最新植物生理学—植物的水分生理(上课版)
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《植物生理学》第二章 植物水分生理ppt课件
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
11
经过一段时间后，由于水分子可以自由通过半 透膜，而蔗糖分子不可以。单位体积内，清水中 水分子数多于蔗糖溶液中的，因此，单位时间内 由清水向蔗糖溶液扩散的水分子数多。故而导致 蔗糖溶液的液面升高。
3
第一节 植物对水分的需要
4
一、植物体内的含水量和水分存在的状态
水在植物体内的作用与组织的含水量和水分存在 的状态有关。
(一) 植物的含水量
1. 不同植物的含水量不同：一般绿色植物70%~90%，
草本>木本，水生>陆生。
2. 不同器官、组织含水量不同：幼根、幼芽>树干，休
眠的种子含水量很低。
3. 环境条件不同含水量不同：潮湿环境，阴生植物>干
扩散速度与物质的浓度梯度 成正比。
9
（三） 渗透作用 （扩散的一种特殊形式）
渗透作用：溶液中的溶剂分子(水)通过半透膜扩 散的现象。
半透膜：选择透性膜，是只容许混合物（溶液、 混合气体）中的一些物质通过，而不容 许另一些物质透过的薄膜。
渗透系统：把选择透性膜以及由它隔开的两侧溶 液称为渗透系统。
10
成熟细胞水势可用液泡的水势来代替，由 于液胞含水量很高，ψm趋于0，可忽略不 计，有液泡的细胞ψw = ψs+ψp ；无液泡 的分生组织和干燥种子，ψm是细胞水势 的主要组分，ψw = ψm
草本植物叶肉细胞的ψp，在温暖天气的
午后为0.3～0.5MPa，晚上则达1.5
定义式： Ψw=（μw-μow）/ Vw,m = △μw / Vw,m
式中， ψW 为水势， μW 是水溶液的化学势， μºW 是纯水的化学势，
植物生理学第1章水分生理ppt课件
2019/12/27
本章内容
第一节 植物对水分的需要 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 蒸腾作用 第五节 植物体内水分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
2019/12/27
§ 1、植物对水分的需要
1、1植物的含水量
⑴不同植物的含水量不同。
• 水生植物90%；旱生地衣6%，一般植物55~85%
本书内容
• 第一篇 植物的物质生产和光能利用
包括水分生理、矿质营养和光合作用
• 第二篇 植物体内物质和能量的转变
包括呼吸作用、有机物代谢（次生代谢）、有 机物运输。
• 第三篇 植物的生长发育
包括信号转导、生长物质、光形态建成、生长生 理、生殖生理、成熟和衰老、抗性生理。
2019/12/27
• 代谢（metablolism）：是指维持各种生命活动 （如生长、发育、繁殖和运动）过程中化学变化 （包括物质合成、转化和分解）的总称。
•水分通过水孔蛋白迁移 的速度远远大于通过脂 双分子层的速度。
2019/12/27
水分跨膜运输途径示意图（Buchanan et al. 2000） A．水分子通过水孔蛋白形成的水通道
2019/12/27 B．水分子通过膜脂间隙进人细胞
水孔蛋白的结构（依据Buchanan et al. 2000修改）
三、渗透作用（osmosis） 动力为水势梯度。 水势的概念及水的迁移
1、自由能、化学势、水势
1. ）自由能(free energy):体系内可以用于做功的能量。而束缚 能(bound energy)是不能用于做功的能量。
2. ）化学势( chemical potential):指一个体系中，在恒温恒压下 1mol某物质的自由能(偏摩尔自由能)，用μ表示。它衡量物质 反应或做功的能量。规定纯水的化学势为0焦耳/摩尔（N m/mol）。
本章内容
