植物的水分代谢生理
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植物的水分代谢
0.2
37.8
2、水分的迁移方式
扩散（diffusion） 物质从高浓度(高化学势)的区域向低浓度(低化学势)区域自发的 转移称为扩散。 动力：两点间的化学势差(浓度差)。 对于短距离的物质运输有效。不适用于长距离运输。
渗透(osmosis)
当溶液被膜分开为两个部分时，溶质无法跨膜运输，溶剂的跨膜 扩散称为渗透。 渗透动力：膜两侧的水势差。 这是水分进入细胞的主要形式。
1.水分的生理作用
1）水是植物细胞原生质的重要组分
2）水是植物体内代谢过程的反应物质
3）水是植物各种生化反应和物质运输的介质 4）水使植物保持挺立的姿态 5）细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水
•正常代谢的组织原生质呈溶胶状态；代谢弱的干种子，原生质呈凝胶状态。
2.水对植物的生态作用：
1)水是植物体温调节剂
处在强烈蒸发环境中的细胞ψP会成负值？
• 因为植物细胞壁的表面蒸发失水，原生质和液泡中的一部分水分 就外移到细胞壁中去。但这时并不发生质壁分离。在强烈的蒸发 环境中, 细胞壁内已经没有水分了，原生质体便与细胞壁紧密吸 附而不分离。所以在原生质收缩时，就会拉着细胞壁一起向内收 缩。由于细胞壁的伸缩性有限，所以就会产生一个向外的反作用
用质壁分离现象解决下列几个问题(P13)：
1、鉴定细胞死活
2、测定细胞的渗透势
3、观察物质透过原生质的难易程度 4、证明植物细胞是渗透系统
低水势
常态
纯水
细胞水势、溶质势、压力势与细胞体积的关系
• 问题：
（1）甲、乙两细胞，甲放在0.4M的蔗糖溶液中，充分平衡后， 测得其渗透势为-0.8RT；乙放在0.3M的NaCl溶液中，充分平
饱和含水量
植物生理学-第一章 植物的水分代谢
一. 植物细胞对水分的吸收
二. 植物根系对水分的吸收
一、植物细胞对水分的吸收
（一）、植物细胞的水势
1.概念
μ w-μ
w
0
Δμ
w
ψ w＝
Vw
＝
Vw
是不能用于做 束缚能(bound energy)
物质能量
自由能(free energy)
有用功的能量。 是在恒温、恒压条件下 能够作功的那部分能量。
化学势(chemical potential,μ)
水孔蛋白（aquaporins,AQPS)
分子量为25～30KDa、具有选择性、高效转运 水分子的膜水通道蛋白称为水通道蛋白或水孔 蛋白（aquaporins)。 水孔蛋白只允许水分子通过，不允许离子和代 谢物通过，半径大于水分子（0.15nm），小于 最小溶质分子半径0.2nm。
膜内在蛋白 ，几乎都含有六个跨膜区段，分别 由五个环相连。
四、测定植物组织含水量的指标
（一）水分占鲜重的百分比：含水量=
鲜重 干重 ×100％ 鲜重
鲜重 干重 （二）水分占干重的百分比：含水量= ×100％ 干重
（三）相对含水量（Relative Water Content， RWC）：
实际含水量 RWC = ×100％ 饱和含水量
第二节 植物对水分的吸收
渗透作用：水分子（其他溶剂分子） 通过半透膜扩散的现象。
渗透装置的条件
1、具有半透膜 2、半透膜两侧具有浓度差
渗 透 装 置
图 2-1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
图1－1 渗透现象
1.实验开始时
2.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。
二. 植物根系对水分的吸收
一、植物细胞对水分的吸收
（一）、植物细胞的水势
1.概念
μ w-μ
w
0
Δμ
w
ψ w＝
Vw
＝
Vw
是不能用于做 束缚能(bound energy)
物质能量
自由能(free energy)
有用功的能量。 是在恒温、恒压条件下 能够作功的那部分能量。
化学势(chemical potential,μ)
水孔蛋白（aquaporins,AQPS)
