第一章植物水分代谢
植物的水分代谢
0.2
37.8
2、水分的迁移方式
扩散（diffusion） 物质从高浓度(高化学势)的区域向低浓度(低化学势)区域自发的 转移称为扩散。 动力：两点间的化学势差(浓度差)。 对于短距离的物质运输有效。不适用于长距离运输。
渗透(osmosis)
当溶液被膜分开为两个部分时，溶质无法跨膜运输，溶剂的跨膜 扩散称为渗透。 渗透动力：膜两侧的水势差。 这是水分进入细胞的主要形式。
1.水分的生理作用
1）水是植物细胞原生质的重要组分
2）水是植物体内代谢过程的反应物质
3）水是植物各种生化反应和物质运输的介质 4）水使植物保持挺立的姿态 5）细胞的分裂和延伸生长都需要足够的水
•正常代谢的组织原生质呈溶胶状态；代谢弱的干种子，原生质呈凝胶状态。
2.水对植物的生态作用：
1)水是植物体温调节剂
处在强烈蒸发环境中的细胞ψP会成负值？
• 因为植物细胞壁的表面蒸发失水，原生质和液泡中的一部分水分 就外移到细胞壁中去。但这时并不发生质壁分离。在强烈的蒸发 环境中, 细胞壁内已经没有水分了，原生质体便与细胞壁紧密吸 附而不分离。所以在原生质收缩时，就会拉着细胞壁一起向内收 缩。由于细胞壁的伸缩性有限，所以就会产生一个向外的反作用
用质壁分离现象解决下列几个问题(P13)：
1、鉴定细胞死活
2、测定细胞的渗透势
3、观察物质透过原生质的难易程度 4、证明植物细胞是渗透系统
低水势
常态
纯水
细胞水势、溶质势、压力势与细胞体积的关系
• 问题：
（1）甲、乙两细胞，甲放在0.4M的蔗糖溶液中，充分平衡后， 测得其渗透势为-0.8RT；乙放在0.3M的NaCl溶液中，充分平
饱和含水量
植物生理学第1章 水分代谢
3、细胞间的水分移动
土壤水势>植物根水势>茎木质部水势>叶片水势>大气水势
4、水分在植物体内的迁移方式 迁移方式主要有两种：集流和扩散
（1）扩散：是物质分子（包括气体分子、水分子、 溶质分子等）从高浓度区域向低浓度区域转移，直 到分布均匀的现象。水分子可以从高水势区域向低 水势区域扩散，但比较慢。 （2）集流：是在外力的作用下，大量水分子快速运 动的现象。如导管的输水作用。 （ 3）渗透作用（osmosis)：是指液体通过半透膜进 行扩散的现象，是扩散作用的一种特殊形式。
渗透作用（ osmosis) ：是指水分从水势高的系 统通过半透膜向水势低的系统进行扩散的现象， 是扩散作用的一种特殊形式。
图1.2 渗透作用示意图
稀溶液的渗透势可用范特· 霍 夫 （ Vant Hoff）计算渗透压的公式来计算： ψs=ψπ=-iCRT
式中 i为溶质的解离系数； C为溶质的体 积 摩 尔 浓 度 （ mol· L-1 ） ； R 为 气 体 常 数 (0.0083dm3· Mpa· mol-1· K-1) ； T 为绝对温度 (K) 。 对于一个开放系统来说，在常温常压下， 溶液的水势就等于其渗透势。
土壤中的水分是以集流的方式向根部移
动。水分移动的速率与土质有关。
农业的节水灌溉
微灌技术：有微喷灌、滴灌、渗灌及微管灌等。 将灌溉水加压、过滤，经各级管道和灌水器具灌水于 作物根际附近。微灌技术具有以下优点: (1) 微灌技术的节水效益更显著。与地面灌溉相比， 可节水 80％～ 85 ％ .(2) 同时微灌可以与施肥结合，利 用施肥器将可溶性的肥料随水施入作物根区，及时补 充作物需要的水分和养分，增产效果好。 (3) 微灌可 以使土壤疏松、保持颗粒状。（ 4）微灌使地表干燥， 不利于杂草生长。
A53-植物生理学-7版第1章 水分代谢
茎、枝等器官 皮孔蒸腾 0.1%
二、气孔蒸腾
第四节 植物的蒸腾作用 一、概念、生理意义和方式
通常气孔的面积
（一）气孔的运动
三、根系吸水的动力
通常蒸腾植物的吸水主要是由蒸 腾拉力引起的。只有春季叶片未展开 时，蒸腾速率很低的植株，根压才成 为主要吸水动力。
（三）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 通气状况不良：影响呼吸；根系中毒。
2.土壤温度：适宜的温度范围内土三、温根系愈吸水高的动，力 根系吸水愈多
1) 溶质势：由于溶质颗粒的存在而引起体系水势降低 的数值,又称渗透势ψπ 。
ψs =ψπ=-π(渗透压)=-iCRT
i：等渗系数，蔗糖为1 C：质量摩尔浓度，mol/kg R：大气常数，0.008314 T：绝对温度
温带大多数作物叶组织的渗透势在-1～-2MPa， 旱生植物叶片的渗透势很低，达-10MPa。
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。
(四)细胞的水势
一、细胞的渗透性吸水
典型植物细胞水势由4个势组成：
ψw = ψs +ψp+ ψm+ ψg