第一节 植物对水分的需要 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 蒸腾作用 第五节 植物体内水分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
2019/12/27
§ 1、植物对水分的需要
1、1植物的含水量
⑴不同植物的含水量不同。
• 水生植物90%；旱生地衣6%，一般植物55~85%
本书内容
• 第一篇 植物的物质生产和光能利用
包括水分生理、矿质营养和光合作用
• 第二篇 植物体内物质和能量的转变
包括呼吸作用、有机物代谢（次生代谢）、有 机物运输。
• 第三篇 植物的生长发育
包括信号转导、生长物质、光形态建成、生长生 理、生殖生理、成熟和衰老、抗性生理。
2019/12/27
• 代谢（metablolism）：是指维持各种生命活动 （如生长、发育、繁殖和运动）过程中化学变化 （包括物质合成、转化和分解）的总称。
•水分通过水孔蛋白迁移 的速度远远大于通过脂 双分子层的速度。
2019/12/27
水分跨膜运输途径示意图（Buchanan et al. 2000） A．水分子通过水孔蛋白形成的水通道
2019/12/27 B．水分子通过膜脂间隙进人细胞
水孔蛋白的结构（依据Buchanan et al. 2000修改）
三、渗透作用（osmosis） 动力为水势梯度。 水势的概念及水的迁移
1、自由能、化学势、水势
1. ）自由能(free energy):体系内可以用于做功的能量。而束缚 能(bound energy)是不能用于做功的能量。
2. ）化学势( chemical potential):指一个体系中，在恒温恒压下 1mol某物质的自由能(偏摩尔自由能)，用μ表示。它衡量物质 反应或做功的能量。规定纯水的化学势为0焦耳/摩尔（N m/mol）。
植物生理学-植物的水分生理(上课版)
根部吸水还受到根压的影响，即根部细胞的主动吸水压力，有助于水分在植物体内 运输。
气孔是植物叶片上控制水分蒸发的结构，通过气孔开闭可以调节植物体内的水分平 衡。
吸水与土壤湿度、空气湿度的关系
01
土壤湿度是影响植物吸水的重要 因素，土壤含水量过低或过高都 会影响植物吸水。
02
空气湿度对植物吸水也有一定影 响，高空气湿度可能导致叶片表 面凝结水分，增加植物蒸腾作用 。
程提供理论支持。
通过研究植物的水分生态适应性， 可以筛选适合不同生境的植物种 类，促进受损生态系统的恢复和
重建。
植物水分生理研究有助于评估生 态系统的水分状况和生态用水需 求，为生态保护和可持续发展提
供决策依据。
植物的水分生理研究在抗旱育种中的应用
植物水分生理研究有助于深入了解植物抗旱的生理机制，为抗旱育种提 供理论指导。
通过研究植物的水分适应性，可 以培育抗旱、耐涝的作物品种， 提高作物的水分利用效率和抗逆
性。
植物水分生理研究有助于优化农 田灌溉制度，制定合理的灌溉计 划，节约水资源，降低生产成本。
植物的水分生理研究在生态恢复中的作用
植物水分生理研究有助于了解干 旱、半干旱地区的植被恢复机制， 为退耕还林、水土保持等生态工
水分利用效率与植物抗旱性的关系
水分利用效率高的植物在干旱条件下能够更好地适应和生存，而水分利用效率低的植物则 容易受到干旱的威胁。
提高水分利用效率的途径
选择高效品种
通过选择水分利用效率高的植 物品种，可以提高整个生态系
统的水分利用效率。
合理灌溉
根据植物的需求和土壤的湿度， 合理安排灌溉时间和水量，避免 过度灌溉或供水不足。
植物的产量和品质。
水分运输与植物适应环境
气孔是植物叶片上控制水分蒸发的结构，通过气孔开闭可以调节植物体内的水分平 衡。
吸水与土壤湿度、空气湿度的关系
01
土壤湿度是影响植物吸水的重要 因素，土壤含水量过低或过高都 会影响植物吸水。
02
空气湿度对植物吸水也有一定影 响，高空气湿度可能导致叶片表 面凝结水分，增加植物蒸腾作用 。
程提供理论支持。
通过研究植物的水分生态适应性， 可以筛选适合不同生境的植物种 类，促进受损生态系统的恢复和
重建。