分子量为25～30KDa、具有选择性、高效转运 水分子的膜水通道蛋白称为水通道蛋白或水孔 蛋白（aquaporins)。 水孔蛋白只允许水分子通过，不允许离子和代 谢物通过，半径大于水分子（0.15nm），小于 最小溶质分子半径0.2nm。
膜内在蛋白 ，几乎都含有六个跨膜区段，分别 由五个环相连。
四、测定植物组织含水量的指标
（一）水分占鲜重的百分比：含水量=
鲜重 干重 ×100％ 鲜重
鲜重 干重 （二）水分占干重的百分比：含水量= ×100％ 干重
（三）相对含水量（Relative Water Content， RWC）：
实际含水量 RWC = ×100％ 饱和含水量
第二节 植物对水分的吸收
渗透作用：水分子（其他溶剂分子） 通过半透膜扩散的现象。
渗透装置的条件
1、具有半透膜 2、半透膜两侧具有浓度差
渗 透 装 置
图 2-1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
图1－1 渗透现象
1.实验开始时
2.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。
植物生理学第1章 水分代谢
3、细胞间的水分移动
土壤水势>植物根水势>茎木质部水势>叶片水势>大气水势
4、水分在植物体内的迁移方式 迁移方式主要有两种：集流和扩散
（1）扩散：是物质分子（包括气体分子、水分子、 溶质分子等）从高浓度区域向低浓度区域转移，直 到分布均匀的现象。水分子可以从高水势区域向低 水势区域扩散，但比较慢。 （2）集流：是在外力的作用下，大量水分子快速运 动的现象。如导管的输水作用。 （ 3）渗透作用（osmosis)：是指液体通过半透膜进 行扩散的现象，是扩散作用的一种特殊形式。
渗透作用（ osmosis) ：是指水分从水势高的系 统通过半透膜向水势低的系统进行扩散的现象， 是扩散作用的一种特殊形式。
图1.2 渗透作用示意图
稀溶液的渗透势可用范特· 霍 夫 （ Vant Hoff）计算渗透压的公式来计算： ψs=ψπ=-iCRT
式中 i为溶质的解离系数； C为溶质的体 积 摩 尔 浓 度 （ mol· L-1 ） ； R 为 气 体 常 数 (0.0083dm3· Mpa· mol-1· K-1) ； T 为绝对温度 (K) 。 对于一个开放系统来说，在常温常压下， 溶液的水势就等于其渗透势。
土壤中的水分是以集流的方式向根部移
动。水分移动的速率与土质有关。
农业的节水灌溉
微灌技术：有微喷灌、滴灌、渗灌及微管灌等。 将灌溉水加压、过滤，经各级管道和灌水器具灌水于 作物根际附近。微灌技术具有以下优点: (1) 微灌技术的节水效益更显著。与地面灌溉相比， 可节水 80％～ 85 ％ .(2) 同时微灌可以与施肥结合，利 用施肥器将可溶性的肥料随水施入作物根区，及时补 充作物需要的水分和养分，增产效果好。 (3) 微灌可 以使土壤疏松、保持颗粒状。（ 4）微灌使地表干燥， 不利于杂草生长。
植物生理学-植物的水分代谢
第四节 植物的蒸腾作用
2.气孔开闭的机理： 2)离子泵学说。
第四节 植物的蒸腾作用
2.气孔开闭的机理： 3)苹果酸代谢学说。
第四节 植物的蒸腾作用
六、
1.光：光促进气孔的开启，蒸腾增加。 2.水分状况：足够的水分有利于气孔开放，过 多的水分反而使气孔关闭。 3.温度：气孔开度一般随温度的升高而增大， 但温度过高失水增大也可使气孔关闭。 4.风：微风有利于蒸腾，强风蒸腾降低。 5强.C。O2浓度：CO2浓度低促使气孔张开，蒸腾增
2.土壤温度：适宜的温度范围内土温愈高，
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
第四节 植物的蒸腾作用
一、概念：
蒸腾作用指水分从植物地上部分 以水蒸汽状态向外散失的过程叫蒸腾 作用。
蒸腾作用与蒸发不同，它是一 个生理过程，受植物体结构和气孔行 为的调节。
第四节 植物的蒸腾作用
二、蒸腾作用的生理意义 1.蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个
第三节 植物根系对水分的吸收
