植物的水分生理生态
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
植物水分生理生态学研究植物的水分生理及其与环境的相互作用
植物水分生理生态学研究植物的水分生理及其与环境的相互作用植物的水分生理及其与环境的相互作用是植物生态学中一个重要的研究领域。
植物作为生命体的一种，需要水分来维持其正常的生长发育和生存环境。
在不同的环境条件下，植物的生态适应性也不同，这与其水分生理有着密切的关系。
本文将从植物的水分生理机制、水分对植物生长发育的影响以及植物与环境的相互关系等方面进行讨论。
首先，植物的水分生理机制是植物研究中的关键之一。
植物通过根系吸收土壤中的水分，经过导管系统运输至叶片，然后通过叶片气孔蒸腾作用蒸发出来。
这一过程中，植物能够调节根系吸水量、导管系统的水分运输速率以及气孔开闭程度等来维持其内部水分平衡。
同时，植物的根系还能够与土壤中的水分形成一种特殊的关系，即植物根系的覆盖度越高，土壤的蒸发量就越低，从而减少植物水分的损失。
其次，水分对植物的生长发育有着重要的影响。
水分是植物进行光合作用的重要成分，是维持细胞代谢的必需物质。
如果植物缺水，就会导致光合作用受限，进而影响植物的生长发育。
此外，水分还能够调节植物细胞的形态结构，如细胞膨压通过调节细胞内压力来控制细胞形态，维持植物器官的正常功能。
最后，植物与环境的相互作用是植物生态系统的关键环节。
水分是植物与环境之间进行物质交换的桥梁。
植物透过根系吸收水分，同时通过蒸腾作用释放水分到大气中。
这种水分的释放不仅能够影响大气湿度，还能够影响地面的水分循环。
此外，植物的水分利用效率在一定程度上决定其对环境的适应能力。
例如，干旱地区的荒漠植物通常具有较高的抗旱性和水分利用效率，而湿地植物则通常具有较高的生长速度和水分吸收能力。
综上所述，植物的水分生理以及其与环境的相互作用是植物生态学中的重要研究领域。
通过对植物水分生理机制的研究，可以更好地理解植物的水分调节机制。
同时，水分对植物生长发育的影响也是植物研究中的一个重点。
最后，植物与环境的相互作用是植物生态系统的关键环节，通过水分的循环和利用，植物能够适应不同的环境条件。
第一章 植物的水分生理-植物生理学(潘瑞炽第7版)
低渗溶液(低 浓度） 纯水中
V>1
ΨP增大 Ψp= -Ψs
Ψw= Ψs +Ψp Ψw = 0
饱和状态，充分膨胀
V=1.5
高渗溶液(高 浓度） 剧烈蒸腾
失水，质壁分离
V<1
Ψp =0 Ψp ＜0
Ψw = Ψs Ψw ＜ Ψs
无质壁分离
V<1
（五）植物细胞间水分的移动
移动方向：高水势处流向低水势,直至两处水势差为零
Ψπ= -iCRT
C-溶液浓度；T-绝对温度；R-气体常数；i-解离系数 注：Ψπ大小决定于溶液中溶质颗粒（分子或离子）总数。
压力势（ΨP ）：由于压力的存在而使体系水势改变的值。 一般情况：正值 质壁分离：零 剧烈蒸腾：负值
重力势（Ψg ）：指水分因重力下移与相反力量相等时的力量。 正值 忽略不计
5. 将洋葱表皮浸泡在7%的尿素溶液中，表皮细胞发生质壁分离，随后又自发地 发生质壁分离复原。出现这种现象的原因可能是（ B） A、细胞液浓度下降 B、尿素分子进入液泡 C、细胞壁受到破坏 D、细胞膜受到破坏 6. 口腔炎发炎，大夫常叫病人用盐水漱口，主要原因（D ）？ A.盐水清洁，可把口腔内细菌冲走 B.盐水温度低，细胞不易成活 C.Na+在盐水中有消炎作用 D.细菌在较高浓度的盐水中体内失水而难以生存
（2）若细胞的Ψp＝－ Ψs，将其放入某一溶液中时，则体积不变。
（3）若细胞的Ψw＝Ψs，将其放入纯水中，则体积不变。
（1）不完全正确
（ 2）不正确
（ 3）不正确
3．下列情况会发生渗透作用吸水的是 （C ）。
A．干种子萌发时的吸水 B．水从气孔进入外界环境 C．萎蔫的青菜放进清水中 D.玫瑰枝条插入盛有清水的花瓶中 4．能发生质壁分离的细胞是（B ）。 A．干种子细胞 C．红细胞 B．根毛细胞 D．腌萝卜干的细胞
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。
4_植物生理生态学--植物水分关系
水分需通过质膜进入细胞，到达木质部导管。很 长时间内，一般认为水必须通过类脂双分子层 传输。与其它生物一样，植物具有水分通道蛋 白，也称水分蛋白，它插入质膜中使水分单向 传输。夜间,水分通道蛋白的量减少，黎明前又 开始增加，表明水分通道蛋白有一个快速周转 的过程。