植物水分生理研究有助于评估生 态系统的水分状况和生态用水需 求，为生态保护和可持续发展提
供决策依据。
植物的水分生理研究在抗旱育种中的应用
植物水分生理研究有助于深入了解植物抗旱的生理机制，为抗旱育种提 供理论指导。
通过研究植物的水分适应性，可 以培育抗旱、耐涝的作物品种， 提高作物的水分利用效率和抗逆
性。
植物水分生理研究有助于优化农 田灌溉制度，制定合理的灌溉计 划，节约水资源，降低生产成本。
植物的水分生理研究在生态恢复中的作用
植物水分生理研究有助于了解干 旱、半干旱地区的植被恢复机制， 为退耕还林、水土保持等生态工
水分利用效率与植物抗旱性的关系
水分利用效率高的植物在干旱条件下能够更好地适应和生存，而水分利用效率低的植物则 容易受到干旱的威胁。
提高水分利用效率的途径
选择高效品种
通过选择水分利用效率高的植 物品种，可以提高整个生态系
统的水分利用效率。
合理灌溉
根据植物的需求和土壤的湿度， 合理安排灌溉时间和水量，避免 过度灌溉或供水不足。
植物的产量和品质。
水分运输与植物适应环境
第一章 植物的水分生理(共76张PPT)
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。
低浓度溶液中， 细胞吸水，质壁 分离复原。
水分从一个细胞移动到另一个细胞，要两次通 过质膜，还要通过液泡膜。
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
束缚水/自由水 比值大，原生质呈凝胶态，生 命活动微弱，但抗性强。反则反之。
水分是细胞质的主要成分 水分是代谢作用过程的反应物质
水分是植物对物质吸收和运输的溶剂 水分能保持植物的固有姿态
水分能维持植物体正常的温度
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
渗透 依水势梯度进行
•
水分因重力下移而增加水势
的值。
•
细胞内胶体物质的亲水性而引
起水势降低的值。
Ψp
膨压
Ψπ为负值 Ψp 一般为正值。质壁分离时为零，剧烈蒸腾时
为负值。
Ψg一般为正值，但较小，可忽略不计。 形成液泡的细胞Ψm很小，可以忽略不计。未
形成液泡的细胞具有明显的衬质势。
因此，一般植物细胞水势: （此式适用于有液泡的细胞或细胞群）
A. 单个水分子通过膜脂 双分子层进入细胞
教案植物的水分生理
亲水基在外部。
外部的亲水基对水分子有很大的亲和力，容易起水合作用，所以细胞质胶体微粒具有显著的亲水性，水分子距离胶粒越近，吸附力越强，距离胶粒越远，吸附力越弱，从而使水分子在细胞内以两种方式存在：一是距离胶粒越近的被吸附着的不易自由流动的水分子叫做束缚水；一种是距离胶粒较远的不被吸附的可以自由流动的水分子称为自由水。
自由水参与各代谢活动，其数量的多少直接影响植物代谢的强度，自由水含量越高，植物的代谢活动越旺盛。
束缚水含量越高，植物的代谢活动越弱，越冬植物的休眠芽和干燥种子里所含的水基本上都是束缚水，这时植物以微弱的代谢活动度过不良的环境条件。
因此植物植物体内的自由水和束缚水的含量与植物的抗逆性大小密切相关。
通常把自由水与束缚水的比值作为衡量植物代谢强弱和植物抗逆性大小的指标之一。
（三）水分在植物生命活动中的作用生理作用：1．水分是细胞质的主要成分2．水分是代谢作用过程的反应物质3．水分是植物对物质吸收和运输的溶剂4．水分能保持植物的固有姿态生态作用：调节环境温度湿度，调节植物体温，提高光的通透性等。
二、植物细胞对水分的吸收我们知道植物在生命活动中要不断的从外界吸收水分，并运输到各个部位，以满足正常的生命活动需要，那么植物细胞是怎样吸收水分的呢？水分是通过什么方式运输到植物的各个地方去的呢？经过研究发现植物细胞吸水主要有三种方式：扩散、集流和渗透作用，其中渗透吸水占主要地位。
（一）扩散扩散是一种自发过程，指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，是物质顺浓度梯度进行的。