水 渗 压 衬重 透 力 质力
势 势 势 势势
渗透势：（osmotic potential) 压力势：(pressure potential） 重力势：（gravity potential） 衬质势：（matric potential）
• 水分从植物体中散失到外界去的方式有两种：
（1）以液体状态散失到体外的，吐水现象； （2）以气体状态散逸到体外的，蒸腾作用，
第四节 植物的蒸腾作用
一、概念、生理意义和方式：
植物的水分代谢解读
质壁分离（plasmolysis):植物细胞由于液泡失水而是 原生质体和细胞壁分离的现象 质壁分离的复原（deplasmolysis)
第二节 植物细胞对水分的吸收
4、细胞的水势
水势就是水的化学势。水流动需要能量，水用于做功的能量大小的 量度用水势来表示。一个系统中物质所含的能量可分为束缚能和自 由能两部分。束缚能是在恒温、恒压下不能做功的能量，而自由能 是在恒温恒压下用于做功的能量。只有自由能可用来做功，水只能 延着能量减小的方向移动，即从水势高向水势低的方向移动。
重力势ψ
g
：是水分因重力下移而引起水势降低的
力量，其大小取决于参考状态下水的高度（h）、
水的密度和重力加速度。
植物细胞水势的组分：
一个典型细胞的水势是由溶质势、压力
势、衬质势和重力势所组成。
ψ w =ψ
s
+ψ
p
+ψ
m
+ψ
g
对已形成中央大液泡的成熟植物细胞
来说，由于原生质仅为一薄层，液泡内的
大分子物质又很少，衬质势 ψ 为 ψ w =ψ 质势 ψ
水势的单位：兆帕（ MPa ）、帕（ Pa ）、巴
(bar)、大气压(atm)。 1巴=0.1MPa = 0.987 大气压 = 105 帕
cell水势、溶质势、压力势/MPa
1.5 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
Ψp Ψw
Ψs
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相对体积
水势的应用
水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转,故水势 可用于判断水分迁移的方向。如：
1.
相邻细胞的水分转移：水分由水势高的细胞沿水势梯度流向 水势低的细胞。 植物体内的水分转移：植株地上部分的水势低于根系，故根 系水分可向地上部分运转。
植物的水分代谢.
第二节 植物细胞对水分的吸收
细胞吸水有三种方式： 吸胀作用吸水（形成液泡前） 渗透性吸水（形成液泡后） 代谢性吸水（形成液泡后）
一、植物细胞的渗透性吸水
1、扩散和渗透作用 扩散是物质分子从高浓度向低浓度转移，直到均匀分布的现象。 渗透作用是扩散作用的特殊形式，是水分通过半透性膜的扩散作用。 半透性膜的特点是：
1巴=0.1MPa = 0.987 大气压 = 105 帕
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
Ψs
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 相对体积
水势的应用
水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转,故水势 可用于判断水分迁移的方向。如：
ψw =ψs +ψp 没有形成液泡如风干种子的细胞，衬 质势ψm 可达-100MPa，渗透势ψs和压力 势ψp很小，可忽略不计，所以它们的细胞 水势可表示为：
ψw =ψm
水势的大小和单位：
纯水的水势(ψw0)最大ψw0=0，植物细胞的 水势都为负值。
水势的单位：兆帕（MPa）、帕（Pa）、巴 (bar)、大气压(atm)。
内皮层（凯氏带）阻碍了水通过。内皮层通道自保就是一个具有选 择性的膜，对根中水分运转其调控作用
2）蒸腾拉力—被动吸水
蒸腾拉力（transpirational pull）：由于蒸腾作用产生的一系 列水势梯度使导管中水分上升的力量。主要动力
3 根系吸水的影响因素 A) 植物本身因素
1) 根系发达程度： 根系密度（root desity): cm/cm3
μw-μw0
植物生理学--名词解释
第一章植物的水分代谢一、名词解释1．自由水：距离胶粒较远而可以自由流动的水分。
2．束缚水：靠近胶粒而被胶粒所束缚不易自由流动的水分。
3．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。
4．水势（ψw）：每偏摩尔体积水的化学势差。
符号：ψw。
5．渗透势即溶质势（ψπ）：由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值，符号ψπ。
用负值表示。
