5MPa。