适合短距（如细胞间）离迁徙，不适合长距离的迁徙。
（二）集流集流是指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。
例如水在水管中的流动，河水在河中的流动等。
植物体内也有水分的集流，如水分从土壤溶液流入植物体。
与扩散作用相反，水分集流与溶质浓度梯度无关。
植物体的水分集流要借助于膜上的水孔蛋白形成水通道来完成。
水孔蛋白的活化依靠磷酸化和脱磷酸化作用调节。
植物生理学—植物的水分生理(上课版)
（2003年，全国卷）30．下述有关植物细胞质壁分离的论述中，哪一项是不正确的？ C
A．初始质壁分离时，细胞的压力势等于零 B．在质壁分离现象中，与细胞壁分离的"质"并不是原生质 C．蚕豆根的分生细胞放在20％的蔗糖溶液中，能够发生质壁分离 D．将洋葱表皮细胞放入一定浓度的硝酸钾溶液中，其细胞发生质壁分离后又发生质壁分 离复原。其原因是钾离子和硝酸根离子都进入了细胞
白天（光）CO2↓ PH ↑6.1~7.3
淀粉 + 磷酸 淀粉磷酸化酶 G1P → G + P
水势↑ 细胞 失水 气孔 关闭
夜晚（暗）CO2 ↑ PH ↓ 2.9~6.1
水势↓细胞 吸水气孔 开放
➢ 2、无机离子学说 20实际60年代受重视 ➢ 电子探针、组织化学分析保卫细胞的K+水平，发现：气孔张开时，
跨膜途径：是指水分从一个细胞移动到另一个细胞， 细
要经过质膜和液泡膜的过程。
胞
途 共质体途径：是指水分从一个细胞的细胞质经过胞间 径
连丝移动到另外一个细胞的细胞质的移动过程。
速度较慢。速度慢10-3cm/h。
根系吸水的3种途径
（三）根系吸水的动力 1、根压：由于水势梯度引起水分进入 中柱后产生的压力称为根压。一般为 0.05-0.5MPa,是主动吸水过程。 ➢ 证明根压存在的两个证据： ➢ 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。 ➢ 吐水：未受伤的叶片尖端或边缘向外 溢出液滴的现象。早晨、傍晚常见
压差增大，有利蒸腾；光使气 孔开放，气孔阻力减小。 2、空气相对湿度:大，蒸腾慢 3、温度:高，有利蒸腾 4、风:微风促进，强风抑制
（二）内部因素 1、气孔和气孔下腔
气孔频度（气孔数/cm2）和气孔 大小直接影响内部阻力，气孔下腔 体积影响内部蒸气压。
植物生理学水分代谢讲课文档
黄瓜
西红柿
绝对含水量（％） 99
98
干重（％）
1
2Hale Waihona Puke 鲜重（％）100100
相对含水量（％） ～100
～100
鲜重/干重
100
50
绝对含水量＝（鲜重－干重）/鲜重
饱和含水量＝（饱和鲜重－干重）/饱和鲜重
相对含水量＝绝对含水量/饱和含水量
玉米含水量86％，87％。
第七页，共85页。
三、植物体内水分存在的状态 自由水和束缚水
1、作为原生质的主要成分
2、代谢过程的重要反应物质
3、植物吸收和运输物质的溶剂
4、保持植物的固有姿态 5、保持植物体的正常温度
第十二页，共85页。
生态作用：
6、水对可见光吸收极少 7、水还可以通过水的理化性质调节植物周围的 环境。
第十三页，共85页。
第二节 植物细胞对水分的吸收
细胞吸水是一个热力学过程
第十四页，共85页。
一、水势的概念和水的迁移过程
1、自由能、化学势和水势的概念
（1）自由能和化学势 在恒定条件下，体系内能用来做功的能量就称为
自由能(free energy)。 自由能是相对的，是一个体系变化前后的能差。
ΔG=G2-G1
第十五页，共85页。
化学势(chemical potential)：是在恒 温恒压等条件下，1摩尔某组分在体系中的 自由能，可用来衡量物质反应或转移所用 的能量。
2、水孔蛋白的概念、分类、结构和功能
（1）概念：水孔蛋白（aquaporins，AQPs）是一类对水专 一的通道蛋白，它介导细胞或细胞器与介质之间快速水的运 输，是水分进出细胞的主要途径。 （2）分类：植物细胞存在四种类型的水孔蛋白，分别定位 在质膜（属于质膜内在蛋白PIPs）、液泡膜（属于液泡膜 内在蛋白TIPs）、根瘤共生体外周膜(NIPs)上及在拟南芥 和玉米中小通道蛋白(SIPs)。
