水分生理
植物的水分生理
第四节 植物的蒸腾作用
蒸腾作用 (transpiration) -植物体内的水 分以气态散失到 大气中去的过程。
一、蒸腾作用的生理意义和方式
（一）蒸腾作用的生理意义
1.蒸腾拉力是植物吸水与转运水分的主要动 力 2.促进木质部汁液中物质的运输 3.降低植物体的温度 （夏季，绿化地带的气温比非绿化地带的气温 要低3-5 ℃） 4.有利于CO２的吸收、同化
（二）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
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
（通过渗透计可测 定渗透势、溶质势）
（三）植物细胞可以构成一个渗透系统
原生质层：包括 质膜、细胞质 和液泡膜看成 一个半透膜 液泡内的细胞 液含许多溶解 在水中的物质， 具有水势。
➢风干种子中，处于凝 胶状态的原生质的衬 质势常低于-10MPa， 甚至-100MPa,所以吸 胀吸水就很容易发生。
➢未形成液泡的幼嫩细 胞能利用细胞壁的果 胶、纤维素以及细胞 中的蛋白质等亲水胶 体对水的吸附力吸收 水分。
降压吸水
-因ψp的降低而引发的细胞吸水 ➢蒸腾旺盛时，导管和叶肉细胞的细胞
蔓陀萝叶气孔 小麦叶气孔
引起气孔运动的主要 原因是：保卫细胞的 吸水膨胀或失水收缩
细胞的压力势 (press potential)
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)。 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。
➢压力势一般为正值，它提高了细胞的水势。 ➢草本植物叶肉细胞的压力势，在温暖天气的午后为
植物生理学2_植物的水分生理
(2)薄膜型抗蒸腾剂 能在叶面形成薄层，阻碍水分散失，如硅酮、胶 乳、聚乙烯蜡、丁二烯丙烯酸等。
(3)反射型抗蒸腾剂 增加叶面对光的反射，降低叶温，减少蒸腾量， 如高岭土。
Ψw =Ψs + Ψp + Ψm + Ψg
Ψs为渗透势， Ψp为压力势， Ψm为衬质势， Ψg为重力势
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。
一般情况下，压力势为正值
渗透势(Ψπ) 一般叶组织 旱生植物叶片 -1.0～ -2.0 MPa -10.0 MPa
Ψs = - 1.4 Mpa
Ψs = - 1.2 Mpa
Ψp = + 0.8 Mpa
Ψw = - 0.6 Mpa X
Ψp = + 0.4 Mpa
Ψw = - 0.8 Mpa Y
两个相邻的细胞之间的水分移动方向是由二者的水势差 决定；多个细胞相连时，水分从水势高的一端流向水势低 的一端。
第三节根系吸水和水分向上运输
（三）影响气孔运动的因素
1、光照：光照—张开 黑暗—关闭
景天科植物例外
2、温度：上升—气孔开度增大
10℃以下小，30℃最大，35℃以上变小
3、CO2
：低浓度—促进张开
高浓度—迅速关闭 4、水分：水分胁迫—气孔开度减小或关闭 5、植物激素（CTK、ABA)
小结
水势是指每偏摩尔体积水的化学势差。植物细胞的水
Free Water
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1章 植物水分生理
2、水势
水势（water potential）：是指在等温等压下，体系
中每偏摩尔体积的水与纯水的化学势差。
ψw=(μw-μwO)/ Vw,m μwO ：纯水的化学势。 μw-μwO ：表示水的化学势差,单位为J/mol。 Vw,m ：表示水的偏摩尔体积，单位为m3/mol。是指在恒温
第一章 植物的水分生理
水是植物的一个重要环境条件。植物一切正常生 命活动只有在细胞含有一定的水分状况下才能进行； 否则，植物的正常生命活动就会受阻，甚至死亡。所 以，在农业生产中，水是决定收成有无的重要因素之 一。农谚说：“有收无收在于水，收多收少在于肥”， 就是这个道理。