亦称溶质势（ψs）。
6．压力势（ψp）：由于细胞壁压力的存在而增加的水势值。
一般为正值。
符号ψp。
初始质壁分离时，ψp为0，剧烈蒸腾时，ψp会呈负值。
7．衬质势（ψm）：细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起的水势降低值，以负值表示。
符号ψm 。
8．小孔扩散律：气体通过多孔表面的扩散速率，不与小孔的面积成正比，而与小孔的周长成正比。
9．水分临界期：10．蒸腾作用：水分以气体状态通过植物体表面从体内散失到体外的现象。
11．根压：植物根部的生理活动使液流从根部上升的压力。
12．质壁分离:将植物细胞放到水势较低的浓溶液中，细胞渗透失水，细胞壁弹性有限，原生质体弹性较大，细胞继续失水造成细胞壁和细胞质分离的现象13．蒸腾速率：又称蒸腾强度，指植物在单位时间内，单位面积通过蒸腾作用而散失的水分量。
（g／dm2·h）14．蒸腾比率（效率）：植物每消耗l公斤水时所形成的干物质重量（克）。
15．蒸腾系数：植物制造 1克干物质所需的水分量（克），又称为需水量。
它是蒸腾比率的倒致。
16．内聚力学说：又称蒸腾流-内聚力-张力学说。
即以水分的内聚力解释水分沿导管上升原因的学说。
第二章植物的矿质营养一、名词解释1. 矿质元素:2．灰分元素：亦称矿质元素，将干燥植物材料燃烧后，剩余一些不能挥发的物质称为灰分元素。
3．大量元素：在植物体内含量较多，占植物体干重达万分之一以上的元素。
包括钙、镁、硫、氮、磷、钾、碳、氢、氧等9种元素（C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S）。
第一章 植物的水分代谢
(2)压力势(pressure potential) 由于压力的存在而使体系水势改变的 数值，用ψ p表示。 原生质吸水膨胀，对细胞壁产生压力， 而细胞壁对原生质会产生一个反作用力， 这就是细胞的压力势。
渗 透 装 置
图1－1 渗透现象
1.实验开始时
2.由于渗透作用纯水通过 选择透性膜向糖溶液移动， 使糖溶液液面上升。
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分子中的，数多。故而导 致蔗糖溶液的液面升高。
3 关于气孔蒸腾的试验
试验当天：
试验三天后：
4.蒸腾作用的生理意义
运输动力 降温 气体交换 提高空气湿度，调节气候， 防止干旱
5
蒸腾作用的影响因素
5.1 内部因素
1）气孔频度（气孔数/cm2） 2）气孔大小 3）气孔开度
5.2 外部因素
1）光照 2）空气相对湿度 3）温度 4）风速
第四节 植物体内水分的运输
一、水分运输的途径：
土壤水分 木质部 薄壁细胞 叶肉 细胞 气孔 下腔 根毛 茎的 导管 皮层 叶脉 导管 内皮层
气孔
大气
Evaporation
Water molecules are “sticky”
Cohesion
Uptake
二、
水分运输的速度
不同植物、不同部位、不同环境都会影响 水分的运输速度
二.植物细胞吸水的途径
第一章水分
二、吸涨吸水
1.吸涨力：亲水物质与水分子 间存在亲和力，两者相互作 用，吸引水分子的力量。如 附着力、毛细管力、电化学 作用等。
2. 吸涨作用 ：原生质及细胞壁 的组成成分吸水膨胀的作用。
3. 吸涨吸水特点Fra bibliotek（1）液泡形成之前的主要吸水方式。
如种籽萌发、幼嫩细胞；
（2）不同物质吸涨力不同。
蛋白质、淀粉、纤维素吸涨力依
压压力的势存（在ψp而）增：加在的植水物势组。织为中正由值于或静为水0（质 壁分离）。（由于细胞壁压力的存在而增 加的水势。水进入细胞，使细胞的体积膨 大，增加了水分向细胞外移动的趋势，）
植物组织（细胞）水势：ψW=ψS+ψm +ψp
小结：
1、纯水的自由能最大，水势最高； 2、浓度越浓水势越低； 3、水势一般以相对值表示，把纯 水定为0，溶液与其相比为负值； 4、水从高水势处流向低水势处。
次递减。
（3）吸涨作用的大小就是衬质势（ψm） 的大小（幼嫩细胞在形成液泡之前富
含原生质）。
三、代谢吸水 利用细胞呼吸释放的能量，使水分
经过质膜 而进入细胞的过程。 试验证明，通气良好，细胞呼吸加
强，细胞吸水增强；相反，减少氧气或 用呼吸抑制剂处理，细胞呼吸速率降低， 细胞吸水减少。
第三节 植物根系对水分的吸收
ψW=（μw-μ0w）/Vw=Δμw/Vw
水的偏mol体积：指加入1mol水使体系的 体积发生的变化。
理解： （1）加入1mol水时，对体系体积的增量； （2）不同含水体系数值不同； （3）纯水的mol体积为18cm3/mol。 （4）稀溶液，应用时代替纯水的mol体积。 水势的概念：“体系中的水与纯水之间每单 位体积水的自由能差”。