植物水分生理课件
土壤类型
土壤类型如砂质土和粘土，对植物的 水分吸收和散发有不同的影响。砂质 土易于排水，而粘土则容易积水，影 响植物的水分平衡。
05
植物的水分生理研究的应用
农业上的应用
抗旱育种
通过研究植物的水分生理，培育出能够在干旱条件下正常生长的 作物品种，提高农业生产效益。
合理灌溉
根据植物的水分生理特性，制定合理的灌溉制度，避免水分过多或 过少对作物生长的影响，提高水分利用效率。
水分运输的动力
水分运输的主要动力是重力、压力差和蒸腾作用。
水分运输的途径
水分主要通过根、茎、叶等器官进行运输， 从根部吸收的水分通过茎和叶的输导组织输 送到植物的各个部分。
02
植物的水分吸收和运输
水分通过细胞的吸收
01 水分通过细胞的质膜进入细胞。 02 质膜上的水通道蛋白（水孔蛋白）允许水分子通过。 03 水分通过细胞膜的渗透作用进入细胞。
01
植物水分散失的主要途径包括气 孔蒸腾、角质层蒸腾和细胞间蒸 发。
02
03
角质层蒸腾是指水分通过角质层 表面散失到大气中的过程，主要 发生在角质层较厚的植物表面。
04
水分散失的调节和控制
植物通过调节气孔开度和角质层透性等途径 来调节水分散失，以适应不同的环境条件。
角质层透性也是调节水分散失的重要因素， 植物通过改变角质层结构、厚度和含水量等
利用生物技术手段改良作物品种，提高其抗旱、抗盐和耐涝能力，同时结合工程 措施，实现节水灌溉和水分的高效利用。
感谢您的观看
THANKS
物产量和适应性提供理论依据。
水分胁迫的生理生态学研究
03
加强对不同水分胁迫条件下植物生理生态学的研究，包括对土
壤水分动态、植物种群竞争和群落演替的影响等。
土壤类型如砂质土和粘土，对植物的 水分吸收和散发有不同的影响。砂质 土易于排水，而粘土则容易积水，影 响植物的水分平衡。
05
植物的水分生理研究的应用
农业上的应用
抗旱育种
通过研究植物的水分生理，培育出能够在干旱条件下正常生长的 作物品种，提高农业生产效益。
合理灌溉
根据植物的水分生理特性，制定合理的灌溉制度，避免水分过多或 过少对作物生长的影响，提高水分利用效率。
水分运输的动力
水分运输的主要动力是重力、压力差和蒸腾作用。
水分运输的途径
水分主要通过根、茎、叶等器官进行运输， 从根部吸收的水分通过茎和叶的输导组织输 送到植物的各个部分。
02
植物的水分吸收和运输
水分通过细胞的吸收
01 水分通过细胞的质膜进入细胞。 02 质膜上的水通道蛋白（水孔蛋白）允许水分子通过。 03 水分通过细胞膜的渗透作用进入细胞。
01
植物水分散失的主要途径包括气 孔蒸腾、角质层蒸腾和细胞间蒸 发。
02
03
角质层蒸腾是指水分通过角质层 表面散失到大气中的过程，主要 发生在角质层较厚的植物表面。
04
水分散失的调节和控制
植物通过调节气孔开度和角质层透性等途径 来调节水分散失，以适应不同的环境条件。
角质层透性也是调节水分散失的重要因素， 植物通过改变角质层结构、厚度和含水量等
利用生物技术手段改良作物品种，提高其抗旱、抗盐和耐涝能力，同时结合工程 措施，实现节水灌溉和水分的高效利用。
感谢您的观看
THANKS
物产量和适应性提供理论依据。
水分胁迫的生理生态学研究
03
加强对不同水分胁迫条件下植物生理生态学的研究，包括对土
壤水分动态、植物种群竞争和群落演替的影响等。
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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
（2）水势的大小： ➢ 纯水的自由能最大，因此水势最高，这样规定纯水的水势为0 ，其他容易与它相比较，而得出其大小。 ➢ 由于溶液中溶解了溶质，而溶质颗粒存在降低了水的自由能， 所以溶液中水的自由能要比纯水低，溶液的水势就成为负值，溶 液越浓，水势越低，负值越大。