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）。
植物细胞高含水量及水的不可压缩性，使细胞产生 静水压，维持一定的紧张度，使植物保持固有姿态。 5、水调节植物体温和环境气候
水份可维持体温相对稳定。蒸腾散热，调节体温； 低温时灌水护苗；高温干旱时灌水调节温度和湿度。
早春寒潮降临时，秧田灌水可保温抗寒
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、植物细胞的水势
1、自由能与化学势 系统中物质总能量=束缚能+自由能
主要内容
第一节 水分在生命活动中的作用 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 植物的蒸腾作用 第五节 植物体内水分向地上部分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
第一节 水分在生命活动中的作用
一、水分子的结构
二、水的物理化学性质 1、高比热容 2、高气化热 3、高溶解热 4、水的密度 5、水的蒸汽压 6、水的内聚力、粘附力和表面张力 7、水的高抗张（拉）力及不可压缩性 8、水的介电常数及溶解性
名词解释00403
名词解释第一章水分生理１.渗透势：也称溶质势，渗透势是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的水势。
２.压力势：是指细胞的原生质体吸水膨胀，对细胞壁产生一种作用力，与此同时引起富有弹性的细胞壁产生一种限制原生质体膨胀的反作用力。
３.质外体：是指植物体中的细胞壁、细胞间隙和木质部导管的连续系统。
４.共质体：是指由胞间连丝将细胞的原生质联系起来的连续系统。
５.质外体途径：是指水分或溶质只通过质外体，即细胞壁、细胞间隙和木质部的导管，为被动运输，速度快。
６. 共质体途径：是指水分或溶质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，形成细胞质的连续体，移动速率较慢。
７.跨膜途径：是指水分或溶质从一个细胞，移动到另一个细胞，要两次通过液泡膜，故称之为跨膜途径。
移动速率较慢。
８.细胞途径：共质体途径和跨膜途径同称为细胞途径。
移动速率较慢。
９.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。
，称为渗透作用。
渗透作用是水分跨膜运输的动力。
１０.蒸腾作用：是指水分以气体状态，通过植物体的表面（主要是叶片），从体内散失到体外的现象。
１１.蒸腾速率：植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量。
一般以每小时没平方米叶面积蒸腾水量的质量表示。
１２.水分临界期：植物对水分不足特别敏感的时期。
一般为孕穗期和灌浆期。
１３.水分生理：水分的吸收、水分在质外体内的运输和水分的排出，称为水分生理。
14. 质壁分离：植物细胞由于液泡失水而使原生质体和细胞壁分离的现象称为质壁分离。
第二章矿质营养１.矿质营养：植物对矿物质的吸收、转运和同化，称为矿质营养。
２.被动运输：是指离子（或溶质）跨过生物膜不需要能量，是顺电化学势梯度进行运输的方式。
被动运输包括简单扩散和协助扩散。
３. 主动运输：是指离子（或溶质）跨过生物膜需要代谢供给能量，是逆电化学势梯度进行运输的方式。
被动运输包括质子泵和离子泵。
４.离子通道：是细胞膜中有通道蛋白构成的孔道，控制离子通过细胞膜。
水分生理
衬 质 势
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
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
例题：
