第一章水分代谢
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第一章水分代谢
假设一个细胞的渗透势为-0.8Mpa , 将其放入渗透势为-0.3Mpa溶液中，请计 算细胞的压力势为何值时才分别发生下 列三种情况？
1、细胞体积变大 2、细胞体积变小 3、细胞体积不变
(ψW <0.5 ，≥0) (ψW >0.5 ，≤0.8) (ψW =0.5)
第一章水分代谢
二、细胞的吸胀吸水
第一章水分代谢
生态作用： 1、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 2、水对可见光有良好的通透性 3、水可调节对植物的生存环境
第一章水分代谢
第二节 植物细胞对水分的吸收※
渗透性吸水（具液泡细胞） 吸胀性吸水（未形成液泡的 吸水方式 细胞） 代谢性吸水（直接耗能）
吸胀作用：指亲水胶体吸水膨胀的现象。
不同物质分子吸胀力大小是：蛋白质 > 淀粉 > 纤维素
干燥种子、根尖、茎尖分生细胞、果 实和种子形成过程中靠吸胀吸水。
细胞吸水饱和时ψm=0 三、细胞的代谢性吸水
代谢性吸水：利用细胞呼吸释放的能量 使水分透过质膜进入细胞的过程。
第一章水分代谢
四、水分进入细胞的途径 1、单个水分子通过膜脂双分子层的间 隙进入细胞 2、水集流通过质膜上水孔蛋白组成的 水通道进入细胞 水孔蛋白：是一类具有选择性地、 高效转运水分的膜通道蛋白。
-4.50
第一章水分代谢
（二）渗透作用
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。
纯水 糖水 半透膜
第一章水分代谢
植物细胞就是一个渗透 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。
液泡液、原生质层和 细胞外溶液构成了一个 渗透系统。
未形成液泡的细胞有一定的衬质势 （如干燥种子的可达-100MPa），已形成 液泡的细胞衬质势很大，但绝对值很小 （趋于零），可忽略不计
故具有液泡的成熟细胞：
Ψw = Ψπ + Ψp
第一章水分代谢
cell水势、溶质势、压力势/MPa
1.5
1.0
0.5
Ψp
0
-0.5
-1.0 -1.5
Ψw
-2.0 -2.5
第一章水分代谢
质壁分离现象可以解决下列问题：
1、说明原生质层是半透膜 2、判断细胞死活 3、测定细胞的渗透势 4、观察物质通过细胞 的速率。
第一章水分代谢
（三）植物细胞的水势构成 ※
Ψw = Ψπ + Ψp + Ψm
Ψπ :渗透势，也称溶质势（Ψs） 由于溶质颗粒的存在而引起的水势降 低值。恒为负值。
第一章水分代谢
•
•• •
水通道 ••
•
•
•
•
•
••
•
•
水分子
水分跨膜移动途径示意图
第一章水分代谢
类脂
◇ 水孔蛋白的活化依靠磷酸化和脱磷酸化 作用调节。如依赖Ca2+的蛋白激酶可使其 丝氨酸残基磷酸化，水孔蛋白的水通道加 宽， 水集流通过量增加。如除去此磷酸基
第一章 水分代谢
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
第一章水分代谢
没有水就没有生命 “有收无收在于水”
第一章水分代谢
第一章水分代谢
第一节 水在植物生活中的重要性
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%。
Ψπ = -iCRT
i:解离系数，C：溶质浓度 常数，T：绝对温度
R：气体
第一章水分代谢
Ψp ：压力势，由于细胞壁压力 的存在而引起的水势增加值。
一般情况下，压力势为正值； 质壁分离时，压力势为零； 剧烈蒸腾时，压力势为负值。
第一章水分代谢
Ψm ：衬质势，由于细胞胶体物质 亲水性和毛细管对自由水的束缚而引起 的水势降低值。恒为负值。
第一章水分代谢
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）：每摩尔体积某物质的
自由能。
第一章水分代谢
水的G 1mol水的G
μw △μw= μw - μ˚w
△μw
Ψw ＝ Vw，m
水势（water potential）：每偏摩尔 体积水的化学势差。
第一章水分代谢
纯水的水势最高，定为0
单位：