沙漠灌木群落不同生长类型在夏季木质部水分的氢同位素比率（δD
根系对水势梯度的反应及趋水生长
Darwin（1880）:根系在土壤中具有从干旱处向湿润处生长的能 力--趋水性。
趋水性发生是由于处于湿润一边的根细胞伸长受到抑制,而处于干 旱一边的根细胞伸长不受影响或略有促进，使根弯曲伸向湿润处
根冠最有可能是水分感受体
相对湿度
弯曲程度
B：盐空白（a）,KCl（b）或K2CO3（c）在离水分刺激物0-50mm处产生不同的水分梯度 C：三种不同的水分梯度（B）刺激10h后的根系弯曲程度
3.细胞的水分关系
3.1渗透调节
随着土壤变干，土壤水势下降，活细胞通过渗透活性 物质的积累，降低渗透势，保持细胞膨压。
渗透物质多为无机离子和有机酸, 这些物质降低细胞质 中的酶活性;这样植物在细胞质中常常合成对细胞代谢 无负面影响的溶质, 包括甜菜碱、山梨糖醇和脯氨酸， 它们的电荷不高，但极性和可溶性强，并具有较厚的 亲水层;
J= Lp·△ψw 白天，叶片水势往往降低，即根系供水少于叶片失 水;而在干旱土壤中，根系向叶片发出信号，使叶片 气孔导度降低，从而减少水分散失。
4.2根系中的水分
湿润土壤上，细胞膜是水分通过根系传输的主要屏障。 外界水分进入根内通过两条途径:质外体或共质体运 输。
植物水分生理
15～20 20～30 7～15
气孔数/叶面 积（ mm2） 100～200
40～100 50～100 100～500
宽（μ m） 4～5
5～6 3～4 1～6
气孔面积 占叶面积(%) 0.8～1.0
0.8～1.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 0.5～0.7 0.5～1.2
阳性植物
阴性植物 禾本科植物 冬季落叶树
4.影响根系吸水的土壤因素
1.土壤水分状况
土壤中水分按物理状态可分为束缚水、毛管水和重力水。
2.土壤温度
“午不浇园”是指在中午的烈日下不要用冷水浇灌作物， 骤然降温会使根系吸水减少，引起萎蔫。
适 温 低 温 温度 高 温
3.土壤通气状况 O2 CO2 4.土壤溶液浓度 “烧苗”现象。 盐碱地 可以采用灌水、洗盐等措施来降低土壤 溶液浓度。
(1)水对植物体温的调节
(2)水对植物生存环境的调节 水分可以增加大气湿度、 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 水的透 光性使水生植物的植物色素和光受体能吸收到可见光和紫外光， 有利于光合作用和光形态建成。
生理需水是指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。 生态需水是指利用水的理化特性,调 节植物生态环境所需要的水分。
2012年考研题 简述光促进气孔开放的机制
• 光是气孔运动的主要调节因素。光可以促进保 卫细胞内苹果酸的形成和 K+和 Cl-的积累。一 般情况下，光可以促进气孔张开，暗则气孔关 闭。但景天科酸代谢植物例外， 它们的气孔通 常是白天关闭，晚上张开。
2.二氧化碳
低浓度CO2促进气孔张开,高 浓度CO2促使气孔关闭。
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
植物的水分生理-聂立孝1
2 化学势
3 水溶液的化学势 4 水势
1 、物质系统总能量
束缚能：不能用于做有用功的能量。 自由能：在恒温恒压下能够做有用功的那 部分能量。具有加合性。
凡是满足了恒温、恒压条件的变化过程都可以 用自由能增量（ΔG)来判断变化方向和限度。 ΔG=G2-G1 ΔG<0，自由能减少，自动变化； ΔG>0，自由能增加，需外界能量； ΔG=0，系统处于动态平衡。
细胞水势、溶质势、压力势与细胞体积的关系
细胞水势、溶质势、压力 势
/MPa Ⅳ
1.5 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
Ⅲ Ψp Ψw Ψs
0.9 1.0 1.1
Ⅰ
Ⅱ
1.2
1.3
1.4
1.5
相对体积
一般：Ψs:-1.0～2.0MPa; ΨP :白天0.3～0.5、晚上1.5MPa. 植物叶片：生长快（-0.2～-0.8）、亏缺（-0.8～-1.5）、伤害（-2.0～-3.0）
2、化学势(chemical potential)