第三节 根系吸水和水分向上运输
• 水分在植物体内的传输包括：
径向传输：是指水分从土壤溶液中传 输至导管的过程，即根系吸水。
轴向传输：是指水分在木质部导管向 上传输至植物顶部的过程，即水 分向上运输。
一、根系吸水
（一）根系吸水的部位：主要在根尖的根毛区。
（二）根系吸水的途径
质外体途径：是指水分通过细胞壁、细胞间隙等没有 细胞质部分的移动过程。移动阻力小，移动快。
跨膜途径：是指水分从一个细胞移动到另一个细胞， 细
细胞水势、渗透势和压力势在不同细胞体积中的变化
（1）初始质壁分离时，V=1.0， Ψp= 0， Ψw = Ψs （2）充分膨胀时，V=1.5， Ψw = Ψs + Ψp = 0 或Ψw = 0 Ψs = -Ψp （3）剧烈蒸腾时， Ψp < 0 Ψw < Ψs
（四）细胞间的水分移动
➢地上比根部低。 ➢上部叶比下部叶低 ➢在同一叶子中距离主脉越 远则越低； ➢在根部则内部低于外部。
特点:简单扩散是物质顺浓度梯度进行,适于短距离运输（胞内 跨膜或胞间）,不适于长距离的迁徙。
水的蒸发、叶片的蒸腾作用都是水分子扩散现象。
二、集流
概念—是指液体中成 群的原子或分子在压 力梯度下共同移动的 现象。例如水在木质 部中远距离运输，水 分从土壤溶液流入植 物体。
特点：物质顺压力梯 度进行。水分集流与 溶质浓度无关。
2、化学势：在等温、等压条件下，1mol物质的自由能就是该物 质的化学势。
3、水势：指每偏摩尔体积水的化学势差。用 (ψW) 表示。
wW W 0Fra bibliotekWVW
VW
（1）水势的单位：
水 势 水 水 的 的 偏 化 摩 N m 学 · m 3m · m 尔 势 1 o 1 o l体 lN · m 2 积 Pa
➢1、渗透势 (ψs)：在某系统中由于溶质颗粒的存在而使水势降低 的值，又叫溶质势(ψπ)。
➢ψs大小取决于溶质颗粒总数
➢2、压力势(Ψp)：由于细胞壁压力的存在而引起的水势增加值。 ψp＞0，正常情况压力正向作用细胞，增加 Ψw ψp＜ 0，剧烈蒸腾压力负向作用细胞，降低Ψw ψp = 0，质壁分离时，壁对质无压力
第二节 植物细胞对水分的吸收
1、植物细胞吸收水分的三种形式: 渗透性吸水（具液泡细胞） 吸胀性吸水（未形成液泡的细胞） 代谢性吸水（直接耗能）
2、现用教材：植物细胞吸水的三种方式是
扩散: 集流: 渗透作用: 是扩散与集流方式的组合
一、扩散
概念— 由分子的随机热运动所造成的物质从浓度高处向浓度 低处移动的过程。
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（-0.01MPa），但绝对值很小（趋 于零），可忽略不计。
总结：
* 故具有液泡的成熟细胞：
Ψw = Ψs + Ψp
* 没有液泡的分生细胞、风干种子胚细胞：ψw = ψm * 初始质壁分离细胞：ψw = ψs * 水饱和细胞： ψw = 0
集流是通过细胞膜上的水孔蛋白 （也称水通道蛋白）形成的水通 道来完成的。水孔蛋白广泛分布 于植物各个组织。
三、渗透作用 （一）渗透现象
1、渗透装置的条件 1、具有半透膜 2、半透膜两侧具有浓度差
2、渗透作用定义：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。
（二）植物细胞就是一个渗透系统
植物生理学—植物的水分生理 (上课版)
植物的水分代谢包括：
水
水
水
分
分
分
的
的
的
吸
运
排
收
输
出
和
利
用
第一节 植物对水分的需要
一、植物的含水量 1、不同的植物含水量有很大的不同
＜
草本
木本
70%-85%
2、同一植物生长在不同环境中含水量也有差异 3、在同一植株中，不同器官和不同组织的含水量的差异也很大
二、植物体内水分存在的状态 根据存在状态分为： 束缚水：靠近胶粒而被胶粒吸
➢3、重力势(ψg) ：是水分因重力下移与相反力量相等时的力量。它 能增加水分自由能，提高水势的值，以正值表示。