三.根系吸水的机理： １.主动吸水的机理： 主动吸水的动力 根压：指植物根系的生理活动使液流从根部 上升的压力。 伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象。 吐水：未受伤的叶片尖端或边缘向外溢出液滴 的现象，是由根压引起的。 伤流：是指从受伤或折断的植物组织溢出液体 的现象。伤流是根压引起的。
Vw
第二节 植物细胞对水分的吸收
一、植物细胞的水势 2.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：兆帕（MPa）、帕（Pa）、
巴(bar)、大气压(atm)。 1巴=0.1MPa = 0.987 大气压 = 105
第二节 植物细胞对水分的吸收
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。
植物的水分代谢解读
质壁分离（plasmolysis):植物细胞由于液泡失水而是 原生质体和细胞壁分离的现象 质壁分离的复原（deplasmolysis)
第二节 植物细胞对水分的吸收
4、细胞的水势
水势就是水的化学势。水流动需要能量，水用于做功的能量大小的 量度用水势来表示。一个系统中物质所含的能量可分为束缚能和自 由能两部分。束缚能是在恒温、恒压下不能做功的能量，而自由能 是在恒温恒压下用于做功的能量。只有自由能可用来做功，水只能 延着能量减小的方向移动，即从水势高向水势低的方向移动。
重力势ψ
g
：是水分因重力下移而引起水势降低的
力量，其大小取决于参考状态下水的高度（h）、
水的密度和重力加速度。
植物细胞水势的组分：
一个典型细胞的水势是由溶质势、压力
势、衬质势和重力势所组成。
ψ w =ψ
s
+ψ
p
+ψ
m
+ψ
g
对已形成中央大液泡的成熟植物细胞
来说，由于原生质仅为一薄层，液泡内的
大分子物质又很少，衬质势 ψ 为 ψ w =ψ 质势 ψ
水势的单位：兆帕（ MPa ）、帕（ Pa ）、巴
(bar)、大气压(atm)。 1巴=0.1MPa = 0.987 大气压 = 105 帕
cell水势、溶质势、压力势/MPa
1.5 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
Ψp Ψw
Ψs
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相对体积
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。 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。
水分代谢
2、作物形态指标：生长速度、颜色变化、萎蔫程度。 3、生理指标：叶片水势、细胞液浓度、气孔状况。
三、节水灌溉的生理基础
1、精确灌溉 2、调亏灌溉 3、控制性分根区灌溉
本章复习题
1、名词解释： 水势、渗透势、压力势、渗透作用、蒸腾速率、 蒸腾比率、蒸腾系数、水分临界期、根压 2、问答题：
（1）、通过质壁分离可以解决那些问题？
水分临界期（critical period of water）： 植物对水分不足最敏感、最易受害的时期。
小麦：分蘖-抽穗期；灌浆-乳熟期
二、合理灌溉的指标
合理灌溉除满足植物的正常生长之外， 还能改善栽培环境的土壤条件和气候环境， 间接对作物发生影响。
1、土壤含水量：一般作物生长较好的土壤含水量为60-80%。
蒸腾的器官：叶片（主要），茎及地上部其它器官。
1、皮孔蒸腾：皮孔（木本植物的0.01%） 2、角质蒸腾：角质层（一般占5~10%） 3、气孔蒸腾：气孔
二、气孔蒸腾
（一）、气孔运动
（二）、气孔运动的机理
1.淀粉-糖变化学说 主要内容：认为保卫细胞水势的变化是糖和淀粉互相转化的 结果。关键酶为淀粉磷酸化酶（在PH6.1-7.3促进淀粉水解， PH2.9-6.1促进葡萄糖-1磷酸合成淀粉）。光照条件下由于保 卫细胞具有叶绿体，进行光合作用消耗二氧化碳细胞PH升高， 促进淀粉水解，细胞内可溶物质增加，水势降低，气孔吸水 打开。在黑暗条件下，光合作用停止，而呼吸作用仍进行， 累积二氧化碳使细胞PH升高，促进淀粉合成，细胞内可溶物 质减少，水势增加，气孔关闭。
四、水势
1、热力学名词