1、将充分饱和的细胞放入比其细胞液浓度低10倍的溶液中， 其体积会如何变化？ 2、将细胞放入与其渗透势相等的糖溶液中，则细胞是吸水、 失水还是保持平衡？ 3、若细胞的ψw = ψs ，将其放入纯水中，则体积如何变 化？ 4、一个细胞的ψw=-0.8MPa，在初始质壁分离时ψs=1.6MPa，设该细胞在初始初始质壁分离时比原来体积 缩小4%，计算其原来的ψs和ψp各为多少？
② 代谢理论 :认为呼吸释放的能量参与根 系的吸水过程。
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。
是由枝叶形成的力量传到根部而 引起的被动吸水
蒸腾作用(transpiration)
是指水分以气体状态，通过植物体的
表面(主要是叶子)，从体内散失到体 外的现象。
生理意义：
G1P经糖酵解转化为PEP
苹果酸根使细胞里的 消耗CO2 pH增高(8.0-8.5), 水势下降，同时 ATP 酶-H+泵水解ATP，泵 活化PEP羧化酶 出H+到细胞壁，造成 膜电位差，激活K+ - → 草酰乙 PEP + HCO3 通道和Cl-通道， K+ 酸→ 苹果酸 和Cl-进入GC
水分从 根向地 上部运 输的途 径
水分集流通过水孔蛋白形成的水通道
水势(water potential)就是每偏摩尔体积水的化 学势。 即水溶液的化学势(μw)与同温、同压、同一系统 — 中的纯水的化学势(μw0)之差(△μw)，除以水的偏摩 尔体积(Vw)所得的商，称为水势。
植物的水分生理
细胞液
上一页
15
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
上一页
2.发生质壁分离的条件
（1）外界环境水势低于细胞水势；
（2）原生质层具有选择性； （3）细胞壁与细胞质的收缩能力不同。
3.质壁分离说明以下问题
（1）原生质层具有半透膜的性质； （2）判断细胞的死活； （3）能测定细胞的渗透势（？）,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。
17
(二)植物细胞的水势
细胞的水势公式： ψw＝ψs＋ ψp ＋ψg ＋ ψm 1 .渗透势(溶质势)：由于溶质颗粒的存在而使水势降低
的部分（水的自由能降低），一般为负值。
2 .压力势：由于细胞壁压力的存在而增加的水势，一般 为正值，但质壁分离时为0，剧烈蒸腾时为负。 3 .重力势：水分因重力下移与相反力量相等时的力量。 有液泡的细胞或细胞群 ：ψw＝ψs＋ ψp
水通道蛋白
生物膜上具有通透水分
功能的内在蛋白，亦称水 孔蛋白(aquaporin)。
质膜内在蛋白
液泡膜内在蛋白
6个跨膜螺旋与两个保留的NPA（AsnPro-Ala）残基的水孔蛋白的结构
三、渗透作用
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。
水势：衡量水分反应或作功能量的高低。指每偏摩尔体积 水的化学势差。 纯水 Ψ o w =零 溶液：溶液的水势为负值,浓度越大，水势越低。
（二）根系吸水的方式及动力
1、主动吸水和根压 （1）根压的产生 由于离子的主动吸收，使皮层内外产生水势差，水分向 中柱扩散而产生静水压力（根压）——由于水势梯度引起水 分进入中柱后产生的压力。 （2）伤流 （3）吐水
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。
第二章 水分生理
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3．温度
▵ 气孔开度一般随温度的升高而增大。在30℃左右，气孔
开度达最大。
但35℃的温度会引起气孔开度减小。
低温下（如10℃）长时期光照也不能使气孔张开。 ▵ 温度对气孔开度的影响可能是通过影响呼吸作用和光合 作用，改变叶内CO2 浓度而起作用的。
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4．水分
▵ 缺水可导致植物保卫细胞失水而关闭气孔。