➢当水高1 m时，重力势是0.01 MPa。考虑到水分在细胞水平移动， 与渗透势和压力势相比，重力势通常省略不计。
➢4、衬质势（ Ψm ）：由于细胞胶体物质（蛋白质、淀粉、纤维素） 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。
（3）几种常见化合物的水势
溶液 纯水
Ψw /Mpa 0
Hoagland营养液 海水
1mol·L-1蔗糖 1mol·L-1 KCl
－0.05 －2.50 －2.69 －4.50
（4）细胞的水势
Ψw = ψs + ψp + ψm + ψg Ψs ：渗透势 Ψp ：压力势 Ψm ：衬质势 Ψg ：重力势
附束缚不易自由流动的水分 。 自由水：距离胶粒较远而可以
自由流动的水分。
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。
两者比值 自由水/ 高 束缚水
低
原生质
溶胶 凝胶
代谢
旺盛 活性低
生长 抗逆性
快弱 迟缓 强
三、 水分在生命活动中的作用
1、水是原生质的主要组分 细胞质的含水量一般在70%～90% 2、水是代谢过程的反应物质 在光合、呼吸、有机物质合成和分解 的过程中，都有水分子参与。 3、水是植物对物质吸收和运输的溶剂 植物只能吸收和运输溶解在水中的无 机物质和有机物质。 4、水能使植物保持固有的姿态
➢ 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。
➢ 质壁分离和质壁分离复原可以 证明植物细胞是一个渗透系统
（三）水势和自由能
1、自由能
根据热力学原理，系统中物质的总能量可分为束缚能和自由能。
物质 能量
束缚能：是不能用于做有用功的能量。 自由能：是在恒温、恒压条件下能够作功的那部分能量。
1bar = 105Pa = 0.1MPa = 0.987atm
（2）水势的大小： ➢ 纯水的自由能最大，因此水势最高，这样规定纯水的水势为0 ，其他容易与它相比较，而得出其大小。 ➢ 由于溶液中溶解了溶质，而溶质颗粒存在降低了水的自由能， 所以溶液中水的自由能要比纯水低，溶液的水势就成为负值，溶 液越浓，水势越低，负值越大。
第三节 根系吸水和水分向上运输
• 水分在植物体内的传输包括：
径向传输：是指水分从土壤溶液中传 输至导管的过程，即根系吸水。
轴向传输：是指水分在木质部导管向 上传输至植物顶部的过程，即水 分向上运输。
一、根系吸水
（一）根系吸水的部位：主要在根尖的根毛区。
（二）根系吸水的途径
质外体途径：是指水分通过细胞壁、细胞间隙等没有 细胞质部分的移动过程。移动阻力小，移动快。
跨膜途径：是指水分从一个细胞移动到另一个细胞， 细
细胞水势、渗透势和压力势在不同细胞体积中的变化
（1）初始质壁分离时，V=1.0， Ψp= 0， Ψw = Ψs （2）充分膨胀时，V=1.5， Ψw = Ψs + Ψp = 0 或Ψw = 0 Ψs = -Ψp （3）剧烈蒸腾时， Ψp < 0 Ψw < Ψs
（四）细胞间的水分移动
➢地上比根部低。 ➢上部叶比下部叶低 ➢在同一叶子中距离主脉越 远则越低； ➢在根部则内部低于外部。
特点:简单扩散是物质顺浓度梯度进行,适于短距离运输（胞内 跨膜或胞间）,不适于长距离的迁徙。
水的蒸发、叶片的蒸腾作用都是水分子扩散现象。
二、集流
概念—是指液体中成 群的原子或分子在压 力梯度下共同移动的 现象。例如水在木质 部中远距离运输，水 分从土壤溶液流入植 物体。
特点：物质顺压力梯 度进行。水分集流与 溶质浓度无关。
2、化学势：在等温、等压条件下，1mol物质的自由能就是该物 质的化学势。
3、水势：指每偏摩尔体积水的化学势差。用 (ψW) 表示。
wW W 0Fra bibliotekWVW
VW
（1）水势的单位：
水 势 水 水 的 的 偏 化 摩 N m 学 · m 3m · m 尔 势 1 o 1 o l体 lN · m 2 积 Pa