自由能：在恒温、恒压条件下，系统中可以作功的能量。 束缚能：在恒温、恒压条件下，系统中不能作功的能量。 化学势：1mol物质中的自由能就是该物质的化学势。
三、节水灌溉的生理基础
1、精确灌溉 2、调亏灌溉 3、控制性分根区灌溉
本章复习题
1、名词解释： 水势、渗透势、压力势、渗透作用、蒸腾速率、 蒸腾比率、蒸腾系数、水分临界期、根压 2、问答题：
（1）、通过质壁分离可以解决那些问题？
水分临界期（critical period of water）： 植物对水分不足最敏感、最易受害的时期。
小麦：分蘖-抽穗期；灌浆-乳熟期
二、合理灌溉的指标
合理灌溉除满足植物的正常生长之外， 还能改善栽培环境的土壤条件和气候环境， 间接对作物发生影响。
1、土壤含水量：一般作物生长较好的土壤含水量为60-80%。
蒸腾的器官：叶片（主要），茎及地上部其它器官。
1、皮孔蒸腾：皮孔（木本植物的0.01%） 2、角质蒸腾：角质层（一般占5~10%） 3、气孔蒸腾：气孔
二、气孔蒸腾
（一）、气孔运动
（二）、气孔运动的机理
1.淀粉-糖变化学说 主要内容：认为保卫细胞水势的变化是糖和淀粉互相转化的 结果。关键酶为淀粉磷酸化酶（在PH6.1-7.3促进淀粉水解， PH2.9-6.1促进葡萄糖-1磷酸合成淀粉）。光照条件下由于保 卫细胞具有叶绿体，进行光合作用消耗二氧化碳细胞PH升高， 促进淀粉水解，细胞内可溶物质增加，水势降低，气孔吸水 打开。在黑暗条件下，光合作用停止，而呼吸作用仍进行， 累积二氧化碳使细胞PH升高，促进淀粉合成，细胞内可溶物 质减少，水势增加，气孔关闭。
四、水势
1、热力学名词
自由能：在恒温、恒压条件下，系统中可以作功的能量。 束缚能：在恒温、恒压条件下，系统中不能作功的能量。 化学势：1mol物质中的自由能就是该物质的化学势。
植物生理学 2.水分代谢
区和分生区, 根毛区的吸水能力最大。)(F)
原因：(F)
①根毛区有许多根毛，增大了吸收面积； ②根毛细胞壁的外部由果胶质组成，粘性强， 亲水性也强，有利于与土壤颗粒粘着和吸水；
③根毛区的输导组织发达，对水分移动的阻 力小。
二 根系吸水的途径
1、质外体途径 2、跨膜途径 3、共质体途径
三 根系吸水的动力
角质蒸腾 叶片蒸腾的方式 气孔蒸腾（主要方式）
（二）气孔蒸腾
一)气孔的形态结构及生理特点
1.气孔数目多、分布广 2.气孔的面积小，蒸腾速率高 3.保卫细胞体积小,膨压变化迅速 4.保卫细胞具有多种细胞器 5.保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微 纤丝结构 6.保卫细胞与周围细胞联系紧密
图2-6 气孔蒸腾的过程
（1）气孔的构造：(F)
由两个肾形的保卫细胞组成。
（2）保卫细胞的特点：外壁薄内壁厚；内有叶绿体；
有淀粉磷酸化酶。
（3）气孔运动：
（1）单位：巴（Pa）(帕)
1巴=0.987大气压=106达因/cm2
（10.2米水柱高）
（2）符号：Ψ （3）纯水的水势：0巴 （4）溶液的水势：为负值（小于0）（原因）
（水分的流动是由水势高处流向水势低处。）
小结：
纯水的水势定为零， 溶液的水势就成负值。 溶液越浓，水势 越低 。 水分移动需要能量。
土壤温度过高对根系吸水也不利。
原因：
①高温加速根的老化过程，吸收面积减少， 吸收速率也下降。
②温度过高使酶钝化，影响根系主动吸水。
４土壤溶液浓度
根系要从土壤中吸水，根部细胞的水势必须 低于 土壤溶液的 水势。
➢在一般情况下，土壤溶液浓度较低，水势较 高，根 系吸水；
➢盐碱土则相反
原因：(F)
①根毛区有许多根毛，增大了吸收面积； ②根毛细胞壁的外部由果胶质组成，粘性强， 亲水性也强，有利于与土壤颗粒粘着和吸水；
③根毛区的输导组织发达，对水分移动的阻 力小。
二 根系吸水的途径
1、质外体途径 2、跨膜途径 3、共质体途径
三 根系吸水的动力
角质蒸腾 叶片蒸腾的方式 气孔蒸腾（主要方式）
（二）气孔蒸腾
一)气孔的形态结构及生理特点
1.气孔数目多、分布广 2.气孔的面积小，蒸腾速率高 3.保卫细胞体积小,膨压变化迅速 4.保卫细胞具有多种细胞器 5.保卫细胞具有不均匀加厚的细胞壁及微 纤丝结构 6.保卫细胞与周围细胞联系紧密