用来描述体系中发生化学反应的本领及转移的 潜在能力。 混合体系中某一组分的化学势：此组分的偏摩 尔自由能，是在等温等压条件下1 mol组分的自由 能。即在等温等压保持其他各组分浓度不变时，加 入1摩尔j物质所引起体系自由能的增量。
3、水溶液的化学势(μ w) :
三、水对植物的生理生态作用 生理作用： 水是原生质的主要组分（80%以上）。 水直接参与植物体内重要的代谢过程。 水是物质吸收、运输的良好介质。 水保持植物的固有姿态：枝叶挺立、萎蔫等 均有水的参与。 细胞的分裂、生长和伸长需要足够的水。
生态作用： 调节植物体温 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 水对可见光有良好的通透性 水可调节植物的生存环境
植物的水分生理
细胞液
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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
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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。
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(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
植物生理学第一周：束缚水靠近胶粒而被胶粒吸附束缚不易自由流动的水分（如：风干的种子）束缚水一般不参与植物的代谢反应，它的含量与植物抗性大小有密切关系。
自由水距离胶粒较远而可以自由流动的水分自由水主要参与植物体内各种代谢的反应，它的含量制约着植物的代谢强度，其占总含水量的比例越大，则植物代谢越旺盛。
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。
自由含水量的不同，细胞质亲水胶体有两种不同的状态：含水量较多的是溶胶，含水量较少的是凝胶（如：休眠的种子）植物体内水分的生理生态作用：1.水分是细胞质的主要成分（含水量在70%~90%）；2.水分是代谢作用过程的反应物质；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的溶剂；5.水分能保持植物固有的姿态；6.调节植物体温及大气湿度、温度等（蒸腾失水）。
植物细胞对水分的吸收：1.渗透性吸水（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）；2.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）；3.吸涨性吸水：（亲水胶体物质吸水膨胀的现象）物质中的总能量分为束缚能和自由能。
束缚能：不能用于做功的能量。
自由能：是指能够做功的能量和参与反应的本领。
化学势：1mol物质的自由能就是该物质的化学势，可衡量物质反应或做功所用的能量。
水势：就是每偏摩尔体积水的化学势差，衡量水分反应或做功能量的高低。
水势(ψw) == 水溶液的化学势（μw)—纯水的化学势（μw0）==Δμw水的偏摩尔体积（¯Vw）（¯Vw）水的化学势单位N·m·mol-1 =====N/m2==Pa水的偏摩尔体积单位m3·mol-1特例：纯水的水势为0 海水的水势--2.69MPa1MNacl 水势为--4.46MPa 植物细胞的水势在--0.1~1.5MPa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。
树木的水分生理生态
树木的水分生理生态招礼军一、树木蒸腾耗水研究的意义1、水分亏缺地区植被恢复与重建的需要在温度允许植物生长的地区，树木的生存主要是由水分供应所控制的（Kozlowski and Pallardy,1997）。
干旱缺水严重影响了我国西部地区植被的恢复，而在其它地区也遭受周期性或难以预期的干旱，如半湿润地区的季节性干旱，西南地区的干旱和干热河谷等，在不同程度上影响了林木的生长。
我国干旱半干旱地区面积约占国土面积的58.6%，主要分布在广大的西北地区。
干旱半干旱地区最突出的问题之一就是降水量少，蒸发强烈，土壤水分严重亏缺，这已成为恢复森林植被、改善生态环境最为主要的限制因子。