植物生理学第01章 植物的水分代谢
第一章植物的水分代谢本章内容提要水是植物生命的基础。
植物水分代谢包括水的吸收、运输和散失过程。
植物细胞吸水有三种方式：渗透吸水、吸胀吸水和代谢性吸水，以渗透吸水为主。
根系是植物吸水的主要器官，吸水的主要区域为根毛区，吸水的方式有主动吸水和被动吸水，其吸水动力分别为根压和蒸腾拉力。
蒸腾拉力是植物主要的吸水动力。
水分在植物体内连续不断地运输是蒸腾拉力—内聚力克服水柱张力的结果。
植物主要通过叶片蒸腾散失水分，具有重要生理意义。
气孔蒸腾是植物叶片蒸腾的主要形式。
蒸腾速率与气孔的开闭关系很大。
气孔开闭可能是通过保卫细胞内K+的积累学说和苹果酸代谢来调节的。
许多外界因子能调节气孔开闭。
作物需水因作物种类不同而异，一般而论，植物的水分临界期是花粉母细胞四分体形成期，合理灌溉要综合考虑土壤含水量、作物形态指标及生理指标。
灌溉的生理指标能即使反映植物体内的水分状况，是较为科学的。
第一节水分在植物生命活动中的作用一、植物体内的含水量不同植物的含水量不同；同一种植物生长在不同的环境中含水量也有差异；在同一植株中不同器官和不同组织的含水量也不同。
二、水对植物的生理作用1、原生质的主要组分。
原生质一般含水量在70%～90%以上，这样才可使原生质保持溶胶状态，以保证各种生理生化过程的进行。
如果含水量减少，原生质由溶胶变成凝胶状态，细胞生命活动大大减缓（例如休眠种子）。
2、接参与植物体内重要的代谢过程。
在光合作用、呼吸作用、有机物质合成和分解的过程中均有水的参与。
3、多生化反应和物质吸收、运输的良好介质。
植物体内绝大多数生化过程都是在水介质中进行的。
水分子是极性分子，参与生化过程的反应物都溶于水，控制这些反应的酶类也是亲水性的。
各种物质在细胞内的合成、转化和运输分配，以及无机离子的吸收和运输在水介质中完成的。
4、使植物保持固有的姿态。
细胞含有大量的水分，维持细胞的紧张度，因而使植物枝叶挺立、花朵开放等。
3、分裂和延伸生长都需要足够的水。
水分代谢
蒸腾作用叶肉细胞水势下降吸取导管水分 吸取根系水分吸取土壤水分，这种力称为蒸腾拉力。 （存在于木质部的负压力 ）
方式：
主动吸水 与 被动吸水
（三） 影响根系吸水的外界条件
1. 土壤水分状况：
有效水：可被植物利用的水（- 0.05MPa ~ - 0.3MPa）。 萎蔫系数：植物发生永久萎蔫时的土壤含水量。
m为负值。
衬质：物系中能够提供与水相互作用的表面物质， eg：细胞中的纤维素、蛋白质等大分子亲水胶体物质、 毛细管、土壤中的矿质颗粒。 m 存在特点： 1. 高含水量组织衬质势的绝对值则很小， m趋于0，
忽略不计
如：成熟细胞 （原生质为一个薄层，液泡中大分子物质含量低） 2. 风干的种子，干燥土壤m 较高。 （ 苍耳可达－100MPa）。
w= w
-
w0
J/mol
令纯水的水势为零。物系中的水势：w ＝负值 1966 年 Kramer 偏摩尔体积 无限大的多组分体系中，加入一摩尔 某物质时引起体系体积的增加量。 水的偏摩尔体积近似为 18*10-6 m3/mol
w
-
w0
△ w
w = V
= V
物系中的水势是：同温同压下物系中的水与纯水 间每偏摩尔体积的化学势差。
（2）根压产生的原因：
土壤离子
跨膜运输 释放 内皮层中柱 内自由空间
消耗ATP
促进吸水 增大根内外水势差 降低水势， （3）存在条件：蒸腾小，土壤水势高。
2. 蒸腾拉力（transpirational pull）： ————蒸腾作用产生的吸水力
由地上部分的蒸腾作用引起水势差促进根系吸水 ————————被动吸水（不消耗自身能量）
电解质 w ＝ s ＝－iCRT
植物生理学——植物的水分生理
二、集流（P11图1-1）
集流：指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。
水孔蛋白：具有选择性，高效运转水分的膜通道蛋白。单体 是中间狭窄的四聚体呈“呈滴漏”模型。活性由磷酸化调节 （如丝氨酸残基磷酸化）
三、渗透作用
（一）、自由能和水势 根据热力学原理：系统中物质的总能=束缚能(bound energy )+自由能（freeenergy）。 （1）、自由能——在温度恒定条件下用于做功的能量。 （2）、束缚能——在温度恒定条件下不能用于做功的能量。 （3）、化学势（chemical potential）——1mol物质的自由 能。用来描述体系中各组分参与化学反应的本领及转移的潜 在趋势(或所需的能量)。衡量水反应或转移能量的高低可用水 的化学势(水势)表示。 （4）、水势(water potential)——就是每偏mol体积水的化 学势。就是说水溶液的化学势与同温同压同一系统中的纯水 的化学的化学势之差，除以水的偏mol体积所得的商。