图2-6 气孔蒸腾的过程
（1）气孔的构造：(F)
由两个肾形的保卫细胞组成。
（2）保卫细胞的特点：外壁薄内壁厚；内有叶绿体；
有淀粉磷酸化酶。
（3）气孔运动：
（1）单位：巴（Pa）(帕)
1巴=0.987大气压=106达因/cm2
（10.2米水柱高）
（2）符号：Ψ （3）纯水的水势：0巴 （4）溶液的水势：为负值（小于0）（原因）
（水分的流动是由水势高处流向水势低处。）
小结：
纯水的水势定为零， 溶液的水势就成负值。 溶液越浓，水势 越低 。 水分移动需要能量。
土壤温度过高对根系吸水也不利。
原因：
①高温加速根的老化过程，吸收面积减少， 吸收速率也下降。
②温度过高使酶钝化，影响根系主动吸水。
４土壤溶液浓度
根系要从土壤中吸水，根部细胞的水势必须 低于 土壤溶液的 水势。
➢在一般情况下，土壤溶液浓度较低，水势较 高，根 系吸水；
➢盐碱土则相反
1植物的水分生理
在而使水势降低的值；或称溶质势(solute potential， ΨS)，为负值
❖Ψπ =-iCRT ❖ C-溶液的摩尔浓度，T-绝对温度
R-气体常数，i-解离系数
❖ 压力势(pressure potential, Ψp )：由于细胞壁压力的 存在而引起细胞水势增加的值；一般为正值
❖ 衬质势(matrix potential, Ψm)：细胞胶体物质亲水性 和毛细管对自由水的束缚(吸引)而引起的水势降低 值；为负值
❖ 2）植物细胞的渗透性吸水 ❖ 半透膜：只允许水等小分子物质透过，其它溶
质分子或离子则不易透过的膜。如质膜和液泡膜
❖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 ❖(osmosis)
❖ 3）植物细胞与外部溶液之间就构成了一个渗透 系统
高渗
原生质膜、
溶液
液泡膜是
半透膜
❖ 例如，休眠种子和越冬植物体内的自由水/束缚水比 例低。
❖1.1.3 水分对植物生命活动中的作用 ▪ 1）原生质的主要组分 原生质一般含 水量在70%-90% ▪ 2）代谢作用过程的反应物质 ▪ 3）植物对物质吸收和运输的溶剂 ▪ 4）保持植物的固有姿态
1.2 植物细胞对水分的吸收
❖1.2.1 水分进出细胞的途径 ❖ 1）单个水分子：通过膜脂双分子层的间隙进入细
❖ 换算关系：
❖
1 bar=0.1 MPa=0.987 atm，
❖ 或1 atm=1.013×105 Pa=1.013 bar。
溶液 纯水 海水
Ψw /MPa 0
-2.50
1mol·L-1蔗糖 1mol·L-1 KCl Hoagland营养液
-2.69 -4.50 -0.05
❖Ψπ =-iCRT ❖ C-溶液的摩尔浓度，T-绝对温度
R-气体常数，i-解离系数
❖ 压力势(pressure potential, Ψp )：由于细胞壁压力的 存在而引起细胞水势增加的值；一般为正值
❖ 衬质势(matrix potential, Ψm)：细胞胶体物质亲水性 和毛细管对自由水的束缚(吸引)而引起的水势降低 值；为负值
❖ 2）植物细胞的渗透性吸水 ❖ 半透膜：只允许水等小分子物质透过，其它溶
质分子或离子则不易透过的膜。如质膜和液泡膜
❖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 ❖(osmosis)
❖ 3）植物细胞与外部溶液之间就构成了一个渗透 系统
高渗
原生质膜、
溶液
液泡膜是
半透膜
❖ 例如，休眠种子和越冬植物体内的自由水/束缚水比 例低。
❖1.1.3 水分对植物生命活动中的作用 ▪ 1）原生质的主要组分 原生质一般含 水量在70%-90% ▪ 2）代谢作用过程的反应物质 ▪ 3）植物对物质吸收和运输的溶剂 ▪ 4）保持植物的固有姿态
1.2 植物细胞对水分的吸收
❖1.2.1 水分进出细胞的途径 ❖ 1）单个水分子：通过膜脂双分子层的间隙进入细
❖ 换算关系：
❖
1 bar=0.1 MPa=0.987 atm，
❖ 或1 atm=1.013×105 Pa=1.013 bar。
溶液 纯水 海水
Ψw /MPa 0
-2.50
1mol·L-1蔗糖 1mol·L-1 KCl Hoagland营养液
-2.69 -4.50 -0.05
