第一章植物的水分生理

三、植物的含水量和体内水分存在的状态
• 不同植物的含水量有很大不同； • 同一种植物，不同环境下有差异； • 同一株植株中，不同器官、组织的含水量不同； • 植物在不同的发育阶段含水量不同；
生命活动较旺盛的部分，水分含量较多。
自由水（free water）：距离胶体颗粒较远，可以 自由移动的水分。
第一章植物的水分生理
第一章 水分生理
本章问题: 1. 植物的生命活动为什么需要水? 2. 水分是如何被植物吸收、运输和利用的？
本章需要掌握的基本内容：
基本概念：束缚水、自由水、扩散、集流、渗透作用、
自由能、化学势、水势、渗透势、压力势、蒸腾作用
基础知识：水的性质；水在植物体中的作用；植物根系吸水
束缚水（bound water）：较牢固地被细胞胶体颗 粒吸附，不易流动的水分。
自由水/束缚水比值影响代谢
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。
自由水/束缚水比值高时，代谢旺盛； 自由水/束缚水比值低时。代谢缓慢。
J·mol-1/m3·mol-1 = J·m-3 = N·m-2
几种常见化合物水溶液的水势范围
溶液 纯水 Hoagland营养液 海水 1mol/L 蔗糖 1mol/L KCl
水势(MPa) 0
-0.05 -2.50 -2.69 -4.50
三、植物细胞的水势
通常认为植物细胞的水势（ψw）由4部分组成， 渗 透 势 （ osmotic potential) ， 又 称 溶 质 势 (solute potential, ψs ) ；压力势（pressure potential, ψp)； 3) 衬 质 势 （ matric potential, ψm) ； 4) 重 力 势 （gravitational potential, ψg ）。
原生质层和细胞壁质壁分离复原现象
4.细胞吸水过程中水势组分
环境状况 等渗溶液 低渗溶液 纯水中 高渗溶液
体积 细胞状态
Hale Waihona Puke Baidu
V＝1 V>1 V最大 V<1
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 ψp＝0 ψp增大 ψp＝-ψs ψp<0
ψw ψw＝ψs
二、水势
水势（water potential） 是 指 每 偏 摩 尔 体 积 （ partial molar
volume ） 水 的 化 学 势 差 ， 用 希 腊 字 母 Ψ （psi）或φW表示。
水势的单位： Pa(帕) =N·m-2 或用MPa(兆帕)
化学势的单位：J·mol-1 其中J =（牛）N·m 偏摩尔体积的单位：m3·mol-1
ψw＝ ψs+ψp ψw＝0 ψw下降
质壁分离（plasmolysis）现象
（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。
之间的接触表面（water-air surface area） 5. 毛细管作用（capillarity）------水分沿毛细管上升 6. 抗张强度------水柱不易拉断
二、水分在植物生命活动中的作用
1. 细胞质的主要成分，生化反应的介质； 2. 生化反应的底物； 3. 植物吸收和运输物质的溶剂； 4. 保持植物固有的姿态； 5. 生态意义。
（4）衬质势
是细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束 缚而引起水势降低的值，是负值，用ψm表示 。
未形成液泡的细胞具有一定的衬质势，干燥种 子的ψm可达-100 MPa；
ψ 干燥种子的水势： w = ψm
已形成液泡的细胞，其衬质势只有-0.01 MPa左右，只占整个水势的微小部分，通常 省略不计。
的途径；植物吸水的动力；植物失水的方式；内聚力学说
研究热点：气孔运动的机制
第一节 植物对水分的需求
一、水的性质
1. 水是极性化合物------极性化合物的很好溶剂 2. 大的内聚力（cohesion）和附着力（adhesion） 3. 水分的蒸发需要高的热能------降温 4. 表面张力（surface tension）-------减少水和空气
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、植物细胞吸水的方式
❖ 扩散（diffusion） 指分子的随机热运动造成的物质从
浓度高的区域向浓度低的区域移动。
❖ 集流（ mass flow）
是指液体中 成群的分子或原 子在压力梯度的 驱动下共同移动。
❖ 渗透作用（osmosis）：
由两种浓度不同的溶液和一个半透膜 可以组成一个渗透系统，半透膜允许溶剂 通过，不允许溶质通过，那么溶剂通过半 透膜的移动就是渗透作用。
细胞的水势 = 渗透势 + 压力势 + 衬质势 + 重力势
ψw = ψs + ψp + ψm + ψg
（1）溶质势
由于溶质颗粒的存在而引起体系水势下降的数值。
溶液的溶质越多，其溶质势越低，且任一溶液的水势均 低于纯水的水势而为负值。
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: 绝对温度
ψw = ψs +ψp
细胞间水分的移动
相邻两细胞水分的移动方向，取决于两细胞间 的水势差异，水势高的细胞的水分总是向水势低的 细胞移动。
Ψs= -1.4 MPa
X
Ψp= +0.8 MPa
Ψw= -0.6 MPa
Ψs= -1.2 MPa
Ψp= +0.4 MPa
Y
Ψw= -0.8 MPa
水分移动的方向
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
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
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。