第四节 蒸腾作用 一、蒸腾作用的生理意义和蒸腾部位 二、气孔蒸腾 三、影响蒸腾作用的外、内条件 第五节 植物体内水分的运输 一、水分运输的途径 二、水分运输的速度 三、水分沿导管或管胞上升的动力
第三节 植物根系对水分的吸收
一、根系吸水的途径 二、根系吸水的动力 三、影响根系吸水的土壤条件
第六节 合理灌溉的生理基础
2．压力势Ψp 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。
3．衬质势Ψm 是细胞胶体物质的亲水性和毛细管对自由水的
束缚作用而引起水势降低的值，以负值表示。 一个具有液泡的成熟细胞的水势主要由渗透势和压力势组成， 即 Ψw＝Ψπ＋Ψp
14
㈣ 细胞间的水分移动
▵ 相邻两细胞的水分移动方向，决定于两细胞间的水 势差异，水势高的细胞中的水分向水势低的细胞流动。
15
二、细胞的吸涨作用
▵吸涨：指亲水胶体吸水膨胀的现象。 ▵吸胀力：干燥种子细胞质、细胞壁、淀粉粒、蛋白质等等生 物大分子都是亲水性的，而且都处于凝胶状态，它们对水分子的 吸引力很强，这种吸引水分子的力称为吸胀力。 ▵吸胀作用：因吸胀力的存在而吸收水分子的作用称为吸胀作 用。 吸胀力实际上就是衬质势，即由吸胀力的存在而降低的水势值。
渗 透：是指溶剂分子通过半透膜而移动的现象。
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。 ★
第二章 植物水分生理
ψw = ψm
ψw = ψs +ψp
第二节 植物细胞对水分的吸收
4.细胞吸水过程中水势组分
环境状况 体积 细胞状态 松弛状态，临界质 壁分离 膨胀状态，细胞吸 水 饱和状态，充分膨 胀 萎蔫状态，失水， 质壁分离 ψp ψw
等渗溶液
低渗溶液 纯水中 高渗溶液
V＝1
V>1 V最大 V<1
ψ p＝0
ψ p增大 ψ p＝-ψ s ψ p<0
根部吸水的途径
第三节 植物根系对水分的吸收
五、影响根系吸水的土壤条件 1.土壤通气状况：通气状况良好，有利于根 吸水； 2.土壤温度：适宜的温度范围内土温愈高， 根系吸水愈多； 3. 土壤溶液浓度：根细胞水势小于土壤水势 有利于根系吸水
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
第二节 植物细胞对水分的吸收
二、 细胞吸水的方式： 2.吸胀吸水：依赖于低的ψ m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。
一、 植物的含水量 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。 一种植物，不同环境下有差异 荫蔽、潮湿 > 向阳、干燥环境 同一植株中，不同器官、组织不同 根尖、幼苗和绿叶——60％～90％ 树干——40～50％ 休眠芽——40％ 风干种子为8％～14％ 生命活动较旺盛的部分，水分含量较多。
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。植物对水分的吸收、运输、
第二章 水分生理-新
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，质壁分离时，压力 势为零；只有在蒸腾过旺时为负值。
⑤重力势
由于重力的存在使体系水势增加的
数值，称重力势。重力使水向下移动，即处于 较高位置的水比较低位置的水有较高的水势。 当体系中的两个区域高度相差不大时，重力势 可忽略不计。
3、测定细胞的渗透势
4、观察物质通过细胞的速率。
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，整个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。
以水的偏摩尔体积(Vw)所得的商，称为水势。
概念
• 水的化学势差Δμw是体系中水的化学势
μw与同温下纯水的化学势μw°之差值
偏摩尔体积在一定温度、压力和浓度下，1 摩尔某组分在混合物中所体现出来的体积，称 为该组分在该条件下的偏摩尔体积。偏摩尔体 积的单位是m3· -1。 mol