➢1、渗透势 (ψs)：在某系统中由于溶质颗粒的存在而使水势降低 的值，又叫溶质势(ψπ)。
➢ψs大小取决于溶质颗粒总数
➢2、压力势(Ψp)：由于细胞壁压力的存在而引起的水势增加值。 ψp＞0，正常情况压力正向作用细胞，增加 Ψw ψp＜ 0，剧烈蒸腾压力负向作用细胞，降低Ψw ψp = 0，质壁分离时，壁对质无压力
第二节 植物细胞对水分的吸收
1、植物细胞吸收水分的三种形式: 渗透性吸水（具液泡细胞） 吸胀性吸水（未形成液泡的细胞） 代谢性吸水（直接耗能）
2、现用教材：植物细胞吸水的三种方式是
扩散: 集流: 渗透作用: 是扩散与集流方式的组合
一、扩散
概念— 由分子的随机热运动所造成的物质从浓度高处向浓度 低处移动的过程。
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（-0.01MPa），但绝对值很小（趋 于零），可忽略不计。
总结：
* 故具有液泡的成熟细胞：
Ψw = Ψs + Ψp
* 没有液泡的分生细胞、风干种子胚细胞：ψw = ψm * 初始质壁分离细胞：ψw = ψs * 水饱和细胞： ψw = 0
集流是通过细胞膜上的水孔蛋白 （也称水通道蛋白）形成的水通 道来完成的。水孔蛋白广泛分布 于植物各个组织。
三、渗透作用 （一）渗透现象
1、渗透装置的条件 1、具有半透膜 2、半透膜两侧具有浓度差
2、渗透作用定义：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。
（二）植物细胞就是一个渗透系统
植物生理学—植物的水分生理 (上课版)
植物的水分代谢包括：
水
水
水
分
分
分
的
的
的
吸
运
排
收
输
出
和
利
用
第一节 植物对水分的需要
一、植物的含水量 1、不同的植物含水量有很大的不同
＜
草本
木本
70%-85%
2、同一植物生长在不同环境中含水量也有差异 3、在同一植株中，不同器官和不同组织的含水量的差异也很大
二、植物体内水分存在的状态 根据存在状态分为： 束缚水：靠近胶粒而被胶粒吸
➢3、重力势(ψg) ：是水分因重力下移与相反力量相等时的力量。它 能增加水分自由能，提高水势的值，以正值表示。
➢当水高1 m时，重力势是0.01 MPa。考虑到水分在细胞水平移动， 与渗透势和压力势相比，重力势通常省略不计。
➢4、衬质势（ Ψm ）：由于细胞胶体物质（蛋白质、淀粉、纤维素） 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。
（3）几种常见化合物的水势
溶液 纯水
Ψw /Mpa 0
Hoagland营养液 海水
1mol·L-1蔗糖 1mol·L-1 KCl
－0.05 －2.50 －2.69 －4.50
（4）细胞的水势
Ψw = ψs + ψp + ψm + ψg Ψs ：渗透势 Ψp ：压力势 Ψm ：衬质势 Ψg ：重力势
附束缚不易自由流动的水分 。 自由水：距离胶粒较远而可以
自由流动的水分。
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。
两者比值 自由水/ 高 束缚水
低
原生质
溶胶 凝胶
代谢
旺盛 活性低
生长 抗逆性
快弱 迟缓 强
三、 水分在生命活动中的作用
1、水是原生质的主要组分 细胞质的含水量一般在70%～90% 2、水是代谢过程的反应物质 在光合、呼吸、有机物质合成和分解 的过程中，都有水分子参与。 3、水是植物对物质吸收和运输的溶剂 植物只能吸收和运输溶解在水中的无 机物质和有机物质。 4、水能使植物保持固有的姿态
➢ 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。
➢ 质壁分离和质壁分离复原可以 证明植物细胞是一个渗透系统
（三）水势和自由能
1、自由能
根据热力学原理，系统中物质的总能量可分为束缚能和自由能。
物质 能量
束缚能：是不能用于做有用功的能量。 自由能：是在恒温、恒压条件下能够作功的那部分能量。