Δμ J /mol N·m/mol N
Ψw =
=
=
=
Vw，m m3/mol m3/mol m2
水势的单位是压强的单位，帕斯卡 （Pa）、大气压（atm）、巴（bar）。
1bar=105Pa = 0.1MPa = 0.987atm
第一章水分代谢
Vw，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增量。
如：纯水的摩尔体积是18cm3,将其加 入100cm3的乙醇中，最终体积是118.07cm3， 水的偏摩尔体积是多少？（18.07cm3）
第一章水分代谢
几种常见化合物的水势
溶液 纯水
Ψw /Mpa 0
Hoagland营养液 -0.05
海水
-2.50
1mol·L-1蔗糖
-2.69
1mol·L-1 KCl
Ψs
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相对体积
第一章水分代谢
（1）初始质壁分离时，V=1.0，
Ψp= 0， Ψw = Ψs = -2.0MPa
（2）充分膨胀时，V=1.5，
Ψw = Ψs + Ψp = 0 （3）剧烈蒸腾时，Ψp < 0
第一章水分代谢
（四）细胞间的水分移动（Ψw ，Map）
存在状态：束缚水和自由水
束缚水（bound water）：被原生质组分 吸附，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。
第一章水分代谢
第一章水分代谢
二、水对植物的生理生态作用 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
A
B
-0.8 -0.6
C -0.4
（1）将细胞放入高水势溶液中： （2） 将细胞放入低水势溶液中： （3）将细胞放入等水势溶液中:
第一章水分代谢
：例如：有一为水分充分饱和的细胞， 将其放入比细胞液浓度低100倍的溶 液中，则其细胞体积（ ） A、变大 B、变小 C、不变
将一个细胞放入渗透势为-0.2MPa 的溶液中，达到动态平衡后，细胞的 渗透势为-0.6MPa，细胞的压力势等 于多少？
假设一个细胞的渗透势为-0.8Mpa , 将其放入渗透势为-0.3Mpa溶液中，请计 算细胞的压力势为何值时才分别发生下 列三种情况？
1、细胞体积变大 2、细胞体积变小 3、细胞体积不变
(ψW <0.5 ，≥0) (ψW >0.5 ，≤0.8) (ψW =0.5)
第一章水分代谢
二、细胞的吸胀吸水
第一章水分代谢
生态作用： 1、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 2、水对可见光有良好的通透性 3、水可调节对植物的生存环境
第一章水分代谢
第二节 植物细胞对水分的吸收※
渗透性吸水（具液泡细胞） 吸胀性吸水（未形成液泡的 吸水方式 细胞） 代谢性吸水（直接耗能）
吸胀作用：指亲水胶体吸水膨胀的现象。
不同物质分子吸胀力大小是：蛋白质 > 淀粉 > 纤维素
干燥种子、根尖、茎尖分生细胞、果 实和种子形成过程中靠吸胀吸水。
细胞吸水饱和时ψm=0 三、细胞的代谢性吸水
代谢性吸水：利用细胞呼吸释放的能量 使水分透过质膜进入细胞的过程。
第一章水分代谢
四、水分进入细胞的途径 1、单个水分子通过膜脂双分子层的间 隙进入细胞 2、水集流通过质膜上水孔蛋白组成的 水通道进入细胞 水孔蛋白：是一类具有选择性地、 高效转运水分的膜通道蛋白。
-4.50
第一章水分代谢
（二）渗透作用
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。
纯水 糖水 半透膜
第一章水分代谢
植物细胞就是一个渗透 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。
液泡液、原生质层和 细胞外溶液构成了一个 渗透系统。
未形成液泡的细胞有一定的衬质势 （如干燥种子的可达-100MPa），已形成 液泡的细胞衬质势很大，但绝对值很小 （趋于零），可忽略不计
故具有液泡的成熟细胞：
Ψw = Ψπ + Ψp
第一章水分代谢
cell水势、溶质势、压力势/MPa
1.5
1.0
0.5
Ψp
0
-0.5
-1.0 -1.5
Ψw