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，
第一节
一.水的理化性质
二.植物的含水量
水分与植物细胞
三.植物体内水分存在的状态
四.水分在植物生命活动中的作用
一、水的理化性质
水独特的性质是由它的分子结构造成的。 水分子有很强的极性。2个氢原子和1个氧原子 以共价键结合，使水分子成为极性分子。带正 电何的一端可以和带负电何的一端相互吸引形 成氢键。所以水分子之间有很强的内聚力。
适合于水分短距离的(如细胞间)迁徙。
（二）集流
集流是指液体中成群的原子或分子在压力 梯度下的共同移动 特点：集流与溶质浓度梯度无关； 中、远距离运输； 通过膜上的水孔蛋白形成的水通道实施的。
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。
植物水分生理的名词解释
植物水分生理的名词解释植物水分生理是研究植物如何获取、传输和利用水分的学科。
水分对于植物的生存和发展起着至关重要的作用，它参与植物的新陈代谢、光合作用、营养物质运输等各个方面。
本文将解释与植物水分生理相关的重要名词，以便更好地了解植物的水分调节机制。
1. 渗透压：渗透压是指溶液中的溶质造成的水分子浓度差异所导致的压力差别。
植物细胞内含有许多溶解物质，而外界土壤和环境中的水也是含有各种溶质的溶液。
当植物体内的渗透物质浓度高于外界环境时，植物细胞就会吸收外界水分进入细胞内，实现渗透调节和维持细胞内稳定的渗透压。
2. 蒸腾作用：蒸腾作用是植物通过气孔散发水分的过程。
在植物叶片的气孔开放状态下，由于气孔内外的水蒸气压差使得水分从植物体内的根系流向叶片表面，并由气孔排出。
蒸腾作用在植物体内形成了一条连续的水分通道，不仅用于水分供应，还起到调节温度、输送养分和维持细胞形态等重要生理功能。
3. 根压力：根压力是细胞内的物质代谢以及根系对水分的吸收带来的压力。
当土壤的水分供应充足时，根系吸收更多的水分并通过细胞间隙向上输送，产生一定的正压力。
根压力的存在有助于推动水分在植物体内的上升运输，并提供足够的水分供应，以应对干旱和蒸腾作用等环境压力。
4. 叶片水势：叶片水势是指植物叶片内的水分压力。
它可以反映植物体内的水分状况，并与渗透调节、蒸腾作用和水分传输等密切相关。
叶片水势的变化对植物的生长、开花和落叶等生理过程具有重要影响。
通过合理控制和调节叶片水势可以提高植物对水分的利用效率，保持植物体内的稳定状态。
5. 温度胁迫：温度胁迫是指植物由于环境温度过高或过低而产生的生理反应。
高温胁迫会导致植物体内水分的丧失加剧，加速蒸腾作用和蒸散速率，严重时甚至引发植物脱水和凋萎等问题。
低温胁迫则会影响植物根系吸收和传输水分的能力，导致植物体内水分的紧缺，甚至引发冻害。
6. 水分利用效率：水分利用效率是指植物在获取和利用水分时所产生的生物量和产量之间的关系。
植物水分生理
植物生理学水分生理水是生命的源泉，是植物重要的生存条件之一。
水分对植物的生命活动有极其重要的生理和生态作用。
植物通过不断的从环境中吸取水分，保持其正常的含水量，参与各项生理代谢活动。
而植物吸收的绝大多数水分主要通过蒸腾作用散失至大气，就是通过蒸腾作用产生的“蒸腾拉力”以及根系主动吸水所产生的“根压”发挥其生物学功能，来促进植物对土壤矿质元素的吸收和运输，促进体内有机物运输。
植物正常的生命活动就是建立在对水分不断地吸收、运输、利用和散失的过程中。
水分在植物体内有自由水和束缚水两种存在形式，两种水分存在形式不是固定不变的。
自由水起到溶剂的作用，直接参与植物的生理过程和生化反应；束缚水则是被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质亲水基团所吸引而不能自由移动。
因此，自由水/束缚水比值较高时，植物代谢活跃生长较快，抗逆性较差；反之则代谢活性低生长缓慢，抗逆性较强。