植物的水分代谢
植物的水分代谢第一节植物对水分的需要一、植物的含水量一般规律：在40%～90%范围内。
水生植物>中生植物>旱生植物；生长期>休眠期；组织含水量可代表植物的代谢强度。
二、水分在植物体内的存在状态1、束缚水：被亲水胶体紧紧吸附不能自由移动的水分；2、自由水：离亲水胶体相对较远可以自由移动的水分；3、自由水/束缚水的比例对植物代谢强度的影响：三、水分的生理作用1.细胞原生质的重要组分:2.代谢过程的反应物质与介质;3.植物吸收物质的溶剂，运转物质的载体;4.使植物保持挺立姿态;5.水的生态作用如调节植物体温等。
第二节细胞对水分的吸收一.水势的概念1.自由能：物质分子在恒温横压条件下可用于作功的那部分能量。
2.化学势：每摩尔任何物质的自由能叫该物质的化学势。
其可以用来衡量物质参与反应或转移的能力。
当有化学势差存在时，物质将从化学势高的系统移向化学势低的系统化学势是能量的概念，单位：J/mol J=N·m3.水的化学势向水势概念的转变：•植物生理学中研究水分的移动用水势的概念。
•水势是压力的概念，单位是N/m2. 优点：①能量的变化不好测定，而测定压力很简便；②能与土壤学、气象学中的压力单位相一致.•将化学势的能量概念转变成水势的压力概念，可以用水的化学势除以水的偏摩尔体积，即：J/mol N·m / mol•———— = ————— = N/m2•V W m3/mol水势的概念：•任一体系水的化学势与同条件下纯水的化学势之差，除以水的偏摩尔体积所得的商.水势的表达及单位：人为地将25℃、1个大气压下的纯水的水势规定为0，溶液的水势则用其与同温同压下的纯水的水势差来表示。
纯水的水势最高，故一切溶液的水势均为负值。
水势的单位：过去用bar(巴)，现在用Pa(帕)或兆帕（MPa）,1个大气压=1.013×105 Pa1巴= 105 Pa = 0.1 Mpa=0.987个大气压二.植物细胞水势的构成因素1.溶质势(ψs . ψπ):溶液中由于溶质的存在而使水势降低的值。
植物生理学第01章 植物的水分代谢
第一章植物的水分代谢本章内容提要水是植物生命的基础。
植物水分代谢包括水的吸收、运输和散失过程。
植物细胞吸水有三种方式：渗透吸水、吸胀吸水和代谢性吸水，以渗透吸水为主。
根系是植物吸水的主要器官，吸水的主要区域为根毛区，吸水的方式有主动吸水和被动吸水，其吸水动力分别为根压和蒸腾拉力。
蒸腾拉力是植物主要的吸水动力。
水分在植物体内连续不断地运输是蒸腾拉力—内聚力克服水柱张力的结果。
植物主要通过叶片蒸腾散失水分，具有重要生理意义。
气孔蒸腾是植物叶片蒸腾的主要形式。
蒸腾速率与气孔的开闭关系很大。
气孔开闭可能是通过保卫细胞内K+的积累学说和苹果酸代谢来调节的。
许多外界因子能调节气孔开闭。
作物需水因作物种类不同而异，一般而论，植物的水分临界期是花粉母细胞四分体形成期，合理灌溉要综合考虑土壤含水量、作物形态指标及生理指标。
灌溉的生理指标能即使反映植物体内的水分状况，是较为科学的。
第一节水分在植物生命活动中的作用一、植物体内的含水量不同植物的含水量不同；同一种植物生长在不同的环境中含水量也有差异；在同一植株中不同器官和不同组织的含水量也不同。
二、水对植物的生理作用1、原生质的主要组分。
原生质一般含水量在70%～90%以上，这样才可使原生质保持溶胶状态，以保证各种生理生化过程的进行。
如果含水量减少，原生质由溶胶变成凝胶状态，细胞生命活动大大减缓（例如休眠种子）。
2、接参与植物体内重要的代谢过程。
在光合作用、呼吸作用、有机物质合成和分解的过程中均有水的参与。
3、多生化反应和物质吸收、运输的良好介质。
植物体内绝大多数生化过程都是在水介质中进行的。
水分子是极性分子，参与生化过程的反应物都溶于水，控制这些反应的酶类也是亲水性的。
各种物质在细胞内的合成、转化和运输分配，以及无机离子的吸收和运输在水介质中完成的。
4、使植物保持固有的姿态。
细胞含有大量的水分，维持细胞的紧张度，因而使植物枝叶挺立、花朵开放等。
3、分裂和延伸生长都需要足够的水。
植物生理学第01章植物的水分代谢
植物⽣理学第01章植物的⽔分代谢第⼀章植物的⽔分代谢本章内容提要⽔是植物⽣命的基础。