通常，干旱地区的年降水量不超过250毫米，而半干旱地区的年降水量也只有250~500毫米。
造林实践表明，在极干旱地区（如新疆塔里木盆地、吐鲁番盆地），如果无地表水或地下水补充，任何林木都不能生长；干旱地区在没有外来水补给的情况下只可生长和栽植超旱生的灌木，但用中生树种造林必须进行灌溉；半干旱地区可以在无灌溉条件下生长和栽种中生的抗旱树种（其中年降水量400毫米以上的地区可以栽种乔木），但必须采取相应的抗旱保墒措施（孙洪祥，1989）。
由于对干旱半干旱地区水分传输、运移及转化规律、土壤有效水含量及林木需水特征缺乏深入的理解，没有按照土壤水分承载能力及林木需水规律进行科学的规划造林、合理的实施整地措施、适宜的搭配树种及空间密度配制，以及及时有效的水分管理，不仅造成本来就已十分短缺的水分的大量损失，加剧了林地旱情及土壤沙化，而且使森林植被难以正常恢复和发挥应有的保护生态环境的作用。
如何在干旱缺水地区，充分利用有限的水资源，选择合适的树种，解决林木存活及生长、提高造林成活率和保存率、恢复森林植被、扩大森林资源、改善生态环境，已成为一个亟待解决的重大问题。
解决干旱条件下的苗木存活及林木生长问题，应主要从三个方面入手：一是从植被本身的生理、生态、遗传特征上进行研究，选择抗旱性强、耗水少的植物材料；二是采取蓄水保墒措施以及利用各种抗旱保水新材料，改善土壤水分状况，以满足植物生长对水分的需求；三是合理的空间密度配置，保证林木的水分及营养面积。
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
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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。
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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。
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、
简述水分对植物的生态作用
简述水分对植物的生态作用水分对植物的生态作用是至关重要的。
它不仅直接参与了植物的生命活动，还在全球的生态系统中起到了关键的调节作用。
以下是对水分在植物生态方面的作用的详细阐述：1.参与生命活动：水是植物生命活动的必要条件。
从细胞的分裂、伸展、组织的形成，到养分的吸收、运输和利用，以及光合作用的进行，无一不需要水分的参与。
水还直接参与了植物的新陈代谢，为植物的生长和发育提供了必要的环境。
2.调节温度：水对植物生长环境的温度有着重要的调节作用。
当周围环境温度过高时，水可以帮助植物降温，防止植物受到热伤害。
反之，在温度过低时，水可以起到保温的作用，保护植物免受冻害。
3.维持水分平衡：水分的吸收和散发是植物维持水分平衡的关键。
通过根部吸收土壤中的水分，植物可以保持组织细胞的湿度，并调节其内部的水分平衡。
同时，通过叶片的蒸腾作用，植物可以排放多余的水分，防止水分在体内过度积累。
4.促进养分吸收：水是植物吸收养分的重要媒介。
土壤中的养分通常以溶解在水中的形式被植物吸收。
因此，水分的存在和流动是植物获取养分的关键。
5.调节光合作用：水还直接参与了光合作用的过程。
它不仅是光合作用的主要反应物之一，还在调节光合器官的水分平衡中起着重要作用。
通过控制水分的吸收和排放，植物可以调节叶片的气孔开度，从而影响光合作用的效率。
6.应对环境变化：水分对植物的生态作用还包括应对环境变化。
例如，在干旱条件下，植物可以通过减缓生长、关闭气孔等方式适应缺水的环境。
而在水分过多时，植物可以采取措施防止水分过度积累导致的伤害。
7.维持生态平衡：在全球生态系统中，水分的循环和分布对维持生态平衡起着重要作用。
通过降雨、蒸发、地表径流等过程，水分在不同的生态系统之间流动，影响着生态系统的稳定性和生物多样性。
8.促进生物多样性：水分的存在和变化还直接或间接地影响着各种生物的生存和繁殖。
在一些湿地和沼泽生态系统中，水分的存在和变化对保护生物多样性和维持生态系统的平衡具有特别重要的意义。
植物生理学水分生理
水孔蛋白的单体是中间狭窄的四聚体， 呈“滴漏”模型，每个亚单位的内部 形成狭窄的水通道。水孔蛋白的蛋白
相对微小，只有25-30kDa。