植物水势是偏摩尔体积的水在一个系统中的化学式与纯水在相同温度、压力下的化学式之间的差。
植物细胞和土壤溶液水势的组分均由溶质势（Ψs）、衬质势（Ψm）、压力势（Ψp）和重力势（Ψg）组成，即：Ψw=Ψm+Ψs+Ψp+Ψg。
其中，溶质势恒为负值、衬质势趋于零、压力势一般为正值、重力势为正值但可忽略不计，所以水势可表示为Ψw=Ψs+Ψp。
相同点：（1）土壤中构成溶质势的成分主要是无机离子,而细胞中构成溶质势的成分除无机离子外,还有有机溶质；（2）土壤衬质势主要是由土壤胶体对水分的吸附所引起的,而细胞衬质势则主要是由细胞中蛋白质、淀粉、纤维素等亲水胶体物质对水分的吸附而所引起的；（3）土壤溶液是个开放体系中,土壤的压力势易受外界压力的影响,而细胞是个封闭体系,细胞的压力势主要受细胞壁结构和松驰情况的影响。
如将一个植物细胞放在纯水中，因纯水水势永远大于植物细胞水势故植物细胞吸水植物细胞水势升高，有植物细胞壁的存在植物细胞不会吸水涨破，水势升高到一阶段遍不再变化。
在一个成熟的细胞中，原生质层相当于一个半透膜。
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
第二章 水分生理
2.吸胀吸水
依赖于低ψm而引起的吸水。衬质吸引水分子的力量称为吸 胀力，衬质吸水膨胀的现象称为吸胀作用。无液泡的分生组织, 干燥种子
3.降压吸水
因ψp的降低而引发的细胞吸水。
(三）细胞吸水过程中水势组分的变化
1.5 1
特例
1、强烈蒸腾下细胞 充 分 吸 水
0.5
0
Ψp为负值
2、初始质壁分离细胞
伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象。
(1)伤流
是从植物伤口溢出液体的现象。把丝瓜茎在近地面处切 断后，伤流现象可持续数日。
图2-11 伤流和根压 示意图 A.伤流液从茎部切 口处流出 B.用压 力计测定根压
伤流液 多种无机物和有机物，还有植物激素。
有些伤流液是重要的工业原料，松脂、生漆和橡 胶等。伤流液的数量和成分，根系生理活性的指标。
(4)水使植物保持固有的姿态
3.水对植物生存有着重要的生态意义
(1)水对植物体温的调节 不易受高温伤害。 (2)水对植物生存环境的调节 增加大气湿度、 改善土壤及土壤表面大气的温度、改善田间小气候等。
(3)水的透光性使水生植物的需光反应正常进行
生理需水 用于植物生命活动和 保持植物体内水分平衡所需要的水分。 生态需水 利用水的理化特性,调 节植物生态环境所需要的水分。
图2-10 植物根部吸收 水分途径示意图 水分可以经过质外体、 共质体和跨膜途径通过 皮层。水分到达内皮层 时被凯氏带阻断，必须 通过跨膜运输才能进出 内皮层
三、根系吸水的机理
(一)主动吸水
主动吸水由于根系代谢活动而引起的根系吸水的过程
伤流和吐水都是主动吸水的表现。
1.根压
根压是木质部中的正压力。
尼亚加拉瀑布
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；
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第一章水分生理
一、选择题
1、每生成1mol 的干物质所需要的水的mol数，称为（）。
A. 蒸腾强度
B. 相对蒸腾量
C. 蒸腾系数
D. 蒸腾比率
2、风干种子的水势为（）。
A . ψW =ψs B. ψW =ψm C. ψW =ψp D. ψW=ψs+ψp
3、微风促进蒸腾，主要因为它能（）。
A. 使气孔大开
B. 降低空气湿度
C. 吹散叶面水汽
D. 降低叶温
4、植物从叶尖、叶缘分泌液滴的现象称为（）。
A. 吐水
B. 伤流
C. 排水
D. 流水
5、一植物细胞的ψw = - 0.37 MPa，ψp = 0.13 MPa，将其放入ψs = - 0.42 MPa的溶液(体
积很大)中，平衡时该细胞的水势为（）。
A. -0.5 MPa
B. -0.24 MPa
C. -0.42 MPa
D. -0.33 MPa