植物⽔分代谢包括⽔的吸收、运输和散失过程。
植物细胞吸⽔有三种⽅式：渗透吸⽔、吸胀吸⽔和代谢性吸⽔，以渗透吸⽔为主。
根系是植物吸⽔的主要器官，吸⽔的主要区域为根⽑区，吸⽔的⽅式有主动吸⽔和被动吸⽔，其吸⽔动⼒分别为根压和蒸腾拉⼒。
蒸腾拉⼒是植物主要的吸⽔动⼒。
⽔分在植物体内连续不断地运输是蒸腾拉⼒—内聚⼒克服⽔柱张⼒的结果。
植物主要通过叶⽚蒸腾散失⽔分，具有重要⽣理意义。
⽓孔蒸腾是植物叶⽚蒸腾的主要形式。
蒸腾速率与⽓孔的开闭关系很⼤。
⽓孔开闭可能是通过保卫细胞内K+的积累学说和苹果酸代谢来调节的。
许多外界因⼦能调节⽓孔开闭。
作物需⽔因作物种类不同⽽异，⼀般⽽论，植物的⽔分临界期是花粉母细胞四分体形成期，合理灌溉要综合考虑⼟壤含⽔量、作物形态指标及⽣理指标。
灌溉的⽣理指标能即使反映植物体内的⽔分状况，是较为科学的。
第⼀节⽔分在植物⽣命活动中的作⽤⼀、植物体内的含⽔量不同植物的含⽔量不同；同⼀种植物⽣长在不同的环境中含⽔量也有差异；在同⼀植株中不同器官和不同组织的含⽔量也不同。
⼆、⽔对植物的⽣理作⽤1、原⽣质的主要组分。
原⽣质⼀般含⽔量在70%～90%以上，这样才可使原⽣质保持溶胶状态，以保证各种⽣理⽣化过程的进⾏。
如果含⽔量减少，原⽣质由溶胶变成凝胶状态，细胞⽣命活动⼤⼤减缓（例如休眠种⼦）。
2、接参与植物体内重要的代谢过程。
在光合作⽤、呼吸作⽤、有机物质合成和分解的过程中均有⽔的参与。
3、多⽣化反应和物质吸收、运输的良好介质。
植物体内绝⼤多数⽣化过程都是在⽔介质中进⾏的。
⽔分⼦是极性分⼦，参与⽣化过程的反应物都溶于⽔，控制这些反应的酶类也是亲⽔性的。
各种物质在细胞内的合成、转化和运输分配，以及⽆机离⼦的吸收和运输在⽔介质中完成的。
4、使植物保持固有的姿态。
细胞含有⼤量的⽔分，维持细胞的紧张度，因⽽使植物枝叶挺⽴、花朵开放等。
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
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• 化学势（chemical potential）用来衡量物质反 应或转移所用的能量，是用来在描述体系中组分 发生化学反应的本领及转移的潜在能力，一摩尔 物质的自由能就是该物质的化学势，常用μ表示
其他因素。“有收无收在于水”和“水利是农 业的命脉” 体现水分重要性。
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• 植物的生长发育、新陈代谢和光合作用等一切生 命过程都必须在水环境中才能进行，没有了水， 植物的生命活动就会停滞，植株则干枯死亡
• 地球上水分的供应量不仅决定了植物的生态分布， 而且显著影响了植物的生理生化特性
• 植物与水分的关系：植物一方面从周围环境中吸 收水分，以保证生命活动的需要；另一方面又不 断地向环境散失水分，以维持体内外的水分循环、 气体交换以及适宜的体温
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第二节 植物细胞对水分的吸收
一 自由能、化学能、水势
• 根据热力学原理，系统中物质的总能量可分为束 缚能（bond energy）和自由能（free energy）。
• 束缚能是不能用于做有用功的能量。在恒温、恒 压条件下体系可以用来对环境作功的那部分能量 叫自由能（free energy）
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的释放理和需利用水与生态需水两个方面
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2
• 同化作用：植物从环境中吸收简单无机物，经过各 种变化，形成各种复杂有机物，综合成为自身一部 分，同时把太阳光能转变成为化学能，贮藏于有机 物中，这种合成物质的同时获得能量代谢过程。
• 异化作用：植物体将体内复杂的有机物分解为简单 的无机物，同时把贮藏在有机物中的能量释放出来， 供生命活动用，这种分解物质的同时释放能量的代 谢过程。