水孔蛋白：是一类具有选择性、
能高效转运水分的跨膜通道蛋白,
它只允许水分通过，不允许离子
和代谢物通过。
因为水通道的半径大于0.15nm（水分 子半径），但小于0.2nm（最小的溶
1帕斯卡相当于每平方米一牛顿 兆帕斯卡(megapascal，Mpa) 兆帕，1MPa＝106Pa＝10bar＝
9.87atm 。 巴(bar) 压强单位，1 bar ＝0.987atm ＝106达因/厘米2，
1毫巴等于0.75毫米水银柱的压力，由于bar不是法定的计量单位，已废弃不用。 纯水的自由能最大，水势也最高，但是水势的绝对值不易测得。因此，在
照和交换气体。同时，也使花朵张开，有利于传粉。
第二节 植物细胞对水分的吸收
(Asorption of water by plant cells)
植物细胞吸水主要有3种方式：扩散，集流和渗透作用
一、扩散（diffusion）
扩散（diffusion）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，
根据热力学原理，系统中物质的总能量：U总能量≡Q束缚能＋A自由能
束缚能是不能用于作功的能量，而自由能是在温度恒定的条件下可用于作
功的能量。1mol物质的自由能就是该物质的化学势（chemical potential），
可衡量物质反应或作功所用的能量。同样道理，衡量水分反应或作功能量的
高低，可用水势表示。在植物生理学上，水势（water potential）就是每0 偏
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。
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原生质膜、 液泡膜 是半透膜
正在发生质壁分离的洋葱细胞
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（plasmolysis）。
发生了质壁分离的细胞吸水后使整个原生质体回 复原状的现象，称为质壁分离复原或去质壁分离 （deplasmolysis）。
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
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第五章 植物的水分生理生态
压力势（pressure potential，ψπ）：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，ψπ）：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。
自由水（free water）：不被胶体颗粒或渗透物质吸引或吸引力很小， 可以自由移动的水分
自由水直接参与有代谢，束缚水不参与代谢
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第五章 植物的水分生理生态
自由水/束缚水比值较高时，植物代谢活跃，但 抗逆性差；反之，代谢活性低，但抗逆性较强。 例如，休眠种子和越冬植物体内的自由水/束缚 水比例低。
第五章 植物的水分生理生态
没有水就没有生命
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第五章 植物的水分生理生态
5.1 水分在植物生命活动中的作用
水分代谢（water metabolism）：植物对水分的吸 收、运输、利用和散失的过程。
5.1.1植物体内的含水量
植物种类：一般植物含水量为70%-90%；水生植物的 含水量大于90%；旱生植物含水量可低至6%。
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第五章 植物的水分生理生态
5.1.3 水对植物的生态作用
（1）调节植物体温 水的汽化热高、比热大。 （2）调节生态环境 增加大气湿度、维持土温、气温的相对稳定等。
5.1.4 植物体内水分存在的状态
束缚水（bound water）：被植物细胞的胶体颗粒或渗透物质吸附而 不能自由移动的水分。
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第五章 植物的水分生理生态
（2）植物细胞的水势构成
