植物的水分代谢与矿质营养

植物的水分代谢与矿质营养【本章知识框架】【疑难精讲】1．理解吸胀吸水和渗透吸水吸胀吸水是指细胞在形成液泡之前的主要吸水方式，其原理是吸胀作用。

当大分子的淀粉粒和蛋白质等处于凝胶状态时，这些大分子之间有大大小小的缝隙。

水分子会迅速地以扩散作用或毛细管作用等形式进入凝胶内部，具有极性的水分子与亲水凝胶结合起来，使其膨胀，这种现象叫吸胀作用。

原生质凝胶吸胀作用的大小与该物质的亲水性大小有关，蛋白质、淀粉、纤维素的亲水性依次递减。

因此大豆种子（含蛋白质多）比玉米种子（含蛋白质相对少）的吸胀作用要大。

干燥的种子吸胀作用的力量相当大，人们用大豆等种子填入岩石裂缝中，灌水以后，大豆的吸胀力可使岩石崩裂；将大豆从枕骨大孔装入颅腔内，加水后利用大豆的吸胀作用可将头骨分开。

植物细胞形成液泡以后主要靠渗透作用吸水，这是因为成熟的植物细胞是一个渗透系统：①细胞膜和液泡膜（原生质层）是选择透过性膜；②细胞液和外界的土壤溶液有浓度差，细胞液就通过细胞膜和液泡膜与土壤溶液构成渗透系统，因而成熟的植物细胞主要靠渗透吸水。

这二种吸水方式及其变化是考点之一，如小麦根尖四部分结构：根冠（具液泡）、分生区（液泡尚未形成），伸长区（液泡由小变大，由多变少），成熟区（具液泡，具根毛吸收面积大），其主要吸水方式依次为：渗透吸水、吸胀吸水、以吸胀为主—以渗透为主、渗透吸水。

2．正确理解扩散与渗透的区别物质从高浓度到低浓度的运动叫扩散。

如气体从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，溶质分子在溶剂中的运动（如蔗糖放入清水后的运动）等。

例如：下图甲、乙两个容器内都盛有清水，若把蔗糖（溶质分子）从甲图的A侧放入，过一段时间后，整个溶液成为一定浓度的蔗糖水溶液，这就是蔗糖在水中的扩散作用。

乙装置中，在C处加一半透膜，再从A处放入蔗糖，则由于半透膜不允许蔗糖分子通过，使A、C侧溶液的浓度高，C、B侧溶液的浓度低，产生渗透压，由于水分子可以自由通过半透膜，水分子从C、B侧向A、C 侧扩散得多，故一段时间后，A、C侧的液面上升（丙图），C、B侧的液面下降。

水及其他溶剂分子通过半透膜的扩散叫渗透。

由此我们可以看出，渗透与扩散的不同在于渗透必须有半透膜。

据此，动物细胞的细胞膜亦是选择透过性膜，也可以发生渗透作用。

3．矿质元素与代谢过程矿质元素也称为灰分元素，把植物体烘干充分燃烧，植物体中的碳、氢、氧、氮等元素以CO2、H2O、分子态氮和氮的氧化物等形式跑掉了，剩下的就是矿质元素。

矿质元素以氧化物形式存于灰分中，因氮元素也是植物从土壤中以无机盐形式吸收来的，所以矿质元素是指除C、H、O以外的，由根吸收来的元素。

矿质元素是否是植物的必需元素，需要做缺某种元素的栽培实验来证明。

矿质元素的吸收和利用也是重要考点，矿质元素吸收原理是主动运输，因此该过程与根细胞的呼吸作用密切相关：根呼吸作用为矿质元素的吸收提供了ATP，因此，土壤板结等缺氧环境造成植物吸收矿质元素的能力下降，影响植物生长发育。

进入植物体内的矿质元素离子，因在细胞内的存在形式不同（离子状态、不稳定化合物状态、稳定化合物状态），记住N、P、K、Mg四种可重复利用的元素，重复利用的矿质元素离子在植物生长过程中可以由衰老组织向幼嫩组织转移，不重复利用的矿质元素不能转移。