图1-1亲水胶体与水层示意
量）； 2．水是代谢过程的反应物；光合、呼吸、有机物 的分解合成都有水的参与 3．水是生命活动的的介质；水是植物对矿质吸收 和运输溶剂。 4．水能保持植物固有姿态； 5．水可以调节植物体温。 水的比热、汽化热高，环境温度剧烈变化时， 植物体温变化不大； 植物的蒸腾作用还会散发大量 的热，因此，植物在烈日下不会被灼伤。
（1） 渗透理论： 内皮层的作用： 根系主动吸收的无机离子进入共质体达中柱内 的活细胞。这样导管周围的活细胞在代谢过程 中不断向导管分泌有机离子和有机物，使其水 势下降，而附近细胞的水势较高。因而水分就 不断通过渗透作用进入导管，依次向地上部分 运输。这样就产生一种静水压力，即根压。 （2）代谢理论：认为呼吸作用所产生的能量 参与根系的主动吸水过程。当外界温度降低时、 氧分压下降、呼吸作用抑制剂存在时根压、伤 流或吐水会降低或停顿。
12 植物的水分代谢
• 1 植物吸水的部位 • 根的吸水区域主要在根尖的幼嫩部分，其中根毛区的吸
水能力最强。根毛区的根毛数量很多，极大地增加了根 的吸收面积。 • 实例：移栽时应尽量保持根系完整。 • 容器育苗、带土球移栽
2 植物吸水的途径 质外体途径 共质体途径 跨膜途径
3 根系吸水的动力
根压：由于根系的生理活动而使根吸水并使液流从根部 上升的力量。
比逐渐降温要大得多。 ➢ 实例：午不浇园 ➢ 夏天烈日下用冰冷的水进行土壤灌溉，对根系吸水不利。
2）土壤含水量
一般认为大多数植物在生长期间最适宜的土壤水分约为 田间持水量的 50%~80%。
实例：在水分条件不好的干旱地区植树造林时，采用保 水剂、 固体水、地膜覆盖等技术措施。
3）土壤通气状况
内皮层外部质外体的水分通过内皮层的原生质体渗透进 入内部质外体，并沿导管、管胞上升，形成根压。
由于根压引起的吸水需要代谢提供能量，因此这种吸水 叫主动吸水。
伤流现象
吐水现象
蒸腾拉力
蒸腾拉力是由于植物叶片蒸腾失水而产生的使根吸水并 使水分上升的力量，这种吸水的动力发源于叶的蒸腾作 用，故把这种吸水叫做被动吸水。
低，代谢活性低,生长缓慢,抗逆性较强。
自由水/束缚水比值是衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标 之一。
3 水在植物生活中的作用 ➢ 水是原生质的重要成分：溶胶、凝胶 ➢ 水是某些代谢过程的原料 ➢ 水是植物代谢过程的介质 ➢ 水能保持植物的固定姿态 ➢ 水能调节植物的体温
二 植物对水分的吸收和运输
当叶片展开后，蒸腾作用逐渐增强，蒸腾拉力就成为主 要的吸水动力。
4 水分在植物体内的运输
水分从被植物根系吸收到通过叶片蒸腾到体外，经过的 途径是：土壤→根毛→根的皮层→根的中柱鞘→根的导 管或管胞→茎的导管或管胞→叶的导管或管胞→叶肉细 胞→叶肉细胞间隙→气孔下室→气孔→大气
植物生理学知识重点
第一章植物的水分代谢水分代谢（water metabolism）植物对水分的吸收，水分在植物体内的运输利用以及水分的散失是构成植物水分代谢的不可分割的三个方面。
水分代谢的作用是维持植物体内水分平衡第一节水在植物生命活动中的重要性一、水的理化性质水的很多性质都是由其分子结构决定的。
水分子的结构具有如下特点：1. 水分子有很强的极性.2. 水分子之间通过氢键形成很强的内聚力3.水极容易与其它极性分子结合.一、水的理化性质（一）在生理温度下是液体由于水分子有很强的分子间力(氢键的作用), 所以, 虽然分子很小(分子量18), 但在生理温度下是液体. 这对于生命非常重要.（二）高比热因为需要很高的能量来破坏氢键，所以，水的比热很高。
由于植物体含有大量的水分，所以当环境温度变化较大，植物体吸收或散失较多热能时，植物仍能维持相当恒定的体温（三）高气化热这同样是由于水分之间的氢键造成的，破坏氢键需要很高的能量。
在炎热的夏天植物通过蒸腾作用散失水分，可以降低体温。
（四）高内聚力、粘附力和表面张力由于水分子间有很强的内聚力可以使木质部导管的水柱在受到很大张力的条件下不致于断裂，保证水分能运到很高的植株顶部。
水分子间的亲和力还导致水有很高的表面张力。
（五）水是很好的溶剂由于水分子的极性，它是电解质和极性分子如糖、蛋白质和氨基酸等强有力的溶剂水分子在细胞壁和细胞膜表面形成水膜，保护分子的结构。
水是代谢反应的参与者（水解、光合等）。
水作为许多反应的介质和溶剂，同时由于水的惰性不会轻易干扰其它代谢反应（二）水分在植物体内的存在状态1. 束缚水与自由水束缚水（bound water）：靠近胶粒并被紧密吸附而不易流动的水分，叫做束缚水自由水（free water）：距胶粒较远，能自由移动的水分叫自由水。
自由水、束缚水与代谢的关系：自由水参与各种代谢活动，其数量的多少直接影响植物代谢强度，自由水含量越高，植物的代谢越旺盛。