一个典型植物细胞的水势（ψw）组成为： ψw = ψπ + ψp + ψm
ψπ为渗透势，ψp为压力势，ψm为衬质势。
渗透势（osmotic potential, ψπ）:由于溶质的存 在而使水势降低的值；或称溶质势 （solutepotential,ψs）,为负值。
植物组织和组织：幼嫩部分含水量亦高，为60%-90%； 茎秆：40%-50%；休眠芽：40%；风干种子：9%-14%。
环境条件：荫蔽、潮湿环境中，含水量高；向阳、 干燥环境中，含水量低。
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第五章 植物的水分生理生态
水对植物的生理作用
（1）原生质的主要成分 原生质一般含水量就80%以上。 （2）参与植物体内的代谢过程 （3）生化反应和物质吸收、运输介质 （4）使植物保持固有姿态 （5）维持细胞的分裂和伸长
即每摩尔体积某物质的自由能。
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第五章 植物的水分生理生态
5.2.2 水的化学势与水势
水的化学势（μw）：当温度、压力及物质数量（水分 以外）一定时，体系中1mol水分的自由能。
水势（water potential）：指在相同温度、相同压力下 一个系统中偏摩尔体积水稻化学势与纯水的化学势差。用 ψw表示。
半透膜：只允许水等小分子物质通过，其 他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）。
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第五章 植物的水分生理生态
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第五章 植物的水分生理生态
换算关系：1bar=0.1MPa=0.987atm， 或1atm=1.013×105Pa=1.013bar
溶液
ψw/Mpa
纯水
0
海水
-2.50
1mol•L-1蔗糖 -2.69
1mol•L-1KCl -4.50
Hoagland营养液 -0.05
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偏摩尔体积（Vw，m）是指在恒温恒压、其他组分浓度 不变情况下，混合体系中1mol物质所占据的有效体积。
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第五章 植物的水分生理生态
纯水的水势最高，并定为零，其他溶液的水势皆为负值。 水势的基本单位：帕（Pascle，Pa）。
过去曾用大气压（atm）或巴（bar）作为水势单位。
5.3 植物细胞对水分的吸收
细胞吸水的方式： （1）吸胀吸水 --未形成液泡的细胞靠细吸胀作用吸水； （2）渗透性吸水 --具中心液泡的成熟细胞以渗透性吸水为主； （3）代谢性吸水 --直接消耗能量而与渗透作用无关。
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第五章 植物的水分生理生态
5.3.1 植物细胞的渗透性吸水 （1）植物细胞构成的渗透系统
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第五章 植物的水分生理生态
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第五章 植物的水分生理生态
质壁分离现象解决如下几个问题：
a.确定细胞的死活 已发生膜破坏的死细胞，膜半透性丧失，不产生质壁分离现 象。 b.测定细胞的渗透势 使细胞处于初始质 壁分离状态的溶液水势值与该细胞的渗透势相等 c.测定原生质层对物质的透性 利用速度来判断物质透过细胞的速率。同时可以比较原生质 粘度大小
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第五章 植物的水分生理生态
5.2 化学势与水势
5.2.1自由能与化学势
热力学原理 总能量 束缚能（bound energy）：不能用于做有用功的能量。 自由能（free energy）：能做有用功的那部分能量。
化学势（chemica potential）则是用来描述体系中组分 发生化学反应的本领及转移的潜在能力。