6、在同一枝条上，上部叶片的水势要比下部叶片的水势（）。
A. 高
B. 低
C. 差不多
D. 无一定变化规律
7、植物细胞吸水后，体积增大，这时其Ψ s（）。
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 等于零
8、当细胞内自由水/束缚水比值低时，这时植物细胞（）
A 代谢强、抗性弱
B 代谢弱、抗性强C代谢、抗性都强D代谢、抗性都弱
9、用小液流法测定组织水分状况，当小液滴不浮不沉时，其糖液ψs就等于植物组织的（）
A .ψw B.ψs C.ψp D.ψm
10、植物的水分临界期是指（）。
A. 植物需水最多的时期
B. 植物水分利用率最高的时期
C. 植物对水分缺乏最敏感的时期 D . 植物对水分需求由低到高的转折时期
11、在土壤水分充分的条件下，一般植物的叶片的水势为（）。
A. - 0.2~ - 0.8 MPa
B. - 2 ~ - 8 MPa
C. - 0.02 ~ - 0.08 MPa
D. 0.2~0.8 MPa
12、根据（）就可以判断植物组织是活的。
A. 组织能吸水
B. 表皮能撕下来
C. 细胞能染色
D. 能质壁分离
二、是非题
1、等渗溶液就是摩尔数相等的溶液。
（）
2、细胞间水分流动的方向取决于它们的水势差。
（）
3、蒸腾拉力引起被动吸水，这种吸水与水势梯度无关。
（）
4、将一充分吸水饱和的细胞放入比其细胞浓度低10倍的溶液中，其体积变小。
（）
5、蒸腾效率高的植物，一定是蒸腾量小的植物。
（）
6、根系是植物吸收水和矿质元素唯一的器官。
( )
7、空气相对湿度增大，空气蒸汽压增大，蒸腾加强。
（）
8、没有半透膜即没有渗透作用。
（）
9、植物对水分的吸收、运输和散失过程称为蒸腾作用。
（）
10、在正常晴天情况下，植物叶片水势从早晨到中午再到傍晚的变化趋势为由低到高再
到低。
（）
11、共质体与质外体各是一个连续的系统。
（）
12、在细胞为水充分饱和时，细胞的渗透势为零。
（）
三、填空题
1、将一植物细胞放入ψW = -0.8 MPa的溶液（体积相对细胞来说很大）中，吸水达到平
衡时测得细胞的ψs = -0.95 MPa，则该细胞的ψp为（），ψW为（）。
2、植物体内自由水/束缚水比值降低时，植物的代谢活动（）。
3、植物体内自由水/束缚水比值升高时，抗逆性（）。
4、植物气孔保卫细胞膨压增大时气孔（），保卫细胞K+大量积累时气孔（）。
5、（）两种现象可以证明根压的存在。
6、植物体中的水分以（）两种状态存在。
7、当植物细胞处于初始质壁分离时，其Ψ W =（）；当细胞吸水达到饱和时，其Ψ W 为
（）。
形成液泡的细胞主要靠（）吸水。
8、将一细胞放入清水中，细胞的水势变化趋势是（），细胞的渗透势（），压力势（）。
9、茎叶的水势比根的水势（）；在同一根部，要根内侧细胞的水势比外侧细胞的水势
（）。
10、淀粉磷酸化酶在pH 降低时把（）转变为（）。
在光下由于光合作用的进行，保卫
细胞中（）减少，pH 上升。
11、根系吸水动力有根压和（）两种。
前者与（）有关，后者则与（）有关。
12、水特殊理化性质中的（）和（）高，为水调节植物体温提供了有利条件。
13、利用质壁分离现象可以判断细胞（）、测定植物的（），以及观察物质透过原生质
层的难易程度。
14、根系吸水有主动吸水和被动吸水两种方式，前者的动力是（），后者的动力是（）。
15、和纯水相比含有溶质的水溶液其冰点（）。
16、当叶片失水出现萎蔫状态时，细胞的膨压为（）。
17、一粒玉米的干种子，把它丢进水中，其主要依靠（）吸水。
18、在根部水分运输阻力最大的部位是（）。
四、名词解释
1、小孔扩散律
2、根压
3、内聚力学说
4、水势
5、衬质势
6、渗透势
7、渗透作用
8、束缚水
9、水分临界期10、蒸腾拉力11、蒸腾速率12、水孔蛋白
五、问答题
1、试述水分通过植物细胞膜的特点及途径。
2、水有哪些特殊的理化性质，这些特性对植物有怎样的作用？
3、三个相邻细胞A,B,C的ψsψp如下所列，三细胞的水势各为多少?水流的方向如何?
