第一章植物的水分生理

4、水势—每偏摩尔体积水的化学势或水的偏摩尔自由能。 符号：ψ 国际单位：兆帕（Mpa=106pa) 1atm=1.013×103pa 重要特点：一个系统中水势的高低取决于该系统中水分子自 由扩散能力的大小，自由扩散能力大，水势高，反之则低。
重要用途：衡量一个系统中水分子自由扩散能力的强弱， 水势高，水分子自由扩散力强，反之则弱。
第二节 植物细胞对水分的吸收
吸水方式：被动吸水（主要方式）
源自文库
主动吸水
一、渗透性吸水（Osmosis absorption）
（一）概念 1、渗透性吸水：细胞通过渗透作用吸水。 2、渗透作用：（广义）—物质由浓度高处向浓度低处扩散移 动的现象。 （狭义）—水分子通过半透膜由水势高处向水势低处移动 的现象。 3、半透膜—只能让水分子、葡萄糖分子等小分子物质自由通 过，而不能让大分子物质自由通过的膜，如细胞膜、动物膀 胱、蚕豆种皮、透析袋等。反之称为透性膜，如细胞壁。
第一章 植物的水分生理 （Water Relations of Plant）
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
植物对水分的需要 植物细胞对水分的吸收 根系吸水及水分向上运输 蒸腾作用 合理灌溉的生理基础
第一节 植物对水分的需要
一、植物的含水量 二、植物体内水分的存在状态 三、水分在植物生命活动中的作用
Ψm （衬质势matric potential ）：由于细胞内胶体物质 （如：蛋白质）的存在和细胞毛细管作用而导致细胞水势下 降的部分。
分生细胞、干种子的衬质势为-100MPa ；己形成液泡的细 胞为-0.01MPa ，只占微小部分，Ψw = Ψπ + Ψp。
（三）细胞间的水分移动—水往低处流
• 例：判断甲、乙两细胞水分的移动方向
Ψπ ＝-1.4MPa Ψp=+0.8MPa
？？
Ψπ ＝-1.2MPa Ψp=+0.4MPa
甲
Ψw=-0.6MPa
乙
Ψw=-0.8MPa
相邻细胞间水分的运转
（生长土壤水势为 -0.01MPa，大气水
势为-90MPa的条件下） ψWs＝土壤水势；ψWr ＝根水势； ψWa＝大气水势；ψWL ＝叶片水势
Ψs（溶质势solute potential ；渗透势osmotic potential ）：由于细胞内溶质（葡萄糖、氨基酸、K+等） 的存在而导致细胞水势降低的部分。温带生长的植物叶组织 的渗透势为-1~-2MPa ，旱生植物叶片的达-10MPa 。
Ψp（压力势pressure potential）：由于细胞壁的存在而导 致细胞水势增加或降低的部分。草本植物叶片细胞的压力势 在温暖天气的下午约为0.3~0.5MPa ，晚上为1.5MPa 。
重要规律：ψ纯水> ψ水溶液，溶液浓度越高,水分子越不易自由 移动, ψ越低 。
人为规定：常温常压下，ψ纯水=0，各种水溶液与纯水相比较， 即测得其ψ。
溶液的水势 ψ = -iCRT
i—渗透系数，NaCl为1.80，CaCl2为2.60,蔗糖为1. C—溶液浓度(mol/kg) R—气体常数(0.083×105 L.Pa/mol.k) T—绝对温度(273+t)
四、水分进入细胞的途径
•
•• •
水通道
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水分子
水分跨膜移动途径示意图
类脂
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（aquaporin）：动植物细胞膜上转运水的
特异孔道，最早在动物细胞中发现，以后陆续在许多植物 （拟南芥、烟草、菠菜、水稻、大麦等）的液泡膜和质膜 上发现。 它是一类具有选择性、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。 广泛分布于植物各种组织。为一种四聚体，中间呈“滴漏” 型，水通道宽窄可调节。功能：依存在的部位不同而有所 不同。▽ 维管束薄壁细胞中：可能参与水分长距离的运 输，参与调节整个细胞的渗透势。▽ 根尖的分生区和伸 长区中：有利于细胞生长和分化，▽ 雄蕊、花药中：可 能与生殖有关。
芦荟（百合科） 肉质植物
睡莲（睡莲科） 水生植物
含水量90%以上
地衣（地衣门）
地球上最古老的植物之一，是一 类原始型的低等植物，适应能力极 强，耐旱、耐寒、耐贫，在南极也 有分布。含水量约6%。
含水量约90%以上
干种子 含水量约10%－14%
二、植物体内水分存在的状态
δ-
O
H δ+
Water is a polar molecule with
几种常见溶液的水势
溶液
Ψw （MPa）
纯水
Hoagland营养液 海水 1mol ·L-1蔗糖 1mol ·L-1 KCL
0 -0.05
-2.69 -2.69 -4.50
（二）细胞的水势
典型植物细胞的水势由3部分势值组成：
Ψw = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm
Ψw（cell water）：细胞水势
一、植物的含水量 （几-90以上%）
主要影响因素:
植物种类:水生植物、肉质植物>90%以上,草 本植物为70-85%,木本植物含水量稍低于草本 植物，在干旱环境中生长的低等植物（地衣、 藓类）为6%。
生长环境：生长于阴蔽、潮湿环境中的植物 较向阳、干燥环境中的高。
器官、组织种类：幼嫩>衰老。根尖、茎尖、 嫩幼苗、绿叶为60-90%，树干为40%，休眠芽 为40%，风干种子为10-14%。
H hydrogen bond between them
+
带电
δ+
颗粒
+
H +
++
+ 带电
+
+
+
+ 颗粒 +
+
++ + +
+
+
亲水胶粒与水化层示意图
植物体内水分存在的状态:
1、束缚水(bound water)—植物体内距离亲水物质（蛋白质、 核酸等）较近而被之吸咐束缚不易自由移动的水分子。 2、自由水(free water)—植物体内距离亲水物质（蛋白质、 核酸等）较远而不被吸咐束缚易自由移动的水分子。
自由水/束缚水：高，植物代谢旺，抗逆能力弱。 低，植物代谢弱，抗逆能力强
如：越冬植物和休眠的干燥种子，自由水/束缚水低， 仅以极弱的代谢维持生命活动，但抗性却明显增强，能度 过不良的逆境条件。
松、竹、梅，被称作“岁寒三友”，抗寒能力极强， 也与体内束缚水多有关。
三、水分在植物生命活动中的作用
水是生命的摇篮，没有水就没有生命，世界上最 早的生命就是在逐渐冷却的海洋里由蛋白质和其他 化合物产生出来的。植物起源于水，后来其中的一 部分才逐渐进化为陆生植物。植物的一切生命活动 都必须在细胞含有水的条件下才能进行。水的生理 作用主要有： 1、水分是细胞质的主要成分 含水量一般达70％-90％ 2、水分是代谢过程的反应物质 光合、呼吸等 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 维持细胞紧张度