因此要分清植物缺乏什么元素时，衰老和幼嫩两种组织谁先受到伤害的问题。

4．根吸收矿质元素离子与吸收水分的关系这是两个显著不同又密切联系的生理过程。

首先，二者存在明显的差别，一是吸收方式不同：根细胞以渗透和扩散方式吸收水分，而吸收矿质元素离子则通过主动运输的方式；二是吸收动力不同：吸收水分的动力是蒸腾拉力和根细胞与环境之间的溶液浓度差构成的渗透压，吸收矿质元素离子的动力主要是根细胞呼吸作用产生的ATP、载体消耗能量做功。

三是吸收数量与外界浓度的关系不同：能否从外界吸水是由细胞液与外界溶液的相对浓度决定的，当细胞液浓度高于外界溶液的浓度时细胞就吸水，反之则失水；而吸收矿质元素离子的多少，是由细胞膜上载体的种类和数量决定的，某种载体多，吸收它所运载的矿质元素离子就多，否则就少。

其次，两个吸收过程紧密联系，不可分割。

一是吸收器官是相同的，即吸收的主要器官都是根，而且最活跃的部位均是成熟区的细胞（表皮细胞）。

二是矿质元素离子一般先溶于水呈离子状态，以离子状态被吸收；而且矿质元素离子进入植物体后也是随着水分被运输到植物体的各个器官、组织。

三是矿质元素离子被细胞吸收后，又会影响到细胞内外溶液的浓度，从而影响根细胞的吸水量。

因此，根吸收矿质元素离子与吸收水分是两个相对独立的生理过程。

5．关于有机物和无机物的运输植物体从土壤中吸收的水分和矿质元素是通过导管向上运输到植物的各个部分，其中运输的主要动力是植物的蒸腾作用。

植物体光合作用制造的有机物主要通过筛管向下运输到植物的相对部位。

【学法指导】本部分可安排2～3课时完成。

本部分知识主要分析植物吸水与失水的原理和矿质元素的吸收过程，教师可以通过提纲，联系化学知识和学生一起讨论、分析并弄清楚渗透与扩散的区别，分析成熟植物细胞的结构特点，明确植物细胞是一个渗透系统，根细胞吸收矿质元素离子的过程、矿质元素离子的吸收与呼吸作用的关系等有关问题，大约需要一课时的时间。

第2课时可安排学生实验，以教材中的实验为基础，进行实验设计，如设计一个实验验证某种植物细胞液的浓度（为了缩短实验时间，可将标本分别放入不同浓度的溶液中，一段时间后进行镜检），或实验分析。

实验分析和实验设计题目可由教师自己编写或事先向学生征集，提高学生参与教学过程的积极性，从学生中选取具有一定代表性的实验设计，同学生一起进行实验分析。

第3课时可处理有关习题，进行反馈矫正。

单纯的考查水分代谢和矿质代谢的试题较少，往往是和植物的其他生理活动结合来考查，如：和光合作用联系，和呼吸作用联系，和生产中的现实问题联系（如无土栽培中对水分、矿质元素的需要及与呼吸和光合作用的联系分析）。

因此，在复习该知识时要注意和相关知识的联系。

【典型例题精讲】［例1］（2003年上海春季高考题）家庭养花，一次施肥过浓，引起花卉萎蔫，可采取的措施是①加强光照②改善空气流通③适当浇灌清水④更换盆中泥土A．①③B．②④C．①②D．③④【解析】一次施肥过多，使根细胞周围的土壤溶液浓度高于植物细胞液的浓度，使细胞失水造成萎蔫，此时应设法降低土壤溶液的浓度，使细胞液浓度小于外界溶液的浓度，植物才能吸水，在题目给出的措施中，只有D组合可以达到此目的。

【答案】D［例2］（2000年广东高考题）将成熟的植物细胞放在溶液中能构成一个渗透系统，主要原因是A．液泡膜内外溶液的浓度差B．细胞内原生质层可看作一层选择透过性膜C．细胞壁是全透性的D．水分可以自由出入细胞【解析】要构成一个渗透系统。