• 植物的水分代谢(water metabolism) ：植物对 水分的吸收、运输、利用和散失的过程
• 意义：研究植物水分代谢的基本规律，掌握合理
灌溉的生理基础，满足作物生长发育对水分的需
要，为作物提供良好的生态环境，这对农作物的
高产、稳产、优质、高效有着重要意义
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第一节 植物对水分的需要
一 植物的含水量
• 不同植物的含水量不同，有高达90%，也有仅占6%（干 旱环境生长的地衣、藓类）
• 草本植物70～85%，木本植物含水量稍低于草本植物 • 同一种植物，在不同环境中，含水量也存在差异
同一株植物中，不同器官和不同组织含水量的 差异也很大。根尖、嫩梢、幼苗和绿叶含水量 60-90%，树干为40-50%，休眠芽40%，风干种 子10-14%。即：凡是生命活动较旺盛的部分， 含水量都较多。
植物的物质生产和 光能利用
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• 代谢（metabolism）是维持各种生命活动 （如生长、繁殖和运动等）过程中化学变 化（包括物质合成、转化和分解）的总称
• 植物代谢的特点在于：它能把环境中简单 无机物直接合成自身的复杂的有机物。植 物是地球上最重要的自养生物
植物代谢，从性质上可分为物质代谢和能量代谢； 从方向上可分为同化（assimilation）或合成代谢 （anabolism）和异化（disassimilation）或分解 代谢（catabolism）
属于空气营养。
• 简单来说，本篇就是说明植物从环境中摄取 必需物质，进行糖类等物质的初级合成和光
能转变为化学能的过程。
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4Leabharlann 第一章 植物的水分生理• 水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命 • 植物也起源于水中，后来其中的一部分才逐渐
进化为陆生植物。 • 农作物产量对供水的依赖性也往往超过了任何
• 联系：同化作用和异化作用是密切联系的对立统一。 同化作用中有异化反应（如光合作用暗反应中消耗 ATP，生成ADP和Pi），在异化作用中有同化反应 （如呼吸作用中把ADP和Pi合成ATP）。
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3
本篇内容
• 分三章：植物水分生理、矿质营养和植物光 合作用。
• 前两章叙述植物对水分、肥的吸收和利用， 属于土壤营养；后一章讨论绿色植物利用外 界的二氧化碳和水，和成淀粉等有机物，同 时将光能转变为化学能贮藏于光合产物中，
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二 植物体内水分存在状态
• 植物体内水分存在有两种方式：自由水和束缚水 • 束缚水：蛋白质、糖类、脂肪等物质的亲水性集团
（如：-NH2、-COOH、-OH）等把水分子吸附到这些 物质表面，使这些水分不能自由移动，这些水分称 为束缚水，主要功能：与植物的抗性相关 • 自由水：没有被在蛋白质、糖类、脂肪等物质亲水 性集团吸附而被束缚这些物质表面，可以自由移动 的水分。主要功能是：参与植物的各种代谢活动。
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三 水分在植物生命活动中的作用
水分对于植物的生命活动的作用可概括如下：
1 水是细胞的重要组成成分
一般植2物水组是织含代水谢量过占程鲜的重反的应75％物-质90％，水生植物含水量可达
9约51%0，%水3番，是茄藓水光、类是合黄、各作瓜地种用、衣的生西仅原理瓜5%料约-生7。9%化0。在%反，细呼树胞应吸干中作和、的用运休水以输眠可及物芽分许质约为多4二的有0类%机介，，物质风一质干类的种是子与 细胞水组合4分成水子紧和能具密分有结使解极合植过性而程物，不中保是能都持自有固然由水界移有分动中的子、能参姿不溶与态易解。蒸物没发质有散最水失多，的这水良些称好重为溶要束剂缚。