-2.0 -2.5
第一章水分代谢
质壁分离现象可以解决下列问题：
1、说明原生质层是半透膜 2、判断细胞死活 3、测定细胞的渗透势 4、观察物质通过细胞 的速率。
第一章水分代谢
（三）植物细胞的水势构成 ※
Ψw = Ψπ + Ψp + Ψm
Ψπ :渗透势，也称溶质势（Ψs） 由于溶质颗粒的存在而引起的水势降 低值。恒为负值。
第一章水分代谢
•
•• •
水通道 ••
•
•
•
•
•
••
•
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水分子
水分跨膜移动途径示意图
第一章水分代谢
类脂
◇ 水孔蛋白的活化依靠磷酸化和脱磷酸化 作用调节。如依赖Ca2+的蛋白激酶可使其 丝氨酸残基磷酸化，水孔蛋白的水通道加 宽， 水集流通过量增加。如除去此磷酸基
第一章 水分代谢
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
第一章水分代谢
没有水就没有生命 “有收无收在于水”
第一章水分代谢
第一章水分代谢
第一节 水在植物生活中的重要性
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%。
Ψπ = -iCRT
i:解离系数，C：溶质浓度 常数，T：绝对温度
R：气体
第一章水分代谢
Ψp ：压力势，由于细胞壁压力 的存在而引起的水势增加值。
一般情况下，压力势为正值； 质壁分离时，压力势为零； 剧烈蒸腾时，压力势为负值。
第一章水分代谢
Ψm ：衬质势，由于细胞胶体物质 亲水性和毛细管对自由水的束缚而引起 的水势降低值。恒为负值。
第一章水分代谢
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）：每摩尔体积某物质的
自由能。
第一章水分代谢
水的G 1mol水的G
μw △μw= μw - μ˚w
△μw
Ψw ＝ Vw，m
水势（water potential）：每偏摩尔 体积水的化学势差。
第一章水分代谢
纯水的水势最高，定为0
单位：
Δμ J /mol N·m/mol N
Ψw =
=
=
=
Vw，m m3/mol m3/mol m2
水势的单位是压强的单位，帕斯卡 （Pa）、大气压（atm）、巴（bar）。
1bar=105Pa = 0.1MPa = 0.987atm
第一章水分代谢
Vw，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增量。
如：纯水的摩尔体积是18cm3,将其加 入100cm3的乙醇中，最终体积是118.07cm3， 水的偏摩尔体积是多少？（18.07cm3）
第一章水分代谢
几种常见化合物的水势
溶液 纯水
Ψw /Mpa 0
Hoagland营养液 -0.05
海水
-2.50
1mol·L-1蔗糖
-2.69
1mol·L-1 KCl
Ψs
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相对体积
第一章水分代谢
（1）初始质壁分离时，V=1.0，
Ψp= 0， Ψw = Ψs = -2.0MPa
（2）充分膨胀时，V=1.5，
Ψw = Ψs + Ψp = 0 （3）剧烈蒸腾时，Ψp < 0
第一章水分代谢
（四）细胞间的水分移动（Ψw ，Map）
存在状态：束缚水和自由水
束缚水（bound water）：被原生质组分 吸附，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。
第一章水分代谢
第一章水分代谢
二、水对植物的生理生态作用 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
A
B
-0.8 -0.6
C -0.4
（1）将细胞放入高水势溶液中： （2） 将细胞放入低水势溶液中： （3）将细胞放入等水势溶液中:
第一章水分代谢
：例如：有一为水分充分饱和的细胞， 将其放入比细胞液浓度低100倍的溶 液中，则其细胞体积（ ） A、变大 B、变小 C、不变
将一个细胞放入渗透势为-0.2MPa 的溶液中，达到动态平衡后，细胞的 渗透势为-0.6MPa，细胞的压力势等 于多少？