束缚水不参与代谢活动，束缚水含量越高，植物代谢活动越弱，越冬植物的休眠芽和干燥种子里所含的水基本上是束缚水，这时植物以微弱的代谢活动渡过不良的环境条件。
植物生理学第01章植物的水分代谢
植物⽣理学第01章植物的⽔分代谢第⼀章植物的⽔分代谢本章内容提要⽔是植物⽣命的基础。
植物⽔分代谢包括⽔的吸收、运输和散失过程。
植物细胞吸⽔有三种⽅式：渗透吸⽔、吸胀吸⽔和代谢性吸⽔，以渗透吸⽔为主。
根系是植物吸⽔的主要器官，吸⽔的主要区域为根⽑区，吸⽔的⽅式有主动吸⽔和被动吸⽔，其吸⽔动⼒分别为根压和蒸腾拉⼒。
蒸腾拉⼒是植物主要的吸⽔动⼒。
⽔分在植物体内连续不断地运输是蒸腾拉⼒—内聚⼒克服⽔柱张⼒的结果。
植物主要通过叶⽚蒸腾散失⽔分，具有重要⽣理意义。
⽓孔蒸腾是植物叶⽚蒸腾的主要形式。
蒸腾速率与⽓孔的开闭关系很⼤。
⽓孔开闭可能是通过保卫细胞内K+的积累学说和苹果酸代谢来调节的。
许多外界因⼦能调节⽓孔开闭。
作物需⽔因作物种类不同⽽异，⼀般⽽论，植物的⽔分临界期是花粉母细胞四分体形成期，合理灌溉要综合考虑⼟壤含⽔量、作物形态指标及⽣理指标。
灌溉的⽣理指标能即使反映植物体内的⽔分状况，是较为科学的。
第⼀节⽔分在植物⽣命活动中的作⽤⼀、植物体内的含⽔量不同植物的含⽔量不同；同⼀种植物⽣长在不同的环境中含⽔量也有差异；在同⼀植株中不同器官和不同组织的含⽔量也不同。
⼆、⽔对植物的⽣理作⽤1、原⽣质的主要组分。
原⽣质⼀般含⽔量在70%～90%以上，这样才可使原⽣质保持溶胶状态，以保证各种⽣理⽣化过程的进⾏。
如果含⽔量减少，原⽣质由溶胶变成凝胶状态，细胞⽣命活动⼤⼤减缓（例如休眠种⼦）。
2、接参与植物体内重要的代谢过程。
在光合作⽤、呼吸作⽤、有机物质合成和分解的过程中均有⽔的参与。
3、多⽣化反应和物质吸收、运输的良好介质。
植物体内绝⼤多数⽣化过程都是在⽔介质中进⾏的。
⽔分⼦是极性分⼦，参与⽣化过程的反应物都溶于⽔，控制这些反应的酶类也是亲⽔性的。
各种物质在细胞内的合成、转化和运输分配，以及⽆机离⼦的吸收和运输在⽔介质中完成的。
4、使植物保持固有的姿态。
细胞含有⼤量的⽔分，维持细胞的紧张度，因⽽使植物枝叶挺⽴、花朵开放等。
植物生理学习题大全——第1章植物的水分代谢
第一章植物的水分代谢一。
名词解释水分代谢（water metabolism):植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程.自由水（free water）：距离胶粒较远而不被胶粒所束缚，可以自由流动的水分。
束缚水(bound water)：靠近胶粒而被胶粒所束缚、不易自由流动的水分。
扩散（diffusion）：水分通过磷脂双分子层的运输方式。
集流(mass flow）：水分通过膜上的水孔蛋白的运输方式。
水通道蛋白（water channel protein):存在于生物膜上的一类具有选择性、高效转运水分功能的内在蛋白，亦称水孔蛋白。
束缚能（bound energy）：不能用于做功的能量。
自由能（free energy）：在温度恒定的条件下可用于做功的能量。
化学势( chemical potential）：每摩尔物质所具有的自由能。
水势(water potential ):每偏摩尔体积水的化学势差。
临界水势(critical water potential）：气孔开始关闭的水势。
渗透势（osmotic potential）:由于溶液中溶质颗粒的存在而引起的水势降低值。
压力势(pressure potential)：由于细胞壁压力的存在而增大的水势值。
衬质势(matrix potential）：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.重力势（gravitational potential）：由于重力的存在而使体系水势增加的数值。
水的偏摩尔体积(partial molar volume)：在温度、压强及其他组分不变的条件下，在无限大的体系中加入1mol水时,对体系体积的增量。
质壁分离（plasmolysis）：植物细胞由于液泡失水，使原生质体收缩与细胞壁分离的现象.质壁分离复原（deplasmolysis）：把正在质壁分离的细胞移到低渗溶液或水中时,质壁分离的原生质体恢复原状的现象。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水是很好的溶剂
由于水分子的极性，它是电解质和极性分子如糖、蛋 白质和氨基酸等强有力的溶剂。水分子还可结合在带 电荷的离子的周围，使其成为高度可溶的水化离子。 Cl和Na离子周围的水分子排列取向屏蔽了各离子本身 的电场，该屏蔽效应减少了离子重新结合形成晶体的 可能性。