必需具备两个条件：一是具有半透膜，二是半透膜的两侧要有溶液的浓度差。

一个成熟的植物细胞的原生质层可以看作是一层半透膜，细胞液和外界溶液可以看作是原生质层（半透膜）两侧的溶液浓度，二者存在浓度差时，就会发生渗透作用。

题中的C、D两项显然是不符合题意。

根据结构决定功能的特点，构成一个渗透系统的主要原因应是B项。

A项的说法本身也不合理，准确的说法应是“原生质层内外溶液有浓度差”。

【答案】B［例3］（2001年上海高考题）人红细胞的渗透压与x浓度的食盐水相当。

而浸在y浓度食盐水中的红细胞破裂；浸在z浓度食盐水中的红细胞收缩。

则这三种食盐水的浓度大小依次为A．x＞y＞z B．y＞x＞z C．z＞y＞x D．z＞x＞y【解析】此题主要考查细胞吸水和失水的条件。

溶液的渗透压越大，其溶液的浓度越大。

红细胞在y浓度的食盐水中破裂，证明红细胞吸水，说明红细胞内液的浓度大于y食盐水的浓度，因此x食盐水的浓度大于y 食盐水的浓度；相反，红细胞在z食盐水中皱缩，证明红细胞失水，说明红细胞内液的浓度小于z食盐水的浓度，因此x食盐水的浓度小于z食盐水的浓度。

【答案】D［例4］夏季，高大的乔木从土壤中吸收水分并运输到整个植物体的主要动力来自A．细胞内大分子亲水物质B．呼吸作用生成的A TPC．细胞液的渗透压D．植物的蒸腾作用【解析】此题考查植物蒸腾作用的重要意义。

植物体内的水分，主要以水蒸气的形式通过叶片的气孔散失到大气中，这就是蒸腾作用。

根吸收的水分有95%~99%左右都由于蒸腾作用而散失掉了，只有1%~5%左右保留在植物体内，参与光合作用和其他的代谢过程。

植物通过蒸腾作用散失大量的水分并不是一种浪费，而对于植物体正常生命活动的维持有着多方面的重要意义，其中最突出的一个方面是：植物通过蒸腾作用散失水分，是植物吸收水分和促使水分在体内运输的主要动力。

高大的树木，如果没有蒸腾作用通过散失水分所产生的拉力，水分就不能达到树冠。

【答案】D［例5］为确定某种元素是否为植物所必需，用缺少该元素的“完全营养液”进行培养，应该A．以土壤为基质盆栽，加上述营养液B．大田种植，浇上述营养液C．以沙土为基质，加上述营养液D．只用上述营养液，不用基质【解析】本题考查学生在掌握矿质营养基本知识的基础上的分析问题的能力。

教材中没有直接提到确定某种元素是否为植物所必需的方法，但教材中指出，植物体内一旦缺乏某一种必需的矿质元素，植物体就会表现出相应的病症。

所以，要确定某种元素是否为植物所必需，就应当在培养液中去掉该种元素，观察植物是否有病症的出现。

为了实验的精确性，必须保证实验中使用的培养液、容器和基质中都不会有该元素存在。

A 选项以土壤为基质，而土壤中含有各种元素，因此不能采用；B选项实际上与A选项是一样的，大田种植就是以土壤为基质；C选项以沙土为基质，沙土是一种含沙较多的土壤，也是不能采用的。

正确的应当是D 选项，只用上述营养液培养，不用任何基质，以确保实验的精确性。

【答案】D［例6］有些地区用燃烧的方法处理农田中的大量秸秆。

请填空回答：（1）秸秆在燃烧时放出的热能最终来源于_________。

秸秆中的能量是作物通过_________过程贮存起来的。

（2）秸秆燃烧后只留下少量的灰分。

这些灰分是作物在生长过程中从_________中吸收的_________。

（3）除了灰分以外，构成秸秆的其他物质，在燃烧过程中以_________________等气体形式散失到_________中。

【解析】考查学生对绿色植物光合作用和矿质代谢等基础知识的理解和应用。

绿色植物体内含有的有机物主要是植物体通过光合作用合成的糖类，还有由糖类进一步转化而来的脂类和蛋白质。

作物秸秆燃烧时放出的热能就是糖类等有机物贮存的能量，这些能量是植物通过光合作用过程，将光能转变成化学能后贮存其中的，所以说，秸秆燃烧时放出的热能最终来源于太阳光能，是作物通过光合作用过程贮存起来的。

作物秸秆燃烧时，秸秆内主要由C、H、O、N等元素构成的各种有机物经过燃烧，产生出大量的二氧化碳、水蒸气、分子态氮和氮的氧化物等气体，这些气体散失到大气中。