A ψs = - 1 MPa
B ψs = - 0.9 MPa
C ψs = - 0.8 MPa
ψp = 0.4 MPa ψp = 0.6 MPa ψp = 0.4 MPa
4、设一细胞的ψπ为-0.8MPa，将其放入ψπ为-0.3MPa的溶液中，试问细胞的压力势为
何值时，才发生如下三种变化？（1）细胞体积减小；（2）细胞体积增大；（3）细胞体积不变。
5、哪些外界因素影响植物吸水和蒸腾作用? 适当降低蒸腾的途径有哪些？
6、有A、B两个细胞，A细胞Ψp= 0.4MPa，Ψs = -1.0MPa；B细胞Ψp= 0.3MPa，Ψs =
-0.6MPa。
在27℃时，将A细胞放入0.12mol/Kg蔗糖溶液中，B细胞放入0.2mol/Kg
蔗糖溶液中。
假设平衡时两细胞的体积不变，平衡后细胞的水势、渗透势、压力势各为多少？两细胞接触时水分流向如何？(气体常数R=0.0083KgMPa/mol.K)
7、高大树木导管中的水柱为何可以连续不中断？假如某部分导管中水柱中断了，树木
顶部叶片还能不能得到水分？为什么？
8、试述水分进出植物体的途径及动力。
9、根压是如何产生的? 其在植物水分代谢中有何作用?
10、假定土壤的渗透势和衬质势之和为-0.2 MPa，生长在这种土壤中的植物根的渗透势
为-1 MPa，压力势为0.7 MPa，在根与土壤水分达到平衡时，根细胞ψWψp各为多少?
如向土壤中施入化肥，其水势变为-0.5 MPa，植物可能会发生什么现象?
11、以下论点是否正确？为什么？
A将一个细胞放入某一浓度的溶液中，若细胞液浓度与外界溶液的浓度相等，则体积不变。
B若细胞的ψp=-ψπ，将其放入0.001mol/L的溶液中，则体积不变。
C若细胞的ψW=ψπ，将其放入纯水中，则体积不变。
D有一充分为水饱和的细胞，将其放入比细胞液浓度低50倍的溶液中，则体积不变。
12、试述气孔运动的机制。
13、假定土壤的渗透势和衬质势之和为-0.2 MPa，生长在这种土壤中的植物根的渗透势
为-1 MPa，压力势为0.7 MPa，在根与土壤水分达到平衡时，根细胞ψWψp各为多少?
如向土壤中施入化肥，其水势变为-0.5 MPa，植物可能会发生什么现象?
14、A，B，C三种土壤的田间持水量分别为38%，22%，9%，其永久萎焉系数分别
为18%，11%，3%，用这三种土分别盆栽大小相同的同一种植物，浇水到盆底刚流出水为止，以后不再浇水，请问哪种土壤中的植物将首先萎焉?说明理由。
15、以下论点是否正确？为什么？
A将一个细胞放入某一浓度的溶液中，若细胞液浓度与外界溶液的浓度相等，则体积不变。
B若细胞的ψp=-ψπ，将其放入0.001mol/L的溶液中，则体积不变。
C若细胞的ψW=ψπ，将其放入纯水中，则体积不变。
D有一充分为水饱和的细胞，将其放入比细胞液浓度低50倍的溶液中，则体积不变。
参考答案
D B C A C B A B A C A D - + - + - - - + - - - -
1、0.15MPa -0.8MPa
2、降低
3、降低
4、张开、张开
5、伤流、吐水
6、自由、束缚
7、Ψw=Ψs、Ψw=0、Ψs
8、升高、升高、升高
9、低、低10、可溶性糖、淀粉、CO2
11、蒸腾拉力、根生理活动、蒸腾作用12、比热、汽化热
13、死活、组织渗透势14、根压、蒸腾拉力15、下降
16、0 17、吸胀作用或衬质势18、内皮层凯氏带。