（二）植物体水分的存在状态
束缚水（Bound water）是指与细胞的组分紧密结合不 易自由移动的水分。 – 不参与代谢作用；其含量高低与植物抗脱水能力密 切相关 自由水（Free water）是指不与细胞的组分紧密结合， 易自由移动的水分。 – 参与代谢作用；其含量高低与植物代谢强度密切相 关
• 问题？
– 假设植株的蔗糖含量决定了其水势，请问根 茎叶那个部位的水势最低？水流方向是从哪 个部位流向哪个部位？ – 海水和1mol/L KCl溶液哪个水势大？
渗透作用
植物生理学研究的内容
• 生长发育 • 物质与能量代谢 • 细胞信息传递和信号转导
生长发育
• 生长发育（growth and development）是植物 生命活动的外在表现，它主要包括了两个方面： 一是由细胞数目的增加、细胞体积的扩大导致 的植物体积和重量的增加，这就是植物的生长； 二是由于新器官的不断出现带来的一系列肉眼 可见的形态变化，即形态建成 （morphogenesis）。这就是植物的发育过程。 包括从种子萌发，根、茎、叶的生长，直到开 花、结实、衰老、死亡的全过程。
• 植物生理学发展趋势
• 逆境生理 • 生理生态 • 信号传递
第一篇 植物的物质生产和光能利用
代谢（metabolism）
是维持各种生命活动过程中化 学变化的总称。
植物是地球上最重要的自养生物。其代谢特 点：
植物能把环境中简单的无机物直接合成为复杂的有机物。 性质上：物质代谢和能量代谢 方向上：同化（assimilation）或合成（anabolism） 异化（disassimilation）或分解（catabolism） 同化作用： 是指植物合成物质的同时获得代谢能量的代谢 过程。 异化作用： 是指植物将体内复杂复杂的有机物分解为简单 的无机物，同时释放能量的代谢过程。
第一章 植物的水分代谢 第二章 植物的矿质营养 第三章 植物的光合作用
第一章植物水分代谢
Chapter 1 Water metabolism in Plant
植物对水分的吸收（absorption）、运输 （transport）、利用（utilization）和散失 （dissipation）的过程，被称为植物的水分代谢 (water metabolism)。 水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命。 植物的一切正常生命活动都必须在细胞含有一定的 水分状况下才能进行。 农谚 “有收无收在于水”
（Gibbs ）自由能用G表示。
化学势
• 化学势（chemical potential）：1mol化学纯物质的 自由能就是该物质的化学势。可衡量物质反应或转 移所用的能量。 • 1摩尔化学纯物质的吉布斯函数。通常用符号μ 表 示。uA = GA + RT ln XA • 化学势在处理相变和化学变化的问题时具有重要意 义。物质总是从化学势较高的相转移到化学势较低 的相。当物质在两相中的化学势相等时，则相变过 程停止，系统达到。
• 现代植物生理学发展的特点
• • • • • 研究层次广 学科相互交叉 研究手段现代化 理论联系实际 Ann Rev Plant Physiology Ann Rev Plant Physiology and Plant Molecular Biology Ann Rev Plant Biology
植物生理学
Plant Physiology
陈雄文 Chen Xiongwen email: xwchen@
植物生理学定义
• 研究植物生命活动规律的科学 • 生命活动包括基础代谢活动（水分，矿 物质，呼吸，光合）和植物生长发育活 动（种子萌发，幼苗生长，器官分化， 开花结果，休眠等） • 与各种环境因子相互作用下的生命活动 规律
第二节 植物细胞对水分的吸收
Section 2 Water absorption by plant cell
一、细胞吸水的三种方式
扩散（diffusion）方式吸水 扩散是物质顺物质梯度进行的，适合于水分短距离运输。 集流（mass flow）方式吸水 集流是溶液体中成群的原子或分子在压力梯度下的共同移动。 植物细胞的水分集流是通过质膜上的水孔蛋白形成的水通道 实施的。 水孔蛋白（aquapores）是水分进出细胞的通道蛋白。 渗透作用（osmosis）方式吸水 是依水势梯度而移动。渗透是溶剂分子通过半透膜而移动的 现象。
• 水势
–根据热力学定律，是指每偏摩尔体积水的化学势 （差） 即水溶液的化学势（ μw ）与同温、同压、 同一系统中的纯水的化学势（μ0w ）之差 （ △μw ），除以水的偏摩尔体积（ ύw ）所得的 商。 ψw= △μw / ύw = (μw-μ0w)/ύw – 人为地设定在等温等压条件下，纯水的化学势为零， 其它任一系统中水的化学势与纯水的差值定义为该 系统中水的水势 –由于纯水中的自由能最大，化学势最大，水势也最 高，其它任何系统中的水势均为负值
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和水分向 地上部分的运输 第四节 植物的蒸腾作用 第五节 合理灌溉的生理基础
第一节 植物对水分需要
Section1 Role of water in plant life
一、植物的含水量 二、植物体内水分存在的状态 三、水分在植物生命活动中的作用
信息传递和信号转导
• 信息传递（message transportation）是指植物将
感受到的环境信息从一个部位传递到另一个部位的过 程。主要是指物理或化学信号在细胞或器官间的传输 过程。如根系将感受到的缺水信号传递到叶片，叶片 作出气孔关闭的运动反应。
• • 信号转导（signal transduction）是细胞外的各种
物理或化学信号，包括来自环境的外部信号和来自植 物体其他部分的内部信号，通过一系列分子生物学机 制转变为植物生理效应的全过程
植物生理学的产生与发展
古代植物生理学知识是人们对生产活动的自发积累 • 植物生理学研究起始于欧洲16-17世纪 –萌芽于1648年荷兰人凡· 海尔蒙（J.B.van Helmont） 发表他著名的柳枝实验结果。正式成为一门独立学 科与课程，开始于十九世纪后叶李比希（Liebig， 1840）的矿质营养学说创立之后。 • 1904年出版的《植物生理学》标志该学科的诞生（德 国的Sachs和Pfeffer） • 二十世纪是植物生理学飞速发展时期 –主要成就如：光合作用，细胞培养和组织培养，植 物激素，光周期现象等
当自由水/束缚水比值高时，原生质呈溶胶，植 物的代谢旺盛，生长较快，抗逆性弱；反之， 原生质呈凝胶，代谢活性低，生长迟缓，但抗 逆性强。
（三）溶胶（sol）与凝胶（gel）
由于细胞内水分含量不同，原生质的状态也有两种状 态：溶胶状态与凝胶状态。 水分含量高时，自由水含量高，原生质胶体颗粒完全 分散在水分介质中，胶粒之间联系弱，原生质胶体呈 溶液状态，称为溶胶状态。 自由水含量少时，胶粒与胶粒相互连接成网状，原生 质胶体失去流动性而形成近似固体的状态，这种状态 称为凝胶状态 正常代谢的组织原生质呈溶胶状态；代谢弱的干种子， 原生质呈凝胶状态
物质和能量代谢
• 代谢过程是运行于植物体内的一系列生物化学 和生物物理的变化过程。物质代谢是指物质的 合成与分解过程；能量代谢是指能量的贮存与 释放过程。 • 代谢是生命活动的基础，而生长发育是代谢作 用的综合表现与最终结果。代谢作用遭受破坏， 生命过程就会受到影响，代谢一旦停止，生命 过程就不复存在。 • 绿色植物代谢的特点就是它的自养性。
二） 水的物理化学性质及其生理 作用
水分子有很强的极性，水分子之间通过 氢键形成很强的内聚力，水极容易与其 它极性分子结合 在生理温度下是液体
• 由于水分子有很强的分子间力(氢键的作用), 所以, 虽然分子很小(分子量18), 但在生理温度下是液体. 这对于生命非常重要
高比热
• 水的比热为4.187J·-1· -1。因为需要很高的能量来破 g ℃ 坏氢键，所以，水的比热很高。由于植物体含有大量 的水分，所以当环境温度变化较大，植物体吸收或散 失较多热能时，植物仍能维持相当恒定的体温。
水分跨过细胞膜的途径
水孔蛋白
• 原生质膜和液泡膜中存在的一种蛋白，起着选择性 水通道的作用，被称为水孔蛋白或水通道蛋白。 • 水孔蛋白属于整合膜蛋白中的家族。水孔蛋白构成 选择性水分通道。它们允许水分自由通过，有些也 允许小分子的非电解质通过，但排斥离子。 • 水孔蛋白能让水分通过，但并不起泵的作用。水分 运动的驱动力在本质上是水压或渗透压。在植物体 中，水孔蛋白存在于液泡膜和原生质膜中。
三、水分在植物生 命活动中的作用
植物的正常生命活动 必须有水的参与，受 水分含量变化的影响 水分是原生质的主要 成分 水分能够保持植物的 固有姿态
水是各种生理生化反 应和运输物质的介质 （优良的溶剂性质） 植物在地球上的地理 分布与当地的水分状 况密切相关 从进化的观点，没有 水就没有生命，植物 的演化进程与水分密 切相关
一、 植物的含水量
植物种类间差异： 水生90%以上>陆生40-90% >旱生 （低等）植物6%。草本>木本植物。
high
low
植物生长环境：不同环境下生长的同一种植 物含水量有差异， 阴生>阳生。
慈菇
• 植物组织、器官间差异：
生长点、根尖、幼嫩茎等达90%以上>功能叶70-90% >树 干40-50% >休眠芽40% >风干种子8-14%。 • 一般来说，凡是生命活动越旺盛的部分，含水量也越高。